Nello sforzo di combattere gli impatti catastrofici del riscaldamento globale, dobbiamo accelerare gli sforzi di riduzione delle emissioni di carbonio e adattare rapidamente le strategie per rimuovere il biossido di carbonio (CO2 ) dall'atmosfera e dagli oceani. Le tecnologie per ridurre le nostre emissioni di carbonio sono mature; quelli per la rimozione del carbonio dall'ambiente non lo sono, e necessitano di un forte sostegno da parte dei governi e del settore privato.
Solo il 45% delle emissioni di anidride carbonica rimane nell’atmosfera; la parte restante viene assorbita attraverso due cicli:1) il ciclo biologico del carbonio immagazzina CO2 nella materia vegetale e nel suolo, e 2) il ciclo acquoso del carbonio assorbe CO2 dall'atmosfera agli oceani. Ciascuno di questi cicli rappresenta il 25% e il 30% della CO2 emessa , rispettivamente.
CO2 che si dissolve negli oceani reagisce formando sostanze chimiche che aumentano l'acidità degli oceani. La dissoluzione dei minerali dalle rocce lungo le coste agisce per controbilanciare questa acidità, in un processo chiamato alterazione geologica, ma l'estremo aumento del tasso e del volume di CO2 le emissioni, soprattutto negli ultimi 60 anni, hanno superato di gran lunga il tasso di alterazione geologica, portando a un aumento del 30% dell'acidità degli oceani.
Man mano che gli oceani si acidificano, milioni di specie marine e interi ecosistemi, in particolare le barriere coralline, non saranno in grado di adattarsi.
Stiamo sopraffacendo i sistemi naturali di riequilibrio della Terra e danneggiando i suoi ecosistemi. Il nostro recente lavoro presso la McMaster University e l'Università di Toronto, sostenuto dalla Carbon to Sea Initiative, ha tentato di affrontare queste sfide.
La buona notizia è che è possibile riequilibrare il pH degli oceani utilizzando un processo chiamato miglioramento dell’alcalinità oceanica (OAE). Inoltre, questo riequilibrio incoraggerà anche ulteriore CO2 essere assorbito dall'atmosfera. Ripristinando attentamente e continuamente l'alcalinità dell'oceano, l'acidificazione dell'oceano e l'eccesso di CO2 atmosferico le concentrazioni possono essere affrontate simultaneamente.
L’approccio più ovvio sarebbe quello di aggiungere minerali alcalini finemente macinati nell’oceano per abbassare direttamente l’acidità dell’acqua. Tuttavia, la scala massiccia alla quale questi processi dovrebbero essere attuati è sconcertante.
Ad esempio, stimiamo che la massa equivalente di circa ottomila edifici dell’Empire State Building dovrebbe essere immessa negli oceani ogni anno a partire dalla metà del secolo per raggiungere gli obiettivi di emissione dell’IPCC. Chiaramente questa tecnica non può essere l'unica soluzione.
Riteniamo che un approccio elettrochimico operato con energia decarbonizzata sia uno dei modi migliori per combattere l’acidificazione degli oceani. Utilizzando un processo chiamato elettrodialisi a membrana bipolare (BMED), l'acidità dell'acqua di mare viene rimossa direttamente senza l'aggiunta di altre sostanze. Questa tecnologia richiede solo acqua di mare, elettricità e membrane specializzate.
La semplicità e la modularità intrinseche alla tecnologia BMED consentono un metodo flessibile, scalabile e potenzialmente conveniente per la rimozione dell'anidride carbonica.
Nel 2015, con un team di ricercatori del Palo Alto Research Center e X Development, abbiamo costruito e testato un sistema BMED su piccola scala. Questo sistema ha funzionato bene e si dimostra molto promettente se abbinato a strutture esistenti come gli impianti di desalinizzazione.
Abbiamo individuato i suoi principali limiti tecnologici, ma nel 2015-2017 i crediti di carbonio e gli incentivi per le tecnologie legate al cambiamento climatico erano insufficienti e il progetto è stato accantonato. Ora il clima economico e fisico è cambiato.
Sul fronte economico, sia i crediti d'imposta forniti dall'Inflation Reduction Act (IRA) negli Stati Uniti, sia la tassa sul carbonio, neutrale in termini di entrate, in costante aumento in Canada stanno rafforzando la fattibilità economica delle tecnologie di riduzione del biossido di carbonio.
Inoltre, i recenti eventi climatici estremi verificatisi lo scorso anno, dai massicci incendi in Canada, ai mesi più caldi mai registrati, alle temperature del mare più calde mai misurate, stanno sconvolgendo le persone spingendole davanti alla realtà lampante del cambiamento climatico e aumentando la domanda di soluzioni reali. La tecnologia BMED è una di queste soluzioni.
La tecnologia BMED è in parte limitata dalle membrane specializzate disponibili in commercio. Inoltre, queste membrane rappresentano una parte significativa (circa il 30%) del costo di capitale e hanno una durata breve poiché sono soggette a degrado.
Il nostro lavoro mira a sviluppare membrane scalabili e ultrasottili da utilizzare in un processo BMED modificato, identificando al tempo stesso condizioni operative efficienti, accoppiamenti industriali ottimali e posizioni globali ideali per implementare in modo economicamente vantaggioso questa tecnologia OAE in tutto il mondo.
Le membrane ultrasottili estrarranno l'acidità in modo più efficiente rispetto alle membrane commerciali esistenti, mentre la loro tecnica di produzione e l'utilizzo ottimale ridurranno drasticamente i costi operativi e di produzione.
Lo sviluppo di sistemi BMED economicamente vantaggiosi aprirà la strada verso un'OAE economicamente sostenibile.
Recentemente sono state costituite diverse start-up, come Ebb Carbon, SeaO2 e Vesta, che mirano alla rimozione del biossido di carbonio dagli oceani attraverso l'OAE.
Incoraggiamo una comunicazione aperta sui progressi e sulle sfide che l'OAE deve affrontare con il pubblico, gli istituti di ricerca, i governi e il settore privato per accelerare le soluzioni alle sfide dell'OAE.
In particolare, dobbiamo valutare l'impatto del riaggiustamento dell'alcalinità dell'acqua di mare sugli ecosistemi marini e, allo stesso tempo, sviluppare e implementare sistemi affidabili per misurare, segnalare e verificare la quantità netta di acidità e carbonio rimossi.
Oltre a ciò, dobbiamo anche identificare i luoghi ottimali di distribuzione su larga scala in cui l'OAE può essere implementato in modo sicuro ed efficace.
Queste considerazioni sono oggetto di ricerca da parte di vari gruppi, ma è necessario molto più supporto per esaminare e ampliare rapidamente questa tecnologia.
Per superare le sfide tecnologiche e le incertezze ambientali, il sostegno governativo, industriale, no-profit e di capitale di rischio deve essere massicciamente dimensionato e dedicato alla convalida attenta e responsabile dell'implementazione su larga scala delle tecnologie OAE in tutto il mondo.
Fornito da The Conversation
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