Come la sabbia verde potrebbe catturare miliardi di tonnellate di anidride carbonica

La spiaggia di sabbia verde di Papakōlea alle Hawaii. Progetto Vesta

Un paio di insenature orlate di palme formano due strette tacche, distanti circa un quarto di miglio, lungo la costa di un'isola sconosciuta da qualche parte nei Caraibi.

Dopo una visita in loco all'inizio di marzo, i ricercatori del San Francisco Project Vesta senza scopo di lucro hanno stabilito che le doppie insenature fornivano un luogo ideale per studiare un metodo oscuro per catturare l'anidride carbonica che guida il cambiamento climatico.

Entro la fine dell'anno, Project Vesta prevede di diffondere un minerale vulcanico verde noto come olivina, ridotto alle dimensioni di particelle di sabbia, su una delle spiagge. Le onde abbatteranno ulteriormente il materiale altamente reattivo, accelerando una serie di reazioni chimiche che estraggono il gas serra dall'aria e lo rinchiudono nei gusci e negli scheletri di molluschi e coralli.

Questo processo, insieme ad altre forme di ciò che è noto come alterazione degli agenti atmosferici minerali, potrebbe potenzialmente immagazzinare centinaia di trilioni di tonnellate di anidride carbonica, secondo un rapporto delle accademie nazionali l'anno scorso . È molto più anidride carbonica di quella che gli esseri umani hanno pompato dall'inizio della rivoluzione industriale. A differenza dei metodi di rimozione del carbonio che si basano su suolo, piante e alberi, sarebbe effettivamente permanente. E il progetto Vesta almeno crede che potrebbe essere economico, nell'ordine di $ 10 per tonnellata di anidride carbonica immagazzinata una volta fatto su larga scala.

Ma ci sono anche enormi domande su questo concetto. Come si estraggono, macinano, spediscono e diffondono le grandi quantità di minerali necessarie senza produrre più emissioni di quelle che il materiale rimuove? E chi lo pagherà?

Poi ci sono sfide particolari che circondano l'approccio di Project Vesta. I ricercatori non sanno ancora quante onde accelereranno questi processi, quanto bene possiamo misurare e verificare l'assorbimento di carbonio, quali tipi di effetti ambientali potrebbero derivare o quanto prontamente il pubblico abbraccerà l'idea di versare minerali verdi a terra lungo le coste del mare .

Gran parte di questo non è stato testato, afferma Phil Renforth, professore associato presso la Heriot-Watt University in Scozia, che studia gli agenti atmosferici migliorati.

Un'opportunità non sfruttata

Gli agenti atmosferici minerali sono uno dei principali meccanismi che il pianeta utilizza per riciclare l'anidride carbonica attraverso scale temporali geologiche. L'anidride carbonica catturata nell'acqua piovana, sotto forma di acido carbonico, dissolve rocce e minerali di base, in particolare quelli ricchi di silicato, calcio e magnesio, come l'olivina. Questo produce bicarbonato, ioni di calcio e altri composti che si fanno strada negli oceani, dove gli organismi marini li digeriscono e li convertono nel carbonato di calcio solido e stabile che costituisce i loro gusci e scheletri.

Le reazioni chimiche liberano idrogeno e ossigeno nell'acqua per estrarre più anidride carbonica dall'aria. Nel frattempo, quando i coralli e i molluschi muoiono, i loro resti si depositano sul fondo dell'oceano e formano strati di calcare e tipi di roccia simili. Il carbonio rimane lì rinchiuso da milioni a centinaia di milioni di anni, fino a quando non viene rilasciato di nuovo attraverso l'attività vulcanica.

Questo meccanismo naturale assorbe almeno mezzo miliardo di tonnellate di anidride carbonica ogni anno. Il problema è che la società sta pompando costantemente più di 35 miliardi di tonnellate ogni anno. Quindi la domanda fondamentale è: possiamo accelerare e aumentare radicalmente questo processo?

L'idea di sfruttare gli agenti atmosferici per combattere il cambiamento climatico non è nuova. Un articolo pubblicato su Nature proposto utilizzando silicati per catturare l'anidride carbonica 30 anni fa. Cinque anni dopo, il ricercatore della Exxon Haroon Kheshgi suggerito di impiegare calce viva per lo stesso scopo, e quello stesso anno Klaus Lackner, un pioniere nella rimozione del carbonio , ha valutato una varietà di potenziali tipi e metodi di roccia.

Ma il miglioramento degli agenti atmosferici ha ricevuto poca attenzione nei decenni da allora rispetto ad approcci più semplici come piantare alberi, alterare le pratiche agricole o persino costruzione di macchine per l'aspirazione di CO2 . Ciò è in gran parte dovuto al fatto che è difficile da fare, afferma Jennifer Wilcox, professoressa di ingegneria chimica che studia la cattura del carbonio al Worcester Polytechnic Institute nel Massachusetts. Ogni approccio presenta sfide e compromessi particolari, ma portare i minerali giusti, della giusta dimensione, nel posto giusto e nelle giuste condizioni, è sempre un'impresa costosa e complessa.

Sempre più ricercatori, tuttavia, stanno iniziando a dare un'occhiata più da vicino alla tecnologia man mano che cresce l'importanza della rimozione del carbonio e concludono altri studi che ci sono modi per allineare i suoi costi con altri approcci. Se è abbastanza economico su larga scala, la speranza è che le compensazioni di carbonio aziendali, le politiche pubbliche come le tasse sul carbonio o i sottoprodotti vendibili del processo, come l'aggregato utilizzato nel calcestruzzo , potrebbe creare gli incentivi necessari affinché le organizzazioni mettano in atto queste pratiche.

Una manciata di progetti sono ora in corso. I ricercatori in Islanda lo sono stati convogliando costantemente una soluzione di anidride carbonica catturato da centrali elettriche o macchine per la rimozione del carbonio in formazioni di basalto in profondità nel sottosuolo, dove la roccia vulcanica lo ricopre in minerali carbonatici stabili. Il Leverhulme Center for Climate Change Mitigation, a Sheffield, in Inghilterra, sta conducendo prove sul campo presso l'Università dell'Illinois a Urbana-Champaign per valutare se polvere di roccia basaltica aggiunta ai campi di mais e soia potrebbe fungere sia da fertilizzante che da mezzo per abbattere l'anidride carbonica.

Nel frattempo, Gregory Dipple dell'Università della British Columbia, insieme ai colleghi di altre università in Canada e Australia, sta esplorando vari usi per i minerali altamente reattivi prodotti come sottoprodotto dell'estrazione di nichel, diamanti e platino. Un'idea è semplicemente disporli su un campo, aggiungere acqua e lavorare efficacemente il liquame. Si aspettano che i cosiddetti residui minerari attirino e mineralizzino rapidamente l'anidride carbonica dall'aria, formando un blocco solido che può essere sepolto. I loro modelli mostrano che potrebbe eliminare l'impronta di carbonio di alcune miniere o addirittura rendere le operazioni negative al carbonio.

Questa è una delle grandi opportunità non sfruttate nella rimozione dell'anidride carbonica, afferma Roger Aines, capo della Carbon Initiative presso il Lawrence Livermore National Lab. Osserva che un chilometro cubo di roccia ultramafica, che contiene alti livelli di magnesio, può assorbire un miliardo di tonnellate di anidride carbonica.

Miriamo sempre rock su quella scala, dice. Non c'è nient'altro che abbia quel tipo di scalabilità in tutte le soluzioni che abbiamo.

' Nella natura selvaggia'

Progetto Vesta piani svelati di portare avanti il ​​suo studio pilota nei Caraibi a maggio. Ciò ha seguito da vicino la società di pagamenti online Stripe's annuncio che avrebbe pagato in anticipo l'organizzazione no profit rimuoverà 3.333 tonnellate di anidride carbonica per $ 75 per tonnellata, come parte del suo impegno a spendere almeno 1 milione di dollari all'anno sui progetti a emissioni negative.

Il progetto Vesta ha ottenuto il permesso locale per iniziare a condurre campionamenti sulle spiagge e intende annunciare il luogo una volta finalizzate le approvazioni per portare avanti l'esperimento, afferma Tom Green, il direttore esecutivo. Stima il costo totale del progetto a circa $ 1 milione.

L'obiettivo centrale dello studio, che lascerà la seconda spiaggia nel suo stato normale come controllo, è iniziare ad affrontare alcune delle incognite scientifiche che circondano il miglioramento degli agenti atmosferici costieri.

PROGETTO VEST

La ricerca e le simulazioni di laboratorio hanno scoperto che le onde accelereranno significativamente la rottura dell'olivina e uno documento concluso che l'esecuzione di questo processo attraverso il 2% dei mari di piattaforma più energetici del mondo potrebbe compensare tutte le emissioni umane annuali.

Ma una sfida importante è che i materiali devono essere macinati finemente per garantire che la stragrande maggioranza della rimozione del carbonio si svolga nel corso degli anni anziché dei decenni. Alcuni ricercatori hanno scoperto che questo sarebbe così costoso e ad alta intensità energetica e produrrebbe emissioni così significative da solo, che l'approccio non sarebbe praticabile . Tuttavia, altri concludono che rimuoverà significativamente più anidride carbonica di quella che produce.

C'è un corpo di ricerca piuttosto significativo che dimostra che questo funziona e ha del potenziale, dice Green. Ma ora dobbiamo fare dei veri esperimenti in natura.

Il progetto Vesta spera di portare gli scienziati sul sito per iniziare l'esperimento vero e proprio entro la fine dell'anno. Dopo aver sparso l'olivina su una delle spiagge, monitoreranno da vicino la rapidità con cui le particelle si decompongono e si lava via. Misureranno anche il modo in cui l'acidità, i livelli di carbonio e la vita marina si spostano nella baia, nonché quanto quei livelli si spostano ulteriormente dalla spiaggia e come si confrontano le condizioni nel sito di controllo.

È probabile che l'esperimento duri un anno o due. In definitiva, il team spera di produrre dati che dimostrino la rapidità con cui funziona questo processo e quanto bene possiamo catturare e verificare l'assorbimento aggiuntivo di anidride carbonica. Tutti questi risultati possono essere utilizzati per perfezionare modelli scientifici.

Un'altra area di preoccupazione, che monitoreranno anche da vicino, è potenziali effetti collaterali ambientali .

I minerali sono effettivamente antiacidi geologici, quindi dovrebbero ridurre l'acidificazione degli oceani almeno a livelli molto locali, il che potrebbe avvantaggiare alcune specie costiere sensibili. Ma l'olivina può anche contenere tracce di ferro, silicato e altri materiali, che potrebbero stimolare la crescita di alcuni tipi di alghe e fitoplancton, e altro alterare gli ecosistemi e le catene alimentari in modi che potrebbero essere difficili da prevedere, afferma Francesc Montserrat, ricercatore ospite in ecologia marina presso l'Università di Amsterdam e consulente scientifico del Progetto Vesta.

Supporto massiccio

Alcuni suggeriscono che il progetto Vesta potrebbe esagerare il potenziale o sottovalutare le difficoltà del suo approccio, in particolare la probabilità di una reazione pubblica contro le proposte di versare materiali lungo le coste del mare.

Penso che nessuno abbia ancora testato la parte della licenza sociale, afferma Renforth di Heriot-Watt, che ha agito come un revisore scientifico per gli acquisti di carbonio di Stripe .

Il progetto Vesta's Green riconosce le molte incertezze sugli agenti atmosferici costieri. Ma sottolinea che lo scopo principale del progetto è riempire alcuni dei vuoti scientifici e dimostrare che può essere fatto per $ 10 a tonnellata. Se è così, crede, i mercati, le politiche e il pubblico arriveranno sempre più a sostenere il concetto, in particolare quando i rischi di un riscaldamento globale incontrollato aumentano.

Il mondo si sta muovendo verso un luogo in cui le persone iniziano a credere di più nel cambiamento climatico e più che dobbiamo fare qualcosa al riguardo, dice. Tra cinque o dieci anni, penso che vivremo in un mondo in cui c'è un enorme supporto per la cattura del carbonio.

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