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Wissenschaftler wollen den Klimawandel begrenzen, indem sie mehr CO2 freisetzen

2020

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Kohlendioxid bekommt heutzutage viel Aufmerksamkeit. Die Prüfung ist verständlich: Am 11. Mai erreichten die Werte des Gases 415 Teile pro Million, mehr als 100 ppm über unseren typischen atmosphärischen Werten in den letzten 800.000 Jahren. Selbst wenn wir heute aufhören zu emittieren, wird dieses langlebige Treibhausgas die Erde für Tausende von Jahren erwärmen.

Aber es gibt ein anderes Treibhausgas, Methan, von dem einige Wissenschaftler behaupten, dass es unter den vielen Strategien zur Stabilisierung unseres Klimas Früchte trägt. In einem überraschenden und kontraproduktiven Vorschlag, der am Montag in der Zeitschrift Nature Sustainability der Stanford University veröffentlicht wurde, argumentieren Wissenschaftler, dass wir die Erwärmung begrenzen können, indem wir Methan chemisch in Kohlendioxid umwandeln. "Unser Beitrag ist ein Aufruf, die Methanentfernung als Chance zu sehen, sagt Rob Jackson, der Hauptautor der Studie.

Methan oder CH4 ist derzeit mit 1.860 Teilen pro Milliarde in der Luft konzentriert, was etwa dem Zweieinhalbfachen der Menge entspricht, die es vor der industriellen Revolution gab. 60 Prozent der Methanemissionen werden vom Menschen verursacht und stammen aus landwirtschaftlichen Quellen wie Reisfeldern und Rülpsen sowie aus der Produktion fossiler Brennstoffe. Das Gas ist kurzlebig und hält durchschnittlich ein Jahrzehnt in der Atmosphäre an. Aber es funktioniert schwer, die Dinge in dieser kurzen Zeit aufzuheizen. Methan erwärmt die Atmosphäre in 20 Jahren um das 84-fache und in einem Jahrhundert um das 28-fache.

Während die Chemie des Moleküls es zu einem bedenklichen Treibhausgas macht, bietet es sich auch für eine mögliche Lösung an, argumentiert das Stanford-Team. Methan und Sauerstoff reagieren zu Kohlendioxid und Wasser. Die Reaktion ist thermodynamisch günstig, weil sie Energie freisetzt. In der Tat passiert es natürlich in der Atmosphäre. Wenn wir einen industriellen Prozess schaffen können, der diese natürliche Tendenz beschleunigt, so schlägt das Papier vor, könnte er als wichtige Strategie zur Verlangsamung der Erwärmung dienen.

Am Boden könnte dies so aussehen wie die vorgeschlagenen Entwürfe für die direkte Kohlenstoffabscheidung - massive Ventilatoren, die Luft ansaugen und durch ein Medium leiten, das die Umwandlung von Methan in CO2 unterstützt. Im Gegensatz zur Kohlenstoffabscheidung müsste das Abgas nicht durchgepumpt und gespeichert werden. Stattdessen wehte das Kohlendioxid einfach weg. Da es ein weniger starkes Treibhausgas als Methan ist, wäre der Nettoeffekt immer noch eine Reduzierung der globalen Erwärmung. Die Umwandlung des gesamten vom Menschen verursachten Methans in der Atmosphäre würde zusätzliche 8, 2 Milliarden Tonnen CO2 freisetzen, ungefähr wie viel wir global in ein paar Monaten emittieren. Trotzdem würde der Prozess ein Sechstel der Erwärmung beseitigen, die wir seit dem Beginn der Verbrennung fossiler Brennstoffe erfahren haben, schätzt das Papier. "Das würde uns Zeit verschaffen, die schwierigeren Kohlendioxidquellen anzusprechen", sagt Jackson.

Natürlich befindet sich dieser Vorschlag erst in der Ideenphase, und seine Umsetzung steht noch vor zahlreichen Herausforderungen. Eines der offensichtlichsten, worauf das Papier hinweist, ist, dass Methan in der Luft sehr diffus ist. Mit 1.860 ppb macht es einen winzigen Teil aller Moleküle in der Luft aus und ist etwa 200-mal verdünnter als CO2.

Die chemische Struktur von Methan ist buchstäblich auch ein Hindernis für dessen Umwandlung. Aufgrund seiner tetraedrischen Form - vier Wasserstoffatome, die sich von einem Kohlenstoffzentrum aus verzweigen - fehlt ein offensichtlicher Punkt für den katalytischen Eintritt, schreiben die Autoren. Dennoch gibt es einige vielversprechende Hinweise darauf, dass Zeolithe - eine Art Mineral mit vielen winzigen Poren - zur Umwandlung von Methan verwendet werden könnten. Diese winzigen Poren könnten Methan einweichen und mit einem Metallkatalysator reagieren, wodurch die Umwandlung in CO2 erleichtert wird.

Und genau wie die Kohlenstoffabscheidung könnte dieser Prozess viel Energie verbrauchen. Der Bau der Ausrüstung, der Abbau des Zeoliths und der Betrieb der Ventilatoren würden Strom erfordern. "Selbst für ein passives System, bei dem der Wind die Luft über den Katalysator leitet, scheint ein erheblicher Energiebedarf zu bestehen", sagt Ed Dlugokencky, Atmosphärenchemiker bei der National Oceanic and Atmospheric Administration. Laut Jackson würde das Methanumwandlungssystem idealerweise mit kohlenstofffreien Quellen wie Wind und Sonne betrieben. Und weil die Reaktion Energie freisetzt, glaubt er, dass es möglich sein könnte, sie wieder einzufangen und zu verwenden, um den Betrieb aufrechtzuerhalten.

Aber es gibt auch Währungsfragen. Da die Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre im Grunde genommen kostenlos ist, gibt es derzeit keine Möglichkeit, mit dem Prozess Geld zu verdienen. Es wäre entweder ein gesetzliches Mandat oder ein Preis für Kohlenstoff erforderlich, um Interesse an einer industriellen Steigerung der Methanabscheidung zu wecken. Wie das Papier ausführt, würde der Ausgleich des Treibhauspotenzials, das durch die Umwandlung von Methan in Kohlendioxid entsteht, bei einem Preis von 500 USD pro Tonne CO2 12.500 USD pro Tonne umgewandeltes Methan ergeben, was die Verarbeitung rentabel macht.

Einige halten es für zu optimistisch, sich auf CO2-Preise zu verlassen, und unser Geld wird besser für erneuerbare Energien ausgegeben. "Die Idee ist materiell und energetisch sehr intensiv und kann selbst bei Kohlenstoffpreisen von mehr als 500 USD / Tonne nicht mithalten, was erneuerbare Energien (die derzeit zumeist keinen Kohlenstoffpreis benötigen) nicht nur unnötig (und politisch nicht realisierbar), sondern auch zu einem echten Glücksfall macht, sagt Sgouris Sgouridis, Wissenschaftler für Industrie- und Systemtechnik an der Khalifa-Universität und Autor einer kürzlich durchgeführten Studie zum Vergleich von Energieeinträgen und -erträgen bei erneuerbaren Energien und CO2-Abscheidungssystemen.

Da Methan nur von kurzer Dauer ist, ist es möglicherweise besser, die Natur damit umgehen zu lassen. "Es gibt eine viel einfachere Lösung für den Beitrag von CH4 zur globalen Erwärmung", sagt Pieter Tans, Chef der NOAA Carbon Cycle Greenhouse Gases Group. "Ich schlage vor, die CH4-Emissionen auf bekannte Weise zu senken und die Atmosphäre in etwa 10 Jahren zu CO2 oxidieren zu lassen."

Jackson glaubt, dass die Technologie trotz ihrer Herausforderungen einen Platz in der Zukunft des Klimaschutzes haben könnte. Er hofft, dass sein Vorschlag zur Erforschung der idealen Materialien für die Katalyse der Methanumwandlung und zu Ideen für Industrieanlagen führen wird, die das eintretende Methan konzentrieren und so die Reaktion erleichtern. Für Jackson geht es nicht nur darum, unseren sich gerade erwärmenden Planeten zu stabilisieren. Die Technologie könnte sogar dazu beitragen, unsere Emissionen weiter zu senken, was als „atmosphärische Wiederherstellung“ bezeichnet wird. „Ich denke, die Reparatur unserer Luft ist eine bessere Vision als die Stabilisierung unserer Luft“, sagt er. "Ich möchte die Uhr auf atmosphärisches Methan stellen."

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