Zníženie globálnych emisií skleníkových plynov je rozhodujúce pre zabránenie klimatickej katastrofe, ale súčasné metódy odstraňovania uhlíka sa ukazujú ako nedostatočné a nákladné. Teraz výskumníci z Kalifornskej univerzity v Berkeley navrhli škálovateľné riešenie, ktoré využíva jednoduché, lacné technológie na odstránenie uhlíka z našej atmosféry a jeho bezpečné uloženie na tisíce rokov.

Ako sa dnes uvádza v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences , výskumníci navrhujú pestovať plodiny z biomasy na zachytávanie uhlíka zo vzduchu a potom pochovať zozbieranú vegetáciu na upravených suchých bioskládkach. Tento jedinečný prístup, ktorý výskumníci nazývajú agrosekvestrácia, udržuje zakopanú biomasu suchú pomocou soli, aby sa potlačili mikrobiálne látky a zabránilo sa rozkladu, čo umožňuje stabilnú sekvestráciu všetkého uhlíka biomasy.

Výsledok je uhlíkovo negatívny, čo z tohto prístupu robí potenciálnu zmenu hry, tvrdí Eli Yablonovitch, hlavný autor a profesor na postgraduálnej škole na Katedre elektrotechniky a počítačových vied UC Berkeley.

“Tvrdíme, že správne inžinierstvo dokáže vyriešiť 100 % klimatickej krízy za zvládnuteľné náklady,” povedal Yablonovitch. “Ak sa táto metóda sekvestrácie uhlíka zavedie v globálnom meradle, má potenciál odstrániť súčasné ročné emisie oxidu uhličitého, ako aj emisie z predchádzajúcich rokov z atmosféry.”

Na rozdiel od predchádzajúcich snáh o uhlíkovú neutralitu sa agrosekvestrácia nesnaží o čistú uhlíkovú neutralitu, ale o čistú uhlíkovú negativitu. Podľa článku by na každú metrickú tonu (tonu) suchej biomasy bolo možné sekvestrovať približne 2 metrické tony oxidu uhličitého.

Agrosekvestrácia: Spôsob, ako stabilne izolovať uhlík v zakopanej biomase

Myšlienka pochovávať biomasu s cieľom sekvestrovať uhlík si získava na popularite, pričom začínajúce organizácie pochovávajú všetko od rastlín po drevo. Ale zabezpečenie stability zakopanej biomasy je výzvou. Zatiaľ čo tieto skladovacie prostredia sú bez kyslíka, anaeróbne mikroorganizmy môžu stále prežiť a spôsobiť rozklad biomasy na oxid uhličitý a metán, čím sa táto sekvestrácia približuje prinajlepšom uhlíkovo neutrálnej.

Ale je tu jedna vec, ktorú všetky formy života vyžadujú – skôr vlhkosť ako kyslík. Meria sa „aktivitou vody“, čo je množstvo podobné relatívnej vlhkosti. Ak vnútorná vodná aktivita klesne pod 60 %, všetok život sa zastaví – koncept, ktorý je základom nového agrosekvestračného riešenia výskumníkov z UC Berkeley.

“Existujú významné otázky týkajúce sa dlhodobej sekvestrácie mnohých z týchto nedávno spopularizovaných technológií založených na prírode a poľnohospodárstve,” povedal Harry Deckman, spoluautor štúdie a výskumník na Katedre elektrotechniky a počítačových vied. “Agrosekvestračný prístup, ktorý navrhujeme, môže stabilne izolovať uhlík v sušenej solenej biomase po tisíce rokov, s nižšími nákladmi a vyššou uhlíkovou účinnosťou ako tieto iné technológie na zachytávanie vzduchu.”

Hugh Helferty, spoluzakladateľ a prezident organizácie Producer Accountability for Carbon Emissions (PACE), neziskovej organizácie, ktorá sa zaviazala dosiahnuť globálne čisté nulové emisie do roku 2050, vidí v tomto riešení veľký prísľub. “Agrosekvestrácia má potenciál premeniť dočasné riešenia založené na prírode na trvalé ukladanie CO 2 ,” povedal Helferty, ktorý sa na štúdii nezúčastňuje. “Rozvojom svojho prístupu Deckman a Yablonovitch vytvorili neoceniteľnú novú možnosť na riešenie klimatických zmien.”

Dosiahnutie správnej úrovne suchosti, aby sa zabránilo rozkladu

Živé bunky musia byť schopné prenášať vo vode rozpustné živiny a vo vode rozpustný odpad cez svoje bunkové steny, aby prežili. Podľa Deckmana sa ukázalo, že zníženie aktivity vody pod 60 % tieto metabolické procesy zastaví.

Na dosiahnutie potrebnej úrovne suchosti sa Yablonovitch a Deckman inšpirovali dlhodobou technikou uchovávania potravín z čias Babylonu: soľou.

“Suchosť, niekedy podporovaná soľou, účinne znižuje vnútornú relatívnu vlhkosť sekvestrovanej biomasy, ” povedal Yablonovitch. “A to bolo dokázané, že zabraňuje rozkladu po tisíce rokov.”

Výskumníci poukazujú na datľovú palmu s názvom Metuzalém ako dôkaz, že biomasa, ak je udržiavaná dostatočne suchá, môže byť zachovaná aj po ďalšom tisícročí.

V šesťdesiatych rokoch objavil izraelský archeológ Yigal Yadin semená datľovej palmy medzi starovekými ruinami na vrchole Masady, stolovej hory s výhľadom na Mŕtve more – jedno z najsuchších miest na svete. Semená zostali v zásuvke viac ako 40 rokov, kým o ne v roku 2005 nepožiadala Sarah Sallon, lekárka zaoberajúca sa výskumom prírodných liečiv. Potom, čo semená dali uhlíkovo-datované, zistila, že sú staré 2000 rokov, a potom požiadala záhradníčku Elaine Solowey, aby zasadiť ich. Vyklíčili a Matuzalem, jedna z tých datľových paliem, sa darí aj dnes.

“Toto je dôkaz, že ak udržíte biomasu suchú, vydrží stovky až tisíce rokov,” povedal Yablonovitch. “Inými slovami, je to prirodzený experiment, ktorý dokazuje, že môžete zachovať biomasu na 2000 rokov.”

Cenovo efektívny, škálovateľný prístup

Okrem toho, že ponúka dlhodobú stabilitu, agrosekvestračný prístup Yablonovitcha a Deckmana je mimoriadne nákladovo efektívny. Poľnohospodárstvo a bioskládka spolu stoja 60 USD za tonu zachyteného a sekvestrovaného oxidu uhličitého. (Na porovnanie, niektoré stratégie priameho zachytávania vzduchu a sekvestrácie oxidu uhličitého stoja 600 USD za tonu.)

“Šesťdesiat dolárov za tonu zachyteného a sekvestrovaného oxidu uhličitého zodpovedá dodatočným nákladom 0,53 USD za galón benzínu,” povedal Yablonovitch. “Pri tejto cene by kompenzácia svetových emisií oxidu uhličitého znížila svetovú ekonomiku o 2,4 percenta.”

Vedci zostavili zoznam viac ako 50 vysokoproduktívnych rastlín, ktoré sa dajú pestovať v rôznych klimatických podmienkach na celom svete a s výnosmi suchej biomasy v rozmedzí od 4 do viac ako 45 suchých ton na hektár. Všetky boli vybrané pre svoje schopnosti zachytávať uhlík.

Toto riešenie sa tiež môže škálovať bez toho, aby zasahovalo do poľnohospodárskej pôdy používanej na pestovanie potravín alebo s ňou konkurovalo. Mnohé z týchto plodín z biomasy možno pestovať na okrajových pasienkoch a lesných pozemkoch alebo dokonca na poľnohospodárskej pôde, ktorá zostala ladom.

“Odstránenie všetkého vyprodukovaného uhlíka by si vyžadovalo veľa poľnohospodárskej pôdy, ale je to množstvo poľnohospodárskej pôdy, ktorá je skutočne dostupná,” povedal Yablonovitch. “Bolo by to veľkým prínosom pre poľnohospodárov, pretože existuje poľnohospodárska pôda, ktorá je v súčasnosti nedostatočne využívaná.”

Poľnohospodári, ktorí zbierajú tieto plodiny z biomasy, by rastliny vysušili a potom ich uložili do suchej bioskládky umiestnenej v poľnohospodárskych oblastiach, desiatky metrov pod zemou a v bezpečí pred ľudskou činnosťou a prírodnými katastrofami.

Výskumníci založili svoj dizajn týchto suchých hrobových štruktúr na súčasných osvedčených postupoch komunálnych skládok, ale pridali vylepšenia na zabezpečenie sucha, ako sú dve 2-milimetrové vnorené vrstvy polyetylénu obklopujúce biomasu, čo je prax, ktorá sa už používa na moderných skládkach.

Oblasť skládky by pokrývala len malú časť – 0,0001 % – poľnohospodárskej plochy. Inými slovami, na 1-hektárovej bioskládke by sa mohlo pochovať 10 000 hektárov produkcie biomasy. Okrem toho by sa potom mohol vrchný povrch skládky obnoviť na poľnohospodársku výrobu.

Rýchla cesta k adopcii

Časová os na prijatie tejto metódy zachytávania a sekvestrácie uhlíka môže byť podľa Deckmana krátka. „Agrosekvestrácia je technologicky pripravená a výstavba inžinierskych bioskládok by sa mohla začať po jednej vegetačnej sezóne,“ povedal.

Analýza Yablonovitcha a Deckmana ukazuje, že poľnohospodári by mohli prejsť na poľnohospodárstvo využívajúce biomasu pomerne rýchlo. Odhadujú, že premena existujúcej poľnohospodárskej pôdy na poľnohospodárstvo s biomasou by trvala približne jeden rok, ale dlhšie v prípade panenskej pôdy, ktorej chýba infraštruktúra potrebná na podporu poľnohospodárstva. Plodiny biomasy by boli pripravené na zber a sekvestráciu počas vegetačného obdobia.

Pomocou tohto prístupu vedci vypočítali, že sekvestrácia približne polovice svetových emisií skleníkových plynov – asi 20 gigaton oxidu uhličitého ročne – by si vyžadovala poľnohospodársku produkciu z oblasti rovnajúcej sa jednej pätine celosvetovej ornej pôdy alebo jednej pätnáste plocha pre všetky poľnohospodárske pôdy, pasienky a lesy. Podľa ich správy je toto množstvo pôdy rovnaké alebo menšie ako celková plocha, ktorú zvažujú mnohé modely Medzivládneho panelu pre zmenu klímy na znižovanie skleníkových plynov na produkciu biomasy.

“Náš prístup k agrosekvestrácii ponúka mnoho výhod, pokiaľ ide o náklady, škálovateľnosť a dlhodobú stabilitu,” povedal Yablonovitch. “Okrem toho využíva existujúce technológie so známymi nákladmi, aby poskytla praktickú cestu k odstraňovaniu oxidu uhličitého z atmosféry a riešeniu problému klimatických zmien. Napriek tomu musí spoločnosť pokračovať vo svojom úsilí smerom k dekarbonizácii, vývoju a inštalácii solárnych a veterných technológií; a revolúciu v skladovaní energie.”

Viac informácií: Eli Yablonovitch et al, Škálovateľná, ekonomická a stabilná sekvestrácia poľnohospodárskeho fixného uhlíka, Zborník Národnej akadémie vied (2023). DOI: 10.1073/pnas.2217695120

Informácie o časopise: Proceedings of the National Academy of Sciences