地球工学は驚くほど安価です

Apr 26, 2023

何十年にもわたる警告と国際気候協定にもかかわらず、世界の炭素排出量は依然として増加しています。 エネルギーに飢えた人類が繁殖を続け、より豊かなライフスタイルを追い求める中、炭素排出量は止められないほどの巨額になっているように思えます。 排出量を削減するだけでは気候危機に立ち向かうには十分ではありません。 追加の解決策が必要です。

気候工学とも呼ばれる地球工学は、私たちが求める解決策となる可能性があります。 しかし、それは財政的に実現可能でしょうか？

地球工学には、気候変動に対処するための 2 つの大まかなカテゴリの方法が含まれます。 1 つは二酸化炭素の除去、もう 1 つは日射の管理です。 炭素捕捉、直接空気捕捉、促進風化により二酸化炭素を除去します。 雲を明るくすること、雲にエアロゾルを注入すること、および日よけは、太陽放射を管理する方法です。

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地球工学は議論の多い主題です。 多くの人は、このような方法で自然を台無しにすることを恐れています。 予測できない結果が起こる可能性は、多くの人々の心に懸念を引き起こします。 多くの人にとってそれらは極端に見えます。

しかし、それらが潜在的に極端であるかどうかにかかわらず、それらを完全に回避する方法はないかもしれません。 たとえさまざまな解決策が登場し、炭素排出量が大幅に削減されたとしても、大気中には排出量を削減した後もずっと存在するテラトンの炭素が存在するという事実は変わらないからです。 地球は今後も加熱し続けます。 私たちは、排出量を削減した後でも進行する地球の加熱に対処する方法を必要としています。

カナダ東部や米国北東部の人々は現在、気候危機の現実に直面しています。 カナダで発生した激しい山火事シーズン初期の煙が、アメリカ最大の都市のいくつかを濃く危険な煙で覆っている。 航空便は延期され、スポーツイベントは中止され、学校は苦戦しており、当局は人々に健康を守るために屋内に留まるよう呼び掛けている。 私たちは科学者たちが何十年も前に出した予測に従って生きています。

では、何ができるでしょうか？

Casey Handmer は、太陽エネルギーを利用して大気中から炭素を抽出し、燃料として使用することに重点を置いている会社、Terraform Industries の創設者です。 彼らはそれを「ギガスケールの大気炭化水素合成」と呼んでいます。

「Terraform Industries は、太陽光と空気を使って安価な天然ガスを生産する技術を拡張しています」と、同社のウェブサイトには自己紹介として記載されています。 「私たちは、地殻から大気への正味のCO2フラックスをできるだけ早く削減することに取り組んでいます。太陽光発電が安くなるにつれて、油井から炭素を得るよりも大気から炭素を得る方が安くなる時代が来るでしょう。その時は今です。」 」

ハンドマーは博士号を持っています。 カリフォルニア工科大学で天体物理学の博士号を取得し、さまざまなトピックに関する論文や記事を出版しています。 ハンドマー氏はブログで、宇宙探査とテク​​ノロジーのさまざまな側面について書いています。 彼の著作の多くは、何らかの形で炭素排出に影響を与えるテクノロジーに焦点を当てています。 最近、彼は「地球を過熱させるべきではない!」というタイトルの投稿で気候工学について書きました。

ハンドマー氏は論文の中で、従来の CO2 排出量と新たな排出量とを重要に区別しています。 彼は、エネルギーシステムを脱炭素化することで排出量を削減できると楽観的です。 彼が Terraform Industries で開発しているテクノロジーは、排出量を削減できる方法の 1 つです。 彼のシステムは、地殻内の化石燃料ではなく、大気中の CO2 から炭素ベースの燃料を生成します。

排出量の増加が止まり、減少し始める地点に到達すると、状況は大幅に改善されるでしょう。 私たちは一息ついて、気候変動に対処する私たちの集団的な能力を認識することができます。 しかし、大気中に存在するすべての炭素とそれが引き起こすあらゆる損害の問題は依然として残っています。 植物は一部を吸収し、一部は風化によって除去できますが、これらのプロセスには時間がかかり、限界があります。

ハンドマー氏はブログ投稿の中で、私たち全員が尋ねるべき質問を投げかけています。

「私たちの業界を脱炭素世界にアップグレードし、CO2 除去を拡大しながら、今後数十年間世界を涼しく保つにはどうすればよいでしょうか?」

これが、ハンドマーが気候工学について主張するところです。 私たちが排出量を減らした後でも地球は暑くなり続けるので、私たちは何かをする必要があります。 気候工学を採用すべきか否かについての議論はひとまず脇に置いて、ハンドマー氏は気候工学の費用について掘り下げている。

「合成燃料は新たな CO2 排出を処理し、2 つの特定の種類の地球工学は、将来の世代のために地球の幸福を守り、私たちが仕事をやり遂げるまでの重要な今後 20 年間の出血を止める方法で、遺産温暖化に対処することができます。 」とハンドマーは書いている。

彼が言及している 2 つのタイプは、強化された耐候性と日射管理です。

強化風化とは、自然に起こるものを取り入れて、より効果的になるように設計することです。 促進耐候性と呼ばれることもありますが、促進耐候性は工学や産業に関連した試験の一種であるため、混乱を招きます。

地球上では、炭酸塩鉱物とケイ酸塩鉱物が雨水や地下水と結合して炭酸を形成します。 炭酸は植物や動物に無害です。 しかし、石には悪影響を及ぼします。 酸はミネラルと接触し、水中で炭酸イオンを形成します。 その後、ミネラル、イオン、水が再結合します。 最終的には、大気中の炭素を多く含むように変化した鉱物が生成されます。 この作用は地球の炭素循環の重要な部分であり、大気中の炭素を循環から取り出して岩石の中に隔離し、最終的には海底に埋もれ、マントルの中に沈み込みます。

風化作用が強化されると、炭酸と岩石の間の表面積が増加するため、大気から炭素を除去する自然化学の作用範囲が広くなります。特定の鉱物はこの風化の影響をより受けやすいため、より多くの大気中の炭素をより迅速に除去します。 強化風化では、これらの鉱物が採掘され、破砕されて表面積が増加し、その後露出されたままになります。 地球の自然な化学活動が残りを処理します。

望ましい岩石は苦鉄質岩と呼ばれ、大量のマグネシウムと鉄を含んでいます。 玄武岩は一般的かつ広範囲に存在する苦鉄質岩です。

「これを行う方法はたくさんありますが、最も簡単で安価なのは、熱帯の火山をいくつか砕き、得られた岩粉を暖かく浅い海に流し込むことのようです」とハンドマー氏は書いている。 「岩石の粉塵は数週間漂い、CO2を吸収してから沈み、CO2を永久に隔離します。」

その他の方法には、採掘、粉砕、農地への散布などがあります。 これにより、土壌が改善されるという利点もあります。 私たちはすでにカリやリンな​​どを採掘し、粉砕し、畑に散布しているので、これは大きな飛躍ではありません。

ボウルズ農場では、耕地の土壌に岩粉（メタ玄武岩）を 6 エーカー追加し、大規模な CO2 回収プロジェクトが進行中、あと 40 エーカーが完了します!!!! @ucdavis @UCDavisJMIE pic.twitter.com/Ub2WoCiLfJ

しかし、気候変動との戦いで重要なのは費用です。

ハンドマー氏はブログの中で、米国の独立研究者キャンベル・ニルセン氏の研究について言及している。 ニルセンの計算によれば、強化耐候性処理の実施コストは約 20 ドル/T-CO2 です。 私たちの大気中に 2 テラトンの過剰な CO2 が存在する場合、強化された風化作用により、今後 40 年間で年間約 4,000 億米ドルで 1 テラトンを除去できる可能性があります。 その結果、大気中の CO2 レベルは 350 ppm になります。 (現在は 421 です。) もちろん、この計算の価値は、私たちが安定して新たな排出量を削減できるかどうかにかかっています。

ハンドマー氏は、地球工学のもう 1 つのカテゴリーである太陽放射の管理についても話します。 排出量を削減し、強化された耐候性を導入したシナリオでも、地球はさらに暑くなるでしょう。 それは多くの問題を引き起こす可能性があり、最悪の場合は集団飢餓が発生する可能性があります。 地球が暑くなりすぎて作物が広範に生育できなくなると、人類にとって事態は悪化するでしょう。 私たちは皆、戦争を含むあらゆる予測不可能な影響を伴う苦しみのパンドラの箱を避けたいと考えています。

「私たちの業界を脱炭素世界にアップグレードし、CO2 除去を拡大しながら、今後数十年間世界を涼しく保つにはどうすればよいでしょうか?」 ハンマーは尋ねる。

これは、地球の気候とそれに対して何をすべきかについての文明的な議論において、物事が困難になる可能性がある場所です。 石を採掘し、粉砕し、畑に広げることは、人々にとって容易に理解できることです。 しかし、太陽を遮るのでしょうか？ それはスーパーヴィランの比喩のように聞こえます。

しかし、それは必要なことかもしれないし、本当に苦しみを防ぎたいのであれば、それは私たち全員が取り組まなければならないことなのです。 それによって怒りが高まった場合は、その感情を整理する必要があるかもしれません。 事実と明確さが助けになります。

「グリーンランド、西南極の氷床、そして7メートル+4メートルの海岸線をそれぞれ失ってしまったら、2060年までに350ppmで安定していても何の役にも立ちません」とハンドマー氏は書いている。 もちろん彼の言うことは正しい。ここで太陽放射の管理が重要になる。「私たちに必要なのは、長期的な解決策が機能するまでの時間を与える一方で、地球温暖化を阻止するための短期的な止血帯です。」

日射量を管理することは短期的な止血帯であり、気候変動に対する一種の応急処置です。 日射量を管理する方法が複数提案されています。 リストと大気の最上位にあるのは雲です。 「総合すると、地球の最も反射的な特徴は雲であり、太陽の光の一部が宇宙に反射されます」とハンドマー氏は書いている。

太陽工学の最もよく知られた方法は、成層圏エアロゾル注入 (SAI) です。これには、おそらく繋がれた気球を使って成層圏にエアロゾルを導入し、上層大気の反射率を高めることが含まれます。

望ましい効果を生み出すために、大量の硫酸塩エアロゾルは必要ありません。 副作用として、夕日や日の出がより鮮やかになります。 Instagramは決して同じではないでしょう。

この考えを非常に腹立たしく思う人もいますが、通常はそれについて調べたことが原因ではありません。 多くの場合、このように「自然をいじる」という考えに尻込みする人がいます。 私たちの他の介入によって問題が発生したため、彼らを責めることはできません。

しかし、ここが私たちのいるところです。 もう後戻りはできません。 私たちは何十年も前に警告を受けていましたが、今、私たちはその警告に耳を傾けることができなかった結果を経験しています。 時には解決策が私たちを不快にさせることもありますが、これには前例があります。

SAI はまさに火山の働きです。 1991 年のピナツボ山の噴火では、約 1,700 万トンのエアロゾルが大気中に注入されました。 1年間で地球の気温を0.5℃下げた。

Handmer は、多くの人が知らないかもしれない SAI に関するいくつかの事実を説明します。

まず、硫酸塩エアロゾルは長時間残留しません。 1～3年後、大気圏から雨が降り注ぎます。 そのため、実装と監視が簡単です。 「大まかな経験則として、1 g の成層圏 SO2 は、1 年間で 1 T の CO2 の温暖化を相殺します」とハンドマー氏は説明しますが、これは良いことのように聞こえます。

ハンドマー氏はスタートアップ企業 Make Sunsets について言及しており、同社はすでに気象観測用気球を使用して硫酸塩を成層圏に注入しているが、量は微々たるものである。 誰でも賛同することができ、この取り組みはそれがいかに実現可能であるかを示しています。

強化されたウェザリングと同様に、何が問題となっているかを考慮すると、SAI は高価ではありません。 実際、もっと安いです。

「1 kg の SO2 で、1 年間で 1000 トンの CO2 を相殺できます。強化された耐候性を使用すると、1000 トンの CO2 の処理には少なくとも 2 万ドルの費用がかかり、既存の DAC + 隔離方法では現在 100 万ドルほどの費用がかかります。35c! 今、我々は」話してるよ」とハンドマーは書いている。 (DAC は Direct Air Capture の略で、大気から炭素を除去する別の方法です。)

ハンドマー氏はさらに計算を行って、世界中で 10,000 人だけがそれぞれ 2,000 ドルを費やしても、排出と隔離が制御されるまで、風船を備えた SAI が CO2 による暖房を相殺できることを示しました。

さらに深く掘り下げて、大気中の 1 テラトンの過剰 CO2 を相殺するために SAI を使用するとどれくらいのコストがかかるかを計算しました。 同氏によれば、年間3億5000万ドルの費用がかかるという。 「これにかかる費用は、1兆トンのCO2を隔離する40年間のプログラムの年間ベースで0.1%未満です」とハンドマー氏は書いており、米国の年間硫黄生産量のわずか5%しか使用しないことになる。

熱心な読者であれば、検索すれば硫酸塩エアロゾルが酸性雨を引き起こすことが分かるでしょうが、それは解決策としては失格であるように思われます。 「バカな科学者たちよ！」 と思う人もいるだろう。 「どうして彼らはそんなに邪悪になることができるのでしょう！」 あたかも苦しみを避けるための解決策を考え出そうとしている人々がスーパーヴィランであるかのようです。

しかし、私たちがよく知っている酸性雨は、成層圏のエアロゾルからではなく、産業の煙突から来たものです。 違い？ 高度、量、濃度。

硫酸塩の地上放出は一地域に酸性雨の集中を引き起こすため、厳しい規制が設けられています。 煙突からの硫酸塩はすぐに酸性雨として降下し、冷却効果はありません。 しかし、冷却のために成層圏に硫酸塩を大量に置く必要はなく、さらに硫酸塩はそこに長く留まります。 「SO2は成層圏にずっと長く留まるので、冷却に必要な比較的少量のSO2が、例えば工場や製油所付近で発生するような濃縮された酸性降下物を引き起こすことはない」とハンドマー氏は書いている。

ハンドマー氏は、気候工学的手法は必ずしもそれほど高価ではないと強く主張します。 もちろん、この記事では説明しきれないほどの詳細があります。 異議を唱えている人の中には非常に知識のある人もいるので、議論が続いています。 潜在的な気候工学手法をテストおよび開発するために、あらゆる種類のプロジェクトが実施されており、私たちはそれらについてさらに学び続けます。

しかし、私たちは行動を起こす必要があります。 現代世界では、私たちは国民に食料を供給するために、安価な大量農業と長いサプライチェーンに依存しています。 気候変動はこれらすべてを破壊し、広範囲に苦しみを引き起こす恐れがあります。 それは、強くて冷酷な者だけが生き残る破綻国家を作り出す可能性を秘めています。 それがどのような終末的な地獄を引き起こすかは誰にも分かりません。 人類史を学ぶ学生は、集団的な人類という考えが取り残されたときに人々がどのように反応するか、そしてある人々がどのような深みに沈むかを鮮明に想像することができます。

このソリューションは一部で物議を醸す可能性がありますが、ハンドマー氏の分析が示すように、必ずしも高価なものではありません。 最終的には、これらの方法のいくつかを受け入れて実行し、少なくとも根拠のない恐怖を脇に置く必要があります。

そうすれば、それが何であれ、次の問題に進むことができます。