We kunnen het klimaat ook vertimmeren

Geo-engineering Om een desastreuze klimaatverandering af te wenden, is misschien meer nodig dan een lagere CO2-uitstoot. Er zijn ook andere oplossingen – soms wild en riskant.

Illustratie Roland Blokhuizen

De komende decennia gaat geo-engineering niks uithalen. Er is veel onduidelijk. De techniek is onontwikkeld. Het is duur. En toch is het de moeite waard om je erin te verdiepen. Want misschien is geo-engineering op een bepaald moment de enige uitweg om de aarde af te koelen. Er is immers een reële kans dat die andere strategie, de CO2-uitstoot drastisch terugbrengen, niet snel genoeg gaat om de temperatuurstijging binnen de perken te houden.

Geo-engineering is de verzamelnaam voor technologieën die ingrijpen in het klimaat, met het doel de opwarming van de aarde tot stilstand te brengen, of zelfs om te keren. Een aanlokkelijk idee. Té aanlokkelijk, vinden tegenstanders. Wie erop vertrouwt dat deze ‘technofix’ de aarde gaat redden, steekt vermoedelijk minder moeite in het verminderen van CO2-uitstoot. En het is ronduit gevaarlijk, de gevolgen van grootschalig ingrijpen in het zo complexe klimaat zijn niet te overzien en uiteindelijk zal het ingezet worden voor politiek gewin. Begin er dus niet aan, praat er niet over, dan kom je ook niet in de verleiding om het te gebruiken, zeggen zij. Voorstanders zien die risico’s ook. Ze beschouwen geo-engineering als een plan B. En je moet zo veel mogelijk te weten komen over plan B, vinden zij, voor je überhaupt kunt besluiten of je het wilt inzetten.

De mens gaat steeds verder in het controleren van zijn omgeving, zegt Mark Lawrence, wetenschappelijk directeur van het Institute for Advanced Sustainability Studies in Potsdam, Duitsland. „Op heel kleine schaal met nanobots in het lichaam en op heel grote schaal met geo-engineering.” Het zou hem niet verbazen als geo-engineering op termijn echt ingezet gaat worden, al kan het net zo goed dat de mensheid zich er juist van afkeert. Hij vergelijkt het met de wereldwijde discussie en omgang met gentechnologie. „Met menselijke genetische modificatie kan er technisch gezien ook al heel veel. Dit inzetten om genetische ‘fouten’ tegen te gaan kan voor sommigen nog, maar hoe ver wil de mens gaan met genetische ‘verbetering’? Van geo-engineering kunnen mensen op een gegeven moment ook zeggen: we hebben nu voldoende informatie en het kan, dus laten we het doen. Anderen zullen zeggen: dat is niet hoe de mens met de wereld moet omgaan. Een geïnformeerd debat hierover is heel belangrijk.”

Twee smaken

Geo-engineering is er in twee smaken. De eerste is het verwijderen van koolstofdioxide uit de atmosfeer door het af te vangen of vast te leggen. De meest gebruikte term hiervoor is carbon dioxide removal (cdr). De tweede is het beperken van de hoeveelheid (zonne)straling die de aarde verwarmt. Daarvoor wordt de term solar radiation management (srm) vaak gebruikt.

De termen alleen al zijn onderwerp van debat. Geo-engineering zou te vaag zijn, gebruik liever klimaat-engineering. Of doe maar klimaat-interventie, dat laat beter zien dat het ingrijpen heftig kan zijn. solar radiation management klinkt alsof de zon te managen valt, noem het liever solar radiation modification, stralingsmodificatie, of het nog sterkere solar radiation manipulaton, stralingsmanipulatie. Of wees preciezer en heb het over radiative forcing geo-engineering, het gaat immers over alle straling, niet alleen zonnestraling. Die laatste term gebruikt Lawrence het liefst, die is wat hem betreft het meest accuraat.

De term geo-engineering alleen al is onderwerp van debat

Geo-engineering gaat verder dan het manipuleren van het weer. Vooral het ingrijpen in wolkvorming gebeurt al lang. In 1932 werd er in de Sovjet-Unie al een regeninstituut opgericht en tijdens de Vietnamoorlog probeerde Amerika de moesson te verlengen. Recenter zorgde China bijvoorbeeld voor een wolkenloze hemel bij de zomerspelen van 2008 in Peking. Maar aanpassen van het weer is veel lokaler en tijdelijker van aard dan aanpassen van het klimaat.

Dat de temperatuurstijging op aarde beteugeld moet worden, daar zijn de meeste mensen wel van doordrongen. In het akkoord van Parijs is afgesproken dat de temperatuur gemiddeld niet meer dan 1,5 à 2 graden Celsius boven de gemiddelde temperatuur van voor de industriële revolutie mag uitstijgen. Het stijgen van de temperatuur gaat gelijk op met de cumulatieve CO2-uitstoot. Er kan dus nog beperkt CO2 uitgestoten worden. De schattingen van diverse wetenschappers en het IPCC verschillen enigszins, maar er is voor de 2-gradengrens grofweg nog zo’n duizend gigaton CO2 te gaan. Wil je de temperatuur onder de 1,5 graad houden nog maar 450 gigaton. Die grenzen zijn over één tot enkele decennia bereikt.

Alle literatuur en iedereen die je over erover spreekt, zegt over één ding hetzelfde: inzetten op geo-engineering betekent in geen geval dat je gewoon lekker kunt blijven uitstoten. Je moet óók de emissie drastisch omlaag brengen. Anders moet je meer en meer interventies gaan doen. Minder uitstoten en CO2 verwijderen gaan hand in hand. Er zou zo’n 650 gigaton CO2 uit de atmosfeer gehaald moeten worden om echt resultaat te hebben, het verschil tussen 1,5 en 2 graden opwarming, schrijft Lawrence samen met Europese collega’s in een overzichtsstudie over de kansen en beperkingen van verschillende geo-engineeringtechnieken die in Nature Communications verscheen.

Herbebossing

Aanplanten (en herplanten) van bossen is de meest voor de hand liggende manier om CO2 te verwijderen. Heel lowtech, bomen hoeven alleen maar te groeien om CO2 op te nemen. Toch is de kans klein dat deze ‘techniek’ de aarde gaat redden, schrijven Lawrence en zijn collega’s in hun studie. Veel bossen zijn verdwenen om plaats te maken voor iets anders, veelal landbouw of veeteelt. Om met bomen een hoeveelheid CO2 vast te leggen die verschil maakt, zou veel van die grond weer beplant moeten worden, wat de voedselvoorziening in de problemen kan brengen. Meer dan een totale opname van 120 tot 450 gigaton CO2 door bomen tussen nu en het jaar 2100 – de horizon die het akkoord van Parijs aanhoudt – is daarom niet realistisch.

Dit probleem van concurrentie om landgebruik speelt ook bij twee andere technieken: het opvangen van CO2 bij het verbranden van biomassa (bio energy carbon capture storage, beccs) en de productie van biochar, biokool. Het verbranden van biomassa zorgt voor elektriciteit, de hierbij vrijkomende CO2 vang je af voordat het de verbrandingscentrale verlaat om het vervolgens op te slaan onder de grond in de vorm van gas of korrels. Voor biochar wordt biomassa door middel van zuurstofloze verhitting verkoold, dit kan vervolgens als bodemverrijker in landbouwgrond gebruikt worden. Met beccs kan volgens het onderzoek van Lawrence in potentie zo’n 700 gigaton worden verwijderd tussen nu en 2100, met biokool 200. Maar tegen welke prijs? Meer biomassa verbouwen, betekent minder voedsel verbouwen.

CO2 uit de lucht halen

CO2 is ook direct uit de lucht te halen, met grote turbines die buitenlucht langs een sorptiemiddel leiden dat koolstof eruit haalt (direct air capture carbon storage). Er zijn al bedrijven actief hierin, hoewel nog op heel kleine schaal. Het Zwitserse Climeworks heeft verspreid over Europa veertien van deze fabrieken staan en verkoopt de afgevangen CO2 aan onder meer frisdrankfabrikanten voor koolzuur in dranken. Maar het kost veel energie om de turbines te laten draaien en je zou miljoenen van deze installaties moeten bouwen om goed effect te zien. Nut op korte termijn hebben Lawrence en zijn collega’s niet eens becijferd in hun studie. Toch is Lawrence voor de lange termijn het meest hoopvol over deze technologie, die relatief weinig neveneffecten heeft. „De technologie is er, dit gebeurt al jaren in onderzeeërs en deze bedrijven hebben laten zien dat het op grote schaal kan. Onderzoek naar hoe het energieverbruik omlaag kan en hoe de CO2 goed opgeslagen kan worden, zal de sleutel zijn om te bepalen of deze techniek ooit echt bij kan dragen.”

Naast afvangen kun je CO2 ook vastleggen, in plankton of verwerende mineralen. Het idee achter planktongroei stimuleren is hetzelfde als bomen planten: al groeiend legt het koolstof vast. Een fijne extra is dat als plankton afsterft het met CO2 en al naar de oceaanbodem zakt. Groei wordt gestimuleerd door oceanen te ‘bemesten’ met ijzer, plankton heeft dat nodig om te groeien maar het komt in delen van de oceaan niet veel voor. Het was een van de eerste technieken die breed onderzocht werden, en wat Lawrence betreft is het ook de eerste techniek die we de rug kunnen toekeren. „Na dertien experimenten in de open zee, heeft er slechts één laten zien dat het goed werkt, onder zeer uitzonderlijke condities. Alle andere experimenten lieten vooral zien hoe ingewikkeld het is.” De groei van plankton is bijvoorbeeld van meer afhankelijk dan alleen het ijzer, en plankton zakt niet een-twee-drie naar de bodem, veel wordt ondertussen opgegeten door andere organismen. Op dit moment wordt er niet in oceanen geëxperimenteerd, maar de deur naar deze techniek is nog niet helemaal gesloten.

Voor het vastleggen van CO2 in verwerende mineralen wordt vooral naar het mineraal olivijn gekeken. Dit ijzer-magnesium-silicaat verweert onder invloed van zuur en water en zet daarbij CO2 uit lucht en water om in bicarbonaat, dat uiteindelijk neerslaat als kalk. Het theoretische potentieel hiervan is groot maar je hebt een gigantische oppervlakte nodig om olivijn in hoeveelheden uit te strooien waarmee het verschil maakt en er is veel energie nodig om het allemaal af te graven en te verspreiden.

Bezwaren

Maar, maar, maar. Aan elk van de opties om CO2 af te vangen of op te slaan zitten grote ‘maars’. De belangrijkste en overeenkomstige ‘maar’ is schaal. „Op dit moment stoten we duizend ton koolstofdioxide per seconde uit”, zegt Lawrence. „Het volume van een groot stadion. Elke seconde. En beeld je nu eens in dat je dat uit de atmosfeer probeert te halen. Daar is enorm veel voor nodig. Heel veel biomassa, heel veel verweringsmaterialen, heel veel infrastructuur, heel veel energie.” Dat is vreselijk duur en het duurt lang om op te bouwen. En omdat alles op zo’n grote schaal moet is het ook niet eenvoudig om er in de samenleving de handen voor op elkaar te krijgen.

Stralingsmanagement is controversiëler dan CO2 afvangen of vastleggen. Bij stralingsmanagement is het de bedoeling dat minder straling het aardoppervlak bereikt. Dat kan door reflectie van de zonnestraling te verhogen of door te zorgen dat sluierwolken minder warmte van de aarde vasthouden. Het is technisch uitdagender, maar uiteindelijk waarschijnlijk goedkoper en het heeft sneller effect. Alleen, waar met het afvangen en opslaan van CO2 ook op kleine schaal en lokaal effect gemeten kan worden, is dat met stralingsbeperkende technieken moeilijk. De mogelijke neveneffecten kunnen groot zijn en lastig te overzien. En het doet niks aan de oorzaak van de warmte: te veel broeikasgassen in de atmosfeer.

Aerosolen in de atmosfeer

Het injecteren van aerosolen in de stratosfeer (stratospheric aerosol injection) heeft nu de meeste ogen op zich gericht. Daarbij is het idee dat vliegtuigen of luchtballonnen kleine deeltjes zwaveldioxide of calciumcarbonaat in de stratosfeer spuiten die meer zonlicht reflecteren. Inspuiten kan het beste boven de tropen gebeuren, dan verspreiden de deeltjes zich vanzelf richting de polen en beslaat het uiteindelijk een groot oppervlak. Er moet wel regelmatig worden ‘bijgespoten’. De afhankelijkheid van dit bijspuiten is een belangrijk punt voor critici. Wat gebeurt er als er wordt gestopt met spuiten, om wat voor politieke, economische of ecologische reden dan ook? Dan stijgt de temperatuur ineens enorm. Wat heeft dat voor gevolgen?

„Ik denk niet dat je kunt zeggen dat aerosolen in de stratosfeer brengen per se het beste idee is. Dat verandert met de tijd”, zegt David Keith, hoogleraar toegepaste natuurkunde en leider van een onderzoeksgroep naar stralingsmanagement aan Harvard. „Het is op dit moment wel de optie waarvan mensen het meest vertrouwen hebben dat het relatief snel kan lukken en dat het wereldwijd tamelijk gelijkmatige effecten heeft.”

Dat over deze techniek het meest bekend is, zegt veel over de totale staat van het onderzoek naar stralingsmanagementtechnieken en de (neven)effecten ervan. Wat er bekend is, komt voornamelijk van modellen. En die rammelen. „Er is heel veel onduidelijk”, zegt Keith. „Over hoe de aerosolen zich gedragen in een gespoten deeltjeswolk, hoe groot die spuitwolk eigenlijk moet zijn, hoe de aerosolen zich door de stratosfeer bewegen. Wat het opwarmen van de stratosfeer met de deeltjes doet, de invloed op ozon… Er zijn heel veel vragen.”

Aan Harvard is een onderzoeksgroep waar Keith ook bij betrokken is, bezig met een experiment om beter inzicht te krijgen in het gedrag van de aerosolen. Met een ballon zal één tot twee kilo deeltjes in de stratosfeer gebracht worden. Hoe controversieel alles is wat in de buurt komt van het toepassen van stralingsmanagement is te merken aan Keith. Hij wordt kregelig als je vraagt naar dingen die nog niet langs de advisory board zijn geweest. Hij wil niet zeggen of de ballon waarschijnlijk nog dit jaar of pas over drie jaar de lucht in gaat, ook niet welke deeltjes ze overwegen te gebruiken voor de test. „Dit experiment krijgt veel te veel aandacht. Het is een van de vele dingen die gebeuren, elders vinden ook experimenten plaats.”

Een grote zorg bij stralingsmanagement is dat zo lastig is in te schatten hoe weerpatronen zich ontwikkelen. Zullen er meer extremen ontstaan? Droger waar het al droog is, natter waar het al nat is? Orkanen, mislukte oogsten? De modelstudies tot nu toe laten volgens Keith zien dat die extremen juist minder zullen worden. Mits je stralingsmanagement met een wereldwijd effect toepast. „Als je doel is om klimaatrisico’s gelijkelijk te verminderen, zodat niet het ene gebied er beter uitkomt dan het andere, dan moet je mikken op een wereldwijd effect. Als je stralingsmanagement toepast in één gebied zal dat zeker gevolgen hebben voor een ander gebied. Dat zorgt voor grote problemen, het kan overheden in de verleiding brengen om dingen te doen die voor hun gebied goed zijn en slecht voor een ander.”

Wolken

Er zijn nog twee technieken, die allebei ingrijpen op wolken, waarvan het verdunnen van hoge sluierbewolking (cirrus cloud thinning) vermoedelijk het meest gelijkmatige effect kan hebben. Sluierwolken zorgen voor warmte op aarde omdat ze de warmte die de aarde uitstraalt opnemen en opnieuw uitstralen. Minder sluierbewolking leidt tot minder uitgestraalde warmte, is het idee. Sluierwolken worden minder dik en bestaan korter als je ze met ijskernen injecteert, doordat waterdruppels bevriezen en ijskristallen verder groeien en uit de wolk wegzinken.

Bij de andere wolktechniek (marine sky brightening) worden kleine druppels zeewater in laaghangende wolken gespoten die voorkomen langs veel kusten, zodat de reflectiviteit van de wolk toeneemt. Maar dit effect is lokaal.

Ruimtespiegels

Het plaatsen van ruimtespiegels is het wildste idee om meer zonlicht te laten reflecteren. Ze zouden ongeveer 1 procent van het zonlicht moeten tegenhouden. Daarvoor zou duizenden vierkante kilometers aan spiegels in de ruimte gebracht moeten worden. Maar implementatie is ver weg. De technologie moet nog volledig ontwikkeld worden, alleen al materiaal in de ruimte brengen is onmogelijk duur, en over de effecten is nog veel onduidelijk, schrijven Lawrence en zijn collega’s in hun studie. „Ruimtespiegels spelen op korte termijn nog geen rol nee”, zegt Keith. „Maar wie weet hoe het over een eeuw is. Zo’n space based manier kan wel zorgen voor een heel gelijkmatig effect.”

Het vakgebied geo-engineering is uit het verdomhoekje. „Het taboe is eraf. Tien jaar geleden werden er amper studies gepubliceerd, nu wordt er veel onderzocht, het is een serieus vakgebied geworden”, zegt Keith. „Het krijgt nu ruimte op grote congressen. Er wordt binnen het IPCC over gesproken. Wereldwijd zijn er onderzoeksgroepen. Dat was jaren geleden echt nog niet zo.” Keith is er opgetogen over. Tot nu toe moest het onderzoek naar stralingsmanagement het doen met bestaande atmosferische modellen, er werd weinig energie gestoken in het verbeteren daarvan. „Nu er iets meer onderzoeksgeld is en veel meer interesse in het onderwerp, is er eindelijk de mogelijkheid om echt werk te verrichten, in plaats van er alleen maar over te praten. Om die modellen te verbeteren zodat ze relevanter worden voor solar geo-engineering.”