危険か天才的か？ジオエンジニアリングが気候変動対策の鍵になるかもしれない

ジオエンジニアリングという用語は最初は大胆に聞こえるかもしれません。自然や地質をどのように工学的に扱えるのでしょうか？しかし、これは自然の流れに逆らうことでは全くありません。むしろその逆です。しばしば「気候のプランB」と呼ばれ、地球温暖化や気候変動と戦う手段です。 

ハーバード大学の太陽ジオエンジニアリング研究プログラムはジオエンジニアリングを「環境を操作し、気候変動の影響の一部を部分的に相殺できる新興技術の集合」と定義しています。 

ハーバード大学ジオエンジニアリングプログラムは、この領域を二つの大きなカテゴリ、炭素ジオエンジニアリング（炭素二酸化除去、CDR）と太陽ジオエンジニアリング（太陽放射管理、SRM）に分けて捉えています。 

一部の研究では第三のカテゴリとして気象改変が組み込まれています。これらのカテゴリはさらにサブカテゴリに分かれることがありますが、詳しく掘り下げる前に、まずCDRとSRMが何を指すのか見てみましょう。

炭素ジオエンジニアリング、すなわち炭素二酸化除去は、文字通り大気中の二酸化炭素を除去することを目的とします。このアプローチは、大気中の二酸化炭素の蓄積が気候変動の根本原因であると考えます。二酸化炭素は濃度から温度、影響へと連鎖する排出プロセスを通じて環境に害を及ぼします。炭素ジオエンジニアリングの目標は、排出から濃度へのリンクを断ち切ることです。 

濃度から温度へのリンクを断ち切るのが、太陽ジオエンジニアリング（太陽放射管理）の目的です。具体的には、太陽光のごく一部を宇宙へ反射させることを目指します。太陽放射が宇宙に戻る量を増やすことで、地球を冷却しようとするプロセスです。  

しかし、これら二つのジオエンジニアリングタイプは、実施場所や影響範囲に応じて複数のサブタイプに分けられます。 

ジオエンジニアリングの種類

太陽放射管理は、成層圏エアロゾル注入、表面アルベド改変、マイクロバブルなど複数の技術を通じて機能します。 

一方、炭素二酸化除去は、炭素回収・貯留、直接空気回収、炭素回収利用・貯留、炭素回収付きバイオエネルギー、海洋肥沃化、強化風化、強化光合成といった技術的介入によって実現できます。これらの技術はそれぞれ異なります。 

成層圏エアロゾル注入

このプロセスは、微小な反射粒子を大量に成層圏へ散布し、太陽光を宇宙へ反射させて地球を冷却することを目的とします。提案されている反射粒子には二酸化硫黄、細かく粉砕した塩、炭酸カルシウムなどがあります。散布は航空機から砲や大型ホースを使って空へ向けて行うことができます。 

インディアナ大学の研究者が主導した研究によると、大気中に太陽光を反射する粒子を散布することで、西南極の急速な氷融解を遅らせ、壊滅的な海面上昇のリスクを低減できる可能性があるとされています。 Paul Goddard, インディアナ大学の研究者で本研究の主要著者は、このアプローチの潜在的利益を次のように説明しています。彼は述べています:

「太陽光を地球の気候システムに吸収される前に宇宙へ反射させる方法を探ることで、気候変動に対処する時間を確保し、例えば西南極氷床の崩壊といった気候の転換点を回避または遅延させることができるかもしれません。」

表面アルベド改変

この提案されたジオエンジニアリング技術は、地球のアルベド（太陽光が地表から宇宙へ反射される割合）を高めることで、より多くの太陽光を宇宙へ反射させることを目的とします。 

実施方法は多様で、光を多く反射する作物の栽培、広大な砂漠や氷原に反射材を敷く、山頂や屋根を白色塗料で白く塗り替えるなどがあります。 

補足すると、高アルベドとは放射エネルギーの大部分が反射される状態を指します。逆に低アルベドの表面は暗い海面などで、放射エネルギーのごく一部しか反射せず、ほとんどが熱として吸収されます。 

海洋雲明る化

この技術の目的は、より白い雲を生成・作り出すことで、太陽光をより多く宇宙へ反射させることです。そのために、より小さな雲滴の濃度を高めることを目指します。 

この技術の提唱者は、海塩エアロゾルなどの微小粒子を大量に海洋雲に放出し、雲凝結核として機能させることを推奨しています。 

粒子を雲まで運ぶために、提案では塩分を含むエアロゾルを海洋雲層に注入する手段として、船舶からノズルで海水を噴射し、塩水を微小粒子に変える装置を使用することが示唆されています。

マイクロバブル

このジオエンジニアリング手法は、微小気泡を水体や海面の泡に注入し、海面に散布することで、表面のアルベドを変化させ、太陽光をより多く宇宙へ反射させることを目指します。 

より明るい水面はアルベドが高くなり、太陽エネルギーの吸収が減少し、熱への変換が抑えられます。ここからいくつかの炭素二酸化除去技術を見ていきます。

炭素回収・貯留

このプロセスは元々石油産業で開発され、しばしば「強化油回収（EDR）」技術と呼ばれます。加圧された二酸化炭素を油層に注入し、老朽化した油田から残存埋蔵量を抽出し、従来は回収できなかった油を回収する仕組みです。 

直接空気回収

別の提案された温室効果ガス除去（GGR）技術である直接空気回収は、地球規模で大気中の二酸化炭素を除去できる可能性があります。この技術は化学反応を利用して、選択的な二酸化炭素フィルターとして機能する物質で大気中の二酸化炭素を洗浄することを計画しています。開発されたプロセスは液体溶媒と固体吸着剤の二つがあります。 

液体溶媒の例としては、二酸化炭素が溶解できる強アルカリ性溶液が挙げられます。あるいは、二酸化炭素がプラスチック樹脂などの固体吸着剤の表面に付着する形でも捕捉できます。 

炭素回収利用・貯留

この技術は、産業排ガスや大気から直接二酸化炭素を捕集し、製造用原料として利用することを提案しています。捕集されたガスは製品に組み込まれ、再び大気中に放出されるまで保存されます。 

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炭素回収付きバイオエネルギー

名称が示す通り、この提案された手法はバイオエネルギー利用時に発生する二酸化炭素を捕集し、炭素回収・貯留または炭素回収利用で再利用・貯蔵することを目的としています。 

海洋肥沃化

この理論的技術は、生物生産性が低い海域に大量の微量・大量栄養素を投下することを提案しています。目的は、光合成プランクトンの成長を促進し、大気中の二酸化炭素を吸収・貯蔵させることです。利用可能なデータは、過去30年間で少なくとも16件の遠洋肥沃化実験が行われたことを示しています。

強化風化

強化風化の提案された介入は、選択された細かく粉砕した岩石材料を大規模に陸地、海岸、海面に散布することで二酸化炭素を除去しようとするものです。このプロセスは、珪酸塩岩や炭酸塩岩の自然な風化プロセスにヒントを得ています。 

この理論の提唱者は、年間で約10億トンの二酸化炭素を大気からゆっくりと炭酸化させて吸収する緩やかな炭酸化プロセスを創出したいと考えています。 

強化光合成

強化光合成は、遺伝子操作により植物や藻類を改変することで実現します。稲、小麦、綿、樹木などの作物に適用され、これらの作物がより多くの二酸化炭素を代謝できるようにし、地上に追加の炭素を蓄えることを前提としています。 

これらすべてのジオエンジニアリング介入が実装可能になった今、実際の応用においてどれだけ有益か危険かを慎重に評価する必要があります。以下では、いくつかの代表的な技術とその長所・短所を見ていきます。

ジオエンジニアリングの潜在的な利益と危険性

成層圏エアロゾル注入の長所と短所

このプロセスは、二酸化炭素が倍増した場合の地球の加熱を相殺することで、地球温暖化への対策となり得ます。大規模火山噴火が地球を冷却するモデルに基づく既知の手法であり、費用も手頃で実行可能です。 

予想される欠点は、降雨量の減少や地域気候の変化による自然災害のリスクです。このプロセスは海洋酸性化を止めることはできず、プロセスを停止した場合、二酸化炭素濃度が上昇し続ければ地球が急速に温暖化する可能性があります。 

海洋雲明る化の長所と短所

海洋雲明る化の主な利点は、二酸化炭素が倍増した場合の全ての暖房効果を相殺できることです。もう一つの重要な利点は、極地を熱帯よりも多く冷却できる可能性があり、氷の喪失を遅らせたり止めたりできる点です。このプロセスは有害な化学物質を必要とせず、費用も手頃で実行可能です。 

しかし、海洋雲明る化はまだ理論段階にあり、実際のテストは行われておらず、必要な技術もほとんど利用できません。このプロセスは降雨量を減少させ、地域気候を変化させる可能性があり、アマゾンの乾燥化と同様に壊滅的な影響を及ぼす恐れがあります。 

強化光合成の長所と短所

この計画は植物をバイオチャーに変換し、炭素を吸収させて最終的に土壌に混合させることを目指します。最大の利点は安全性が高く、気候変動を急激に逆転させるのではなく、緩やかに遅らせることを目的としている点です。他の多くのジオエンジニアリング技術とは異なり、強化光合成は海洋酸性化の進行速度を遅らせる力があります。 

しかし、強化光合成の有効性はまだ確立されていません。多くの専門家は、二酸化炭素が倍増した場合の暖房効果の最大10％しか相殺できないと考えています。また、このプロセスは大規模な海面上昇を防ぐことはできないと見なされています。 

海洋肥沃化の長所と短所

海洋肥沃化は安全で、変化の速度を緩やかに遅らせることを目指しており、急激に変えるのではありません。また、海洋酸性化の進行速度を遅らせることも可能です。 

しかし、科学者はその有効性が極めて限定的で、二酸化炭素が倍増した場合の暖房効果のわずか5％しか相殺できないと考えています。このプロセスを適用すると、海洋の脱酸素化を引き起こしたり加速させたりし、海洋生態系に損害を与える可能性もあります。

多くのジオエンジニアリング技術が理論段階で実際の応用を待っている一方で、いくつかの企業は何らかの形で取り組みを始めています。  

ジオエンジニアリング応用に取り組む企業

1. Make Sunsets

Make Sunsets は主に成層圏エアロゾル注入技術を用いて活動しています。同社が公開したデータによれば、28個の気球を打ち上げ、4,791トン・年の暖房効果を相殺したとされています。同社は、SAI が地球を冷却するための即時かつ必要な解決策であり、人類がより持続可能な未来へ移行する時間を確保できると考えています。 

Make Sunsets は、太陽光を反射する雲を高高度で生成し、地球を冷却するバイオ分解性の反射雲を作る企業として位置付けられています。本社はアメリカ合衆国サウスダコタ州ボックスエルダーにあり、2022年12月にBoost VC と Pioneer Fund から75万米ドルのシード前資金を調達しました。 

ジオエンジニアリング：危険か天才的か

気候変動は現実であり、できるだけ早く科学的・技術的手段でこの問題に取り組む必要があります。ジオエンジニアリングが答えになるかどうかは将来が判断することです。実装はまだ初期段階であり、多くの技術は理論的概念にとどまっています。 

肯定的な面として、SAI の実装は他の大規模な気候緩和戦略と比べて比較的低コストであることが分かっています。完全な解決策ではなくても、他の戦略を補完する手段として機能し、温室効果ガス排出削減の長期的取り組みが開発・展開されるまでの一時的な措置として利用できます。 

しかし、すべては慎重に行う必要があります。プロセス停止時にオゾン層破壊や急速な反動など、損害や予期せぬ結果が生じないようにしなければなりません。 

ジオエンジニアリングの実現可能性を確認するために、さらなる科学的・技術的研究が必要です。しかし、これにより科学的思考の視野が広がり、気候変動に効果的に立ち向かうための新たなアイデアが生まれることは確かです。