Sekwestracja dwutlenku węgla

Poziom dwutlenku węgla w atmosferze wzrósł z poziomów sprzed epoki przemysłowej wynoszącej 280 części na milion do obecnych poziomów 375 części na milion. Wzrost poziomu dwutlenku węgla wynika przede wszystkim z coraz większego wykorzystywania paliw kopalnych do produkcji energii. Poziomy CO2 nadal rosną w atmosferze, ponieważ występuje wiele razy więcej energii. Coraz więcej dowodów wskazuje na zakłócenia globalnego obiegu węgla, co przyczyniło się do globalnego ocieplenia. Obserwowane zmiany temperatury, opadów, pokrywy śnieżnej, poziomu morza i ekstremalnych warunków pogodowych potwierdzają, że globalne ocieplenie jest rzeczywistością.

To atmosferyczne ocieplenie najlepiej tłumaczy efekt cieplarniany. Jest to zjawisko, w wyniku którego dwutlenek węgla, para wodna, metan atmosferyczny, podtlenek azotu, ozon i aerozole zatrzymują więcej ciepła ze słońca, powodując ocieplenie się ziemi. Dwutlenek węgla stanowi 60% całkowitego efektu cieplarnianego.

Arrhenius (1859-1927) jako pierwszy przedstawił to zjawisko jako "teorię gorącego domu", która później stała się znana jako "teoria gazów cieplarnianych", aby modelować ilościowo wpływ zmian stężenia dwutlenku węgla w atmosferze na klimat. Wraz z postępującym globalnym ociepleniem, podstawowe ziemskie pochłaniacze węgla, takie jak lasy i gleby, ulegały stałej erozji, degradacji i wyczerpaniu, co skutkowało zmniejszeniem zawartości organicznej gleby, spadkiem żyzności gleby i znacznymi cięciami wydajności.

Coraz więcej jest dowodów globalnych, które pokazują, że ostatnie trendy klimatyczne i atmosferyczne już wpływają na fizjologię, dystrybucję i fenologię gatunków. Rozszerzenie granic zasięgu geograficznego gatunków postępuje albo w kierunku biegunów, albo w wyższych rzędach. Następuje wyginięcie lokalnych populacji wzdłuż granic zasięgu na niższych szerokościach geograficznych lub niższych wysokościach.

Rosnąca inwazja oportunistycznych, zarośniętych i / lub konkurencyjnych gatunków mobilnych jest oczywista. Postępujące oddzielenie - od interakcji między gatunkami, na przykład między roślinami i zapylaczami, z powodu niedopasowanej fenologii - ma miejsce.

Zmiana klimatu, jeśli nie zostanie złagodzona, stworzy poważne wyzwania. Pandey (2004) opisał pewne wyzwania. W przypadku dzieci zmiany środowiskowe prowadzą do chorób układu oddechowego, oparzeń słonecznych, czerniaka i immunosupresji; zmiany klimatyczne mogą bezpośrednio powodować udar cieplny, utonięcie, choroby przewodu pokarmowego i rozwój psychospołeczny; a zmiany ekologiczne wywołane zmianami klimatycznymi mogą zwiększać wskaźniki niedożywienia, alergii i ekspozycji na mikotoksyny, choroby przenoszone przez wektory, takie jak malaria, denga, zapalenie mózgu i nowe choroby zakaźne.

W przypadku młodej populacji zmiany środowiskowe stwarzają zagrożenie dla zdrowia, powodując bezproduktywność i pogłębiające się ubóstwo. Co więcej, zmiany klimatyczne w kontekście światowych realiów przemysłowych i politycznych powodują wzrost poziomu morza i powodzie na wybrzeżu, zakłócają monsun i opady, a także przedłużają okres suszy.

Protokół z Kioto do Ramowej konwencji Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu w 1997 r. Uświadomił to sobie jako katastrofalny problem i zalecił sekwestrację dwutlenku węgla w celu kontrolowania poziomów gazów cieplarnianych w atmosferze. To pokazuje, że konieczne są poważne zmiany w sposobie, w jaki produkujemy i używamy energii do kontrolowania emisji dwutlenku węgla.

Ważnymi sposobami zarządzania węglem są bardziej wydajne wykorzystanie energii w celu zmniejszenia zapotrzebowania na duże źródło energii i węgla oraz coraz powszechniejsze korzystanie z niskoemisyjnych i bezemisyjnych paliw i technologii, takich jak energia jądrowa lub źródła odnawialne, takie jak energia słoneczna, wiatrowa i biomasa. Po emisji węgla do atmosfery proces sekwestracji węgla jest ważną metodą kontroli poziomu węgla w atmosferze.

Sekwestracja dwutlenku węgla to proces wychwytywania emisji dwutlenku węgla i magazynowania ich w podziemnych formacjach geologicznych złoża ropy i gazu, niewyczerpalne pokłady węgla i głębokie zbiorniki solankowe), biosfery lądowej (w lasach, na polach uprawnych i rolniczych oraz na terenach podmokłych) lub w głębinach oceany, tak aby nagromadzenie się stężenia dwutlenku węgla w atmosferze zmniejszyło się lub spowolniło.

Proces ten obejmuje cały "cykl życia" wychwytywania, separacji, transportu i przechowywania lub ponownego użycia, jak również zdolność do mierzenia i monitorowania ilości dwutlenku węgla przechowywanego. Osiąga się to przez utrzymanie lub wzmocnienie naturalnego procesu lub opracowanie nowych technik unieszkodliwiania węgla.

Badania geologiczne, związane ze zrozumieniem geofizyki i geochemii potencjalnych zbiorników właściwych dla podpowierzchniowej sekwestracji dwutlenku węgla, stanowią jedną z opcji sekwestracji węgla w podziemnych repozytoriach geologicznych. Sposoby identyfikacji w celu zwiększenia pochłaniania dwutlenku węgla w biosferze lądowej poprzez usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery przez roślinność i składowanie w biomasie i glebie są nieuniknione w poprawie naturalnego cyklu lądowego.

Sekwestracja dwutlenku węgla w oceanach jest kolejną ważną kwestią, która ma na celu polepszenie oceanicznego wychwytu z atmosfery poprzez zapłodnienie fitoplanktonu substancjami odżywczymi i wstrzyknięcie dwutlenku węgla do głębokości oceanicznej większej niż tysiąc metrów.

Najnowszą koncepcją zarządzania węglem jest sekwencjonowanie genomów drobnoustrojów wytwarzających paliwa, takich jak metan i wodór, lub pomoc w sekwestracji węgla, aby umożliwić ocenę ich potencjalnego wykorzystania do produkcji paliw z paliw kopalnych lub biomasy lub produktów odpadowych.

Sekwestracyjna sekwestracja węgla jest ważnym podejściem do redukcji gazów cieplarnianych. Lasy, drzewa i inna roślinność służą za ziemskie pochłaniacze dwutlenku węgla w celu pochłaniania emisji dwutlenku węgla i łagodzenia zmiany klimatu. Łączna biomasa nadziemna w lasach na świecie wynosi 421 × 10 9 ton i jest rozłożona na 3.869 milionów hektarów.

Z tego 3, 682 × 10 6 hektarów lub 95% to naturalny las, a 187 × 10 6 hektarów lub 5% to obszar plantacji. Lasy zawierają 100 m 3 ha -1 (metr sześcienny na hektar) objętości drewna i 100 t ha -1 (tonę na hektar) biomasy drzewnej. Przechowują 1200 GtC w roślinności i glebie na całym świecie. Węgiel w lasach stanowi 54% z 2200 Gt całkowitej puli węgla w ekosystemach lądowych.

Gromadzą one od 1 do 3 GtC rocznie poprzez łączny efekt ponownego zalesiania, regeneracji i zwiększonego rozwoju istniejących lasów, kompensując globalną emisję dwutlenku węgla z wylesiania. W Indiach ilość węgla zmagazynowanego w glebie wynosi 23, 4-27, 1 Gt lub 1, 6 do 1, 8% węgla zmagazynowanego w glebach świata. Całkowita szacunkowa biomasa leśna szacowana na lądzie i pod ziemią wynosi odpowiednio 6 885, 1 i 1 188, 7 milionów ton, co stanowi odpowiednio 79 i 21% całkowitej biomasy.

Bezpośrednie usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery odbywa się poprzez zmianę użytkowania gruntów, zalesianie, ponowne zalesianie, nawożenie oceanem i praktyki rolnicze w celu zwiększenia zawartości węgla w glebie. Paliwa kopalne były kiedyś biomasą i nadal przechowują węgiel do momentu spalenia. Drzewa i rośliny pochłaniają dwutlenek węgla, uwalniają tlen i magazynują węgiel.

Lasy lub inne systemy naturalne mają zdolność "zatapiania" lub magazynowania węgla i zapobiegania gromadzeniu się w atmosferze w postaci dwutlenku węgla. Podwyższone poziomy dwutlenku węgla zwiększają tempo wzrostu i zwiększają ilość azotu ustalanego symbiotycznie w roślinach strączkowych, takich jak gatunki akacji, co daje możliwość zaplanowania mieszanki gatunkowej, która maksymalizuje wzrost wielofunkcyjnych plantacji.

Drzewa na ubogich glebach dają lepszą reakcję na podwyższone poziomy dwutlenku węgla i użyteczną strategią byłoby uciekanie się do działań naprawczych na dużą skalę w zdegradowanych lasach i nieużytkach, jako opcja łagodzenia zmiany klimatu w perspektywie krótkoterminowej. Zaproponowano systemy hodowli lasów wielofunkcyjnych, które są w stanie pełnić funkcje ekologiczne, gospodarcze i społeczne, w celu wzmocnienia sekwestracji dwutlenku węgla i kontinuum krajobrazu.

Ekosystem leśny ma potencjał do wychwytywania i zatrzymywania dużych objętości węgla w długich okresach, gdy drzewa pochłaniają węgiel w procesie fotosyntezy. Młody las, który szybko rośnie, może pochłaniać stosunkowo duże ilości dodatkowego węgla w przybliżeniu proporcjonalnego do wzrostu biomasy w lesie. Dojrzały las działa jak rezerwuar, przechowując duże ilości węgla, nawet jeśli nie obserwuje wzrostu netto, a zatem gospodarka leśna ma wpływ na sekwestrację dwutlenku węgla.

Ograniczenie wylesiania, poszerzenie pokrywy leśnej, rozszerzenie biomasy leśnej na jednostkę powierzchni oraz rozszerzenie inwentaryzacji długowiecznych produktów z drewna to tylko niektóre z działań, które przekonały globalną społeczność do wykorzystania potencjału sekwestracji węgla w ekosystemach leśnych.

Gleby stanowią znaczący rezerwuar dla węgla organicznego, przechowując dwa razy więcej niż atmosfera i trzy razy więcej niż rośliny. Zastosowanie dużych ilości biomasy w glebie i poprawa wydajności wykorzystania wody i składników odżywczych zwiększa stężenie węgla organicznego w glebie. Praktyki rolnicze, takie jak uprawa mulczu, uprawa konserwująca, stosowanie kompostów i obornika, płodozmian, systemy agroleśnictwa i stosowanie biopaliw mają ważną rolę w dodawaniu biomasy do gleby.

Stopień zakłócenia gleby w wyniku zabiegów uprawowych negatywnie wpływa na agregację gleby, zaostrza rozkład pozostałości i zmniejsza ostateczne zatrzymanie węgla w glebie. Rolnictwo bez uprawy roli jest realną opcją, która pozwala rolnikom na ekonomiczną uprawę roślin, jednocześnie zmniejszając erozję i poprawiając zarówno ilość, jak i jakość materiału organicznego w glebie.

Popiół lotny, pozostałości po spalaniu niskowęglowego węgla w elektrowniach, a osady ściekowe są produkowane w ogromnych ilościach w większości krajów. Te dwa odpady są osadzane w dużej mierze nieoczyszczone bezpośrednio w systemach wodnych; Powoduje to zamulenie, zalanie i zanieczyszczenie źródeł wody.

Koszty środowiskowe, ekonomiczne i społeczne związane ze składowaniem odpadów są znaczne, a koszty te będą nadal rosły wraz ze wzrostem populacji i działalności przemysłowej. Stosowanie mieszanek odpadowych jest ważnym podejściem do zwiększenia żyzności i struktury gleby oraz zwiększenia przeżywalności i tempa wzrostu gatunków roślin, zwłaszcza bylin i traw. Ponieważ odpady wytwarzają się w sposób ciągły, jest to potencjalny środek w leczeniu choroby glebowej.

Mitra i wsp. (2005) wyjaśnili rolę terenów podmokłych w globalnym obiegu węgla. Mokradła mogą wpływać na cykl węgla w atmosferze na cztery różne sposoby. Po pierwsze, wiele terenów podmokłych, szczególnie borealnych i tropikalnych, to wysoce nietrwałe rezerwuary węgla; mogą uwolnić dwutlenek węgla, jeśli poziom wody zostanie obniżony lub praktyki zarządzania gruntami spowodują utlenianie gleby.

Rosnące temperatury mogą topić wiecznie zmarznięte gleby i uwalniać uwodnione metany z tych terenów podmokłych. Po drugie, wiele mokradeł może nadal pochłaniać węgiel z atmosfery przez fotosyntezę roślin bagiennych, a następnie akumulację węgla w glebie. Po trzecie, tereny podmokłe są ściśle związane z poziomymi szlakami transportu węgla między różnymi ekosystemami.

Są one skłonne do wychwytywania osadów bogatych w węgiel ze źródeł wodnych, ale mogą również uwalniać rozpuszczony węgiel przez przepływ wody do sąsiednich ekosystemów. Te poziome ścieżki mogą wpływać zarówno na sekwestrację, jak i na poziomy emisji węgla. Po czwarte, gleby podmokłe wytwarzają metan, który jest regularnie emitowany do atmosfery, nawet w przypadku braku zmiany klimatu.

Emitują one ponad 10% globalnej siły źródła metanu w wyniku niedotlenionych warunków występujących w zalanych glebach i ich wysokich wskaźników produkcji pierwotnej. Odwodnienie terenów podmokłych podczas konwersji do rolnictwa lub leśnictwa zmniejsza emisje metanu do zera, a nawet pochłania niewielkie ilości metanu z atmosfery.

Zmiana klimatu prawdopodobnie wpłynie na zdolność obszarów wodno-błotnych do emitowania metanu i sekwestracji węgla. Zwiększony dwutlenek węgla w atmosferze spowoduje wyższą produktywność pierwotną na większości, jeśli nie wszystkich, mokradłach. Nawożenie dwutlenkiem węgla atmosfery może zwiększyć zapas węgla w innych ekosystemach.

Podmokłe pola ryżowe produkują więcej niż metan pod wyższą ekspozycją na dwutlenek węgla. Podwyższone temperatury mogą powodować zwiększoną ewapotranspirację, a zatem mogą obniżać poziom wód gruntowych i powierzchniowych na wielu terenach podmokłych. Dlatego zwiększanie rezerw węgla na terenach podmokłych w kontekście zmian klimatu jest zgodne z redukcją emisji gazów cieplarnianych z terenów podmokłych i przywracaniem ich zasobów węgla. Ochrona terenów podmokłych to praktyczny sposób na zachowanie istniejących zasobów węgla, a tym samym uniknięcie emisji dwutlenku węgla i gazów cieplarnianych.

W Indiach inwentaryzacja terenów podmokłych została przeprowadzona w 1990 r. Przez Ministerstwo Środowiska i Lasu, a ankieta wykazała, że ​​około 4, 1 miliona hektarów pokrywają tereny podmokłe różnych kategorii. Ponadto przybrzeżne mokradła namorzynowe zajmują powierzchnię około 6, 740 km.

Mając na uwadze znaczenie terenów podmokłych w globalnym obiegu węgla i innych zastosowaniach, rząd wydał w 1991 r. Powiadomienie o strefie regulacji przybrzeżnych, zabraniające działalności rozwojowej i usuwania odpadów w namorzynach i rafach koralowych. Piętnaście obszarów namorzynowych zidentyfikowano dla intensywnej ochrony.

Sequestering carbon to strategia, która przynosi korzyści zarówno rolnictwu, jak i środowisku. Pomaga łagodzić globalne zmiany klimatu poprzez magazynowanie dwutlenku węgla w glebie. Działania naprawcze gleby zwiększają produkcję biomasy. Sekwestracja poprawia jakość gleby i produkcję rolną. Praktyki konserwatorskie, które wiążą dwutlenek węgla, jednocześnie podnoszą jakość wody, pomagając zmniejszyć zanieczyszczenie spływem lub zanieczyszczeniem z innych źródeł.

Seneviratne (2002) przyjął inny wymiar sekwestracji dwutlenku węgla i zaproponował kilka ważnych działań związanych z sekwestracją węgla. UNDP przewidział, że globalne ocieplenie ograniczy produkcję zbóż, a to z kolei spowoduje dalszą konwersję naturalnych ekosystemów do agroekosystemów. W efekcie priorytetem byłoby sadzenie roślin spożywczych zamiast sadzenia drzew.

Wraz z ekspansją rolnictwa, pochłanianie dwutlenku węgla spowodowane celowymi działaniami nie przyczyniłoby się w wystarczającym stopniu do sekwestracji węgla. W związku z tym inokulacja fauny gleby jest realną opcją dla zwiększenia wytrzymałości na pochłanianie dwutlenku węgla w glebach rolniczych, a także w drzewach lasów w celu zwiększenia produktywności. Dolistne stosowanie substancji odżywczych do czaszy lasu za pomocą samolotów jest kolejną opcją dla zwiększenia pochłaniania dwutlenku węgla, ponieważ ma kilka zalet.

Jest to ważne dla efektywnego stosowania składników odżywczych w celu zwiększenia wydajności wykorzystania składników odżywczych przez rośliny, unikając ograniczeń składników odżywczych. Pomaga w ochronie zapasów węgla w glebie poprzez spowolnienie rozkładu drobnoustrojów w wyniku bezpośredniego stosowania składników pokarmowych w glebie. Zapobiega przerwom spowodowanym przez obrót ściółki na sekwestrację węgla roślinnego.

Sahrawat (2003) wyjaśnił znaczenie węgla nieorganicznego w sekwestracji węgla w glebach suchych regionów. Gleby w suchszych regionach tropików zawierają niskie rezerwy materii organicznej i składników pokarmowych roślin. Zbiornik węgla w glebie złożony z węgla organicznego i nieorganicznego ma kluczowe znaczenie dla gleby, która może pełnić funkcje produkcyjne i środowiskowe, i odgrywa ważną rolę w globalnym obiegu węgla.

Węglan wapnia jest powszechnym minerałem w glebach suchych regionów świata i odgrywa dominującą rolę w modyfikowaniu właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych oraz zachowaniu składników odżywczych roślin w glebie. Obszary jałowe i półpustynne zajmują ponad 50% całkowitego obszaru geograficznego Indii. Gleby tych regionów mają charakter wapienny i zawierają od 2 do 5 razy więcej nieorganicznego węgla niż organiczny węgiel w glebie w górnej 1-metrowej warstwie gleby.

Nieorganiczna pula węgla w glebie składa się z pierwotnych nieorganicznych węglanów lub litogenicznych nieorganicznych węglanów i wtórnych nieorganicznych węglanów lub pedogenicznych nieorganicznych węglanów. Wtórne węglany powstają przez rozpuszczanie pierwotnych węglanów i ponowne wytrącanie się produktów atmosferycznych. Reakcja atmosferycznego dwutlenku węgla z wodą i wapniem i magnezem w górnych warstwach gleby, wymywanie do podglebia i późniejsze ponowne wytrącanie powoduje tworzenie się wtórnych węglanów i sekwestrację dwutlenku węgla w atmosferze.

Pedogeniczny węgiel nieorganiczny wytworzony z materiału niewęglanowego jest pochłaniaczem węgla i prowadzi do sekwestracji węgla, podczas gdy uformowany z materiału wapiennego może nie brać udziału w sekwestracji węgla w glebie. Sugeruje to, że rozpuszczanie się węglanów i wymywanie w profilu glebowym może prowadzić do sekwestracji węgla. Ługowanie wodorowęglanów w wodzie gruntowej jest głównym mechanizmem sekwestracji nieorganicznego węgla w glebie.

Zwiększona pierwotna produktywność roślinności i przyjęcie środków kontroli zasolenia obejmujących stosowanie gipsu i zmian organicznych może prowadzić do ługowania wodorowęglanu wapnia w profilu w trakcie nawadniania; doprowadziłoby to do sekwestracji węgla i polepszenia gleby dotkniętej solą.

Sekwestracja nieorganicznego węgla w glebie ma wpływ, gdy do nawadniania wykorzystywane są wody nienasycone wodorowęglanem wapnia. Zmętnienie w klimacie uważa się za odpowiedzialne za powstawanie pedogenicznego wodorowęglanu wapnia i jest to proces odwrotny do wzmocnienia węgla organicznego w glebie.

Zwiększenie sekwestracji węgla poprzez wzmocnienie węgla organicznego w glebie spowodowałoby rozpuszczenie natywnego węglanu wapnia i jego ługowanie, co skutkuje sekwestracją nieorganicznego węgla w glebie. Konieczne jest zrozumienie roli sekwestracji węgla nieorganicznego w glebie w sekwestracji węgla w celu zwiększenia zasobów węgla w zubożałych i zdegradowanych glebach wapiennych w regionach suchych i półsuchych i złagodzenia efektu cieplarnianego.

Sugeruje się, że kraje rozwijające się są odpowiedzialne za większość niedawnych wylesień i emisji dwutlenku węgla wywoływanych przez pożar lasu. Jest to prawdą lokalnie, ale jeśli porówna się ją holistycznie z emisją spowodowaną obecną i historyczną zmianą użytkowania gruntów i emisją paliw kopalnych w umiarkowanych szerokościach geograficznych, emisja w krajach rozwijających się jest bardzo niewielka.

Większość ludzkiej modyfikacji krajobrazu w ciągu ostatnich kilku stuleci wystąpiła w umiarkowanych szerokościach geograficznych, przekształcając lasy i łąki w wysoko wydajne pola uprawne i pastwiska emitujące duże ilości dwutlenku węgla do atmosfery. Ostatnie badania wskazują, że sytuacja pokrywy leśnej w tropikalnych szerokościach geograficznych nie jest zła.

Indie są bardziej podatne na skutki zmian klimatycznych niż ich rozwinięte odpowiedniki, ponieważ brakuje im zasobów, aby dostosować się do wynikających z nich zmian. Ponadto, zdrowie ludzkie i systemy społeczno-ekonomiczne są bardziej wrażliwe w kontekście ograniczonych zasobów ziemi w kraju. Sekwestracja dwutlenku węgla jest najbardziej żywą i realną opcją odwrócenia obecnego stanu różnych zasobów ziemi i ekosystemów.

Indie realizują politykę i programy mające na celu osiągnięcie krajowego celu polityki leśnej, jakim jest pokrycie lasów i drzew w 33% poprzez posiadanie łącznie 109 milionów hektarów powierzchni pod osłoną drzew, z łącznej powierzchni 328 milionów hektarów kraju. Obecna powierzchnia lasów w Indiach wynosi obecnie 67, 83 miliona hektarów, a ponadto 16 milionów hektarów drzew pokrywa już poza lasami.

Łącznie całkowita powierzchnia gruntu pod osłoną lasu / drzewa wynosi obecnie 79, 73 miliona hektarów. Dodatkowy obszar o powierzchni 27, 27 mln ha ma zostać objęty pokrywą drzew, aby osiągnąć 33% zieloną osłonę. Ponadto około 31 milionów hektarów z 63, 73 miliona hektarów będzie wymagało odtworzenia w celu zwiększenia wydajności zdegradowanych lasów, a 29 milionów hektarów drzew może zostać ustanowione poprzez plantacje na obszarach nieleśnych i agroekosystemach.

Szacuje się, że 60 milionów hektarów ziemi w Indiach zostanie zalesionych / ponownie zalesionych w nadchodzących czasach. Oczekuje się, że działania te pochłoną dodatkowy węgiel w wysokości 83, 2 miliona ton węgla i 202, 67 miliona ton węgla rocznie i na pewno są niezbędne do łagodzenia zmiany klimatu w celu utrzymania normalnych stężeń gazów atmosferycznych.