Revisione trimestrale n. 2: Geoingegneria marina

15 settembre 2021

Geoingegneria marina: il numero di progetti di rimozione dei gas serra negli ambienti marini continua a crescere, insieme al numero di progetti di ricerca marina e prove sul campo

Negli ultimi mesi, l'interesse per i progetti di geoingegneria marina è notevolmente aumentato. Sono stati lanciati nuovi progetti di ricerca, sono state presentate nuove tecnologie teoriche di geoingegneria marina e si stanno facendo tentativi per commercializzare la geoingegneria marina.

 

La rimozione dei gas serra (GGR) si riferisce a una serie di tecnologie proposte che rimuovono i gas serra dall'atmosfera. La mappa mondiale interattiva sulla geoingegneria, uno strumento generato da ETC Group e dalla Fondazione Heinrich Böll, mostra che il numero di progetti GGR in ambienti marini è in costante aumento. Finora, la quota di progetti di geoingegneria marina rappresentava circa il 10 %[1] di tutti i  progetti di geoingegneria [AC1] conosciuti . Tuttavia, se si considerano solo i progetti pianificati noti, la quota è più che triplicata. Il numero [AC2]  sono aumentati in particolare i progetti di ricerca marina pianificata, di cattura e stoccaggio del carbonio (CCS) e di miglioramento degli agenti atmosferici. Ad esempio, la percentuale di progetti CCS che prevedono di pompare CO2 sotto il fondo del mare è più che quadruplicata.[2] Un team internazionale di ricercatori spiega che il crescente clamore intorno ai progetti GGR marini è in parte guidato dal fatto che le sfide tecniche e politiche dei progetti GGR terrestri stanno diventando più evidenti. Un'altra possibile ragione citata è la natura commerciale dei progetti GGR marini, che probabilmente saranno pubblicizzati per attirare capitali, citando come esempi il Progetto Vesta e il centro di conoscenza Ocean CDR finanziato in modo filantropico.

 

Come i progetti GGR terrestri, i progetti GGR marini consumano molte risorse, comportano rischi ingestibili per l'ambiente e non affrontano le cause alla base del cambiamento climatico

Un team di ricercatori dell'UCLA, l'Università della California, basa il proprio interesse per il GGR marino sul fatto che l'acqua di mare contiene quasi 150 volte più CO2 rispetto all'aria ambiente. I ricercatori propongono un approccio per rimuovere la CO2 dall'atmosfera che prevede l'estrazione di CO2 dall'acqua di mare. Sostengono che la cattura di CO2 nell'acqua dell'oceano è più efficiente della cattura diretta nell'aria a causa della concentrazione di CO2 significativamente più elevata; e si aspettano che a causa della rimozione di CO2, l'acqua di mare possa riassorbire più CO2 dall'atmosfera. Il processo, che finora è stato testato solo su scala di laboratorio, si chiama "sequestro e stoccaggio del carbonio in un'unica fase (sCS2)” e funziona come segue: L'acqua di mare viene pompata nell'impianto sCS2. Aggiungendo idrossido di sodio (NaOH) e una carica elettrica, la CO2 disciolta reagisce con il magnesio (Mg) e il calcio (Ca) contenuti nell'acqua di mare e forma minerali di carbonio. Dopo la disidratazione e la separazione dei minerali solidi, l'acqua viene restituita all'oceano e i solidi devono essere smaltiti. Per catturare 10 miliardi di tonnellate di CO2 all'anno, pari a circa il 30% delle  emissioni globali di CO2 legate all'energia[3] , il team dell'UCLA ha stimato che sarebbero necessari quasi 1.800 impianti sCS2, a un costo di trilioni di dollari. Questo scenario potrebbe comportare nei seguenti costi e rischi ambientali:

• Distruzione degli habitat costieri a causa dello sviluppo su larga scala lungo le coste.
• ~14 km³ di spazio per rifiuti all'anno poiché la rimozione annuale di 10 miliardi di tonnellate di CO2 genera 20 miliardi di tonnellate di solidi. Non è chiaro se una piccola quantità di questi solidi possa essere utilizzata come materiale da costruzione.
• 10 volte il consumo annuo di elettricità degli Stati Uniti [4] poiché il consumo energetico annuo stimato per catturare 10 miliardi di tonnellate di CO2 è 45 miliardi di MWh per l'impianto sCS2 e ~ 1,5 miliardi di MWh per il pompaggio di acqua di mare. E questa stima del consumo energetico non è nemmeno esaustiva; manca, tra l'altro, l'energia consumata per il trasporto dei solidi in discarica e per la produzione e manipolazione del NaOH necessario.
• Sono necessarie circa 18 miliardi di tonnellate di NaOH all'anno: La produzione di NaOH è molto energivora. Inoltre, NaOH pone rischi ambientali; secondo l' Agenzia Chimica Europea, è acutamente tossico per gli organismi acquatici anche a basse concentrazioni.
• I potenziali impatti negativi sugli ecosistemi marini o sulle specie poiché gli impianti sCS2 rimuovono ogni anno 9,1 miliardi di tonnellate di Ca o 5,5 miliardi di tonnellate di Mg dall'acqua di mare.

Se attuata su larga scala, la proposta di ricerca dell'UCLA comporta rischi ambientali, distruzione dell'habitat naturale a causa del consumo di suolo e una domanda molto elevata di energia e prodotti chimici. È difficilmente concepibile che le grandi quantità di energia rinnovabile necessarie possano essere generate senza ritardare automaticamente ulteriormente l'eliminazione graduale dei combustibili fossili e quindi causare ulteriori inutili emissioni di gas a effetto serra.

 

Il Centro per la riparazione del clima dell'Università di Cambridge mira a promuovere e testare le tecnologie di geoingegneria marina associate ai rischi per la rete alimentare marina

Il Centro per la riparazione del clima dell'Università di Cambridge (CCRC) prevede di perseguire una tecnologia proposta da Stephen Salter e John Latham, che mira a creare nuvole più bianche per riflettere più luce solare nello spazio. Questa tecnica teorica di geoingegneria solare è denominata Marine Cloud Brightening (MCB) e dovrebbe funzionare sulla base di nuclei di condensazione sparati nelle nuvole marine. Salter e Latham, entrambi ricercatori con sede nel Regno Unito, hanno modellato l'idea di utilizzare diverse centinaia di navi eoliche, ciascuna al costo di 2,5 milioni di sterline, per sparare gocce di acqua salata nel cielo per illuminare le nuvole marine. Il CCRC prevede di supportare la progettazione e la costruzione di un prototipo e di assumere uno studente laureato per migliorare, ad esempio, gli ugelli per spruzzare le goccioline. I risultati dei modelli prevedono che è probabile che l'MCB abbia importanti conseguenze ambientali indesiderate, come i modelli meteorologici, tra cui una sostanziale riduzione delle precipitazioni nelle aree della foresta pluviale ecologicamente importanti.[5]

Il CCRC ha anche annunciato prove di fertilizzazione oceanica con ferro in tre siti negli oceani del mondo entro i prossimi quattro anni e ha stabilito relazioni con il National Institute of Oceanography Goa in India, l'Università degli Stati Uniti delle Hawaii e l'Università di Incheon in Corea del Sud a questo proposito. Tutte le suddette istituzioni sono state precedentemente coinvolte in esperimenti di geoingegneria marina. Disposizioni esatte riguardanti il ​​luogo, la portata e la tempistica delle prove non sono ancora disponibili al pubblico. La fertilizzazione oceanica mira a stimolare la produttività biologica scaricando grandi quantità di nutrienti come il ferro nelle aree oceaniche partendo dal presupposto che la nuova crescita di fitoplancton assorbirà CO2 e immagazzinare il carbonio mentre muore e affonda sul fondo del mare. Ci sono stati almeno 16 esperimenti di fertilizzazione in mare aperto negli ultimi tre decenni, ma non è stato dimostrato alcun efficace stoccaggio del carbonio. Inoltre, gli scienziati indicano i possibili rischi, in particolare gli effetti negativi sulla rete trofica marina, l'esaurimento dell'ossigeno e le fioriture algali dannose che producono tossine.[6]

Il CCRC è stato lanciato nel 2019 e fa parte del programma Cambridge Zero dell'Università, coordinato da Sir David King, ex capo consigliere scientifico del governo del Regno Unito. Il CCRC è dedicato alla riduzione delle emissioni di gas serra, alla rimozione dei gas serra dall'atmosfera e al ripristino dei sistemi climatici danneggiati. Il Centro mira a raggiungere questi obiettivi non solo con MCB e Ocean Fertilization, ma anche con tecnologie di geoingegneria come Direct Air Capture (DAC), Enhanced Freezing. Nel giugno 2021, David King ha fondato il Climate Crisis Advisory Group (CCAG). I primi rapporti CCAG ripetono gli approcci e le proposte di Geoingegneria del CCRC.

Un altro programma che ha recentemente iniziato a occuparsi della geoingegneria marina nel Regno Unito è il British Greenhouse Gas Removal Program. Questo programma di ricerca è stato lanciato nel 2017 e mira a migliorare la conoscenza dei mezzi per rimuovere i gas serra dall'atmosfera su una scala rilevante per il cambiamento climatico. Nel 2021 sono stati selezionati 24 nuovi progetti per partecipare al programma, inclusi due progetti di geoingegneria marina relativi alla rimozione diretta di CO2 dall'acqua di mare e alla  rimozione di CO2 attraverso il miglioramento dell'alcalinità oceanica. Inoltre, vengono finanziati i temi della cattura diretta dell'aria, BECCS, biochar, invecchiamento avanzato e utilizzo e stoccaggio della cattura del carbonio (CCUS).

 

Il Ministero federale tedesco dell'istruzione e della ricerca esplora le tecnologie di geoingegneria marina e gli attuali ostacoli alla conduzione di studi sul campo

Anche il Ministero federale tedesco dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF) ha fornito finanziamenti per la geoingegneria marina, sostenendo due progetti di ricerca. Il progetto  ASMASYS è guidato dall'Istituto tedesco Leibniz per la ricerca sul Mar Baltico, a Warnemünde, e mira a esplorare se e con quali misure la CO2 atmosferica può essere rimossa dagli ambienti marini. Inoltre, il progetto esamina gli attuali ostacoli per gli studi sul campo, nonché gli aspetti legali, sociali ed etici per il GGR marino. Il progetto Rimozione dell'anidride carbonica mediante miglioramento dell'alcalinità: potenziali, benefici e rischi (RETAKE) è guidato dal GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research di Kiel e mira a modellare e ricercare il miglioramento dell'alcalinità nelle acque tedesche e in varie regioni oceaniche aperte in tutto il mondo. La modellazione sarà effettuata sulla base di esperimenti di coltura e studi di mesocosmi [LD3].  Dove e fino a che punto gli studi con i mesocosmi, che possono essere descritti come provette molto grandi, saranno condotti in mare aperto non è ancora reso pubblico.

 

Numerosi nuovi studi sulla geoingegneria marina

Nell'ultimo trimestre è stato pubblicato un numero particolarmente elevato di articoli di ricerca sulla geoingegneria marina; ecco una selezione:

• Ricercatori italiani e britannici hanno studiato la possibilità di scaricare idrossido di calcio attraverso il traffico marittimo esistente, con l'obiettivo di aumentare l'alcalinità degli oceani;
• Ricercatori cinesi hanno studiato se è possibile migliorare lo stoccaggio di CO2 attraverso la fertilizzazione degli oceani con il ferro aggiungendo non solo ferro ma anche ulteriori sostanze alle acque marine;
• Ricercatori australiani hanno studiato la possibilità di contrastare l'acidificazione della Grande Barriera Corallina con Ocean Alkalinity Enhancement. I ricercatori hanno concluso che l'approccio è " probabilmente estremamente costoso, includendo rischi non ancora quantificati ";
• Un team di ricercatori degli Stati Uniti ha studiato per quanto tempo la CO2 rimane nell'oceano dopo l'iniezione e come può essere esteso questo tempo di ritenzione.

 

I piani per progetti di geoingegneria marina commerciale invaderebbero i delicati ambienti costieri e glaciali

L'Arctic Ice Project è stato fondato nel 2007, ha sede in California e suggerisce di coprire il ghiaccio artico con uno strato di materiale riflettente galleggiante per rallentare lo scioglimento del ghiaccio o per ripristinare il ghiaccio. Il materiale di copertura proposto è un vetro di silice riflettente, costituito principalmente da biossido di silicio e ha la forma di minuscole sfere di vetro cave. Il piano iniziale del progetto copre un'ampia area di regioni artiche selezionate, ad esempio Fram Strait o Beaufort Gyre, con materiale riflettente per impedire lo scioglimento di aree strategiche di ghiaccio, con l'obiettivo di impedire alle calotte glaciali più grandi nell'Oceano Artico di galleggiare verso sud, dove si scioglierebbe più velocemente. Tuttavia, il progetto propone ora lo stesso concetto per le aree di ghiaccio terrestre più grandi: le aree dei ghiacciai in Himalaya, Groenlandia e Alberta, sono anche considerate come possibili aree target. La proposta comporterebbe il rilascio nell'ambiente di milioni di minuscole sfere di vetro. I potenziali impatti negativi di questa proposta, come il cambiamento dei modelli meteorologici o gli impatti su ecosistemi delicati, nonché l'impatto ambientale del materiale di copertura stesso, non sono stati ancora studiati a fondo. Le stime per la copertura di 50.000 km² con vetro di silice indicavano un costo del materiale di circa 750 milioni di dollari.[7]

Nel 2020, il Progetto Vesta ha annunciato l'intenzione di testare l'invecchiamento avanzato con olivina, una pietra vulcanica morbida, verde, in un sito sperimentale. Il sito è costituito da due insenature distanti un quarto di miglio: una baia sarebbe un'area di prova in cui sarebbero applicati ciottoli di olivina estratti e macinati e l'altra baia vicina sarebbe un'area di controllo. L'esatta ubicazione del sito sperimentale è ancora sconosciuta, ma è probabile che si tratti di un tratto di costa della Repubblica Dominicana. La prova di invecchiamento potenziata pianificata mira a imitare i processi naturali di invecchiamento delle rocce silicatiche e carbonatiche che sequestrano maggiori quantità di CO2 dall'atmosfera ogni anno. L'accelerazione del processo di alterazione sarebbe teoricamente ottenuta mediante l'estrazione e la frantumazione di grandi quantità di rocce idonee, come l'olivina, e l'azione delle onde. Poiché occorrono circa due tonnellate di rocce per assorbire una tonnellata di CO2, ciò significa estrarre grandi quantità di roccia, che è, tra l'altro, molto costosa e ad alta intensità energetica, genera grandi quantità di gas serra e può innescare processi biogeochimici indesiderati negli ambienti costieri e marini.

Nessuna delle tecnologie di geoingegneria marina proposte si è dimostrata vincente finora, sebbene alcune di esse siano state oggetto di ricerca da decenni. I rischi potenziali da soli parlano contro il loro uso e ulteriori ricerche. A parte questo, molte delle proposte consumano grandi quantità di risorse ed energia. Se gli approcci ad alta intensità energetica dovessero essere utilizzati su larga scala, ciò potrebbe rendere più difficile l'eliminazione graduale dei combustibili fossili.

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[1] Gruppo ETC e Fondazione Heinrich Böll, “Geoengineering Map” (luglio 2021), https://map.geoengineeringmonitor.org/. A partire da luglio 2021: Tra i progetti noti in corso e completati, gli schemi con riferimento alla geoingegneria marina rappresentavano circa il 10%.

[2] ETC Group e Heinrich Böll Foundation, “Geoengineering Map” (luglio 2021), https://map.geoengineeringmonitor.org/. A partire da luglio 2021: dei progetti CCS completati, il 6% mirava a pompare CO2 sotto il fondo del mare. Per i progetti pianificati, la quota è salita al 27 %. Il 10% dei progetti di ricerca completati ha riguardato la geoingegneria marina. La quota tra i progetti di ricerca pianificati noti ad oggi è del 50%. Il 20 % dei progetti completati per l'invecchiamento artificiale riguardava l'ambiente marino; questo è aumentato all'80 % per i progetti pianificati.

[3] Agenzia Internazionale per l'Energia, “Emissioni di CO2” (luglio 2021),
https://www.iea.org/reports/global-energy-review-2021/co2-emissions: “Nonostante il calo nel 2020, l'energia globalee  emissioni di CO2 sono rimaste a 31,5 Gt ”

[4] Consumo di elettricità di 13,1 MWh pro capite negli Stati Uniti secondo l'Agenzia internazionale per l'energia (consultato: luglio 2021). ~330.000.000 di abitanti secondo lo United Status Census Bureau (consultato: luglio 2021).

[5] ETC Group e Heinrich Böll Foundation (luglio 2021) “Geoengineering Map”, https://map.geoengineeringmonitor.org/; Borsa di studio di dottorato supportata dal Center for Climate Repair a Cambridge (consultato: luglio 2021) https://www.postgraduate.study.cam.ac.uk/courses/studentships/nm26696; ETC Group e Heinrich Böll Foundation (gennaio 2021), "Geoengineering Technology Briefing: Marine Cloud Brightening or Cloud Reflectivity Enhancement", https://www.geoengineeringmonitor.org/wp-content/uploads/2021/04/marine-cloud-brightening .PDF

[6] ETC Group e Heinrich Böll Foundation (luglio 2021) “Geoengineering Map”, https://map.geoengineeringmonitor.org/; ETC Group e Heinrich Böll Foundation (gennaio 2021) “Geoengineering Technology Briefing: Ocean Fertilization”, https://www.geoengineeringmonitor.org/wp-content/uploads/2021/04/ocean-fertilization.pdf

[7] ETC Group e Heinrich Böll Foundation (luglio 2021) “Geoengineering Map”, https://map.geoengineeringmonitor.org/; ETC Group e Heinrich Böll Foundation (gennaio 2021) “Geoengineering Technology Briefing: Surface Albedo Modification”, https://www.geoengineeringmonitor.org/wp-content/uploads/2021/04/surface-albedo-modification.pdf

 

 

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