Vaarallinen vai nerokas? Geoinsinööri saattaa pitää avainta ilmastonmuutoksen torjumiseen

Geoinsinöörin termi saattaa kuulostaa rohkealta aluksi. Kuinka joku voi suunnitella jotain luonnollista tai geologista? Kuitenkin se ei lainkaan koske toimimista luonnon kulkua vastaan. Se on päinvastoin. Usein kutsuttu ‘ilmaston B‑suunnitelmaksi’, se on keino taistella ilmaston lämpenemistä tai ilmastonmuutosta vastaan. 

Harvardin yliopiston aurinko‑geoinsinöörin tutkimusohjelma määrittelee geoinsinöörin ‘joukoksi nousevia teknologioita, jotka voisivat manipuloida ympäristöä ja osittain kompensoida joitakin ilmastonmuutoksen vaikutuksia.’ 

Harvardin yliopiston Geoinsinööri‑ohjelma näkee alan koostuvan kahdesta laajasta kategoriasta: hiili‑geoinsinööri tai hiilidioksidin poisto (CDR) ja aurinko‑geoinsinööri tai auringon säteilyn hallinta (SRM). 

Jotkut tutkimukset ovat sisällyttäneet kolmannen kategorian, säämuokkauksen. Näillä kategorioilla voi olla lisäalaluokkia. Ennen kuin sukellamme syvemmälle, tarkastellaan, mitä CDR ja SRM tarkoittavat.

Hiili‑geoinsinööri, eli hiilidioksidin poisto, kuten nimestäkin käy ilmi, pyrkii poistamaan hiilidioksidia ilmakehästä. Tämä polku näkee hiilidioksidin kertymisen ilmakehässä ilmastonmuutoksen perimmäisenä syynä. Hiilidioksidi vahingoittaa ympäristöä kulkemalla päästöketjua konsentraatiosta lämpötilaan ja vaikutuksiin. Hiili‑geoinsinöörin tavoitteena on katkaista yhteys päästöistä konsentraatioon.

Konsentraatiosta lämpötilaan oleva yhteys on se, jonka aurinko‑geoinsinööri tai auringon säteilyn hallinta pyrkii katkaisemaan. Tarkemmin sanottuna se pyrkii heijastamaan pienen osan auringonvalosta avaruuteen. Lisäämällä takaisin avaruuteen menevän auringon säteilyn määrää, prosessi pyrkii viilentämään planeettaa.  

Kuitenkin molemmat nämä geoinsinöörityypit voidaan jakaa useisiin alatyyppeihin riippuen siitä, missä ne toteutetaan ja mitä alueita ne vaikuttavat. 

Geoinsinöörin tyypit

Auringon säteilyn hallinta toimii useiden teknologioiden kautta, mukaan lukien stratosfäärinen aerosolinsinööri, pinnan albedo‑muokkaus ja mikoruukut. 

Hiilidioksidin poisto puolestaan voi tapahtua teknologisten interventioiden, kuten hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin, suoran ilman kaappauksen, hiilidioksidin talteenoton käyttö‑ ja varastoinnin, bioenergia hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin kanssa, merien lannoituksen, tehostetun rapautumisen ja tehostetun fotosynteesin, avulla. Jokainen näistä teknologioista on erilainen. 

Stratosfäärinen aerosolinsinööri

Tämä prosessi pyrkii sumuttamaan suuria määriä pieniä heijastavia hiukkasia stratosfääriin viilentääkseen planeettaa heijastamalla auringonvaloa avaruuteen. Ehdotettu heijastavien hiukkasten valikoima sisältää rikkidioksidia, hienojakoista suolaa tai kalsiumkarbonaattia. Sumutusta voidaan tehdä lentokoneista käyttäen tykistöampuja tai suuria letkuja taivaaseen pääsemiseksi. 

Indiana Universityn tutkijoiden johdolla tehdyn tutkimuksen mukaan auringonvaloa heijastavien hiukkasten levittäminen ilmakehässä voisi hidastaa Länsi‑Antarktiksen nopeaa sulamista ja vähentää katastrofaalisen merenpinnan nousun riskiä. Paul Goddard, Indiana Universityn tutkija ja tutkimuksen pääkirjoittaja, selittää tämän lähestymistavan mahdolliset hyödyt. Hän toteaa:

“Tutkimalla tapoja heijastaa auringonvaloa avaruuteen ennen kuin se imeytyy Maan ilmastojärjestelmään, voimme saada lisää aikaa ilmastonmuutoksen käsittelemiseen ja välttää tai viivästyttää ilmaston käännekohtia, kuten Länsi‑Antarktiksen jäälevyn romahdusta.”

Pinnan albedo‑muokkaus

Tämä ehdotettu geoinsinööritekniikka pyrkii heijastamaan enemmän auringonvaloa avaruuteen lisäämällä Maan albedoa, mittaria siitä, kuinka paljon auringon valosta heijastuu takaisin avaruuteen Maan pinnalta. 

Se voidaan toteuttaa monin tavoin, kuten viljelemällä kasveja, jotka heijastavat enemmän valoa, peittämällä suuret aavikko‑ tai jääalueet heijastavilla materiaaleilla, valkaisemalla vuoristopäitä ja kattoja valkoisella maalilla, jne. 

Lisäksi, korkea albedo tarkoittaa, että suurin osa säteilystä heijastuu. Vastaavasti matala albedo‑pinta viittaa tummiin merialueisiin, jotka heijastavat vain pienen osan ja absorboivat suurimman osan auringon säteilystä lämmön muodossa. 

Meripilvien kirkastaminen

Tämän tekniikan tarkoitus on luoda tai muodostaa valkoisempia pilviä, jotta heijastetaan enemmän auringonvaloa avaruuteen. Tämän saavuttamiseksi ehdotettu teknologia pyrkii lisäämään pienempien pilvipisaroiden tiheyttä. 

Teknologian kannattajat suosittelevat suurten määrien pieniä hiukkasia, kuten merisuolan aerosolien, ampumista meripilviin, jotka toimisivat pilvien kondensaatioytiminä. 

Jotta hiukkaset saavuttaisivat pilvet, ehdotus suosittelee suolaisten aerosolien injektointia meripilviin suolaveden sumuttamalla aluksista, joissa suolavesi muutetaan pieniksi hiukkasiksi.

Mikoruukut

Tämä geoinsinööritekniikka ehdottaa mikoruukkujen injektointia vesistöihin tai merivaahoon, jotta ne voidaan levittää meripinnalle. Tavoitteena on heijastaa enemmän auringonvaloa avaruuteen muuttamalla vesipintojen albedoa. 

Kirkkaampi vesipinta omaa korkeamman albedon, mikä johtaa pienempään absorptioon ja vähemmän auringon energian muuntumista lämmöksi. Nyt tarkastelemme joitakin hiilidioksidin poistotekniikoista.

Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi

Tämä prosessi kehitettiin alun perin öljyteollisuuden toimesta, ja sitä kutsutaan usein tehostetuksi öljyn talteenototekniikaksi (EDR). Se toimii pumppaamalla paineistettua hiilidioksidia öljyvarantoihin, jotta voidaan poimia jäljellä olevat kerrostumat vanhoista öljykentistä ja palauttaa öljyä, joka muuten olisi saavuttamatonta. 

Suora ilman kaappaus

Toinen ehdotettu kasvihuonekaasujen poistoteknologia (GGR), suora ilman kaappaus, voisi poistaa hiilidioksidia planeetan ilmakehästä suuressa mittakaavassa. Tekniikka aikoo hyödyntää kemiallisia reaktioita hiilidioksidin puhdistamiseksi ilmakehästä aineilla, jotka toimivat valikoisina hiilidioksidisuodattimina. Kaksi kehitettyä prosessia ovat: nestemäiset liuottimet ja kiinteät sorbaatit. 

Esimerkki nestemäisestä liuottimesta voisi olla vahva hydroksidiliuos, johon hiilidioksidi liukenee. Muussa tapauksessa hiilidioksidi saattaa tarttua kiinteän sorbaatin, kuten muovihartsin, pinnalle. 

Hiilidioksidin talteenotto, käyttö ja varastointi

Tämä teknologia ehdottaa hiilidioksidin poistamista kaappaamalla kaasu teollisuuden pakokaasuista tai suoraan ilmakehästä. Kaapattu kaasu käytetään raaka‑aineena valmistuksessa. Se pysyy varastoituna valmistetuissa tuotteissa, kunnes se vapautuu takaisin ilmakehään.

Klikkaa tästä saadaksesi listan parhaista hiilidioksidin talteenotto‑osakkeista sijoitettavaksi.

Bioenergia hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin kanssa

Kuten nimestäkin käy ilmi, tämä ehdotettu tekniikka pyrkii kaappaamaan hiilidioksidia bioenergia‑sovelluksista ja varastoimaan sen hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin kautta tai käyttämään sitä uudelleen hiilidioksidin talteenoton avulla. 

Meren lannoitus

Tämä teoreettinen teknologia ehdottaa suurten määrien mikro‑ ja makronutriienttien pudottamista merialueille, joissa biologinen tuottavuus on alhainen. Tavoitteena on edistää fytoplanktonin kasvua, joka sitoo ilmakehän hiilidioksidia ja varastoi sen. Saatavilla oleva data viittaa vähintään kuusitoista avomerialueen lannoituskokeilua viimeisen 30 vuoden aikana. 

Tehostettu rapautuminen

Ehdotettu tehostetun rapautumisen interventio pyrkii poistamaan hiilidioksidia levittämällä suuria määriä valittua ja hienoksi jauhettua kalliomateriaalia laajoille maa‑alueille, rannoille ja merialueille. Prosessi ammentaa inspiraatiota silikaatti‑ ja karbonaattikivien luonnollisesta rapautumisprosessista. 

Tämän teorian kannattajat haluavat luoda hidasta karbonoitumisprosessia, joka kuluttaisi ja absorboisi lähes yhden miljardin tonnin hiilidioksidia ilmakehästä vuosittain. 

Tehostettu fotosynteesi

Tehostettu fotosynteesi toteuttaisi tarkoituksensa geneettisesti muokkaamalla kasveja ja levää. Se toimisi viljoilla kuten riisi, vehnä, puuvilla ja puut. Tavoitteena on saada nämä viljat metaboloimaan enemmän hiilidioksidia olettaen, että nämä kasvit voivat varastoida ylimääräistä hiiltä maaperään. 

Kun kaikki nämä geoinsinööri‑interventiot ovat valmiita otettavaksi käyttöön, on arvioitava tarkkaan, kuinka hyödyllisiä tai vaarallisia ne voivat olla todellisessa sovelluksessa. Tarkastelemme joitakin suosituimmista tekniikoista ja niiden etuja ja haittoja.

Geoinsinöörin mahdolliset hyödyt ja vaarat

Stratosfäärisen aerosolinsinöörin hyödyt ja haitat

Tämä prosessi voisi osoittautua ratkaisuksi ilmaston lämpenemiseen tasapainottamalla planeetan lämpenemistä hiilidioksidin kaksinkertaistumisen seurauksena. Koska se perustuu siihen, miten suuret tulivuorenpurkaukset viilentävät planeettaa, se on tunnettu prosessi. Se on myös edullinen ja toteuttamiskelpoinen. 

Odotetut haitat voivat olla sademäärän väheneminen tai alueellisten ilmastojen muutos, mikä johtaa luonnonkatastrofeihin. Tämä prosessi ei pysäytä merien happamoitumista, ja prosessin lopettaminen saattaa aiheuttaa planeetan nopean lämpenemisen, jos hiilidioksidipitoisuudet jatkavat nousuaan. 

Meripilvien kirkastamisen hyödyt ja haitat

Ensisijainen etu meripilvien kirkastamisessa on tasapainottaa kaikki lämpeneminen hiilidioksidin kaksinkertaistumisen seurauksena. Toinen merkittävä etu voi olla mahdollisuus viilentää napoja enemmän kuin trooppisia alueita, hidastaen tai pysäyttäen jäämenetyksen. Prosessi ei vaadi myrkyllisiä kemikaaleja ja on edullinen ja toteuttamiskelpoinen. 

Kuitenkin on muistettava, että meripilvien kirkastaminen on edelleen teoreettisessa vaiheessa, ilman todellisia testejä, ja tarvittavat teknologiat ovat enimmäkseen saatavilla. Prosessi saattaa vähentää sademäärää ja muuttaa alueellisia ilmastoja, joilla voi olla katastrofaalisia vaikutuksia, kuten Amazonin kuivuminen. 

Tehostetun fotosynteesin hyödyt ja haitat

Suunnitelma on muuttaa kasvit biohiileksi ja saada ne sitomaan hiiltä, jotta ne lopulta sekoittuvat maaperään. Yksi suurimmista tämän prosessin eduista on, että se on turvallinen ja pyrkii hidastamaan ilmastonmuutosta sen sijaan, että se yrittäisi kääntää sitä radikaalisti. Toisin kuin monet muut geoinsinööriteknologiat, tehostetulla fotosynteesillä on kyky hidastaa merien happamoitumisen nopeutta. 

Kuitenkin tehostetun fotosynteesin tehokkuutta ei ole vielä todistettu. Monet asiantuntijat uskovat, että se voi tasapainottaa enintään 10 % lämpenemisestä hiilidioksidin kaksinkertaistumisen seurauksena. Prosessia pidetään myös kykenemättömänä estämään suuria merenpinnan nousuja. 

Meren lannoituksen hyödyt ja haitat

Meren lannoitus on turvallinen ja pyrkii hidastamaan muutoksen nopeutta sen sijaan, että se muuttaisi sen radikaalisti. Se pystyy myös hidastamaan merien happamoitumisen nopeutta. 

Kuitenkin tiedemiehet uskovat, että sen tehokkuus voi olla erittäin rajallinen ja tasapainottaa vain 5 % lämpenemisestä hiilidioksidin kaksinkertaistumisen seurauksena. Tämän prosessin soveltaminen voi myös aiheuttaa tai nopeuttaa meren hapenpuutetta ja vahingoittaa meriekosysteemejä.

Vaikka monet geoinsinööritekniikat ovat teoreettisia ja odottavat todellista sovellusta, on olemassa joitakin yrityksiä, jotka ovat aloittaneet sen jollain tasolla.  

Yritykset, jotka työskentelevät geoinsinööri‑sovellusten parissa

1. Make Sunsets

Make Sunsets työskentelee pääasiassa stratosfäärisen aerosolinsinöörin tekniikan parissa. Yrityksen datan mukaan se on lanseerannut 28 ilmapalloa ja tasapainottanut 4 791 tonivuotta lämpenemistä. Yritys uskoo, että SAI on välitön ja välttämätön ratkaisu planeetan viilentämiseksi ja että se voi ostaa aikaa ihmiskunnalle siirtyä kestävämpään tulevaisuuteen. 

Make Sunsets asemoituu aurinkovalon heijastusyhtiöksi, joka luo biohajoavia heijastavia pilviä korkeilla korkeuksilla planeetan viilentämiseksi. Sen pääkonttori sijaitsee Box Elderissa, Etelä‑Dakotassa, Yhdysvallat. Yritys keräsi esirahoituksena 750 000 US$ Boost VC:ltä ja Pioneer Fundilta joulukuussa 2022.

Geoinsinööri: Vaarallinen vai nerokas

Ilmastonmuutos on todellisuutta, ja on kiireellistä käsitellä näitä huolia tieteellisin ja teknisin keinoin mahdollisimman nopeasti. Onko geoinsinööri vastaus, päättää tulevaisuus. Se on edelleen varhaisessa toteutusvaiheessa, ja monet tekniikat rajoittuvat vain teoreettisiin käsitteisiin. 

Positiivisella puolella SAI:n toteutus on osoittautunut suhteellisen edulliseksi verrattuna muihin laajamittaisiin ilmastonmuutoksen hillintästrategioihin. Vaikka se ei ole itsessään täydellinen ratkaisu, se voi toimia lisänä muihin strategioihin, tarjoten tilapäisen toimenpiteen, kun pitkän aikavälin toimet kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseksi kehittyvät ja otetaan käyttöön. 

Mutta kaikki nämä on tehtävä varovaisesti. On varmistettava, ettei synny vahingollisia tai tahattomia seurauksia, kuten otsonikerroksen vähenemistä tai nopeaa palautumista, kun prosessi lopetetaan. 

Lisää tieteellistä ja teknologista tutkimusta on tehtävä geoinsinöörin toteutettavuuden varmistamiseksi. Mutta se avaa ja laajentaa tieteellisen ajattelun horisonttia, jotta saadaan lisää ideoita siitä, miten ilmastonmuutosta voitaisiin taistella tehokkaasti.