Bolygómérnökök ötletei a Föld hűtésére

Már nem csak a Galaxis útikalauzban vannak bolygómérnökök, hanem az igazi Földön is: ők azok a kutatók, mérnökök, akik ma még sokszor futurisztikusnak tűnő ötletekkel állnak elő a Föld hőmérsékletének csökkentésére. A brit Royal Society a közelmúltban olyan tanulmánykötetet adott ki, amely megpróbálja egzakt módon vizsgálni a lehetőségeket.

Lázasan készül a világ a decemberi koppenhágai, sokak szerint sorsdöntő klímacsúcsra, ahol az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésében kellene végre konkrét vállalásokat tennie az egyes országoknak, országcsoportoknak. Ennek tudományos-technológiai háttere már kidolgozott, számos kutató gondolkodik azonban arról is, hogy milyen eszközökkel lehetne a már a légkörbe került gázoktól, főképp a szén-dioxidtól megszabadulni, illetve milyen megoldásokkal lehetne egy kicsit hűteni a Földet.

Az e célt szolgáló mérnöki lehetőségeket összefoglalóan "bolygómérnökségnek" (angolul geoengineering) nevezzük. A legtöbb ötlet ma még futurisztikusnak tűnik ezen a területen, a brit Royal Society azonban a közelmúltban olyan tanulmánykötetet adott ki, amely megpróbálja egzakt módon vizsgálni a lehetőségeket. A kiadvány szerzői között természettudósok, közgazdászok, jogászok is helyet kaptak a mérnökök mellett.

A bolygómérnökség két alapvető módszere

A fenti célok elérését szolgáló módszerek, ötletek jelenleg két fő csoportra oszthatók. Az egyikbe az úgynevezett szén-dioxid-kivonó technológiák tartoznak. Itt az alapelv az, hogy a szén-dioxidot (mint az egyik legnagyobb mennyiségben előforduló üvegházhatású gázt) kivonják a légkörből, ezáltal a hőmérsékletemelkedés kulcsfontosságú tényezőjének hatását csökkentik. Megvalósíthatósági szempontból jelenleg ezek a technológiák tűnnek valamivel egyszerűbbnek, ugyanakkor viszonylag lassan érhető el velük eredmény.

A másik csoportba a Nap sugárzását befolyásoló technológiákat sorolták. Ezek lényege, hogy a napsugarak igen kis százalékát visszaverik az űrbe, hőt vonva el a Földtől. Segítségükkel igen gyors hatást lehet elérni, ezért egy esetleges klíma-krízis esetén hatékonyak lehetnek, hosszú távon viszont nem nyújtanának megfelelő megoldást, hiszen a fő okot, a légköri szén-dioxid mennyiségét nem befolyásolják.

Mérnöki lehetőségek tárháza

Szén-dioxid-kivonás

Az egyik legfontosabb (és a tanulmánykötetben is legrészletesebben tárgyalt) lehetőség a szén-dioxid kivonása a levegőből (vagy akár direkt befogása például erőműveknél), majd pedig tárolása a Föld felszíne alatt. Nagy-Britannia élen jár e technológiák fejlesztésében, és laborméretekben már igen sok módszert kidolgoztak (adszorpció, azaz a gáz megkötése szilárd anyagokon, adszorpció erősen lúgos oldatokkal, illetve adszorpció közepesen lúgos oldatokon katalizátor segítségével). Viszont még egyetlen valós méretű tesztüzem (prototípus) sem készült el, így nincs információ a módszer tényleges kivitelezéséről, sem arról, hogy lehetne-e egyáltalán költséghatékonyan végezni a nagyipari, erőművi gyakorlatban (szén-dioxidot eddig földgázból tudtak kivonni és tárolni ipari méretekben).

Annak hogy a nagyméretű ipari alkalmazás még várat magára, nemcsak a műszaki eljárások kiforratlansága az oka. Felmerül a kérdés ugyanis, hogy biztonságosnak tekinthető-e technológia. A szén-dioxid színtelen, szagtalan, nem robbanásveszélyes, nem gyúlékony anyag, ám nehezebb a levegőnél, ezért ha kiszabadul és észrevétlenül összegyűlik a mélyedésekben, völgyekben, akkor az ott tartózkodó élőlények fulladásos halálához vezethet.

A fejlesztések mindenesetre folynak, és az egyik hazai állami intézet szerint a szén-dioxid föld alatti megkötése Magyarország számára a jövő egyik húzóágazatává válhat.

Az ábra nagyobb változata itt érhető el

A mállás intenzitásának növelése

A mállás intenzitásának növelése sokkal perspektivikusabb módszernek tűnik a hatékonyság, biztonság tekintetében, a költségek azonban már itt is kérdésesek. A módszer lényege, hogy azokat a természetes reakciókat serkentsék, amelyek során a szilikátásványok (ezek a Földön előforduló kőzetek többségét alkotják) a szén-dioxiddal reagálva karbonátásványokat hoznak létre - a folyamat során a szén-dioxid "kiszivattyúzódik" a légkörből (a részleteket lásd keretes írásunkban).

A reakció sematikusan így írható le: CaSiO₃ + CO₂ > CaCO₃ + SiO₂. Emellett az is megoldás lehet, hogy nem szilárd ásványokat hoznak létre, hanem a tengervízbe, oldott formában (ionként) kerül be a hidrogénkarbonát. Ekkor szilikátok mállása során az alábbi sematikus formában felírt folyamat zajlik le: CaSiO₃ + 2CO₂ + H₂O > Ca²⁺ + 2HCO₃^- + SiO₂; karbonátok mállásakor pedig ez történik: CaCO₃ + CO₂ + H₂O > Ca²⁺ + 2HCO₃^-. Látható tehát, hogy mind a szárazföldön, mind a tengervízben van lehetőség ennek a módszernek a kivitelezésére.

Kétségtelen, hogy a mállás intenzitásának növelésére különféle anyagok segítségével van már lehetőség, a fő kérdések a megfizethetőség és a várható környezeti hatások. Az egyik javaslat például az, hogy keverjünk nagy mennyiségben előforduló szilikátásványokat (például olivint, (Fe,Mg)2SiO₄) azokba a talajokba, melyeket mezőgazdasági termelésben használnak. E módszerrel a gond az, hogy hatalmas mennyiségű kőzetet kellene kibányászni és elszállítani a felhasználás helyére, így igen költséges volna, illetve arra vonatkozóan még nincs adat, hogy milyen hatással volna mindez a termőföldekre. A számos további javaslat között szerepel például az, hogy a létrehozott karbonátásványokat kellene reagáltatni szén-dioxiddal (amit például erőművek kéményeinél fognak be), majd a létrehozott hidrogénkarbonát-ionokat tartalmazó oldatot elvezetni a tengerbe.

A napsugárzás visszaverése

Egyes kutatók izgalmas lehetőségként vetik fel egy nagyon finom alumíniumhálóból készítendő napernyő elhelyezését az űrben. Egy másik ötlet, hogy ha a sztratoszférába, a Föld légkörének 12-50 kilométer közötti részébe aeroszolt (lebegő szilárd és folyékony szemcséket) juttatunk, akkor csökken a Földre bejutó napsugárzás mennyisége (lásd például a vulkánkitörések hatását).

A felhők mennyiségének vagy albedójuk (fényvisszaverő képességük) változtatása növelése - például tengervíz levegőbe juttatásával - szintén csökkentheti a beérkező sugárzást és a Föld felszíni hőmérsékletét.

Egy másik lehetőség a földfelszín albedójának növelése. Ez utóbbi például elérhető azzal, hogy az ember által épített tárgyakat világosra festik, így például a házak tetejét, az utakat, stb., ugyanakkor a termőterületek megfelelő növényekkel (amelyek jobban visszaverik a sugárzást) való beültetése is segíthet. Utóbbi két módszer közül az első tűnik hatékonyabbnak, ugyanakkor egyik sem hatékonyabb az aeroszolok sztratoszférába juttatásánál.

A szerzők szerint amellett, hogy jelentősen vissza kell fogni a szén-dioxid kibocsátását, mindenképpen folytatni kell a bolygómérnöki kutatásokat, méghozzá nemzetközi együttműködésekkel, mert e programok többsége nem egyetlen ország határain belül zajlik.

A klímaváltozás természetes okai, avagy a bolygómérnökség alapjai

Az egyes mérnöki módszerek kidolgozásához a Földön lezajló természetes folyamatokat veszik alapul, hiszen számtalan olyan - nem ember által okozott - folyamat létezik, amely jelentősen befolyásolja a Föld klímáját. E folyamatok következtében az elmúlt évmilliók, évszázmilliók során a földi átlaghőmérséklet olykor akár 10 fokkal is a mai felett volt, máskor pedig jégkorszakok alakultak ki.

A globális klímát befolyásoló tényezők egy része millió éves nagyságrendű idő alatt fejti ki hatását: például a szén-dioxid kivonása a légkörből a mállás során, vagy intenzív lemeztektonikai folyamatok miatt a szén-dioxid feldúsítása a légkörben. Vannak olyanok, amelyek hatásukat tíz-százezer év alatt fejtik ki: például a Föld pályasíkjának ciklikus változásai, a forgástengely ferdeségének változása.

Vannak olyanok, melyek ennél is rövidebb idő alatt, akár 10 év alatt fejtik ki hatásukat. Néhány példa, a teljesség igénye nélkül: a beérkező napsugárzás mennyisége, a vulkánkitörések során légkörbe kerülő hamu, a felszíni illetve légköri albedó megváltozása.

Kiss Gabriella