Veel toekomstige klimaatscenario's suggereren dat negatieve emissies nodig zullen zijn om de opwarming van de aarde te beperken. Onderzoekers onderzoeken nu hoe haalbaar dit is.

In IJsland zuigt een machine nu dag en nacht kooldioxide uit de atmosfeer. Zijn missie is om het gas te mengen met water en het vervolgens ondergronds te pompen waar het na een paar jaar in steen zal veranderen.

Dergelijke machines zijn nu interessant omdat de wereldwijde uitstoot van broeikasgassen nog steeds veel te hoog is om erop te kunnen vertrouwen dat ze alleen worden verminderd. Om ernstige milieueffecten te voorkomen, zullen we hoogstwaarschijnlijk ook negatieve emissies nodig hebben om sommige van deze gassen uit de atmosfeer te verwijderen en ze ergens permanent op te slaan.

"Scenario's voor het tegengaan van klimaatverandering laten vaak zien dat we tegen het einde van de eeuw een aanzienlijke hoeveelheid negatieve emissies nodig zullen hebben om de opwarming te beperken tot 1,5 graad C of 2 graden C", zegt Dr. Kati Koponen, senior wetenschapper bij het VTT Technisch Onderzoekscentrum van Finland in Espoo.

Nieuwe oplossingen en praktijken, zowel technologisch als niet-technologisch, zullen nodig zijn om negatieve emissies te produceren. Op de natuur gebaseerde oplossingen, zoals het planten van meer bomen of het herstellen van veengebieden, die CO₂ opvangen en opslaan en die al lang bekend zijn en worden gebruikt, worden onderzocht voor een bredere inzet bij mitigatie, inclusief robuustere monitoring en kwantificering van hun prestaties.

Er bestaan ​​ook verschillende potentiële technologieën, maar de meeste staan ​​nog in de kinderschoenen. Directe luchtafvang bijvoorbeeld, de technologie die in IJsland wordt gebruikt, maakt gebruik van chemische processen om koolstofdioxide (CO₂ ) uit de atmosfeer voordat het ondergronds wordt opgeslagen.

De voordelen en afwegingen zijn echter nog vaag. "De uitdaging is om het realistische potentieel van deze technologieën (en praktijken) te begrijpen", waarschuwde Dr. Koponen. "We willen geen negatieve uitstoot creëren door andere ongewenste effecten ergens anders te creëren."

Het terrein voorbereiden voor negatieve emissietechnologieën

Dr. Koponen en haar collega's beoordelen het werkelijke potentieel van verschillende negatieve emissieoplossingen in Europa en elders, via het NEGEM-project. Ze zullen de gerelateerde economische, ecologische en sociale aspecten in overweging nemen om beter te begrijpen welke regelgevende kaders nodig zullen zijn om deze oplossingen uit te rollen.

Sommige oplossingen zijn misschien gewoon niet kosteneffectief, terwijl andere het milieu kunnen belasten door te veel water, energie of land te verbruiken. Er zijn ook sociale kwesties om te overwegen:zullen bewoners bijvoorbeeld accepteren dat CO₂ opgeslagen in de grond in de buurt van hun huizen? "Deze combinatie [van disciplines] is wat bijzonder is aan dit project," zei Dr. Koponen.

Tot nu toe heeft het NEGEM-team modellen gebruikt om te onderzoeken hoe verschillende negatieve-emissieoplossingen het milieu en hun kosten gedurende hun hele levenscyclus beïnvloeden. Ze hebben gekeken naar een breed scala aan milieu-indicatoren, zoals de uitputting van natuurlijke hulpbronnen zoals water of grondstoffen en veranderingen in landgebruik, naast de gevolgen van klimaatverandering die zouden worden vermeden.

In recent werk onderzochten ze strategieën op het land, in tegenstelling tot die welke in de oceaan of in industriële contexten worden gebruikt. Het team ontdekte dat in de bestudeerde gevallen het planten van bomen de meest efficiënte manier was om CO₂ . te verwijderen uit de atmosfeer. De beschikbaarheid van land is hier echter een probleem:land is nodig voor verschillende doeleinden, zoals het verbouwen van voedsel of het produceren van hout om producten te maken. Bovendien zijn bossen kwetsbaar voor verstoringen zoals branden en ongedierte, wat van invloed zou zijn op hoe lang de CO₂ kan daar worden opgeslagen. Er zijn nieuwe soorten beleid nodig om deze problemen aan te pakken, een ander aspect dat het project momenteel onderzoekt.

De resultaten van NEGEM moeten helpen bij het informeren van het EU-beleid om de opwarming van de aarde ruim onder de 2 graden Celsius te houden, zoals uiteengezet in de Overeenkomst van Parijs van 2015. Volgens Dr. Koponen zouden hun resultaten een meer realistische beoordeling moeten geven van het potentieel van verschillende technologieën en praktijken voor negatieve emissie, wat de EU zou moeten helpen om haalbare doelen te stellen.

Op de natuur gebaseerde oplossingen

De uitstoot van broeikasgassen en op het land gebaseerde strategieën om ze te verwijderen, zijn al 30 jaar opgenomen in nationale inventarissen. De verbetering van dergelijke putten kan ook als mitigerende maatregel worden opgenomen in de nationaal bepaalde bijdragen (NDC's) onder de Overeenkomst van Parijs.

In deze context proberen onderzoekers met het LANDMARC-project het werkelijke potentieel te begrijpen van activiteiten die de verwijdering van broeikasgassen verhogen of de uitstoot van land verminderen. Eise Spijker, een onderzoeker bij het JIN Climate and Sustainability kenniscentrum in Groningen, Nederland, en zijn collega's onderzoeken hoe deze oplossingen, waarvan er vele op de natuur zijn gebaseerd, kunnen worden toegepast in land- of bosbouwomgevingen.

"Het lastige, vooral met op de natuur gebaseerde opties, is de uitdaging van permanente opslag van koolstof", zei Spijker. "Als je eenmaal koolstof aan ecosystemen geeft, blijven ze tot op zekere hoogte in de natuurlijke koolstofcyclus, maar je weet niet echt hoeveel er wordt opgeslagen en voor hoe lang."

Observatie van boven en onder

Monitoringtechnieken kunnen helpen bepalen hoeveel CO₂ kunnen worden opgevangen uit de atmosfeer en worden opgeslagen in de bodem en planten. Een van de projectdoelen is daarom om verschillende soorten waarnemingen in modellen op te nemen, om het potentieel van emissieverwijderende oplossingen realistischer weer te geven.

"We gebruiken gegevens van een combinatie van aardobservatietechnieken, waaronder teledetectie (zoals satellieten) en ook ondergrondse metingen (zoals bodemmonsters) om de hoeveelheid opgeslagen koolstof te meten", zegt projectcoördinator Dr. Jenny Lieu, een assistent-professor aan de Technische Universiteit Delft in Nederland.

LANDMARC voert wereldwijd 16 casestudies uit, waarbij verschillende activiteiten, zoals boslandbouw in Spanje en duurzamere rijstproductie in Nepal, zullen worden gemonitord om te zien hoe goed ze koolstof vastleggen. Het team is van plan om te experimenteren met verschillende combinaties van monitoringtechnieken. Satellietgegevens worden verzameld en geanalyseerd met bijvoorbeeld door hen ontwikkelde algoritmen.

Een tool om de netto klimaatimpact op de grond te meten

Een van de resultaten van het project zal een koolstofkaarttool zijn, mogelijk ook beschikbaar als een telefoon-app, die de impact van verschillende landgebaseerde koolstofverwijderingsactiviteiten op de uitstoot van broeikasgassen kan kwantificeren en monitoren. Het maakt gebruik van observaties van zowel bovenaf, met behulp van satellieten en drones, als op de grond, zoals grondmonsters.

"We streven ernaar verschillende gespecialiseerde aardobservatietools te combineren in een goedkope en gebruiksvriendelijke monitoringtool die rekening houdt met een breed scala aan eindgebruikers", zei Dr. Lieu. Dit betekent dat overheden of landgebruikbeheerders bijvoorbeeld locatiespecifieke gegevens over de bodem en vegetatie op hun land kunnen invoeren en een betrouwbare schatting kunnen krijgen van de netto klimaatimpact.

Grootschalige CO₂ verwijdering

Het potentieel van negatieve emissieactiviteiten om de opwarming van de aarde te vertragen, hangt ook af van de vraag of ze in de komende decennia klaar zijn voor gebruik op industriële schaal. Veel klimaatscenario's gaan uit van dit uitgangspunt, maar er zijn zorgen over de haalbaarheid hiervan. Technologische oplossingen staan ​​momenteel nog in de kinderschoenen, zegt dr. Bas van Ruijven, onderzoeker en groepsleider bij het International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) in Laxenburg, Oostenrijk.

Dr. van Ruijven en zijn collega's beoordelen daarom de haalbaarheidsproblemen voor verschillende klimaatscenario's, als onderdeel van het ENGAGE-project. Ze zullen bijvoorbeeld beoordelen hoe activiteiten voor het verwijderen van broeikasgassen naar verwachting zullen bijdragen. Het team zal ook nieuwe klimaatmitigatiescenario's ontwikkelen. "Negatieve emissietechnologieën spelen een grote rol in dat deel van het project", benadrukte Dr. van Ruijven.

Tot nu toe heeft het team twee verschillende decarbonisatiescenario's vergeleken. De eerste is bedoeld om de opwarming tegen 2100 te beperken tot minder dan 2 graden C. In dit geval kan de temperatuurdoelstelling in de eerste helft van de eeuw worden overschreden, maar negatieve emissies zouden later essentieel zijn om de mondiale temperatuur weer te verlagen.

In het tweede scenario is het doel simpelweg de 2 graden opwarming niet te overschrijden, wat meer in lijn is met het Akkoord van Parijs. Activiteiten op het gebied van koolstofverwijdering zouden op korte termijn een rol kunnen spelen bij het sneller terugdringen van de uitstoot. Op de lange termijn zouden ze vooral nodig zijn om de resterende emissies tegen te gaan van bepaalde sectoren, zoals de luchtvaart of de industrie, waar het moeilijk is om emissies volledig te elimineren.

Vroeger is beter:actie uitstellen heeft gevolgen

In recent werk gebruikte het team modellen om te onderzoeken hoe elk van deze scenario's het landgebruik in de toekomst zou beïnvloeden om de sociale en ecologische gevolgen beter te begrijpen. Ze hielden rekening met verschillende factoren:economische projecties en bevolkingsgroei, samen met hun daaropvolgende impact op het energieverbruik en de uitstoot van broeikasgassen.

Dr. van Ruijven en zijn collega's ontdekten dat mitigatiescenario's die gericht waren op scenario's van het einde van de eeuw, waarbij de temperatuur tijdelijk 2 graden Celsius mocht overschrijden, grote gevolgen hadden voor het landgebruik na 2050. Tekorten aan voedsel en irrigatiewater zouden waarschijnlijk, evenals hogere voedselprijzen. "Het is een grote roep om meer inspanningen op korte termijn om de uitstoot sneller terug te dringen", zegt dr. van Ruijven. "Anders dwing je toekomstige generaties om op grotere schaal negatieve emissietechnologieën te gebruiken."

Ook tijdens de transitie naar netto nulemissie zal aanvullend beleid nodig zijn om de maatschappelijke impact te compenseren. Voedselsubsidies kunnen nodig zijn om mensen met een lager inkomen te helpen, bijvoorbeeld als de voedselprijzen stijgen.

"Ons werk laat zien dat het inzetten van nieuwe technologieën voor CO₂ verwijdering zal echter onmisbaar zijn om de doelstellingen van de Overeenkomst van Parijs te bereiken, zowel op korte als op lange termijn, merkte dr. van Ruijven op. "Hopelijk zal ons onderzoek regeringen inspireren om hun ontwikkeling te stimuleren."