Geoengineering medför ”stora risker” för naturen, visar studier

En ny studie visar att en minskning av effekterna av mänskligt orsakade klimatförändringar genom användning av bioenergi med avskiljning och lagring av koldioxid – mer känd som BECCS – kan få stora konsekvenser för vilda djur, skogar och vattenresurser.

Den storskaliga omvandlingen av befintlig mark till BECCS-plantager skulle kunna leda till att den globala skogstäckningen minskar med så mycket som 10 % och att den biologiska mångfalden minskar med upp till 7 %, säger huvudförfattaren till Carbon Brief.

Och införandet av geoengineering med hjälp av solenergi skulle också kunna hota vilda djur och växter, visar en annan studie. Den nya forskningen visar att om en sådan teknik införs – och sedan inte upprätthålls – kan den globala temperaturen återhämta sig snabbt, vilket gör att många arter inte klarar av den kraftiga förändringen av förhållandena.

De två studierna upprepar behovet av att fullt ut överväga de möjliga konsekvenserna av att införa geoteknik om den används för att mildra effekterna av den globala uppvärmningen, säger författarna till de båda studierna till Carbon Brief.

Resultaten belyser också att ”lösningen på den globala uppvärmningen är att mildra effekterna”, avslutar den ena författaren. ”För att uppnå klimatmålen är det nu viktigt att omedelbart minska koldioxidutsläppen, i stället för att använda skadlig teknik för att kompensera för en lugnare takt”, säger en annan författare.

Förhandlingar med BECCS

Den första studien, som publicerades i Nature Climate Change, bedömer hur användningen av BECCS skulle kunna påverka olika aspekter av naturen, bland annat skogstäckningen, den biologiska mångfalden och sötvattenresurserna.

BECCS har av många stämplats som en lovande ”teknik för negativa utsläpp”, vilket innebär att den skulle kunna användas för att minska mängden koldioxid i atmosfären. Enkelt uttryckt innebär BECCS att man förbränner biomassa – t.ex. träd och grödor – för att generera energi och sedan fångar upp de resulterande koldioxidutsläppen innan de släpps ut i luften.

Tyvärr har BECCS ännu inte demonstrerats på kommersiell basis, men vetenskapsmännen har redan inkluderat storskalig BECCS i många av de modellerade ”vägar” som visar hur den globala uppvärmningen kan begränsas till 2 °C över den förindustriella nivån.

Vissa forskare hoppas att BECCS kan användas för att absorbera en del av den koldioxid som frigörs av mänsklig verksamhet, vilket i sin tur skulle kunna hjälpa världen att uppnå ”nettonollutsläpp”.

I den nya studien undersöks om detta skulle kunna uppnås utan att orsaka alltför stor skada på många aspekter av naturen.

BECCS skulle kunna orsaka problem för naturen genom att ta en stor mängd mark, vatten och andra resurser i anspråk, förklarar huvudförfattaren Vera Heck från Potsdaminstitutet för forskning om klimatpåverkan (PIK).

Hennes forskning visar att en storskalig användning av BECCS skulle kunna vara förenad med ”stora risker” för naturen. Hon säger till Carbon Brief:

”Att använda storskaliga biomassaplantager för att utvinna koldioxid ur atmosfären kan bidra till klimatskyddet, men kan leda till att många andra miljögränser överskrids, vilket innebär stora risker för den biologiska mångfalden, näringsämnenas och vattnets kretslopp samt markanvändning. Därför kan biomassa som ett sätt att avlägsna koldioxid endast utgöra ett begränsat bidrag till hållbara vägar för klimatskydd.”

Tryckt till gränsen

För studien uppskattade forskarna hur BECCS skulle kunna påverka de nio ”planetära gränserna”.

Idén med de planetära gränserna är att identifiera hur mycket människan kan utveckla och använda jordens resurser samtidigt som hon tryggt håller sig inom gränserna för vad planeten klarar. Fyra av de nio planetära gränserna, inklusive klimatförändringarna, har redan överskridits till följd av mänsklig aktivitet.

Du kan se de nio gränserna i diagrammet nedan, som också visar statusen för var och en av dem, enligt en Science-studie från 2015.

För att förstå hur BECCS kan påverka de planetära gränserna körde forskarna en rad modeller som tog hänsyn till både framtida klimatförändringar och hur jordbruksmarkens användningsmönster kan komma att skilja sig åt i framtiden.

För varje scenario räknade forskarna ut hur många BECCS-plantager som skulle kunna skapas samtidigt som de höll sig inom den ”säkra” zonen av de planetära gränserna. Forskarna ansåg att ”säkert” innebar att BECCS skulle genomföras utan ytterligare skador på de planetära gränserna.

De finner att genomförandet av BECCS inom de säkra gränserna skulle kunna möjliggöra negativa utsläpp på upp till 60 miljoner ton koldioxid per år. Detta motsvarar mindre än 1 % av de nuvarande globala koldioxidutsläppen, säger Heck.

Tar risker

Forskarna uppskattade också hur mycket kol som skulle kunna fångas upp om BECCS infördes inom ”riskabla” gränser. Denna definition tillät ytterligare skador på de planetära gränserna, men förhindrade ändå en förflyttning till ”högriskzonen” (se tidigare grafik).

Detta skulle möjliggöra negativa utsläpp på cirka 1,2 miljarder till 6,3 miljarder ton kol, beroende på vilken typ av bioenergi som används, konstaterade forskarna.

För att uppnå den högsta mängden negativa utsläpp skulle det krävas att man använde sig av omvandling av biomassa till vätgas med avskiljning och lagring av koldioxid. Men den teknik som behövs för att underlätta omvandlingen av biomassa till väte är fortfarande långt ifrån att vara genomförbar, menar Heck.

Hursomhelst kan genomförandet av BECCS inom riskfyllda gränser få stora konsekvenser för miljön, tillägger hon:

”De riskfyllda scenarierna innebär en avsevärd risk för att utlösa negativ återkoppling från jordens system och skulle kunna undergräva stabiliteten och motståndskraften hos jordens system.”

En av konsekvenserna är att införandet av BECCS inom de riskfyllda gränserna skulle kunna leda till att den globala skogstäckningen minskar med 10 % och att den biologiska mångfaldens ”intakthet” minskar med 7 %. Detta beror på att en stor mängd mark skulle behöva omvandlas till biobränsleplantager, säger Hecks.

Ovanpå detta kan det extra vattenbehovet som härrör från alla nyanlagda BECCS-plantager vara mer än dubbelt så stort som det som krävs för det globala jordbruket, tillägger Hecks.

Den nya forskningen bekräftar tidigare upptäckter om att BECCS kan ha en ”betydande negativ påverkan på mark och sötvatten”, säger professor Pete Smith, professor i växt- och markvetenskap vid University of Aberdeen, som inte var inblandad i forskningen. Han säger till Carbon Brief:

”Författarna konstaterar att det är riskabelt att förlita sig på utbredd BECCS, men det finns regioner där risken är låg. Studien är robust och bidrar till att flytta den nuvarande debatten bort från de för närvarande polariserade ståndpunkterna ”BECCS är alltid dåligt” eller ”BECCS är alltid bra”. Fler integrerade bedömningar som dessa behövs för att stärka den evidensbas på vilken beslut om negativa utsläpp kommer att fattas.”

Simulering av solens geoengineering

Den andra studien, som publicerades i Nature Ecology & Evolution, undersöker hur införandet av solens geoengineering skulle kunna påverka den biologiska mångfalden.

Solär geoengineering, eller ”hantering av solstrålning” (SRM), beskriver en rad metoder – som alla förblir hypotetiska – för att artificiellt minska solljuset vid jordytan i syfte att dämpa den globala uppvärmningen.

Den nya studien fokuserar på konsekvenserna av en typ av SRM, som innebär att aerosoler sprutas in i stratosfären. När aerosolerna väl befinner sig i atmosfären har det föreslagits att de skulle kunna bilda en skyddande slöja runt jorden som kan reflektera solljuset och därmed kyla planeten.

Aerosoler har en begränsad livslängd i stratosfären och skulle behöva släppas ut med regelbundna tidsintervaller för att vara effektiva. Om frisättningen av aerosoler plötsligt upphörde skulle de globala temperaturerna snabbt kunna stiga igen.

Den nya studien visar att detta plötsliga upphörande av SRM skulle leda till att många arter inte skulle kunna hantera den snabba förändringen av miljöförhållandena, säger studiens författare professor Alan Robock från Rutgers University. Han säger till Carbon Brief:

”De viktigaste resultaten är att varje genomförande av stratosfärisk geoengineering skulle kunna sluta katastrofalt för många arter. Även om det, om geoengineering någonsin skulle genomföras, inte skulle vara meningsfullt att plötsligt avsluta den, finns det trovärdiga scenarier där detta skulle kunna hända. Bör samhället någonsin ta den risken?”

Modellering av en global förändring

För att förstå hur ett snabbt upphörande av solgenerering skulle kunna påverka vilda djur och växter använde forskarna modeller för att jämföra förändringar i temperatur och nederbörd enligt ett scenario där SRM pågår från 2020 till 2070 med ett scenario utan geoengineering och med en medelhög nivå av växthusgasutsläpp (RCP4.5).

Forskarna beräknade sedan ”klimathastigheterna” för varje scenario, vilket kvantifierar hastigheten och riktningen på klimatförändringarna.

Resultaten visas i diagrammen nedan, som visar förändringen av temperaturhastigheten för (a) ett modellerat scenario som visar införandet av SRM, (b) upphörandet av SRM, (c) det nuvarande klimatet mellan 1960 och 2014 och (d) en okonventionell värld med måttliga utsläpp.

I diagrammet innebär djupt rött en snabb ökning av temperaturhöjningshastigheten, medan blått visar en snabbt sjunkande temperatur.

Resultaten visar att medan genomförandet av solar geoengineering kan leda till att temperaturen sjunker ganska snabbt, kan ett plötsligt upphörande leda till snabba ökningar när temperaturen återhämtar sig.

Temperaturförändringstakten vid upphörande av SRM kan vara två till fyra gånger större än de förändringar som orsakas av själva klimatförändringen, konstaterar forskarna. Studien finner också liknande – om än inte lika drastiska – förändringar av nederbörden.

Denna stora förändring av miljöförhållandena skulle kunna leda till att många arter inte kan anpassa sig och löper stor risk att dö ut, säger forskarna.

Djur som inte har lätt att anpassa sig till nya miljöer, till exempel arter som finns i tropiska regnskogar och livsmiljöer på små öar, kommer att ha sämst möjlighet att anpassa sig till dessa förändringar, tillägger de. Risken kan vara störst för långsamma amfibier, konstaterar forskarna i sin artikel:

”Även om skillnaderna i klimathastighet mellan terrestra hotspots för vissa taxa är små, tyder det faktum att amfibiernas hotspots för biologisk mångfald har den högsta temperatursnabbheten från plötslig avveckling på att de ökade utdöenderiskerna skulle vara särskilt allvarliga för denna grupp.”

Med andra ord finns ett stort antal amfibier i områden som förväntas påverkas mest av ett plötsligt avslutande av SRM.”

Den nya forskningen är ett viktigt bidrag till det ”bredare samtalet” kring riskerna med geoengineering med hjälp av solenergi, säger Dr. Ben Kravitz, en klimatforskare från Pacific Northwest National Laboratory, som inte var involverad i den nya forskningen. Han säger till Carbon Brief:

”Även om det finns många frågor som dyker upp när man talar om ekosystem, är denna studie så vitt jag vet den första kvantitativa undersökningen av vad som kan hända med den biologiska mångfalden vid olika scenarier för geoengineering. Och, vilket är viktigt, studien gjordes med hjälp av flera klimatmodeller, vilket innebär att vi har uppskattningar av hur robusta modellreaktionerna är.”

Forskningen belyser behovet av att utveckla ett styrande ramverk för geoengineering, säger Janos Pasztor, verkställande direktör för Carnegie Climate Geoengineering Governance Initiative (C2G2).

”Det här dokumentet är precis den typ av forskning som vi behöver för att bättre förstå riskerna med och de potentiella fördelarna med injektion av stratosfärisk aerosol. Därför måste en del av de första ramarna för styrning av SAI omfatta forskning, inklusive uppmuntran av mer forskning som leder till att riskerna och de potentiella fördelarna med SAI klargörs.”

Finnande av ”lösningen”

Resultaten visar att en dämpning av den globala uppvärmningen med hjälp av solenergi skulle kunna vara förknippad med ”många möjliga risker”, säger Robock. Detta tyder på att en minskning av de globala utsläppen skulle vara det bästa sättet att begränsa framtida klimatförändringar, säger han:

”Lösningen på den globala uppvärmningen är begränsning. Det är inte för sent att snabbt övergå till vind- och solkraft och snabbt minska våra utsläpp av koldioxid till atmosfären.”

Avhjälpande av klimatförändringarna genom användning av BECCS är också förknippat med ”betydande” risker, menar Heck:

”Det skulle vara riskabelt att förlita sig på BECCS som en strategi för att uppnå Parisavtalet. Noterbara negativa utsläpp från biomassaplantager sker på bekostnad av enorma påfrestningar på den globala miljön som helhet.”

”För att uppnå klimatmålen är det nu viktigt att omedelbart minska koldioxidutsläppen, i stället för att använda skadlig teknik för att kompensera för en lugnare takt.”