바다의 변형 가능한 탄소 흡수원?

수십 년 전, 이산화탄소(CO) 농도가₂) 대기 중 농도가 400ppm보다 훨씬 낮았기 때문에 기후 과학자들은 화석 연료를 태우는 지구의 기후에 대한 부정적인 결과를 경고하기 시작했습니다.이러한 조기 경고를 통해 극심한 더위, 더 강한 폭풍, 더 심한 홍수와 가뭄과 같은 지구 온난화의 위험한 결과를 피하기 위해 탄소 배출량을 낮추고 궁극적으로 제로화해야 한다는 합의가 나타났습니다.

오늘 대기 CO₂ 집중 400ppm이 훨씬 넘습니다. 여전히 증가하고 있으며, 수많은 연구와 최근의 악천후 현상은 이러한 위험한 결과가 이미 발생하고 있음을 지적합니다.정부는 배출을 억제하기 위한 야심찬 목표를 설정했으며 어느 정도 진전이 이루어지고 있지만 배출가스에 대한 심각한 질문과 우려가 있습니다. 이 진행 속도가 느리다 많이 있다.

 이산화탄소 제거에 대한 각 접근 방식에 대해 대기 탄소를 끌어내고 안전하게 저장하는 데 미칠 수 있는 영향의 규모에 대한 의문이 남아 있습니다.

대기 탄소 수준을 효과적으로 낮추려면 다음과 같은 다양한 조치가 필요합니다. 어려운 결정을 내리는 개인 라이프스타일 변화부터 다양한 옵션을 통한 솔루션 추구를 위한 국제협력까지.고려 중인 옵션 중에는 다음과 같은 방법이 있습니다. 의도적인 이산화탄소 제거 (CDR)은 한때 최후의 수단으로 간주되었던 대기권에서.육상과 해상 모두에서 CDR에 대한 많은 접근 방식이 다양한 테스트 및 개발 단계에 있습니다.예를 들어 비용 및 잠재적으로 부정적인 2차 효과와 관련하여 각 방법에는 장점과 단점이 있습니다.그리고 각각에 대해 대기 탄소를 끌어내고 안전하게 저장하는 데 미칠 수 있는 영향의 규모에 대한 의문이 남아 있습니다.

여기서 우리는 이론적으로 상당한 양의 대기 탄소를 제거할 수 있는 해저의 자연 탄소 격리 과정에서 영감을 받은 대체 CDR 접근 방식을 간략하게 설명합니다.이 접근 방식에 대해서도 중요한 질문과 우려 사항에 대한 답변이 필요하지만 엄청난 잠재력을 고려하면 조사할 가치가 있다고 생각합니다.

현재 이산화탄소 제거 옵션 메뉴

CDR 분야가 폭발적으로 성장하고 있습니다. 비용 효율적인 전략에 대한 요구 공급을 초과합니다.가장 친숙한 접근법은 바이오매스, 육지 및 해양에 유기탄소를 저장하는 것입니다.탄소 저장 능력을 갖춘 자연 서식지를 복원하려는 노력은 칭찬할 만합니다.그러나 이 유기탄소는 특히 산불로 인한 연소와 가뭄에 시달리는 식물의 부패를 통해 산화되어 대기로 재방출되기 쉽습니다.바다에서는 해조류 재배와 영양분 공급 등을 통해 이러한 노력이 이루어지고 있지만, 생성된 새로운 바이오매스가 최종적으로 얼마나 오랫동안 저장되는지는 확실하지 않습니다.

이산화탄소는 또한 산-염기 화학을 사용하여 포집한 다음 암석(예: 고갈된 석유 저장소 형성)이나 바다에서 격리할 수 있습니다.그러나 이러한 접근법은 영구 저장을 달성하는 데 어려움을 겪으며, 격리된 탄소를 대기 중으로 재방출할 가능성과 보안에 대한 의문을 제기합니다.

해양의 중탄산염 저장 용량이 해당 기간에 충분하기 때문에 해양 알칼리도 향상은 상당한 가능성을 가지고 있습니다.

CO 변환₂ 미네랄 탄산염은 영구 저장 메커니즘을 제공합니다.켈레멘과 물질, 2008].Ebelmen-Urey 반응으로 알려진 자연 반응 [피에르함베르트, 2010], 포스테라이트(Mg)와 같은 규산염 광물이₂SiO₄;감람석의 한 형태) CO와 반응₂ 탄산염 광물과 실리카(예: Mg)를 생성합니다.₂SiO₄ + 2CO₂ → 2MgCO₃ + SiO₂)은 온도 및 관련 피드백에 대한 의존성으로 인해 지구 역사의 대부분에 걸쳐 행성 온도 조절기 역할을 한 것으로 간주됩니다.이러한 반응은 과거에 대기 CO2를 낮추어 지구를 따뜻한 온실 기후에서 점차 끌어내었습니다.₂, 비록 인류 문명과 관련된 시간 규모는 아니지만 결국 인류에 의한 탄소 급증을 지울 것입니다.

그 동안 인류는 지난 세기 동안 화석 연료의 추출 및 연소를 보상하기 위해 대규모로 CDR을 구현해야 할 수도 있습니다.해양 알칼리도 강화 (OAE), Mg와 같은 이온을 첨가하는 경우²⁺ 그리고 캘리포니아²⁺ (감람석이나 석회와 같은 물질에서 공급) 바다로 배출되면 대기 CO가 더 많이 용해됩니다.₂ 중탄산염(HCO₃^–), 해양의 중탄산염 저장 용량이 해당 기간에 충분하기 때문에 상당한 가능성을 가지고 있습니다 [렌포스와 헨더슨, 2017].실제로 해양 표면에 분산된 물질을 포함하는 OAE 접근법이 연구되고 있지만, 이 접근법 역시 대규모 타당성에 대한 의문에 직면하고 있습니다.OAE를 광범위하게 추구하고 지속적인 결과를 얻을 수 있는 다른 해양 환경이 있습니까?

변환 결함은 혁신적인 접근 방식을 제공합니다

지구 부피의 80% 이상을 구성하는 지구 맨틀은 초염기성(저규소) 암석의 거대한 저장소입니다.개념적으로 이 암석의 작은 부분(완전히 탄산염으로 변환되면 최소 약 600 입방 킬로미터)은 대기 중 산업화 시대의 화석 탄소 슬러그 전체를 중화할 수 있습니다.

해양 변형 단층과 그 균열 구역 확장은 일반적으로 지각 수 킬로미터 아래에 묻혀 있는 반응성 맨틀 암석이 지구 표면에 노출되는 구조적 환경을 나타냅니다.중앙 해양 확산 중심에 위치한 발산 판 경계를 연결하는 변환 단층의 발견은 1960년대 판 구조 혁명을 촉발하는 열쇠였습니다.카슨, 2020].그리고 오늘날 올바른 암석과 고부조 수심측량법의 동시 발생은 화학적 및 중력적 불균형의 최적 조합을 제시하며, 이는 지구상 어느 곳에서도 볼 수 없는 대규모 CDR의 가능성을 시사합니다.

특히 마그마가 부족한 느린 확산(연간 4cm 미만) 판 경계에서 변형 단층 설정은 상대적으로 빠르게 반응하는 규산마그네슘 광물을 풍부하게 특징으로 합니다.Kelemenet al., 2020].변형 단층 계곡의 규모는 그랜드 캐년과 같은 육지 침식 지형의 규모보다 작습니다.해저 계곡 벽은 대량 소모되기 쉬우며, 이로 인해 반응성 규산염 광물의 신선한 표면이 노출됩니다.국부적으로 수평에 가까운 분리 단층의 움직임으로 인해 지각의 일부가 밑에 있는 맨틀에서 미끄러져 내려와 해저의 초염기성 암석이 추가로 노출될 수 있습니다.

알칼리성 용액을 생성하기 위한 수석 반응에 필요한 활성 파쇄가 널리 퍼져 있습니다.해양 변환 단층을 따라 관찰된 지진파의 느린 속도는 물이 30km 이상의 깊이까지 침투한다는 것을 의미합니다.왕 외., 2022].이러한 설정에서 해저 암석의 차등 냉각으로 인해 변형판 경계의 균열 영역 확장도 차등 수직 이동과 새로운 균열을 계속 경험합니다.또한, 반응성 맨틀 암석을 노출시키는 활성 단층은 능선 꼭대기와 해구 벽을 따라 국지적으로 존재합니다.

잃어버린 도시를 교외화하시겠습니까?

해양 변환 결함 설정은 용존 CO를 격리하는 저온 열수 시스템을 호스팅하는 것으로 알려져 있습니다.₂ 미네랄 탄산염을 침전시켜 [Kelleyet al., 2007].대표적인 예는 로스트 시티 열수장 (LCHF)는 북위 약 30°에 위치하며 아틀란티스 육괴의 대서양 중앙 능선에서 서쪽으로 15km 떨어져 있습니다.여기에서 해저 분출구는 바닷물과 반응하여 탄산염(예: CaCO3)으로 만들어진 높이 60m 이상의 탑을 침전시키는 높은 pH의 알칼리성 유체를 방출합니다.₃) 및 브루사이트(Mg[OH]₂).

LCHF의 저온 열수 순환 에 연결되어 있습니다 해저 아래로 침투하는 물(예: 2Mg)에 의한 감람석 및 관련 미네랄의 발열 수화₂SiO₄ + H₂오 + 2H⁺ → 마그네슘₃시₂영형₅(오)₄ + 마그네슘²⁺).이 반응은 구불구불한 계열의 광물(예: Mg)을 형성합니다.₃시₂영형₅(오)₄), 사문석 암석의 주요 광물.그런 다음 열수 유체는 부서진 암석의 투과성 시스템을 통해 상승합니다.따뜻한 알칼리성 배출구 유체(pH > 10)를 바닷물과 혼합하면 탄산염 평형이 국지적으로 이동하여 탄산염 침전이 유리해집니다.

Lost City와 같은 저온 열수 시스템을 의도적으로 확장하여 자연적인 CDR 프로세스를 향상시키는 것이 가능하다고 상상해 보십시오. 알칼리성 액체를 바다 표면으로 전달 인위적인 해양 산성화를 역전시키는 동시에 대기 CO2를 낮추기 위해₂.이는 대담하고 기술적으로 까다로운 업적처럼 보일 수 있지만 필요한 핵심 기술은 이미 사용 가능합니다.

활성 물질이 낭비되는 현장에서의 드릴링 및 수압파쇄는 새로운 반응성 광물 표면을 생성하고 구불구불한 형성, 추가 균열 및 더 많은 양의 알칼리성, 고 pH 열수 유체 생성을 촉진합니다.그런 다음 유체를 펌핑하거나 단열 파이프라인을 통해 부력을 통해 상승하도록 유도하여 표층 해양 혼합층의 알칼리도를 높일 수 있습니다.대륙과 해저를 가로지르는 기존 화석 연료 인프라와 비교하면 이러한 유체를 표면으로 파이프로 연결하는 것은 매우 가능합니다.지상 기반 시설의 경우 원자력이나 풍력과 같은 비화석 에너지원으로 구동되는 것으로 추정되는 좀약한 항공모함 함대가 시추 플랫폼 역할을 할 수 있습니다.지구의 변환 단층 급경사는 대략 100,000 평방 킬로미터에 달하며, 이 면적은 CDR에 대한 이러한 접근 방식에 충분할 가능성이 높습니다[예: Kelemenet al., 2020].

그러나 노출된 맨틀 물질의 기본 기술과 규모가 이용 가능하더라도 해결해야 할 실질적인 과학적 문제가 있습니다.예를 들어, 저온 열수 환경에서 음의 되먹임과 양의 되먹임의 상대적인 중요성을 이해하려면 추가적인 연구가 필요할 것입니다.Kelemenet al., 2020].부정적인 피드백에는 2차 미네랄의 침전이 투과성과 알칼리성 유체의 생성을 억제하는 "막힘"이 포함될 수 있습니다.한편 이러한 시스템을 계속 유지하는 긍정적인 피드백은 분출공의 긴 수명과 부서지고 변경된 암석의 만연성 모두에서 입증됩니다.

화학적으로 CO 소비 증가를 선호하지만 잠재적인 운동학적 문제도 있습니다.₂ 바다에서는 반응 속도가 너무 느려서 인간의 시간표에 문제가 되지 않을 수 있습니다.CO 비율을 가속화하기 위해 몇 가지 옵션이 탐색되었습니다.₂- 소모적인 반응.켈레멘과 물질 예를 들어, [2008]은 올리빈 탄산화 속도가 최적 반응 온도 185°C(365°F)와 CO의 높은 부분압에서 일반적인 속도보다 백만 배 증가한다는 것을 보여주었습니다.₂.공정을 가속화하기 위한 전기화학적 전략도 연구되었습니다[예: Rauet al., 2013].

메탄의 문제

의도적으로 열수 시스템을 확장하고 유체를 해양 표면으로 배관한다는 개념은 뚜렷한 우려를 불러일으킵니다.목록의 가장 높은 부분은 메탄입니다.

기술적 타당성에 대한 의문 외에도, 의도적으로 열수 시스템을 확장하고 유체를 해양 표면으로 배관한다는 개념은 뚜렷한 우려를 불러일으킵니다.목록에서 가장 중요한 것은 강력한 온실가스인 메탄이 사문석화의 산물이라는 것입니다.탄소가 풍부한 메탄을 형성하는 데 탄소가 없는 광물은 어떤 역할을 합니까?

사문석화 반응에서 맨틀 감람석은 일반적으로 90% 포스테라이트(Mg)의 고용체입니다.₂SiO₄) 및 10% 화얄라이트(Fe₂SiO₄), 환원철(Fe)을 방출합니다.²⁺), 이것이 범인입니다.물은 환원된 철을 산화시켜 분자 수소(H)를 형성합니다.₂) 과정에서 (즉, 3Fe₂SiO₄ + 2시간₂O → 2Fe₃영형₄ + 3SiO₂ + 2시간₂).이 수소는 산화된 탄소(예: CO)를 변환합니다.₂)는 메탄(즉, 4H)에 존재합니다.₂ + 콜로라도₂ → CH₄ + 2시간₂영형).메탄 발생원을 생성하거나 확대하여 가스를 대기 중에 배출시키는 것은 분명히 바람직하지 않습니다.

그러나 그 소식이 모두 나쁜 것은 아닐 수도 있습니다.수소와 메탄 가스는 모두 에너지원입니다. 전자는 청정 에너지원입니다.가스를 수확하면 기존 에너지에 대한 지속적인 수요와 청정 에너지에 대한 수요 증가를 충족하는 동시에 시추 및 CDR 인프라에 자금을 조달하는 데 도움이 될 수 있습니다.경제적으로 초점을 맞춘 대체 프레임에서 설명된 열수 배출구 시스템을 확장하기 위한 주요 목표는 CDR을 유익한 부산물로 사용하여 수입을 창출하는 수소 가스 공급원을 생산하고 판매하는 것일 수도 있습니다.

물론 심해에서 이러한 가스를 수확하는 것은 어려울 수 있습니다.Lost City에서는 해저의 탄산염 덮개 암석이 배출 유체의 흐름을 집중시키는 데 도움이 됩니다.인공 기반 시설이 과도한 누출 없이 생성된 가스에 유사하게 집중할 수 있는지 여부는 공개된 질문입니다.

또 무엇이 잘못될 수 있나요?

과잉 메탄의 누출 가능성 외에도 다른 우려 사항도 존재합니다.Lost City와 같은 저온 열수 시스템은 중앙해령에서 흔히 볼 수 있는 고온 열수 시스템과 뚜렷한 대조를 이룹니다.용해된 마그네슘이 실제로 양성자(예: Mg)로 교환되는 이러한 고온 시스템²⁺ → 2시간⁺), 해양의 알칼리도 수지를 빼는 산성 용액을 배출하므로 이러한 시스템에서 부주의하게 유체 플럭스를 증가시키는 것은 역효과를 낳을 것입니다.분명히 열 흐름이 높은 장소에 근접하는 것은 피해야 합니다.

단층 급경사 위의 시추는 푸에르토리코 해구와 같이 구조적으로 활동적인 지역에서 연구된 잠재적 위험인 대량 낭비 사건과 쓰나미를 유발할 수도 있습니다.

제안된 CDR 접근법과 관련된 활동은 해저 및 해수면 서식지를 파괴할 수도 있습니다.그러한 혼란은 주요 관심사 ~와 함께 해저 채굴 노력, 그리고 CDR을 위해 해저 생태계가 손상되는 것을 방지하려면 상당한 노력이 필요할 것입니다.표층 해양 서식지의 혼란을 최소화하기 위해 문제가 있는 용질을 제거하고 알칼리 배출 유체가 표층수와 혼합되기 전에 희석하도록 전달 시스템을 설계할 수 있습니다.

사악한 문제를 해결하다

판도라의 화석 에너지 상자는 간단하거나 단일한 해결책이 없는 기후 변화라는 '사악한' 문제를 야기했습니다.인크로페라, 2015].화석에너지원으로부터의 전환이 진행되고 있지만, 내일 탄소배출이 사라진다고 해도 CO 과잉₂ 오랫동안 우리 하늘에 남아있을 것입니다.

해양 변환 단층 설정에서 발생하는 자연적인 CDR 프로세스를 활용할 수 있다면 잠재적으로 혁신적인 솔루션을 나타냅니다.

과도한 탄소를 제거하기 위한 완벽한 옵션은 존재하지 않습니다. 모든 방법은 안전성, 내구성 및 대규모 효율성에 대한 의문에 직면합니다.대기 CO를 낮추기 위해 활용될 수 있는 경우 해양 변환 단층 설정에서 발생하는 자연 CDR 프로세스₂ 표면 해양 pH를 높이는 것은 잠재적으로 혁신적인 솔루션을 나타냅니다.이러한 설정은 필요한 규모로 최적의 화학적 및 중력적 불균형을 결합합니다. 즉, 부서질 준비가 된 올바른 암석은 사실상 무제한의 양으로 존재합니다.누출에 대한 두려움 없이 수소나 메탄과 같은 환원된 가스를 에너지로 수확할 수 있다면 이 접근 방식은 재정적으로 지속 가능합니다.

지구공학 솔루션 의도하지 않은 결과를 초래할 수 있습니다, 이므로 신중한 접근이 필요합니다.여기에 설명된 CDR 접근 방식의 기술적 타당성을 조사하고 파일럿 시추 실험을 위한 변환 결함을 따라 가능한 테스트 사이트를 식별하려면 더 많은 연구가 필요하다고 제안합니다.해양 CDR의 연구, 테스트 및 개발을 모니터링하고 규제하는 거버넌스 시스템도 필요합니다.

그렇다면 이것이 탐구할 가치가 있는 잠재적으로 지구를 구할 수 있는 아이디어인가요, 아니면 흥미롭지만 주의를 산만하게 하는 아이디어인가요?우리는 지구 과학 커뮤니티와 그 밖의 사람들의 의견을 환영합니다.어떤 견해를 취하든지 지구 온난화의 영향을 완화하고 우리가 직면한 심각한 문제를 해결하기 위한 진전을 가속화하려면 야심찬 아이디어가 필요하다는 것이 점점 더 분명해지고 있습니다.

원천 : 에오스