Войти
Биосеквестрация в лесах 
Ежегодное увеличение атмосферного CO 2Биосеквестрация - это улавливание и хранение атмосферного парникового газа двуокиси углерода в результате непрерывных или усиленных биологических процессов.
Эта форма связывания углерода происходит за счет увеличения скорости фотосинтеза с помощью землепользования таких практик, как лесовосстановление, устойчивое управление лесами и генная инженерия. Существуют методы и практики для увеличения поглощения углерода почвой в обоих секторах сельского хозяйства и лесного хозяйства. Кроме того, в контексте промышленного производства энергии такие стратегии, как Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода для поглощения выбросов двуокиси углерода из угля, нефти или природного газа с помощью выработки электроэнергии можно использовать альтернативу водорослевой секвестрации биореактор (см. биореактор водорослей ).
Биосеквестрация как естественный процесс происходила в прошлом и была ответственна для образования обширных угольных и нефтяных месторождений, которые сейчас сжигаются. Это ключевая концепция политики в дискуссии о смягчении последствий изменения климата. Обычно она не относится к секвестрированию углекислого газа в океанах (см. связывание углерода и закисление океана ) или образования горных пород (см. геологическое связывание ), истощенные нефтяные или газовые резервуары (см. истощение запасов нефти и пиковая нефть ), глубокие засоленные водоносные горизонты или глубокие угольные пласты (см. добыча угля ) (для всех см. геологоразведка ) или т. за счет использования промышленных химических веществ очистка углекислым газом.
После водяного пара (концентрации которого имеют ограниченное влияние на человека) углекислый газ является наиболее распространенным и стабильным парниковым газом в атмосфере (метан быстро реагирует с образованием водяного пара и диоксида углерода). Содержание двуокиси углерода в атмосфере увеличилось примерно с 280 ppm в 1750 году до 383 ppm в 2007 году, в настоящее время увеличиваясь в среднем на 2 ppm в год. Мировой океан ранее играл важную роль в связывании атмосферного двуокиси углерода за счет растворимости и фотосинтеза фитопланктоном. Принимая во внимание неблагоприятные последствия закисления океана, глобального потепления и изменения климата для человечества, недавние исследования и политические механизмы наблюдали биосеквестрацию через рост растений.
Восстановление лесов и сокращение обезлесения могут увеличить биосеквестрацию четырьмя способами. Пандани (Richea pandanifolia) около озера Добсон, Национальный парк Маунт-Филд, Тасмания, Австралия По оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), сейчас ведется вырубка лесов. на долю которых приходится около 20% всех парниковых газов, попадающих в атмосферу. Канделл и Раупах утверждают, что существует четыре основных способа, с помощью которых лесовозобновление и сокращение обезлесения могут увеличить биосеквестрацию. Во-первых, за счет увеличения объема существующего леса. Во-вторых, за счет увеличения плотности углерода в существующих лесах в масштабах древостоя и ландшафта. В-третьих, за счет расширения использования лесных продуктов, которые будут устойчиво заменять выбросы ископаемого топлива. В-четвертых, за счет сокращения выбросов углерода в результате обезлесения и деградации. Сокращение расчистки земель в большинстве случаев создает преимущества для биоразнообразия на огромных территориях суши. Однако возникают опасения, когда увеличивается плотность и площадь растительности, давление выпаса может также увеличиваться в других областях, вызывая деградацию земель. В недавнем отчете австралийского CSIRO было обнаружено, что лесное хозяйство и связанные с лесом варианты являются наиболее значительными и наиболее легко достижимыми поглотителями углерода, составляющими 105 Мт в год CO 2 -е или около 75 процентов от общего показателя, достижимого для австралийского штата Квинсленд за 2010-2050 годы. Среди вариантов лесного хозяйства, как сообщается в отчете CSIRO, лесное хозяйство с основной целью хранения углерода (так называемое углеродное лесное хозяйство) имеет наивысшую достижимую емкость для хранения углерода (77 Мт CO 2 -э / год), в то время как стратегия сбалансирована с биоразнообразие насаждения могут вернуть в 7–12 раз больше естественной растительности, что приведет к снижению эффективности накопления углерода на 10–30%. Правовые стратегии для поощрения этой формы биосеквестрации включают постоянную защиту лесов в национальных парках или в Списке всемирного наследия, надлежащим образом финансируемое управление и запреты на использование тропических лесов лесоматериалы и неэффективное использование, такое как дробление древесины старовозрастные леса.
В результате лоббирования фракции развивающихся стран (или Группы 77 ) в United Нации (связанные с Конференцией Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию (UNCED) в Рио-де-Жанейро, были приняты юридически необязательные Лесные принципы в 1992 году. Они связали проблему обезлесения с долгом третьего мира и неадекватной передачей технологий и заявили, что «согласованные полные дополнительные затраты на получение выгод, связанных с лесом, сохранение... должно быть справедливо разделено международным сообществом "(параграф 1 (b)). Впоследствии Группа 77 утверждала в Межправительственном заседании 1995 г. эл. по лесам (IPF), а затем Межправительственный форум по лесам (IFF) 2001 г., за доступный доступ к экологически безопасным технологиям без строгости прав интеллектуальной собственности ; тогда как развитые государства отклонили заявки на лесной фонд. Группа экспертов, созданная в рамках Форума ООН по лесам (UNFF), сообщила в 2004 году, но в 2007 году развитые страны снова наложили вето на формулировки принципов окончательного текста, которые могут подтвердить их юридическую ответственность по международному праву за поставку финансов и экологически безопасных технологий для развивающихся стран.
В декабре 2007 года, после двухлетних дебатов по предложению Папуа-Новой Гвинеи и Коста-Рики, стороны Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (FCCC) согласились изучить способы сокращения выбросов в результате обезлесения и увеличения накоплений углерода в лесах в развивающихся странах. Основная идея состоит в том, что развивающиеся страны должны получить финансовую компенсацию, если им удастся снизить уровень обезлесения (путем оценки углерода, который хранится в лесах ); концепция, названная «предотвращение обезлесения» (AD) или REDD, если оно расширено и включает сокращение деградации лесов (см. Сокращение выбросов в результате обезлесения и деградации лесов ). В соответствии с моделью свободного рынка, за которую выступают страны, сформировавшие Коалицию тропических лесов, развивающиеся страны с тропическими лесами будут продавать кредиты поглощения углерода в рамках системы свободного рынка Киотскому протоколу. В Приложении I указывается, кто превысил свои квоты на выбросы. Бразилия (штат с самой большой площадью тропических лесов) выступает против включения предотвращения вырубки лесов в механизм торговли углеродом и вместо этого выступает за создание многостороннего фонда помощи развитию, созданного за счет пожертвований развитых государств. Чтобы СВОД был успешным, необходимо расширить научную и регулирующую инфраструктуру, связанную с лесами, чтобы страны могли инвентаризировать весь свой лесной углерод, показать, что они могут контролировать землепользование на местном уровне, и доказать, что их выбросы снижаются.
Поселения и обезлесение Окружающие бразильский город Риу-Бранко видны здесь в поразительных узорах вырубки «костей сельди», которые прорезают тропический лес. NASA, 2008. 
NASA Earth Observatory, 2009. Вырубка лесов на Малайзийском Борнео.Вслед за первоначальным ответом страны-донора ООН учредила REDD Plus, или REDD +, расширив рамки первоначальной программы, включив в нее увеличение лесного покрова за счет лесовосстановления и посадки новых лесов, а также содействия устойчивому управлению лесными ресурсами.
Рамочная конвенция Организации Объединенных Наций по Изменение климата (РКИК ООН) Статья 4 (1) (а) требует, чтобы все Стороны «разрабатывали, периодически обновляли, публиковали и предоставляли Конференции Сторон», а также «национальные кадастры антропогенных выбросов из источников» » удаление поглотителями всех парниковых газов, не регулируемых Монреальским протоколом ". Согласно руководящим принципам отчетности РКИК ООН, антропогенные выбросы парниковых газов должны сообщаться в шести секторах: энергетика (включая стационарную энергетику и транспорт); производственные процессы; использование растворителей и других продуктов; сельское хозяйство; трата; и землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство (ЗИЗЛХ ). Правила, регулирующие учет и отчетность о выбросах парниковых газов от ЗИЗЛХ в соответствии с Киотским протоколом, содержатся в нескольких решениях Конференции сторон в рамках РКИК ООН, а ЗИЗЛХ является предметом двух основных отчеты Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК). Таким образом, статья 3.3 Киотского протокола требует обязательного учета ЗИЗЛХ в отношении облесения (отсутствие лесов в течение последних 50 лет), лесовозобновления (отсутствие леса на 31 декабря 1989 года) и обезлесения, а также (в первый период действия обязательств) в соответствии со статьей 3.4 добровольный учет возделываемых земель. управление, управление пастбищами, восстановление растительного покрова и управление лесами (если это еще не учтено в соответствии со статьей 3.3).
континент Австралия из космоса. Австралия является крупным производителем ископаемого топлива и имеет серьезные проблемы с вырубкой лесов. 
Вырубка лесов на Гаити. NASA, 2008. Например, в Австралийской национальной инвентаризации парниковых газов (NGGI), подготовленной в соответствии с этими требованиями, показано, что на энергетический сектор приходится 69 процентов выбросов Австралии, сельское хозяйство 16 процентов и ЗИЗЛХ шесть процентов. Однако с 1990 года выбросы в энергетическом секторе увеличились на 35% (стационарная энергия - на 43%, а транспортная - на 23%). Для сравнения, выбросы от ЗИЗЛХ снизились на 73%. Однако Эндрю Макинтош поднял вопросы о достоверности оценок выбросов в секторе ЗИЗЛХ из-за расхождений между данными по расчистке земель Федерального правительства Австралии и правительства Квинсленда. Данные, опубликованные в рамках исследования ландшафта и деревьев штата (SLATS) в Квинсленде, например, показывают, что общий объем расчистки земель в Квинсленде, определенный в рамках SLATS в период с 1989/90 по 2000/01 год, примерно на 50 процентов выше, чем сумма, оцененная Национальная система углеродного учета (NCAS) федерального правительства Австралии в период с 1990 по 2001 год.
Спутниковые изображения стали критически важными для получения данных об уровнях обезлесения и лесовосстановление. Например, данные со спутника Landsat использовались для составления карты обезлесения в тропиках в рамках проекта НАСА по вырубке влажных тропических лесов Landsat Pathfinder, совместной работы ученых. из Университета Мэриленда, Университета Нью-Гэмпшира и Центра космических полетов Годдарда НАСА. В рамках проекта были составлены карты обезлесения для бассейна Амазонки, Центральной Африки и Юго-Восточной Азии за три периода: 1970-е, 1980-е и 1990-е годы.
Sprekelia formosissima в Тасмании, Австралия. 
Hakea epiglottis, мыс Рауль, полуостров Тасман, Тасмания, Австралия. Биосеквестрация может быть усилена за счет повышения эффективности фотосинтеза путем модификации RuBisCO гены в растениях для увеличения каталитической активности и / или оксигенации этого фермента.
Одна из таких областей исследований включает увеличение на Земле доли фиксации углерода C4 фотосинтезирующих растений. Растения C4 составляют около 5% биомассы растений Земли и 1% известных видов растений, но на их долю приходится около 30% фиксации углерода землей. В листьях растений C3 захваченные фотоны солнечной энергии подвергаются фотосинтезу, который ассимилирует углерод в углеводы (триозофосфаты) в хлоропласты клеток мезофилла. Стадия первичной фиксации CO 2 катализируется рибулозо-1,5-бисфосфаткарбоксилазой / оксигеназой (Rubisco ), которая реагирует с O2, приводя к фотодыханию, которое защищает фотосинтез от фотоингибирования, но расходует 50% потенциально связанного углерода. Однако путь фотосинтеза C4 концентрирует CO 2 в месте реакции Rubisco, тем самым уменьшая фотодыхание, ингибирующее биосеквестрацию. Новый рубеж в растениеводстве состоит из попыток генетической инженерии основных пищевых культур C3 (таких как пшеница, ячмень, соя, картофель и рис) с помощью «турбонаддувного» фотосинтетического аппарата растений C4.
Biochar (древесный уголь, созданный в результате пиролиза биомассы ) представляет собой мощную и стабильную форму биосеквестрации, полученную в результате исследований высокоплодородных Terra preta почв бассейна Амазонки. Размещение биоугля в почвах также улучшает качество воды, увеличивает плодородие почвы, повышает продуктивность сельского хозяйства и снижает нагрузку на старовозрастные леса. В качестве метода производства биоэнергии с улавливанием и хранением углерода Роб Фланаган и компания EPRIDA biochar разработали низкотехнологичные кухонные плиты для развивающихся стран, которые могут сжигать сельскохозяйственные отходы, производя 15% по весу биочар. Компания BEST Energies в Новом Южном Уэльсе Австралия потратила десять лет на разработку технологии Agrichar, которая может сжигать 96 тонн сухой биомассы каждый день, производя 30-40 тонн биоугля. Параметрическое исследование биосеквестрации, проведенное Малкольмом Фаулзом в Открытом университете, показало, что для смягчения последствий глобального потепления политика должна поощрять вытеснение угля биомассой для базовой нагрузки производства электроэнергии если эффективность преобразования последнего выросла более чем на 30%. Биосеквестирование углерода из биомассы является более дешевым вариантом смягчения последствий, чем геосеквестирование в улавливание и хранение углерода.
Земледелие без обработки почвы применяется там, где при наличии мульчирование, вспашка намеренно исключены, чтобы поддерживать связывание богатого углеродом органического вещества в почве. Такая практика предотвращает воздействие атмосферного кислорода, выщелачивания и эрозии почвы. Прекращение практики вспашки, как утверждается, поощряет хищничество хищничество на древесных термитах, позволяет сорнякам восстанавливать почву и помогает замедлить вода течет над землей.
пастухи со своими овцами. почва накапливает больше земного углерода, чем сумма атмосферных и растительных поглотителей углерода. Наибольшая плотность этого секвестрированного углерода находится под лугами. Исследования показывают, что целостный запланированный выпас имеет потенциал для смягчения последствий глобального потепления, создания почвы, увеличения биоразнообразия и обращения вспять опустынивания. Эта практика, разработанная Алланом Савори, использует ограждение и / или пастухов для восстановления лугов. Тщательно спланированные перемещения больших стад домашнего скота имитируют процессы природы, где пасущиеся животные концентрируются стайными хищниками и вынуждены двигаться после еды, вытаптывания и навоза, возвращаясь только после того, как полностью восстановится. Этот метод выпаса пытается имитировать то, что происходило за последние 40 миллионов лет, когда расширение травяных экосистем создавало глубокие, богатые пастбищные почвы, улавливая углерод и, следовательно, охлаждая планету.
Panicum virgatum просо., ценные для производства биотоплива, сохранения почвы и биосеквестрации Выделенные биотопливо и биосеквестрирующие культуры, такие как просо (panicum virgatum ), также разрабатываются. Это требует от 0,97 до 1,34 ГДж ископаемой энергии для производства 1 тонны просо проса по сравнению с 1,99–2,66 ГДж для производства 1 тонны кукурузы. Учитывая, что просо содержит примерно 18,8 ГДж / ODT биомассы, соотношение выходной энергии к потребляемой культуре может достигать 20: 1.
Биосеквестрация также может быть улучшена путем отбора видов для получения большого количества фитолиты. Фитолиты представляют собой микроскопические сферические оболочки из кремния, которые могут накапливать углерод в течение тысяч лет.
Биосеквестрация может иметь решающее значение для смягчения последствий изменения климата пока не будут созданы более чистые формы производства электроэнергии. Несъявеллир Геотермальная электростанция в Тингвеллире, Исландия 
Ветряные турбины D4 (ближайший) к D1 на берегу Торнтон-Бэнк Отрасли промышленности с большим количеством выбросов CO 2 ( такие как угольная промышленность ) заинтересованы в биосеквестрации как средстве компенсации их производства парниковых газов. В Австралии университетские исследователи разрабатывают водоросли для производства биотоплива (водород и биодизельное масло) и исследуют, можно ли использовать этот процесс для биосеквестирования углерода. Водоросли естественным образом улавливают солнечный свет и используют его энергию для разделения воды на водород, кислород и масло, которые можно извлечь. Такое производство чистой энергии также может сочетаться с опреснением с использованием солеустойчивых морских водорослей для производства пресной воды и электроэнергии.
Множество новых видов биоэнергетики (биотопливо ) технологии, в том числе биопереработка целлюлозного этанола (с использованием стеблей и ветвей большинства растений, включая растительные остатки, такие как стебли кукурузы, пшеничная солома и рисовая солома), поскольку они обладают дополнительным преимуществом биосеквестрации CO 2. Обзор изменения климата Гарнаут рекомендует, чтобы цена углерода в схеме торговли выбросами углерода могла включать финансовый стимул для процессов биосеквестрации. Гарнаут рекомендует использовать водоросли биосеквестрацию (см. биореактор водорослей ) для поглощения постоянного потока углекислого газа выбросов угольного производства электроэнергии и выплавка металлов до тех пор, пока возобновляемые виды энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, не станут более прочными участниками энергосистемы. Гарнаут, например, заявляет: «Некоторые процессы биосеквестрации водорослей могут поглощать выбросы от производства электроэнергии на угле и плавки металлов». Совместная программа ООН по сокращению выбросов в результате обезлесения и деградации лесов в развивающихся странах (Программа ООН-СВОД ) является результатом сотрудничества ФАО, ПРООН и ЮНЕП, в рамках которых целевой фонд, созданный в июле 2008 года, позволяет донорам объединять ресурсы для создания необходимого потока ресурсов для значительного сокращения глобальных выбросов в результате обезлесения и деградации лесов. Правительство Великобритании Stern Review по экономике изменения климата утверждает, что сдерживание обезлесения было «очень рентабельным способом сокращения выбросов парниковых газов».
Джеймс Э. Хансен утверждает, что «эффективным способом достижения сокращения [углекислого газа] было бы сжигание биотоплива на электростанциях и улавливание CO 2 с биотопливом, полученным из сельскохозяйственных или городских отходов или выращенным на деградированных земли, использующие мало или совсем не использующие ископаемое топливо ». Такие системы снижения выбросов углекислого газа называются биоэнергетикой с улавливанием и хранением углерода или BECCS. Согласно исследованию Global CCS Institute, в настоящее время (по состоянию на январь 2012 г.) общая производственная мощность BECCS составляет 550 000 тонн CO. 2 / год, разделенных между тремя различными объектами.
По соглашению 2009 года Loy Yang Power и MBD Energy Ltd построят пилотную электростанцию на ископаемом топливе на электростанции Latrobe Valley в Австралии с использованием технологии биосеквестрации в виде системы синтезатора водорослей. Улавливаемый CO 2 из отработанных выхлопных дымовых газов будет закачиваться в циркулирующие сточные воды для выращивания богатых маслом водорослей, где солнечный свет и питательные вещества будут производить тяжелую нефтесодержащую суспензию, из которой можно производить высококачественное масло для производства энергии или сырья. корм. Другие коммерческие демонстрационные проекты, связанные с биосеквестрацией CO 2 в точке выброса, начались в Австралии.
Аргументы в пользу биосеквестрации часто формулируются с точки зрения экономической теории, но в этой дискуссии есть хорошо известное измерение качества жизни. Биосеквестрация помогает людям увеличить их коллективный и индивидуальный вклад в основные ресурсы биосферы. Политические аргументы в пользу биосеквестрации частично совпадают с принципами экологии, устойчивости и устойчивого развития, а также биосферы, биоразнообразия и экосистема защита, экологическая этика, климатическая этика и охрана природы.
Национальный парк Лассен, Кингс-Крик, США. Обзор изменения климата Гарнаута отмечает множество препятствий на пути увеличения глобального биосеквестрации. «Должны быть внесены изменения в режимы учета парниковых газов. Требуются инвестиции в исследования, разработку и коммерциализацию передовых подходов к биосеквестрации. Требуются изменения в регулировании землепользования. Потребуются новые учреждения разработаны для координации интересов в использовании возможностей биосеквестрации в рамках малого бизнеса в сельских общинах. Для раскрытия потенциала сельских общин в развивающихся странах потребуются особые усилия ». Сэдлер и Кинг утверждали, что биосеквестрация и выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве не должны рассматриваться в рамках глобальной схемы торговли выбросами из-за трудностей с измерением таких выбросов, проблем с их контролем и бремени, которое будет возложено на множество мелких -масштабные сельскохозяйственные работы. Коллетт также утверждает, что кредиты REDD (постфактум платежи развивающимся странам за снижение их вырубки лесов показателей ниже исторического или прогнозируемого базового уровня) просто создают комплексный рыночный подход к этой глобальной общественности. проблема здоровья, которая снижает прозрачность и подотчетность, когда цели не достигаются, и не будет столь эффективной, как развитые страны, добровольно финансирующие страны для сохранения своих тропических лесов.
Всемирное движение тропических лесов утверждает, что бедные развивающиеся страны страны могут быть вынуждены принять проекты лесовосстановления в рамках Киотского протокола и Механизма чистого развития, чтобы заработать иностранную валюту просто для оплаты от процентов по долгу перед Всемирным банком. Также существует напряженность по поводу управления лесным хозяйством между притязаниями на суверенитет государств-наций, спорами об общем наследии человечества и правами коренных народов и местных сообществ; Программа лесных народов (FPP), утверждающая, что программы по борьбе с вырубкой лесов могут просто позволить финансовым выгодам поступать в национальную казну, привилегии потенциальных корпоративных лесных деградаторов, которые манипулируют системой, периодически угрожая леса, а не местные сообщества, которые их охраняют. Успех таких проектов также будет зависеть от точности исходных данных и количества участвующих стран. Кроме того, утверждалось, что если биосеквестрация должна играть значительную роль в смягчении последствий антропогенного изменения климата, то скоординированная политика должна ставить цель достижения глобального лесного покрова в его масштабах до промышленной революции 1800-х годов.
Также утверждалось, что механизм Организации Объединенных Наций по сокращению выбросов в результате обезлесения и деградации лесов (REDD ) может усилить давление с целью преобразования или изменения других экосистем, особенно саванны и водно-болотные угодья для производства продуктов питания или биотоплива, даже если эти экосистемы также обладают высоким потенциалом связывания углерода. В глобальном масштабе, например, торфяники покрывают только 3% поверхности суши, но накапливают в два раза больше углерода, чем все леса мира, в то время как мангровые леса и солончаки являются примерами экосистем с относительно низким уровнем биомассы и высоким уровнем продуктивности и связывания углерода. Другие исследователи утверждали, что REDD является важнейшим компонентом эффективной глобальной стратегии биосеквестрации, которая может принести значительные выгоды, такие как сохранение биоразнообразия, особенно если она перестанет концентрироваться на защите леса, которые являются наиболее рентабельными для сокращения выбросов углерода (например, в Бразилии, где альтернативные издержки сельского хозяйства относительно низки, в отличие от Азии, которая имеет значительные доходы от масличной пальмы, каучука, риса и кукурузы). Они утверждают, что REDD можно было бы варьировать, чтобы обеспечить финансирование программ по замедлению деградации торфа в Индонезии и нацелить защиту биоразнообразия в «горячих точках» - районах с высоким видовым богатством и относительно небольшим количеством оставшихся лесов. Они утверждают, что некоторые покупатели углеродных кредитов REDD, такие как транснациональные корпорации или нации, могут платить больше, чтобы спасти находящиеся под угрозой экосистемы или районы с известными видами.
