האם אפשר לסלק מספיק פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה כדי להאט את שינוי האקלים, או אפילו להפוך את כיוונו?
בקיצור
- כדי להגביל את ההתחממות הגלובלית ל-1.5 מעלות צלזיוס, אומות העולם יצטרכו לסלק מאטמוספירת כדור הארץ טריליון טונות של פחמן דו-חמצני עד תום המאה.
- יהיה חיוני למצוא את השילוב המיטבי של שיטות ללכידת פחמן. מכונות שיוציאו CO2 מהאוויר יוכלו לסלק 250 מיליארד טונות עד שנת 2100. נטיעה מחדש של יערות עשויה להגיע ליעד של 180 מיליארד טונות.
- העלויות נטו נעות בין אפס ל-300 דולר לטון. אם לא יתפתחו שווקים גדולים לשימוש ב-CO2 הלכוד, מס פחמן יוכל לספק את הסיוע האיתן ביותר לטכניקות הלכידה.
עד לא מזמן עוד היה אפשר לחשוב שדי יהיה בהפחתת הפליטה של גזי חממה כדי להציל את העולם משינוי אקלים. להחליף תחנות כוח הפועלות על דלקי מחצבים במקורות אנרגיה נקיים, לייצר כלי רכב ובניינים יעילים יותר, לעבור לנורות לֶד, לאכול פחות בשר וכדומה. אפילו בשנת 2005 הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים סבר עדיין שהפתרון הנכון הוא לצמצם פליטה ולעודד מקורות אנרגיה מתחדשים. אך האסטרטגיה הזאת לא נשאה את הפירות המצופים. הפליטה הגלובלית גברה במקום להצטמצם. כעת נראה שגם אם הפליטה העולמית השנתית תצטמצם לאפס עד שנת 2050, זה עדיין לא יספיק.
מומחי אקלים טוענים שכדי למנוע חורבן כלכלי וסביבתי עלינו לחתור כעת לפליטה שלילית. פירוש הדבר הוא סילוק של מיליארדי טונות של פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה מדי שנה. זה כמו לומר שמעכשיו אסור לזרוק אשפה – ושעלינו להתחיל לאסוף בחזרה בקצב קבוע אשפה שכבר זרקנו.
על פי מחקר מ-2018, בהובלת יאן כ' מינקס (Minx) ממכון מרקאטור לחקר משאבים גלובליים משותפים ושינוי אקלים בגרמניה, השגת פליטה שלילית בקנה מידה גדול הפכה ל"דרישה ביופיזית" חיונית לעמידה ביעדי שינוי האקלים. נוצר "צורך דחוף ומיידי" להבין איך מגיעים אליה, מזהירים מינקס ועמיתיו לכתיבת במאמר בתב העת Environmental Research Letters, כדי שתהיה לעולם תקווה לצמצם את ההתחממות ל-1.5 מעלות צלזיוס.
כמעט כל אומות העולם תמכו ביעד הזה – עם יעד חירום חלופי של "כמה שפחות" משתי מעלות צלזיוס – במסגרת הסכם פריז מ-2016 שעסק בשינוי האקלים. הטמפרטורה הממוצעת גבוהה כעת בכמעלה אחת לעומת בתקופה הטרום-תעשייתית. אבל היא עולה מדי עשור בקצב של חמישית המעלה. בדוח מיוחד מאוקטובר 2018 הזהיר הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים שנותרו לנו רק 12 שנים שבמהלכן נוכל עוד לפעול כדי למנוע התחממות כוללת של 1.5 מעלות צלזיוס (יחסית לעידן הטרום-תעשייתי) – הרמה שרוב המדענים רואים בה את הגבול הקיצוני ביותר שאנו יכולים להרשות לעצמנו לפני שעולם החי והצומח ייפגעו ללא תקנה.
כדי להישאר מתחת לסף הזה חיוני לשמור על "תקציב פחמן" מוגדר, כמות כוללת של פחמן דו-חמצני שמותר לנו להוסיף לאטמוספרה בלי לגרום להתחממות מעבר לטמפרטורה הגבולית הזאת. בקצב הפליטה הנוכחי – כ-50-40 מיליארד טונות בשנה – "נותרו אולי כחמש שנים של פליטת CO2 ממוצעת" בתסריט ה-1.5 מעלות, טוענים מינקס ועמיתיו. לאחר מכן, נידרש לקלוט בחזרה כל טון נוסף שייפלט לאטמוספרה. קבוצתו מעריכה שהעולם יידרש לסלק מהאטמוספרה עד שנת 2100, בין 150 מיליארד ליותר מטריליון טונות של פחמן דו-חמצני – 16-2 מיליארד טונות בשנה, החל מ-2050, כשהמספר הזה צפוי לעלות בצורה משמעותית בהמשך המאה.
ייעור וייעור מחדש
עצים ננטעים במקום יערות שבוראו או להרחבת יערות קיימים. הם סופחים פחמן דו-חמצני מהאוויר וממירים אותו לצמיחה של עץ חדש, כולל שורשים. יידרשו שינויים מקיפים בשווקי העצים ובשיטות הניהול.
(אופקי: פוטנציאל ה-CO2 שיסולק מהאטמוספרה ב-2050 במיליארדי טונות; אנכי: עלות לטון; בסגול: מידת ההסכמה בין המחקרים לגבי פוטנציאל סילוק הפחמן; בתכלת: מידת ההסכמה לגבי עלות הלכידה. הנתונים, מהמחקר של פוס ועמיתיה איורים: בן גילילנד)
כדי לעשות זאת, מציינים מינקס וצוותו, יהיה עלינו להתחיל לבנות מדי שנה "כמה מאות" מתקנים ללכידת פחמן ואחסונו, משנת 2030 ואילך – עוד 11 שנים בלבד. ייתכן שזה ידרוש מאיתנו להשתמש במכונות גדולות לחילוץ פחמן דו-חמצני מהאוויר, או לפתח תחנות כוח ביו-אנרגטיות ששורפות עצים (שנגדל בתחלופה מתמדת) במתקן שלוכד פליטה ומעביר אותה למנוחת עולמים במעמקי האדמה. אפשרויות פחות מתוחכמות מבחינה טכנולוגית יהיו לנטוע מחדש יערות שבוראו או להרחיב יערות קיימים, להשביח קרקעות למרעה ולגידול חקלאי כך שיכילו יותר פחמן, ולפורר סוגי סלע שסופגים CO2 במטרה לפזר אותם.
אך פיתוח רוב השיטות עתירות הטכנולוגיה ללכידת פחמן נמצא בחיתוליו. הן דורשות השקעות עצומות בסיכון גבוה וכרוכות בתופעות לוואי משמעותיות, כולל תחרות על קרקע שכבר משתמשים בה לגידול מזון או שמשמשת בית גידול לחיות בר.
עם זאת, אין לנו כנראה בריריה אלא לקדם לכידת פחמן רחבת היקף. כשהסטטיסטיקאי אדריאן א' רפטרי (Raftery) מאוניברסיטת וושינגטון ושותפיו למחקר, שהתפרסם בכתב העת Nature Climate Change, בחנו את המגמות הנוכחיות (לא כולל טכנולוגיות לפליטה שלילית), הם הסיקו שאנו עתידים להגיע להתחממות גלובלית של 3.2 מעלות צלזיוס עד סוף המאה, בטווח חזוי שנע בין 2 מעלות ל-4.9 מעלות. במחקר מאוחר יותר, שהתפרסם ב-Proceedings of the National Academy of Sciences USA, קבעו מדען האקלים יאנגיאנג שו (Xu) ועמיתו שהתחממות עולמית גדולה משלוש מעלות תהיה "קטסטרופה" והתחממות מעבר לחמש מעלות תציב "איומים קיומיים בפני רוב האוכלוסייה [האנושית]".
אז הבה נניח שאנו חייבים טריליון טונות של פליטה שלילית במאה הזאת – ממוצע של 20 מיליארד טונות בשנה מ-2050 עד 2100. איזה חלק מהעוגה הכוללת הזאת יכולה כל שיטה לספק, ובאיזה מחיר? ובהתחשב בכך ששיטות שונות נאבקות על אותם משאבים, למשל קרקע, מה יהיה השילוב המיטבי ביניהן? האם נוכל לגייס את הכוח הפוליטי לקידום פליטה שלילית – ובמקביל לקצץ באופן דרסטי את תפוקת הפחמן הדו-חמצני הקיימת?
לנקות את הרוח
בשדה לבה קרושה שופע סלעים וטחב, למרגלות הרים ליד רייקיאוויק באיסלנד, מכוֹנה בגודל של מוסך ביתי שואבת אוויר דרך מסנן כימי שמחלץ ממנו פחמן דו-חמצני. המכונה מוּנעת על ידי חום שיורי שנוצר בתחנת כוח גיאותרמית סמוכה, והיא מחדירה את הפחמן הדו-חמצני הלכוד לעומק של יותר מ-700 מטר מתחת לפני הקרקע, שם הגז מגיב עם סלע בזלת והופך למינרל מוצק. חברת ההזנק השוויצרית קליימוורקס (Climeworks) מגדירה את המכונה הזאת כמפעל הראשון בעולם ללכידה ואחסון ישירים של אוויר. היא לוכדת מהאוויר כמות צנועה של כ-50 טונות פחמן דו-חמצני בשנה.
מכונה לחילוץ פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה. בקטן: קרבונט שנוצר בסלע בזלת בעומק האדמה (הפסים הלבנים)
לכידה ואחסון ישירים של האוויר הם כנראה הנתיב הפשוט ביותר לפליטה שלילית: סוללות של מאווררים יקצרו CO2 מהאוויר ויטמנו אותו. תחזיות מדעיות קובעות שהטכנולוגיה הזאת יכולה לסלק מהאטמוספרה 15-10 מיליארדי טונות של פחמן דו-חמצני בשנה עד סוף המאה. יש מומחים שסבורים כי אפשר להגיע גם ל-35 או 40 מיליארדי טונות. הפוטנציאל של השיטה הזאת מסחרר, עד כדי כך שמדעני אקלים רבים חוששים שטמונה בה סכנה תעמולתית: אנשים עלולים לחשוב בגללה שאפשר לעכב את הפחתת השימוש בדלקי מחצבים בתקווה שתגיע ישועה טכנולוגית בעתיד.
הסקירה המעמיקה ביותר של שיטות לסילוק פחמן – עוד מחקר משנת 2018 שראה אור ב-Environmental Research Letters – נוקטת גישה מפוכחת יותר. סבינה פוס (Fuss) ממכון מרקאטור ועמיתיה בחנו את העלויות, השפעות הלוואי וגורמים נוספים, במטרה להעריך את פוטנציאל לכידת הפחמן של שבע שיטות סילוק בולטות. פוס ושותפיה מעריכים את הפוטנציאל ללכידת פחמן ישירה ב-500 מיליון עד חמישה מיליארדי טונות בשנה בלבד בשנת 2050 – תוספת של 250-25 מיליארד טונות במאה הנוכחית, בעלות של 300-100 דולר לטון. לשם הפרספקטיבה, מכונית טיפוסית פולטת 4.6 טונות פחמן דו-חמצני בשנה.
אכן, לכידת אוויר "איננה תרופת פלא", אומר ג'יימס ס' מליגן (Mulligan) מתוכנית המזון, היערות והמים של מכון המשאבים העולמי (World Resources Institute). "אין כאן יהלום נוצץ, אלא רק אבן די משמימה. אבל אנחנו זקוקים לה". יש חוקרים הטוענים שביכולתם להוריד את המחיר אל מתחת למאה דולר לטון. אבל אם פרק הזמן שיידרש להגיע למחיר כזה (בהיקפים גדולים) שקול לשישים השנים (ולמעלה מכך) שעברו בין תחילת השימוש באנרגיית השמש בלוויינים לחדירתה הנרחבת לשווקים בימינו. "כבר יהיה מאוחר מדי", מזהיר מינקס.
לכידת אוויר ישירה גם צורכת המון אנרגיה. סילוק מיליון טונות של פחמן דו-חמצני בשנה ידרוש תחנת כוח של 500-300 מגוואט, לדברי ג'ניפר וילקוקס (Wilcox), מרצה להנדסה כימית במכון הפוליטכני של ווּסטר במסצ'וסטס (Worcester). אם תחנת הכוח הזאת תונע בפחם היא תפלוט יותר פחמן מכפי שתלכוד. אם היא תתבסס על אנרגיית השמש או הרוח, היא תגזול שטח קרקע גדול שאולי כבר דרוש לחקלאות או לטבע. וכמובן אין שום משמעות למיליון טונות כשהיעד הוא 20 מיליארד טון בשנה.
ביו-אנרגיה עם לכידת פחמן ואחסונו
צמחים, שנושמים CO2, נשרפים לצורך הפקת אנרגיה או מותססים להפקת דלק. ה-CO2 מועבר לאחסון קבע במעמקי האדמה. התוצרים רווחיים, אך אימוץ נרחב של השיטה עלול לגזול קרקע שדרושה לגידול מזון.
הקמת תחנות כוח כאלה כיום עשויה להיות חיונית לצבירת הידע שיידרש לבנייתן בהיקפים גדולים ויעילים בהרבה בהמשך. "אבל אם נבנה כיום תחנת כוח ללכידת אוויר ישירה בהיקף של 20 מיליון טונות, זה יהיה ניצול לא נבון של כספנו", טוען רוג'ר איינס (Aines), המדען הראשי של תוכנית האנרגיה של המעבדה הלאומית לורנס ליברמור בקליפורניה. "היא תגזול הרבה מאוד אנרגיית שמש ורוח, ואילו הייתה לנו כל כך הרבה אנרגיית שמש ורוח, עדיף היה לשלב אותה בשוק האנרגיה שלנו ולסגור תחנת כוח פחמית". כלומר, העדיפות העליונה היא עדיין למנוע פליטה חדשה.
מכלול של פתרונות
המחקר של פוס איננו מצרף סתם כך את הפוטנציאלים של שבע השיטות ללכידת פחמן, הואיל וחלקן מתחרות זו בזו על אותם משאבים. למשל ייעור מחדש מופרז עלול לגזול קרקע שדרושה לגידול דלק לתחנות כוח ביו-אנרגטיות, ואילו יותר מדי ביו-אנרגיה עלולה להתחרות עם לכידת אוויר ישירה על אחסון פחמן מתחת לפני הקרקע. מדעני האקלים טוענים שעלינו לבצע אופטימיזציה של מכלול השיטות.
דרך מיידית אחת להתחיל לגבש את המכלול הזה, מסביר פיט סמית, פרופסור לקרקעות ולשינוי גלובלי באברדין שבסקוטלנד, היא להעביר לקנה מידה גדול "דברים שאנחנו יודעים כבר איך לעשות. אנחנו יודעים לנטוע עצים. אנחנו יודעים לשקם אדמות כבול, בעיקר באמצעות העלאת מפלס המים", כך שהכבול לוכד פחמן דו-חמצני במקום לפלוט אותו. "אנחנו יודעים לשפר את תכולת הפחמן של הקרקע.... קל [יחסית] לתמרץ פעולות כאלה ואפשר להתחיל בזה מיד. זה יקדם אותנו במידת מה לעבר יעדנו".
חישבו לדוגמה על ייעור מחדש. באופן טראגי, היערות הטרופיים של העולם, שפעם ספחו פחמן דו-חמצני, הפכו בהדרגה למקור פליטה, בשל כריתת עצים ושריפתם או דלדול יערות שניזוקו. השבת היערות לתחומי הפליטה השלילית תדרוש קודם כל רפורמות גדולות בשוק העצים העולמי, שמושפע מאוד מסחר לא חוקי.
מעבר לכך, האתרים המתבקשים לייעור מחדש הם קרקעות שבוראו מלכתחילה לצרכי חקלאות או מרעה אך ננטשו כי נחשבו לא פוריות. ייעור מחדש של חמישה מיליוני קילומטרים רבועים של אדמות כאלה עשוי ללכוד 3.7 מיליארדי טונות של פחמן דו-חמצני בשנה אם יימצא לכך המימון הדרוש, לפי מחקר בהובלת ריצ'רד האוטון (Houghton) ממרכז המחקר וודז הול במסצ'וסטס והופיע בכתב העת Nature Climate Change ב-2015.
ייעור מחדש של כל אדמות המרעה שבוראו עשוי להפיק עד כעשרה מיליארד טונות של פליטה שלילית בשנה, לדברי ברונסון גריסקום (Griscom), מנהל תחום מדע היערנות בארגון האמריקאי לשימור הטבע והמחבר העיקרי של מאמר על "פתרונות אקלימיים טבעיים" שהתפרסם בכתב העת PNAS. מדובר בשיעור ניכר מסך הלכידה השנתית הנחוצה של פחמן דו-חמצני. אבל צעד כזה ידרוש האטה עולמית בצריכת הבשר, בשעה שכרגע המגמה הפוכה.
ביו-פחם
תוצרת חקלאית, דשן או פסולת אורגנית מחוממים בהיעדר חמצן ויוצרים ביו-דלק וביו-פחם (ביוצ'אר) – שארית דמוית פחם ועתירת פחמן. מפזרים אותה בשדות חקלאיים להשבחת הקרקע, כולל קיבוע משופר של פחמן. ייצור בקנה מידה גדול בכמה שפחות אנרגיה מינימליות יהיה משימה לא פשוטה.
פוס ועמיתיה חוזים פוטנציאל צנוע יותר. עצים חיים את חייהם ומתים, כלומר הם יכולים לאגור פחמן עכשיו, אך בסופו של דבר ישיבו אותו לטבע בהמשך המאה או בבאה אחריה. ושיעור הפחמן הדו-חמצני שיילכד יקטן בהדרגה ללא ספק, שכן ככל שהיערות יתבגרו הם יגדלו לאט יותר. שריפות, כריתת יערות ושינוי האקלים מגבירים אף הם את הסכנות. ובכל זאת, הרחבת היערות עשויה לשמש תחליף זמני רב חשיבות בזמן שלכידת אוויר ישירה או טכנולוגיות יוסבו לקנה מידה גדול. פוס קובעת כי הפוטנציאל לסילוק הפחמן הדו-חמצני עומד בין 500 מיליון ל-3.6 מיליארדי טונות בשנה עד אמצע המאה. כך ייגרעו 180-25 מיליארד טונות מהיעד של טריליון אחד במהלך המאה הנוכחית.
ניהול טוב יותר עשוי לשפר עוד יותר את המאזן. גריסקום מציין למשל שמנהלי מטעים בדרום מזרח ארצות הברית כורתים עצי אורן כמה שנים לפני יבולם המיטבי. אם יאפשרו להם למכור "אשראי פחמני" לכיסוי שנות הגדילה הנוספות, הם יוכלו לעכב את הכריתה עד לגיל המיטבי, וכך להגדיל את כמות העץ ואת שיעור הפחמן שנאגר בעצים.
באופן דומה, גידול צמחים מקבעי חנקן בשדות מרעה ומעבר לשיטה חכמה יותר של מחזורי רעייה עשויים לשפר את יעילות המרעה ובה בעת להגביר את אחסון הפחמן בקרקעות. פוס נוקטת הערכה שמרנית כשהיא קובעת ששיפורים בלכידת פחמן בקרקע יכולים להפיק עד 5.3 מיליארד טון בשנה – 265 מיליארד טון במהלך המאה הנוכחית – בעלות של 100-0 דולר לטון.
לאלה יתווסף הביו-פחם (Biochar) – שיטה לסילוק פחמן שבה תנור מיוחד מחמם ביומסה בהיעדר חמצן, הופך אותה למעין פחם ומפיק תוצרי-לוואי מועילים כמו ביו-נפט וגז סינתטי. כשמוסיפים את הפחם לשדות החקלאיים, הוא מקבע פחמן לקרקע ויכול לשפר את תפוקת היבולים. עם זאת, איש עדיין לא ניסה להשתמש בשיטת הביו-פחם בקנה מידה נרחב. פוס ושותפיה מעריכים שהשיטה יכולה לתרום לסילוקם של בין 300 מיליון לשני מיליארד טון פחמן דו-חמצני בשנה, בעלות של 120-90 דולר לטון. כלומר, 100-15 מיליארד טון במאה הנוכחית.
דשן ביו-פחם | צילום: שאטרסטוק
גישה נוספת המבוססת על קרקע נקראת ביו-אנרגיה עם לכידת פחמן ואחסונו, או BECCS בקיצור (BioEnergy with Carbon Capture and Storage). רבות מהתוכניות המוקדמות שנרקמו בארצות רבות כדי לעמוד בהתחייבויות פריז תלויות בה, אך היא שנויה מאוד במחלוקת. תחנת כוח שורפת עצים, פסולת חקלאית או ביומסה אחרת כגון דוחן. המקורות האלה סופחים פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה כשהם גדלים או מצטברים. השריפה משחררת אותו שוב, והתחנה לוכדת אותו היישר מהארובה ושולחת אותו לאחסון קבע בתוך מבנים גיאולוגיים עמוקים.
אבל ייעור מחדש בקנה מידה נרחב לצורך הפקת דלקים ביולוגיים, כפי שהציעו אחדים יגזול נתח גדול מהקרקע הזמינה הראויה לעיבוד ויאיים על הפקת מזון ועל שימור הטבע, כמו גם על סילוק פחמן דו-חמצני בשיטות אחרות כמו ייעור מחדש או לכידה בקרקע. לכידת הפליטה היוצאת מהארובה עלולה גם לפגוע באופן משמעותי ביעילות תחנת הכוח, לפחות בטכנולוגיות הקיימות כיום. לפיכך פוס מעריכה את התפוקה הצפויה מ-BECCS בקצת פחות משני מיליארד טון בשנה – מעט מאוד יחסית לתחזיות של חוקרים אחרים – בעלות של 200-100 דולר לטון. ההערכה של פוס מסתכמת בכ-100 מיליארד טון של פליטה שלילית עד שנת 2100.
לכידת פחמן בקרקע
עשב וגידולים חקלאיים נושמים CO2 וממירים אותו לחומר שורשי שמקבע פחמן בקרקע. טכניקות לניהול קרקע יכולות לשפר את הלכידה ולהגדיל את יבול הצמחים. הפוטנציאל לטווח ארוך עשוי להיות מוגבל, משום שיש גבול לכמות הפחמן שהקרקע יכולה להכיל.