Geoinżynieria niesie „duże ryzyko” dla świata przyrody, badania pokazują

Zmniejszanie wpływu zmian klimatu spowodowanych przez człowieka poprzez wykorzystanie bioenergii z wychwytywaniem i magazynowaniem dwutlenku węgla – lepiej znany jako BECCS – może mieć poważne konsekwencje dla dzikiej przyrody, lasów i zasobów wodnych, nowe badanie pokazuje.

Wielkoskalowa konwersja istniejących gruntów do plantacji BECCS może spowodować globalne pokrycie lasów do spadku aż o 10% i różnorodności biologicznej „nienaruszalność” do spadku o 7%, główny autor mówi Carbon Brief.

I wprowadzenie geoinżynierii słonecznej może również zagrozić dzikiej przyrody, drugie badanie pokazuje. Nowe badania stwierdzają, że wdrożenie – a następnie nie utrzymanie – takiej technologii może spowodować globalne temperatury gwałtownie odbić, pozostawiając wiele gatunków niezdolnych do radzenia sobie z ostrą zmianą warunków.

Dwa badania powtarzają potrzebę pełnego rozważenia możliwych konsekwencji wdrożenia technologii geoinżynierii, jeśli są one wykorzystywane do zmniejszenia skutków globalnego ocieplenia, autorzy obu badań powiedzieć Carbon Brief.

Wyniki podkreślają również „rozwiązanie globalnego ocieplenia jest łagodzenie”, jeden autor konkluduje. „Aby osiągnąć cele klimatyczne, konieczne jest teraz natychmiastowe zmniejszenie emisji CO2, zamiast stosowania szkodliwych technologii, aby zrekompensować bardziej spokojne tempo”, mówi inny autor.

Rozmowy z BECCS

Pierwsze badanie, opublikowane w Nature Climate Change, ocenia, jak wykorzystanie BECCS może wpłynąć na różne aspekty świata przyrody, w tym na pokrycie lasów, bioróżnorodność i zasoby słodkiej wody.

BECCS został oznaczony przez wielu jako obiecująca „technologia negatywnych emisji”, co oznacza, że może być wykorzystany do zmniejszenia ilości CO2 w atmosferze. Mówiąc prościej, BECCS obejmuje spalanie biomasy – takiej jak drzewa i uprawy – w celu wytworzenia energii, a następnie wychwytywanie powstałych emisji CO2, zanim zostaną one uwolnione do powietrza.

Chociaż jeszcze nie zademonstrowano na zasadach komercyjnych, BECCS na dużą skalę jest już uwzględniony przez naukowców w wielu modelowanych „ścieżkach” pokazujących, jak można ograniczyć globalne ocieplenie do 2C powyżej poziomu przedprzemysłowego.

Niektórzy naukowcy mają nadzieję, że BECCS mógłby być używany do pochłaniania części CO2, który jest uwalniany przez działalność człowieka, co z kolei mogłoby pomóc światu osiągnąć „zero netto” emisji.

Nowe badanie bada, czy można to osiągnąć bez powodowania zbyt wiele szkód dla wielu aspektów świata przyrody.

BECCS może powodować problemy dla świata przyrody, zajmując dużą ilość ziemi, wody i innych zasobów, wyjaśnia główny autor dr Vera Heck, z Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu w Poczdamie (PIK).

Jej badania stwierdzają, że korzystanie z BECCS na szeroką skalę może przyjść z „dużym ryzykiem” dla świata przyrody. Ona mówi Carbon Brief:

„Korzystanie na dużą skalę z plantacji biomasy do ekstrakcji CO2 z atmosfery może przyczynić się do ochrony klimatu, ale może prowadzić do przekroczenia wielu innych ograniczeń środowiskowych, co oznacza duże ryzyko dla bioróżnorodności, składników odżywczych i cykli wodnych oraz użytkowania gruntów. Dlatego biomasa jako środek usuwania CO2 może stanowić jedynie ograniczony wkład w zrównoważone ścieżki łagodzenia klimatu.”

Pchnięta do granic

W ramach badania naukowcy oszacowali, w jaki sposób BECCS może wpłynąć na dziewięć „granic planetarnych”.

Pomysł granic planetarnych polega na określeniu, w jakim stopniu ludzie mogą rozwijać i wykorzystywać zasoby Ziemi, pozostając bezpiecznie w granicach tego, co planeta może przyjąć. Cztery z dziewięciu granic planetarnych, w tym zmiana klimatu, zostały już naruszone w wyniku działalności człowieka.

Dziewięć granic można zobaczyć na poniższej grafice, która pokazuje również status każdej z nich, zgodnie z badaniem Science z 2015 roku.

Aby zrozumieć, w jaki sposób BECCS może wpłynąć na granice planetarne, badacze przeprowadzili serię modeli, które uwzględniały zarówno przyszłe zmiany klimatu, jak i to, jak wzorce użytkowania gruntów rolnych mogą się różnić w przyszłości.

Dla każdego scenariusza badacze opracowali, ile plantacji BECCS można stworzyć, pozostając w „bezpiecznej” strefie granic planetarnych. Naukowcy uznali, że „bezpieczne” oznacza wdrożenie BECCS bez dodatkowych szkód dla granic planety.

Odkryli, że wdrożenie BECCS w bezpiecznych granicach mogłoby pozwolić na negatywne emisje do 60 mln ton węgla rocznie. Odpowiada to mniej niż 1% obecnych globalnych emisji CO2, mówi Heck.

Podejmowanie ryzyka

Badacze oszacowali również, ile węgla mogłoby zostać przechwycone, gdyby BECCS został wdrożony w „ryzykownych” granicach. Definicja ta pozwoliła na dalsze uszkodzenie granic planetarnych, jednocześnie zapobiegając przejściu do strefy „wysokiego ryzyka” (patrz wcześniejsza grafika).

To pozwoliłoby na negatywne emisje od około 1,2 mld do 6,3 mld ton węgla, w zależności od rodzaju bioenergii, która jest używana, naukowcy stwierdzili.

Osiągnięcie najwyższej ilości negatywnych emisji wymagałoby zastosowania konwersji biomasy na wodór z wychwytywaniem i magazynowaniem węgla. Ale technologia potrzebna do ułatwienia konwersji biomasy na wodór jest wciąż daleka od opłacalności, mówi Heck.

Jednakże wdrożenie BECCS w ryzykownych granicach może mieć poważne konsekwencje dla środowiska, dodaje:

„Ryzykowne scenariusze implikują znaczne ryzyko uruchomienia negatywnego sprzężenia zwrotnego systemu ziemskiego i mogą podważyć stabilność i odporność systemu ziemskiego.”

Among impacts, the introduction of BECCS within risky limits could cause global forest cover to fall by 10% and biodiversity „intactness” to fall by 7%. To dlatego, że duża ilość gruntów musiałby być przekształcony w plantacje biopaliw, Heck says.

Na szczycie tego, dodatkowe zapotrzebowanie na wodę pochodzące z wszystkich nowo utworzonych plantacji BECCS może być ponad dwukrotnie, że wymagane przez globalnego rolnictwa, Hecks adds.

Nowe badania potwierdzają wcześniejsze ustalenia, że BECCS może mieć „znaczący negatywny wpływ na ziemi i wody słodkiej”, mówi prof Pete Smith, Katedra w roślin i nauki gleby na Uniwersytecie w Aberdeen, który nie był zaangażowany w badania. On mówi Carbon Brief:

„Autorzy stwierdzają, że poleganie na powszechnym BECCS jest ryzykowne, ale są regiony, gdzie ryzyko jest niskie. To studium jest solidne i pomaga oddalić obecną debatę od spolaryzowanych stanowisk „BECCS jest zawsze zły” lub „BECCS jest zawsze dobry”. Więcej zintegrowanych ocen, takich jak te, jest wymaganych w celu wzmocnienia bazy dowodowej, na której podejmowane będą decyzje dotyczące negatywnych emisji.”

Symulacja geoinżynierii słonecznej

Drugie badanie, opublikowane w Nature Ecology & Evolution, bada, jak wprowadzenie geoinżynierii słonecznej mogłoby wpłynąć na bioróżnorodność.

Geoinżynieria słoneczna, lub „zarządzanie promieniowaniem słonecznym” (SRM), opisuje szereg metod – z których wszystkie pozostają hipotetyczne – sztucznego zmniejszania światła słonecznego na powierzchni Ziemi w celu tłumienia globalnego ocieplenia.

Nowe badanie skupia się na skutkach jednego z rodzajów SRM, który obejmuje wstrzykiwanie aerozoli do stratosfery. Po umieszczeniu w atmosferze, sugeruje się, że aerozole mogłyby utworzyć ochronną zasłonę wokół Ziemi, która jest w stanie odbijać światło słoneczne, a zatem chłodzić planetę.

Aerozole mają ograniczony czas życia w stratosferze i musiałyby być uwalniane w regularnych odstępach czasu, aby były skuteczne. Jeśli uwolnienie aerozoli zostały nagle zatrzymane, globalne temperatury mogłyby szybko wzrosnąć ponownie.

Nowe badanie stwierdza, że to nagłe zakończenie SRM pozostawiłoby wiele gatunków niezdolnych do radzenia sobie z szybką zmianą warunków środowiskowych, mówi autor badania prof Alan Robock z Rutgers University. On mówi Carbon Brief:

„Główne ustalenia są takie, że jakiekolwiek wdrożenie geoinżynierii stratosferycznej mogłoby zakończyć się katastrofalnie dla wielu gatunków. Chociaż gdyby geoinżynieria została kiedykolwiek przeprowadzona, nie miałoby sensu nagłe jej zakończenie, istnieją wiarygodne scenariusze, w których może się to zdarzyć. Czy społeczeństwo powinno kiedykolwiek podjąć takie ryzyko?”

Modelowanie globalnej zmiany

Aby zrozumieć, jak szybkie zakończenie generacji słonecznej mogłoby wpłynąć na dziką przyrodę, naukowcy użyli modeli do porównania zmian temperatury i opadów pod scenariuszem, w którym SRM działa od 2020 do 2070 roku do scenariusza bez geoinżynierii i z pośrednim poziomem emisji gazów cieplarnianych (RCP4.5).

Badacze następnie obliczyli „prędkości klimatyczne” każdego scenariusza, co określa szybkość i kierunek zmian klimatu.

Wyniki przedstawiono na poniższych wykresach, które pokazują zmianę prędkości temperatury dla (a) modelowanego scenariusza pokazującego wprowadzenie SRM, (b) zakończenie SRM, (c) obecny klimat między 1960 a 2014 i (d) niezainżynierowany świat z umiarkowanymi emisjami.

Na wykresie, głęboka czerwień oznacza szybki wzrost tempa wzrostu temperatury, podczas gdy niebieski pokazuje szybko malejącą temperaturę.

Wyniki pokazują, że podczas gdy wdrożenie geoinżynierii słonecznej może spowodować dość szybki spadek temperatur, nagłe zakończenie może spowodować gwałtowne wzrosty wraz z odbiciem temperatur.

Szybkość zmian temperatury w ramach zakończenia SRM może być od dwóch do czterech razy większa niż te spowodowane przez samą zmianę klimatu, konkludują naukowcy. W badaniu stwierdzono również podobne – choć nie tak drastyczne – zmiany w opadach.

Ta duża zmiana warunków środowiskowych może spowodować, że wiele gatunków nie będzie w stanie się przystosować i będzie narażonych na wysokie ryzyko wyginięcia, twierdzą naukowcy.

Zwierzęta, którym nie jest łatwo przystosować się do nowych środowisk, takie jak gatunki występujące w tropikalnych lasach deszczowych i małych siedliskach wyspiarskich, będą najmniej zdolne do przystosowania się do tych zmian, dodają. Ryzyko może być najwyższe dla wolno poruszających się płazów, zauważają naukowcy w swoim artykule:

„Podczas gdy różnice w szybkości zmian klimatu między lądowymi hotspotami dla niektórych taksonów są niewielkie, to fakt, że hotspoty bioróżnorodności płazów mają najwyższe prędkości temperatury od nagłego zakończenia sugeruje, że zwiększone ryzyko wymierania byłoby szczególnie dotkliwe dla tej grupy.”

Innymi słowy, duża liczba płazów znajduje się w obszarach, które zgodnie z oczekiwaniami będą najbardziej dotknięte nagłym zakończeniem SRM.

Nowe badania stanowią ważny wkład do „szerszej rozmowy” otaczającej ryzyko geoinżynierii słonecznej, mówi dr Ben Kravitz, klimatolog z Pacific Northwest National Laboratory, który nie był zaangażowany w nowe badania. Mówi Carbon Brief:

„Chociaż istnieje wiele kwestii, które pojawiają się, gdy mówi się o ekosystemach, według mojej najlepszej wiedzy, to badanie jest pierwszym ilościowym spojrzeniem na to, co może się stać z bioróżnorodnością w ramach różnych scenariuszy geoinżynierii. I co ważne, badanie zostało przeprowadzone przy użyciu wielu modeli klimatycznych, co oznacza, że mamy szacunki, jak solidne są odpowiedzi modeli.”

Badania te podkreślają potrzebę opracowania ram regulacyjnych dla geoinżynierii, mówi Janos Pasztor, dyrektor wykonawczy Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative (C2G2).

„Ten artykuł jest dokładnie tym rodzajem badań, których potrzebujemy, aby pomóc nam lepiej zrozumieć ryzyko i potencjalne korzyści związane z wstrzykiwaniem aerozolu stratosferycznego. Z tego powodu, część początkowych ram zarządzania dotyczących SAI musi obejmować badania, w tym zachęcanie do dalszych badań, które prowadzą do wyjaśnienia ryzyka i potencjalnych korzyści SAI.”

Znalezienie 'rozwiązania’

Znaleziska pokazują, że tłumienie globalnego ocieplenia poprzez wykorzystanie inżynierii słonecznej może wiązać się z „wieloma możliwymi zagrożeniami”, mówi Robock. To sugeruje, że zmniejszenie globalnych emisji byłoby najlepszym sposobem na ograniczenie przyszłych zmian klimatycznych, mówi:

„Rozwiązaniem dla globalnego ocieplenia jest łagodzenie skutków. Nie jest jeszcze za późno, aby szybko przestawić się na energię wiatrową i słoneczną i szybko zmniejszyć nasze emisje CO2 do atmosfery.”

Mitigating climate change through the use of BECCS also comes with „substantial” risks, says Heck:

„It would be risky to rely on BECCS as a strategy to achieve the Paris Agreement. Zauważalne negatywne emisje z plantacji biomasy przychodzą kosztem ogromnej presji na globalne środowisko jako całość.

„Aby osiągnąć cele klimatyczne, konieczne jest obecnie natychmiastowe zmniejszenie emisji CO2, zamiast stosowania szkodliwych technologii, aby zrekompensować bardziej spokojne tempo.”

.