Geoingeniería

El término colectivo geoingeniería ( geoingeniería ) o ingeniería climática , definido como intervención intencional y a gran escala por medios técnicos en los ciclos geoquímicos o biogeoquímicos de la Tierra. Los principales objetivos de estas intervenciones son frenar el calentamiento global antropogénico , por ejemplo, reduciendo la concentración de CO ₂ en la atmósfera y reduciendo la acidificación de los océanos .

Se hace una distinción entre los proyectos de Gestión de Radiación Solar (SRM), que están destinados a reducir la radiación solar incidente , y la Eliminación de Dióxido de Carbono (CDR), que eliminan los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono (CO ₂ ) de la atmósfera y los almacenan como permanentemente como sea posible. Las medidas para eliminar el CO ₂ son cada vez más importantes en la política climática en el contexto de los objetivos de emisión neta de cero gases de efecto invernadero.

Muchas tecnologías de geoingeniería propuestas no están disponibles a escala planetaria y se desconocen su viabilidad técnica, costos y riesgos ambientales, financieros, sociales y políticos. Por lo tanto, las posibles contribuciones de la geoingeniería también se evalúan en modelos climáticos .

historia

Los intentos de modificación del clima regional han existido durante siglos. Alrededor de 50 países están aplicando estos enfoques en la actualidad. La primera recomendación para investigar las posibilidades y los efectos de compensar el calentamiento global provocado por el hombre mediante el aumento de la reflectividad ( albedo ) de la tierra se remonta a 1965. En ese informe de investigación llamado Restaurar la calidad de nuestro medio ambiente , que fue preparado para el presidente de los EE. UU. Sin embargo, el término geoingeniería aún no se utilizaba.

El término geoingeniería fue acuñado en la década de 1970 por el físico italiano Cesare Marchetti . Marchetti le conecta con su propuesta de un CO ₂ captura y almacenamiento ( de captura y almacenamiento de carbono (CCS)) plantas térmicas de carbón y las refinerías de petróleo. Para contrarrestar el riesgo de un mayor calentamiento global, el CO ₂ producido durante el funcionamiento de las centrales eléctricas de carbón y las refinerías de petróleo debe capturarse y canalizarse hacia un almacenamiento permanente. Dio preferencia al transporte en alta mar utilizando corrientes oceánicas sobre campos de gas natural agotados con capacidades limitadas.

Inicialmente utilizado solo en círculos científicos, el término se hizo más conocido a través de la publicación de un estudio de la Academia Nacional de Ciencias sobre los posibles efectos del calentamiento global en 1992. Para el año 2000, la investigación había avanzado tanto que se publicó una primera revisión . Las primeras publicaciones sobre modelos de simulación también aparecieron alrededor del cambio de milenio.

La geoingeniería se hizo más conocida con una influyente publicación del premio Nobel Paul Crutzen en 2006 sobre la inyección de azufre en la estratosfera. Más científicos comenzaron a estudiar propuestas de geoingeniería. Las implicaciones sociales, políticas, éticas y legales se trasladaron al foco de los científicos sociales, filósofos, economistas, expertos políticos y legales.

Si bien estos enfoques puramente técnicos no se tomaron en serio en los círculos políticos y científicos hasta mediados de la década de 2000, desde entonces, en el curso de la discusión en curso sobre el calentamiento global, tales estrategias no solo han sido propuestas con más frecuencia por los científicos, sino que también se están poniendo en práctica. seriamente considerado por los gobiernos individuales. Las primeras pruebas se han llevado a cabo ( EisenEx y LOHAFEX experimentos ) y otros están en proyecto o se han pospuesto debido a la presión pública (experimento SPICE).

Los estados miembros de la Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático acordaron en 1992 evitar una perturbación peligrosa del clima. En consecuencia, en 2015 en el Acuerdo de París se fijaron el objetivo de limitar el calentamiento global muy por debajo de los 2 ° C , si es posible por debajo de los 1,5 ° C , y para ello presentar contribuciones nacionales a las reducciones de emisiones necesarias. En vista del hecho de que las reducciones de emisiones reales y planificadas son incompatibles con los objetivos climáticos, el enfoque cambió en la medida en que las medidas adicionales de geoingeniería, en particular las emisiones negativas a través de la eliminación de dióxido de carbono , pueden y deben contribuir a su cumplimiento. En su informe especial sobre el objetivo de 1,5 ° C en 2018, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático llegó a la conclusión de que en la mayoría de los caminos futuros que están en línea con los objetivos, los gases de efecto invernadero deben eliminarse de la atmósfera terrestre en una medida considerable. Sin embargo, las tecnologías propuestas no se pueden utilizar a gran escala durante mucho tiempo, hay una falta de condiciones marco legales y políticas y existe una incertidumbre considerable sobre los efectos secundarios negativos. Aunque algunas de las propuestas podrían finalmente lograr el potencial de limitar el calentamiento global en términos puramente físicos, no pueden contribuir de manera confiable a cumplir los objetivos climáticos.

Concepto y clasificación

definición

En su quinto informe de evaluación, el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático define la geoingeniería como "un amplio grupo de métodos y tecnologías que tienen como objetivo cambiar deliberadamente el sistema climático para mitigar las consecuencias del cambio climático ". ( IPCC : Climate Change 2013: The Bases de Ciencias Físicas. Anexo III: Glosario). En su definición similar, la Royal Society describe la geoingeniería como "la intervención deliberada a gran escala en el sistema climático de la Tierra para frenar el calentamiento global".

La voluntariedad y la gran escala suelen considerarse esenciales para la definición. Cuando se queman carbón y petróleo en centrales eléctricas y motores, no solo se produce CO _2, sino también aerosoles de sulfato , que tienen un efecto refrescante sobre el clima. Sin embargo, debido a que el impacto climático no es intencional, no cuenta como geoingeniería. El objetivo de gran escala y largo plazo del clima cambia distingue de la geoingeniería en lugar de pequeña escala, corta duración de modificación del clima .

La palabra ingeniería puede dar la impresión engañosa de que la geoingeniería se trata del control técnico de todo el sistema climático. Con intervenciones a gran escala en elementos del balance de radiación y el ciclo del carbono de la tierra, los efectos secundarios de gran alcance son difíciles de predecir y difícilmente evitables.

La contra-geoingeniería es una forma en que los estados podrían reaccionar a la geoingeniería unilateral en caso de conflicto. El término se refiere a las medidas de geoingeniería para el calentamiento global, que están destinadas a contrarrestar las medidas de enfriamiento, por ejemplo, la emisión adicional de gases de efecto invernadero muy efectivos como los clorofluorocarbonos .

Grupos principales

El término “geoingeniería” engloba consideraciones muy diferentes. Por sus diferentes enfoques, estas propuestas se dividen en dos grandes grupos:

Influencia de la radiación solar (gestión de la radiación, gestión de la radiación solar en inglés, SRM)

Técnicas propuestas para la reducción de la luz solar ( Gestión de la radiación solar (SRM) )

Estas técnicas tienen como objetivo aumentar el reflejo de la luz solar incidente de onda corta. Al hacerlo, contrarrestan el aumento global de la temperatura. La causa real de esta amenaza de aumento de temperatura, la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y sus otros efectos, como la acidificación de los océanos , no se pueden influir directamente con SRM; una condición climática anterior no se puede restaurar con él.

Se supone que estos métodos producirían un efecto de enfriamiento relativamente rápido en caso de una catástrofe climática inminente. Sin embargo, los métodos de aplicación de aerosoles en particular implican grandes riesgos con respecto a efectos secundarios indeseables (tales como daño a la capa de ozono o efectos negativos sobre la salud humana, animal y vegetal).

Reducción de la concentración de CO ₂ en la atmósfera (Eliminación de dióxido de carbono, CDR)

La eliminación de dióxido de carbono tiene como objetivo liberar CO ₂ adicional de la atmósfera a sumideros de carbono como los océanos, la biosfera o el suelo ( pedosfera ) (emisiones negativas). Incluye métodos que influyen directamente en el CO ₂ , como el filtrado del aire, la captura y el almacenamiento de CO ₂ (CAC) , pero también métodos indirectos destinados a aumentar la capacidad de absorción de los sumideros de carbono, como la fertilización de los océanos con hierro o fósforo.

Dado que estos métodos abordan la causa principal del calentamiento global , se estima que las concentraciones crecientes de CO ₂ , sus incertidumbres y efectos secundarios son menores en comparación con el manejo de la radiación. Sin embargo, todavía existen incertidumbres considerables, por ejemplo debido a la retroalimentación con los sumideros de carbono y con otros ciclos biogeoquímicos como el ciclo del agua y el albedo de la superficie terrestre . Los métodos CDR tardan muchas décadas en lograr reducciones significativas en las concentraciones de gases de efecto invernadero. A diferencia de los métodos SRM, solo son efectivos a largo plazo. El efecto sobre los océanos del mundo es mucho más lento. Si las emisiones de CO ₂ continúan aumentando como antes, la acidificación resultante de los mares, a través de la cual numerosas especies marinas están amenazadas de extinción, continuará durante siglos incluso con CDR.

También hay otras medidas que no pueden asignarse claramente a ninguno de los dos grupos. Los cirros altos tienen un efecto de calentamiento sobre el clima. La introducción de ciertos cristales de hielo como núcleos de condensación de nubes por parte de los aviones podría cambiar sus propiedades de tal manera que una mayor parte de la radiación de calor de onda larga salga de la atmósfera a través de ellos. A este respecto, la medida es similar a la Eliminación de dióxido de carbono, porque si se reduce la concentración de CO ₂ , también puede escapar más radiación de calor de onda larga. Por otro lado, tiene características del SRM, por ejemplo esta medida también amenaza con un efecto de terminación , i. H. un calentamiento abrupto cuando se interrumpe. Para agrupar esta importante propuesta bajo la gestión de la radiación , a veces se habla de Gestión de la Radiación (RM) en lugar de Gestión de la Radiación Solar (SRM).

Ocasionalmente, también se discuten medidas técnicas para evitar que el gas de efecto invernadero metano ingrese a la atmósfera desde los reservorios naturales o para eliminarlo nuevamente de la atmósfera ( eliminación de metano ).

características importantes

Las técnicas de geoingeniería propuestas incluyen: diferenciar

• según la escala e intensidad de su uso necesario o su efecto
• según tengan un impacto a través de las fronteras o en los productos básicos globales (estos últimos incluyen el balance hídrico global, los océanos del mundo, la Antártida o la atmósfera)
• de acuerdo con la velocidad con la que surten efecto y la longevidad de su efecto.

El hecho de que una técnica de geoingeniería solo sea eficaz a nivel regional o transfronterizo es decisivo para su evaluación política e internacional .

En general, las medidas de manejo de la radiación son efectivas mucho más rápidamente que las medidas de CDR, pero también son menos permanentes. Si se interrumpen, el llamado efecto de terminación o choque de terminación amenaza : cambios climáticos rápidos que ocurrirían muchas veces más rápido que el cambio climático actual, según los estándares geológicos, que ya es muy rápido.

Diferenciación de la protección y adaptación climática

Los límites entre geoingeniería, protección climática y adaptación se difuminan. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ( IPCC) utiliza el término protección climática para incluir medidas que reducen las emisiones de gases de efecto invernadero o mejoran la capacidad de absorción de los sumideros de carbono. Muchas formas de remoción de dióxido de carbono caen bajo este entendimiento : la captura y almacenamiento de CO ₂ , por ejemplo, reduce las emisiones, y la forestación puede expandir la biosfera como sumidero de carbono. Según el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, la adaptación climática incluye medidas que reducen la vulnerabilidad de los sistemas naturales y humanos a las consecuencias del cambio climático. Las medidas de gestión de la radiación, como el blanqueamiento de los techos, que provocan principalmente cambios climáticos a pequeña escala, como un clima urbano más frío , son por tanto medidas de adaptación al clima, pero a veces también se cuentan como geoingeniería.

Gestión de la radiación solar

Los métodos de gestión de la radiación (SRM) tienen como objetivo un mayor reflejo de la radiación solar incidente o una reducción de la absorción en el suelo.

Se pueden diferenciar según la ubicación o altitud (superficie de la tierra, troposfera, estratosfera, espacio) de la intervención propuesta. La discusión sobre las medidas de SRM se centra en aclarar las nubes e introducir aerosoles en la estratosfera. Los métodos en la superficie de la tierra se consideran demasiado ineficaces, los del espacio son demasiado difíciles de implementar técnicamente y demasiado costosos.

En experimentos con modelos, SRM no restaura la condición climática original. Aquí hay un aumento de cuatro veces simulado en las concentraciones de CO ₂ , que es completamente compensado por el SRM. Existen diferencias significativas en comparación con el clima preindustrial. Son típicos los trópicos relativamente más fríos y las latitudes más altas más cálidas.

Como primera aproximación, SRM enfría las regiones en las que caería la radiación solar reflejada. Entonces su efecto depende de la hora del día y la latitud. El calentamiento causado por los gases de efecto invernadero es diferente: se distribuyen uniformemente en la atmósfera terrestre y retienen el calor reflejado desde la superficie terrestre en cualquier momento del día y en cualquier latitud. Como resultado, el SRM no puede restaurar el clima que existía antes del aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero. Para poder estimar realmente el efecto de SRM, son necesarias simulaciones por computadora con modelos climáticos . Estos sugieren que SRM cambiaría significativamente el ciclo del agua de la tierra; Los experimentos con modelos muestran una disminución de la precipitación en latitudes medias y altas y un aumento en los trópicos.

Según los críticos, los métodos SRM no contrarrestan la acidificación de los océanos y la absorción adicional de CO ₂ atmosférico en la biosfera. La reducción de la radiación solar, que es el objetivo de la mayoría de los métodos de SRM, también tendría un efecto adicional sobre el crecimiento de las plantas. Proctor y col. (2018) estimada en base a los efectos de pasadas erupciones volcánicas, cuya influencia de la reducción y dispersión de la radiación solar que llega a la Tierra sobre el rendimiento de maíz, soja, arroz y trigo sería: Una entrada de aerosoles de azufre según la cantidad a partir de Pinatubo in Outbreak fue liberada en 1991, los efectos positivos debido a la reducción del estrés por calor serían anulados por la radiación solar modificada. También a este respecto, SRM no volvería al statu quo ante . El efecto de enfriamiento de SRM ocurriría muy rápidamente, pero también terminaría en poco tiempo si no se continuaran las medidas de SRM, ya que SRM no elimina el CO ₂ de la atmósfera terrestre.

A partir de 2021, el carbonato de calcio se considera el aerosol más prometedor, mientras que el azufre se considera inadecuado para SRM. Según un científico de SRM participante, el carbonato de calcio puede reducir el aumento del calentamiento global en un grado en unos pocos años.

Aumento del albedo superficial

Básicamente, las sugerencias para aumentar la reflectividad de la superficie terrestre consisten en hacerla “más brillante”. Encuentran sus límites en la superficie terrestre disponible, porque el brillo de las superficies del agua difícilmente se puede modificar. Su eficacia también depende en gran medida de la cantidad de radiación solar que llega al lugar de la medida, que a su vez depende de la nubosidad media y la latitud.

Las medidas sugeridas son: el blanqueamiento de techos y áreas de asentamiento, el cultivo de pastos y cultivos de colores claros , la siembra directa (el material vegetal de color claro sin cosechar cubre el suelo más oscuro) o la cobertura de grandes áreas desérticas con material reflectante. Las estimaciones del costo de estas medidas para que sean efectivas a nivel mundial oscilan entre cientos de miles de millones y billones de dólares estadounidenses por año.

Los aumentos limitados en el albedo de la superficie podrían reducir regionalmente el calentamiento hasta 2-3 ° C. Estas medidas de “gestión regional de las radiaciones terrestres” podrían resultar útiles en zonas especialmente vulnerables . Esto podría, por ejemplo, reducir las temperaturas extremas en regiones densamente pobladas o áreas importantes de cultivo. Los efectos secundarios serían limitados en estos escenarios, pero las simulaciones indican el riesgo de lluvia reducida para India, China y el sudeste asiático.

Aumento del albedo de la nube

Hay varios estudios para aumentar la reflectividad de las nubes bajas sobre partes de los océanos. Esto se puede lograr con gotas de nubes más pequeñas y duraderas. Una posibilidad de influir en la formación de nubes en consecuencia son los aviones, barcos u otras embarcaciones especialmente diseñadas para este propósito que rocían agua de mar o sal marina en forma de partículas finas en el aire. El ingeniero Stephen Salter sugirió que una flota de embarcaciones de fibra de vidrio impulsadas por el viento con turbinas submarinas podría producir agua pulverizada.

Aerosoles estratosféricos

Carbonato de calcio

En 2018, la Universidad de Harvard comenzó a planificar el experimento SCoPEx, en el que se liberarán unos pocos kilogramos de partículas de carbonato de calcio a una altura de 20 km ( estratosfera ). En el año 2021, se iban a liberar partículas en el espacio aéreo sobre Suecia mediante un vuelo en globo. Sin embargo, el viaje fue cancelado; un consejo de ética que acompañó al experimento recomendó que se buscara primero la discusión social.

Según un químico atmosférico involucrado en el proyecto, el costo de distribuir cal en toda la estratosfera sería de 20 mil millones de euros al año. Además, existen costos para los sistemas de observación y el tratamiento de los efectos secundarios.

Alúmina

El 7 de septiembre de 2010, David W. Keith publicó la propuesta de aplicar nanopartículas que consisten de aluminio , óxido de aluminio y titanato de bario en la estratosfera con el fin de reflejar la luz solar.

Se supone que los discos de 10 micrómetros de ancho y 50 nanómetros de espesor flotan permanentemente a una altura de 40 a 50 km, justo por encima de la estratosfera, utilizando el efecto fotoforético. Mientras que el lado de titanato de bario debe mirar hacia la tierra, el lado de aluminio / óxido de aluminio debe mirar hacia el sol. La mayor parte de la luz solar incidente se reflejaría, lo que aumenta el efecto albedo y, por lo tanto, podría ayudar a enfriar la tierra. (El efecto de la fotoforesis también se puede observar en el molino ligero , cuya rueda gira cuando se expone a la luz).

La radiación solar calienta las nanopartículas. Dado que el titanato de bario emite calor y energía con mayor facilidad que el aluminio, la presión en la parte inferior, resultante del efecto fotoforético, sería mayor que la presión hacia la tierra. Este exceso de presión mantendría los discos en estado de suspensión, idealmente en la mesosfera . Si la capa de titanato de bario está cargada eléctricamente, el campo eléctrico natural de la atmósfera mantendría los paneles horizontales y evitaría que se inclinen. Por la noche, las partículas se hundirían lentamente hacia la tierra (debido a la falta de radiación solar), pero volverían a subir durante el día debido al efecto descrito.

Keith sugirió la siguiente composición de las nanopartículas:

• Capa superior de óxido de aluminio (protege la capa intermedia de aluminio)
• Capa intermedia de aluminio (refleja la luz solar)
• Capa inferior de titanato de bario (para carga eléctrica y fotoforesis)

A diferencia de los modelos de dióxido de azufre, este método del SRM tendría menos efectos indeseables sobre la capa de ozono, ya que los discos flotarían sobre ella. Las nanopartículas también tendrían una vida útil más larga en la estratosfera. Para reducir los efectos negativos para la salud en una fase de prueba (el aluminio y el titanato de bario son perjudiciales para la salud), lo ideal es que las nanopartículas se fabriquen de tal manera que tengan una vida útil limitada durante este período. Por ejemplo, podrían fabricarse de tal manera que se descompongan por la radiación UV y los radicales de oxígeno .

Yoduro de bismuto

Actualmente (2017) se está considerando si es posible frenar el calentamiento global mediante la introducción de yoduro de bismuto (III) en la atmósfera. David Mitchell de la Universidad de Nevada sugiere usar 160 t anuales (costo: aproximadamente 6 millones de dólares estadounidenses) para esto.

Dióxido de azufre

Un enfoque destacado ha sido transportar dióxido de azufre a la estratosfera , donde se oxida a sulfatos . Sobre estos sulfatos se deposita agua, de modo que se forman aerosoles de azufre, que reflejan los rayos del sol hacia el espacio y así debilitan el calentamiento de la tierra. La idea se basa en experiencias con erupciones volcánicas. La erupción del Pinatubo en 1991 provocó una caída de la temperatura global de 0,5 ° C. La erupción del Toba hace unos 75.000 años provocó un invierno volcánico , que fue acompañado por un estimado de 3-5 ° C, según otros cálculos del modelo, incluso de 8-17 ° C. La vida útil de estos aerosoles en la estratosfera es de aproximadamente un año.

La idea surgió originalmente del climatólogo ruso Michail Budyko , quien la publicó a mediados de la década de 1970. El científico atmosférico Ken Caldeira y los físicos Lowell Wood y Nathan Myhrvold de Intellectual Ventures desarrollaron el método de bombear dióxido de azufre a la estratosfera con la ayuda de una manguera de unos 25 km de largo y unos pocos decímetros de diámetro. Los globos de helio llevarían la manguera y varias bombas conectadas a ella. El gas líquido incoloro que escapa por el extremo de la manguera envolvería la tierra en unos 10 días debido a los vientos estratosféricos. El dióxido de azufre podría ser un producto de desecho de la minería de arenas petrolíferas en Canadá. Según los desarrolladores, la cantidad necesaria de azufre corresponde a alrededor del 1% de las emisiones globales de azufre. Una idea de Intellectual Ventures basada en el mismo mecanismo físico es extender las chimeneas de varias fábricas emisoras de azufre hacia la estratosfera con la ayuda de globos aerostáticos y aeronaves.

Varios científicos de renombre, como el Premio Nobel de Química, Paul Crutzen y el presidente de la NAS, Ralph J. Cicerone , defendieron la idea similar de elevar globos de aire caliente cargados de azufre a la estratosfera para quemar ellos allí. Según Crutzen, este método solo costaría entre 25 y 50 mil millones de dólares anuales, pero ha sido criticado por algunos científicos debido a los posibles efectos impredecibles y la necesidad de un transporte permanente de azufre.

La cantidad necesaria de aerosoles de azufre es difícil de determinar porque, si los núcleos de condensación ya están presentes en la estratosfera, el sulfato podría adherirse a ellos en lugar de formar otros nuevos. Los aerosoles de azufre también dañan la capa de ozono . Además, esta variante de geoingeniería no restauraría el clima original, sino un clima que se diferencia de él regionalmente, ya que limitar la radiación solar a través de partículas de azufre tiene un efecto físico muy diferente al de limitar el efecto invernadero a través de la protección climática. Incluso si este método fuera a detener el calentamiento global en un promedio global, habría regiones que se calentarían más rápido que sin las inyecciones de azufre, mientras que otras regiones se enfriarían de manera desproporcionada. Entonces z. B. teme que el enriquecimiento de la atmósfera con azufre pueda conducir a un calentamiento más rápido del mar del polo sur, lo que a su vez podría acelerar el aumento del nivel del mar mediante la desestabilización de la capa de hielo de la Antártida occidental . Otros problemas son la formación de lluvia ácida debido a la liberación de dióxido de azufre y el hecho de que la acidificación de los océanos continuaría debido a una mayor entrada de dióxido de carbono y, por lo tanto, los ecosistemas de los océanos del mundo se verían aún más dañados. Tampoco se pudieron prevenir los cambios climáticos regionales, como los cambios en el ciclo del agua. Por ejemplo, es de esperar una reducción de las precipitaciones en los continentes, lo que conduciría a un mayor secado de las masas de tierra. Como resultado, existe el riesgo de que ocurran períodos de sequía más severos con la aplicación de azufre en la estratosfera que sin esta medida.

Enfoques basados ​​en el espacio

Existen diversas propuestas para posicionar objetos en el punto de Lagrange L1 entre la tierra y el sol, que orbitan la tierra alrededor del sol, reducen la radiación solar y así enfrían la tierra:

• En 1989, James T. Early propuso el establecimiento de una especie de escudo protector delgado hecho de material extraído de la luna,
• El físico del Pentágono Lowell Wood esbozó la idea de instalar pequeñas velas solares adecuadas al espacio para dar sombra a la tierra.
• A Roger Angel de la Universidad de Arizona se le ocurrió la idea de colocar una nube de alrededor de 20 millones de t (equivalente a alrededor de 15 billones de piezas) de paneles pequeños y transparentes, cada uno con una unidad de control para la alineación.

Eliminación de dióxido de carbono

En lo que respecta a los procesos de reducción de emisiones como la captura y el almacenamiento de CO2 o los procesos técnicos como la captura y el almacenamiento directo de carbono en el aire , esto aún no está asociado con la geoingeniería en el sentido más estricto, ya que no se modifican los procesos planetarios, biológicos o geoquímicos.

La eliminación de dióxido de carbono (CDR) y la eliminación de dióxido de carbono es la eliminación selectiva de CO ₂ de la atmósfera y su incorporación a otros depósitos de carbono. Un flujo de carbono atmosférico en sumideros de carbono permanentes causado por CDR también se conoce como emisiones negativas , las tecnologías de CDR correspondientes también se denominan tecnologías de emisiones negativas (NET) . El 82% de todos los escenarios del informe especial de calentamiento global de 1,5 ° C para cumplir con el objetivo de dos grados hacen que las emisiones negativas y, por lo tanto, el uso a gran escala de CDR sea necesario. Sin CDR, es poco probable que pueda mantenerse por debajo del límite de 1,5 grados . En estos escenarios, el uso de CDR comenzará en 2021 en promedio y alcanzará 14,1 Gt CO ₂ / año en 2050.

Hay propuestas de métodos biológicos, químicos y físicos para eliminar el CO ₂ de la atmósfera. Los métodos propuestos hasta ahora son lentos, requerirían una aplicación industrial a gran escala de probablemente más de cien años para reducir significativamente las concentraciones de CO ₂ atmosférico .

Dependiendo de la tecnología CDR, diferentes depósitos sirven para almacenar el carbono extraído de la atmósfera. Los reservorios difieren en su capacidad de almacenamiento y el tiempo que almacenan carbono. Los reservorios en los que el carbono ha estado atrapado durante al menos decenas de miles de años se denominan permanentes . El almacenamiento de carbono en reservorios no permanentes tiene un efecto retardador más que preventivo sobre el calentamiento global. Los reservorios geológicos podrían almacenar el carbono de forma permanente, mientras que los reservorios terrestres u oceánicos no se consideran permanentes. Particularmente en el caso de los reservorios terrestres (suelos, biosfera) también existe el riesgo de que el CO _{2 se} libere más rápidamente en caso de que se produzca un mayor cambio climático . Los reservorios geológicos y oceánicos podrían contener varios miles de gigatoneladas (Gt) de carbono, reservorios terrestres de aproximadamente 200 Gt. A modo de comparación: las emisiones de CO ₂ relacionadas con la energía , es decir, sin producción de cemento, cambios de uso de la tierra y sin otros gases de efecto invernadero, ascendieron a alrededor de 32,5 Gt en 2017, lo que corresponde a alrededor de 8,9 Gt de carbono.

Actualmente, los océanos y la biosfera están absorbiendo rápidamente alrededor de la mitad de las emisiones humanas de CO ₂ de la atmósfera. Por un lado, esto frena el aumento de las concentraciones atmosféricas de CO ₂ ; por otro lado, los océanos se vuelven ácidos y tienen efectos sobre el crecimiento de las plantas. A diferencia de la gestión de la radiación solar, la eliminación de dióxido de carbono también contrarresta estos dos efectos: si la concentración de CO ₂ disminuyera, los océanos y la biosfera liberarían parte del CO ₂ almacenado _de vuelta a la atmósfera. Debido a este efecto de rebote , _{se debe} eliminar aproximadamente el doble de CO ₂ con CDR para _lograr una reducción deseada de CO ₂ en la atmósfera .

Mayor producción de biomasa y almacenamiento en tierra.

Se trata de procesos biológicos que tienen como objetivo incrementar la producción de biomasa y almacenar el carbono ligado de esta forma en la biosfera o los suelos. Para unir el carbono durante un período de tiempo más largo, debe eliminarse del ciclo del carbono, por ejemplo, en forma de madera.

Los procesos incluyen cultivo de suelo modificado en agricultura, bioenergía con captura y almacenamiento de CO2 (BECCS), forestación o rehumectación de turberas.

Hay una serie de factores limitantes para estos procesos: tierras agrícolas limitadas, nutrientes escasos o la disponibilidad de agua. El uso a gran escala de BECCS en plantaciones especialmente operadas muy probablemente acercaría el sistema terrestre a su límite de capacidad en términos de uso de agua dulce , con respecto a los cambios de uso de la tierra , la integridad de la biosfera y los ciclos biogeoquímicos , los límites planetarios serían excedidos incluso más de lo que son ahora.

Muchos cálculos de modelos que muestran cómo el calentamiento global puede limitarse a menos de 2 ° C generalmente asumen la disponibilidad de tecnologías BECCS en la segunda mitad de este siglo. El consumo de tierra para el cultivo de biomasa es en escenarios típicos alrededor de 1,2 veces el área de India , por lo que el uso futuro de BECCS, al menos a esta escala industrial, es altamente especulativo.

Mayor producción de biomasa y almacenamiento en los océanos.

Estos procesos biológicos están diseñados para estimular la producción de biomasa en los océanos. Se estimula el crecimiento de fitoplancton , parte del carbono unido de esta manera se transporta con el plancton muerto a las profundidades marinas.

El geoquímico James Lovelock sugirió alterar las capas superiores del océano. Esto trae nutrientes a la superficie del mar y estimula el crecimiento de algas. Las algas a su vez absorben dióxido de carbono de la atmósfera y así reducen el efecto invernadero . El crecimiento de algas también podría estimularse con la ayuda de la fertilización marina ; Las algas moribundas se hunden hasta el fondo del mar y, por tanto, extraen el CO _{2 del} mar y, por tanto, indirectamente también de la atmósfera. Sin embargo, las pruebas realizadas por el Instituto Alfred Wegener en 2000 (experimento EisenEx ) y en la primavera de 2009 (experimento LOHAFEX ) han demostrado que el efecto es muy leve, ya que las algas son consumidas casi por completo por los organismos animales antes de que se hundan y luego exhalen el CO _2. de nuevo.

Estos experimentos conllevan el riesgo de efectos secundarios indeseables en la fauna marina. Además, podrían violar la moratoria sobre fertilización de los océanos adoptada en la IX Conferencia de las Partes del Convenio sobre la Diversidad Biológica. Sin embargo, el peligro de crear grandes regiones marinas pobres en oxígeno mencionado en este dictamen ya se señaló a principios de la década de 1990.

Envejecimiento acelerado

Durante la meteorización de las rocas de silicato y carbonato , el carbono se une. Estos procesos son extremadamente lentos. Hay propuestas para acelerar el proceso de meteorización en tierra, por ejemplo, esparciendo harina de roca producida artificialmente a partir de minerales de silicato en un área amplia o usando la alcalinidad en la electrólisis para la producción de hidrógeno.

El CO ₂ absorbido por los océanos reacciona, durante períodos de tiempo muy prolongados, con los sedimentos carbonatados del fondo marino. El encalado artificial de los mares podría intensificar este proceso. También en la alcalinización artificial de los océanos ( Artificial Ocean Alkalinization ) se espera Terminationseffekt. Según los cálculos de simulación, el final repentino de un proyecto a gran escala conduciría a un rápido calentamiento regional y una acidificación, que se produciría mucho más rápido que el causado por el calentamiento global.

Otros métodos CDR

Las consideraciones de la captura directa de aire consisten en extraer CO ₂ directamente del aire ambiente mediante procesos químicos. La extracción se realizaría por absorción con sólidos, con soluciones altamente alcalinas o con soluciones alcalinas utilizando un catalizador . Este CO ₂ se almacenaría en reservorios geológicos u oceánicos.

La eficacia de este proceso está limitada por la baja concentración de CO ₂ en el aire. Debido a la mayor concentración, la captura y el almacenamiento de CO ₂ directamente en la fuente de emisión se considera más prometedor.

Otra idea que combina diferentes enfoques se llama procedimiento ISA . Se describe como un método idéntico a la naturaleza (ver polvo de loess en la Edad de Hielo) para enfriar el clima mediante la introducción de partículas de polvo en el aire en la troposfera, que consisten en óxido de hierro u opcionalmente cloruro de hierro. Esto tiene como objetivo provocar la descomposición de sustancias que tienen un impacto en el clima (metano, hollín, ozono y compuestos orgánicos volátiles ) y un aumento de la reflexión de la cobertura de nubes. La idea es que la precipitación del polvo mineral acelerará la producción y el almacenamiento de biomasa en la tierra y en los océanos. Los emisores de gases de efecto invernadero establecidos (principalmente aviones, pero también centrales eléctricas y barcos) se pueden utilizar para transportar las partículas a la atmósfera. Los aditivos para combustibles que contienen hierro se introducen técnicamente en los procesos de combustión con un esfuerzo mínimo.

Otras sugerencias

Los cirros altos tienen un efecto de calentamiento sobre el clima. La introducción de ciertos cristales de hielo como núcleos de condensación de nubes por parte de los aviones podría cambiar sus propiedades de tal manera que una mayor parte de la radiación de calor de onda larga salga de la atmósfera a través de ellos.

Hay varias sugerencias para frenar el derretimiento de los glaciares marinos polares y, por lo tanto, el aumento del nivel del mar :

• Las barreras en el agua de mar frente a las lenguas de los glaciares podrían reducir el efecto de deshielo causado por la circulación del agua.
• Las islas artificiales al final de la lengua del glaciar podrían ralentizar el flujo de hielo.
• Las estaciones de bombeo en el hielo detrás de la línea de aterrizaje del glaciar podrían bombear o congelar el agua que acelera el flujo del hielo en el fondo del glaciar.

Esta propuesta de geoingeniería no se trata de ingeniería climática, sino de contrarrestar las graves consecuencias del calentamiento para ganar tiempo.

condujo

En 2008, el científico climático Alan Robock compiló y publicó una lista de 20 puntos de posibles peligros al utilizar la geoingeniería. Concluye que al menos 13 de los 20 puntos representan efectos secundarios y amenazas para el sistema climático y el medio ambiente.

• Cambios regionales de temperatura
• Cambios en los patrones de precipitación
• Daño a la capa de ozono (en el caso de la geoingeniería de aerosoles)
• Sin reducción del contenido de CO ₂ de la atmósfera (con métodos SRM)
• Sin prevención de la acidificación de los océanos
• Efectos negativos sobre la flora y la fauna.
• Refuerzo de la lluvia ácida (cuando se aplica dióxido de azufre)
• Efectos sobre las nubes naturales (cirros)
• Blanqueamiento del cielo
• Salida de energía más baja para sistemas solares
• Fuerte aumento de temperatura cuando el proyecto debe pararse
• Falla humana o técnica
• Efectos desconocidos e impredecibles
• Impacto negativo en la disposición a la reducción de CO ₂
• Abuso con fines militares
• Riesgo de control comercial de las técnicas
• Contradicción a la convención ENMOD
• Posiblemente costos extremadamente altos (excepción: geoingeniería de aerosoles)
• Necesidad de control supranacional
• No existe un marco de toma de decisiones
• Conflictos de intereses incompatibles de estados individuales (¿quién determina la temperatura global?)
• Potencial considerable de conflicto (político, ético, moral )

Surgen peligros particulares si las medidas de geoingeniería para enfriar la tierra se interrumpen abruptamente. En este caso, la temperatura media global puede aumentar extremadamente de 2 a 4 ° C por década, es decir, un calentamiento a un ritmo de 20 veces en comparación con el actual.

Si, por ejemplo, las medidas de gestión de la radiación (SRM) se llevan a cabo a una distancia de más de 120 km de la tierra y, por lo tanto, en el espacio , la ley de responsabilidad espacial se aplicaría en principio en caso de daños . Sin embargo, aún no se ha previsto una compensación por daños ambientales , especialmente en la Convención de Responsabilidad Espacial (WHÜ), y tampoco lo está el daño en áreas no estatales como la Antártida.

Geoingeniería en discusión

En la década de 1960, la geoingeniería a veces se veía con euforia como una oportunidad para "cambios beneficiosos". I a. se propusieron los siguientes "grandes proyectos":

• Ennegrecimiento del hielo del Ártico con la ayuda del carbono (la menor pérdida de radiación debería hacer habitable el páramo del extremo norte)
• Aplicar una capa delgada de 1-hexadecanol a los océanos (la menor evaporación debería mitigar las tormentas tropicales, aunque a costa del calentamiento del agua de mar)
• Encendido de diez bombas de hidrógeno "limpias" de diez megatones cada una bajo el Océano Ártico (el vapor ascendente de la nube de explosión debería congelarse en la atmósfera superior y reducir así la radiación de calor; efecto esperado: "Esto podría cambiar la circulación general del aire en la tierra y ampliar el clima Las áreas del mundo podrían mejorarse ")
• Construcción de un dique en el estrecho de Bering y plantas de energía nuclear para bombear agua fría al Pacífico (efecto esperado: "El agua caliente del Atlántico fluiría después del agua fría y así mejoraría el clima en el Ártico")

Hoy en día, la geoingeniería es recibida con gran escepticismo en público, especialmente en Europa. Una creencia popular es que la geoingeniería socavaría los esfuerzos para enfocarse en la causa raíz del problema de las emisiones de gases de efecto invernadero. La mayoría de los científicos también creen que los riesgos desconocidos son peligrosos. También hay reservas éticas. Por otro lado - así es un argumento de los proponentes de la geoingeniería - podrían surgir situaciones de emergencia que hagan parecer necesario investigar las opciones de ultima ratio para tenerlas disponibles en caso de ser necesario ("armando el futuro").

Según la Royal Society, la geoingeniería no es una alternativa a la reducción de emisiones, que debería ser la máxima prioridad. Sin embargo, dado que estas reducciones están resultando difíciles, algunos enfoques de geoingeniería podrían ayudar. Debido a las aún grandes incertidumbres con respecto a la efectividad, los costos y los efectos sociales y ambientales, se necesita una investigación significativamente mayor. Además, se debe incluir al público en la discusión y se debe crear un sistema regulatorio.

El investigador del clima Michael E. Mann es crítico con la geoingeniería debido a las consecuencias asociadas, que bajo ciertas circunstancias podrían ser incluso más severas que las consecuencias del calentamiento global. Es posible que surja una situación que requiera medidas de emergencia en forma de geoingeniería para prevenir efectos aún peores del cambio climático. Sin embargo, señala que la geoingeniería es ahora principalmente llevada al debate político por quienes tienen un fuerte interés en el uso continuado de combustibles fósiles y, por razones económicas o ideológicas, medidas de protección climática como la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero , la expansión de las energías renovables o rechazar la introducción de un precio de CO ₂ . La geoingeniería es "la salida lógica, especialmente para los partidarios del fundamentalismo del libre mercado, porque refleja una expansión de la creencia de que el libre mercado y las innovaciones tecnológicas pueden resolver todos los problemas que creamos sin necesidad de regulación". Para no tener que tomar medidas de protección climática, la geoingeniería como la metadona, un sustituto de la heroína , se presentaría como una cura supuestamente simple para el cambio climático. Se conoce la principal causa del cambio climático: las emisiones de dióxido de carbono. La "solución más simple y segura" es "llegar a la raíz del problema", no depender de la geoingeniería y, por lo tanto, arriesgar el "sistema climático de la tierra y la red sensible y compleja de ecosistemas que sustenta" aún está más dañado.

Un estudio del Kiel Earth Institute, encargado por el gobierno alemán, también llega a la conclusión de que el uso de la geoingeniería puede ir acompañado de "efectos secundarios considerables, cuyo alcance, sin embargo, aún se desconoce en gran medida". Hasta ahora, la investigación sobre los efectos secundarios de la geoingeniería ha recibido poca atención. Además, "la investigación en ciencias sociales [...] apenas se ha ocupado de los aspectos sociales del uso de la ingeniería climática". Además, la investigación sobre los aspectos políticos, legales y económicos asociados con la geoingeniería se encuentra todavía en las primeras etapas.

El politólogo alemán Elmar Altvater señala que un desafío tan complejo no se puede resolver con un enfoque unidimensional, sino solo de manera integral : "... porque geoingeniería significa exactamente lo que dice el nombre: una ingeniería y no un enfoque holístico".

En su informe especial Desarrollo y justicia a través de la transformación , el Consejo Asesor Alemán sobre Cambio Global (WBGU) recomienda no tomar ninguna medida destinada a manipular el presupuesto de radiación global, y recomienda que el G20 adopte una postura crítica sobre geoingeniería.

Cooperación internacional

En la 10ª Conferencia de las Partes del Convenio sobre la Diversidad Biológica, las organizaciones ambientales presionaron por una moratoria sobre la prohibición de proyectos de geoingeniería. De acuerdo con la decisión de prohibir la fertilización marina (COP 9, IX / 16 C), se tomó la decisión de abstenerse de realizar actividades de geoingeniería hasta que exista una base científica integral que garantice que tales actividades no puedan tener un efecto nocivo sobre el medio ambiente y la biodiversidad. . No obstante, se excluyeron explícitamente los estudios de investigación a pequeña escala, siempre que puedan estar justificados por la necesidad de adquirir más conocimientos de investigación, se ajusten al artículo 3 de la Convención y, además, se haya realizado una evaluación previa y exhaustiva con respecto a los posibles impactos sobre el medio ambiente.

Con el propósito de esta colaboración internacional y para crear un conjunto internacional de reglas para asegurar una investigación de GE transparente y responsable, la Royal Society, la Academia de Ciencias para el Mundo en Desarrollo (TWAS) y el Fondo de Defensa Ambiental (EDF) la plataforma "Solar Fundación de la Iniciativa de Gobernanza de Investigación de Gestión de Radiación "(SRMGI). Un estudio interdisciplinario se inició en Heidelberg en agosto de 2009 bajo el lema “La gobernanza global de la ingeniería climática” .

La Conferencia Internacional de Ingeniería Climática (CEC) de IASS Potsdam se lleva a cabo cada varios años desde 2014 . El objetivo es "reunir a la investigación, la política y las comunidades de la sociedad civil para debatir cuestiones éticas, sociales y técnicas altamente complejas e interrelacionadas en relación con la ingeniería climática". Debido a la pandemia de COVID-19 en curso , se espera que CEC21 ocurra virtualmente.

ficción

• En la película Snowpiercer , se practicó la geoingeniería mediante la pulverización de productos químicos en la atmósfera superior. El resultado es una tierra de bolas de nieve ; una era de hielo global que extinguió casi toda la vida.

literatura

• Werner Arber : previsibilidad en la ciencia. Precisión y limitaciones. En: Actas de la sesión plenaria , 3-6 de noviembre de 2006. Academia Pontificia de Ciencias , Ciudad del Vaticano 2008, ISBN 978-88-7761-094-2 , ( Pontificiae Academiae Scientiarum acta 19), págs. 83-97.
• Paul J. Crutzen : un ejemplo de geoingeniería. Enfriamiento del clima de la Tierra por emisiones de azufre en la estratosfera.
• Jutta Wieding, Jessica Stubenrauch y Felix Ekardt : Derechos humanos y principio de precaución: límites a los escenarios de geoingeniería, SRM e IPCC. Sostenibilidad 2020, https://www.mdpi.com/2071-1050/12/21/8858/htm
• Jeff Goodell: Cómo enfriar el planeta. Geoingeniería y la audaz búsqueda para arreglar el clima de la Tierra. Houghton Mifflin Harcourt, Boston MA 2010, ISBN 978-0-618-99061-0 .
• Eli Kintisch: Hack the Planet: La mejor esperanza de la ciencia, o la peor pesadilla, para evitar la catástrofe climática . Wiley, 2010. ISBN 0-470-52426-X .
• Brian Launder y J. Michael T. Thompson (Eds.): Cambio climático de geoingeniería. ¿Necesidad medioambiental o caja de Pandora? Prensa de la Universidad de Cambridge. Cambridge 2010. ISBN 978-0-521-19803-5 .
• ecología política: geoingeniería. ¿Necesario plan B contra el cambio climático? Con contribuciones de O. Renn, K. Ott, P. Mooney, A. Grundwald, A. Oschlies, U. Potzel y muchos más, número 120, oekom Verlag Munich 2010, ISBN 978-3-86581-226-1 .
• David Keith: un caso para la ingeniería climática. Prensa del MIT, Cambridge 2013, ISBN 978-0-262-01982-8 .
• Gernot Wagner y Martin L. Weitzman : Klimaschock , Viena, libro de no ficción de Ueberreuter 2016, ISBN 978-3-8000-7649-9 .
• Wolfgang W. Osterhage: Ingeniería climática: oportunidades y riesgos. (esencial) Springer Spectrum, Wiesbaden 2016, ISBN 978-3-658-10766-6 .
• Urs Büttner, Dorit Müller (eds): Ingeniería climática. Historias de imaginación en climas artificiales . Matthes & Seitz, Berlín 2021 (Third Nature 3/2021). ISBN 978-3-751-80701-2 .

enlaces web

• spp-climate-engineering.de Programa prioritario de la Fundación Alemana de Investigación en Ingeniería del Clima, desde mayo de 2013
• weather-engineering.eu Información actual, proporcionada por el Instituto de la Tierra de Kiel y el Marsilius Kolleg de la Universidad de Heidelberg, desde septiembre de 2011
• La gobernanza global de la ingeniería climática. Proyecto de investigación interdisciplinar sobre tecnología GE, los peligros, posibilidades y costos asociados. Marsilius Kolleg, Universidad de Heidelberg
• Geoingeniería: ¿salvación o ruina global? Panel de discusión - Commonwealth Club of California, San Francisco, 23 de febrero de 2010 (Participantes: Ken Caldeira , Greg Dalton, Albert Lin, David Whelan (Boeing))
• Definición oficial de términos: Geoingeniería / Ingeniería climática. Bundestag alemán, 12 de septiembre de 2010 (PDF; 67 kB).
• Geoingeniería: ¿no es posible sin ella? : Informe de Christopher Schrader en la revista Energiewende , 18 de diciembre de 2019

Evidencia individual