Na obmedzenie globálneho otepľovania na 2 °C alebo 1,5 °C v porovnaní s predindustriálnymi úrovňami je popri prísnom znižovaní emisií potrebné rozsiahle nasadenie metód odstraňovania oxidu uhličitého (CDR). Potrebná preventívna kapacita CDR sa odhaduje na niekoľko sto GtCO2, čo by umožnilo škálovať nasadenie v prípade potreby a chrániť pred neočakávane vysokým otepľovaním v tomto storočí. Vzhľadom na vplyv CDR na systémy energia-voda-pôda, je dôležité zvážiť rôznorodé portfóliá zahŕňajúce suchozemské aj morské metódy. Patrí sem napríklad zalesňovanie/opätovné zalesňovanie (AR) a zvyšovanie zásaditosti oceánu (OAE). Výskum týchto metód a ich kombinácií v interaktívnom systéme Zeme je kľúčový.

CDR znižuje atmosférický CO2, čím prispieva k biogeochemickému ochladzovaniu. Spúšťa však aj komplexné spätne väzby medzi uhlíkom a klímou. Jedným z kľúčových efektov sú takzvané kompenzačné toky. Napríklad, keď sa zvýši suchozemský ponor uhlíka (napr. zalesňovaním), oceánsky ponor sa v porovnaní so scenárom bez CDR zníži, a naopak. Tieto kompenzačné toky spôsobujú, že efektívnosť odstraňovania (definovaná ako zníženie atmosférického uhlíka delené nárastom uhlíka v príslušnom ponore) je menej ako 100 %. Toto má dôležité dôsledky pre monitorovanie, vykazovanie a overovanie CDR.

Štúdia založená na dvoch modeloch Zemského systému (MPI-ESM a FOCI) so setupom 42 simulácií pre rôzne rozsahy AR (0-927 Mha) a OAE (0-18 Pmol) počas 21. storočia priniesla dôležité poznatky. Ukázalo sa, že globálne reakcie uhlíkových tokov sú lineárne, keď sa rôzne metódy CDR škálujú a/alebo kombinujú. To naznačuje, že efektívnosť CDR je necitlivá na množstvo aplikovaného CDR aj na zloženie portfólia CDR. Kombinácia metód, ktorá je výhodná pre diverzifikáciu rizík a dodržanie prahov udržateľnosti, teda neohrozuje efektívnosť jednotlivých aplikácií.

Pri škálovaní AR sa suchozemský uhlík (Cland) zvýšil lineárne (napr. zdvojnásobenie AR viedlo k takmer zdvojnásobeniu Cland), pričom jeho prírastok na 100 Mha bol relatívne necitlivý na množstvo aplikácie. Efektívnosť odstraňovania pre AR dosiahla v scenároch halfAR a AR 85 %. Podobne pri škálovaní OAE sa oceánsky uhlík (Cocean) zvýšil lineárne (zdvojnásobenie OAE viedlo k takmer zdvojnásobeniu Cocean), pričom prírastok na Pmol bol relatívne necitlivý na množstvo aplikácie v testovanom rozsahu (do 16 Pmol). Efektívnosť odstraňovania pre OAE bola mierne vyššia (86-87 %) ako pre AR, ale štúdia upozorňuje, že táto metrika viac odráža silu kompenzácie ako samotnú efektívnosť metódy.

Kombinácia AR a OAE vo scenároch Mixed a halfMixed tiež ukázala lineárne reakcie globálnych uhlíkových tokov. Zníženie atmosférického uhlíka (Catmo) bolo takmer súčtom efektov individuálnych metód. Toto naznačuje, že globálne existuje malá interakcia medzi AR a OAE, napriek potenciálnym biogeofyzikálnym vplyvom AR. Lineárnosť sa potvrdila aj pri škálovaní CDR metód v rámci portfólia (porovnanie halfMixed a Mixed). Nezdá sa, že by sa efektívnosť odstraňovania v prípade portfólia znížila.

Pokiaľ ide o zmierňovanie otepľovania, škálovanie a kombinovanie metód CDR viedlo k zhruba lineárnemu nárastu zmiernenia globálneho otepľovania. Napríklad, v scenároch halfAR a AR sa priemerná teplota v rokoch 2090-2099 znížila o 0,09 ± 0,1 °C a 0,2 ± 0,11 °C. V scenároch halfOAE a OAE dosiahlo zmiernenie otepľovania 0,14 ± 0,13 °C a 0,22 ± 0,12 °C. Kombinované scenáre halfMixed a Mixed ukázali zmiernenie otepľovania 0,20 ± 0,13 °C a 0,42 ± 0,14 °C. Je dôležité poznamenať, že na úrovni jednotlivých mriežok modelov nie je reakcia teploty lineárna, pretože do hry vstupujú komplexné nelineárne biogeofyzikálne a biogeochemické efekty.

Hoci globálne a regionálne uhlíkové toky vykazujú lineárnosť, pri zvažovaní odhadov na úrovni projektov je potrebná opatrnosť. Lokálne odchýlky od linearity existujú a sú silnejšie na súši, najmä v prípade AR, v dôsledku komplexných, nelineárnych miestnych a nemiestnych spätnoväzieb. Odhady sekvestrácie pre jednotlivé projekty zalesňovania založené na pevných hustotách uhlíka nemusia byť presné. Pre OAE je lokálna linearita výraznejšia v oblastiach hlavnej sekvestrácie. Napriek tomu modely naznačujú, že lineárne odhady by mohli byť užitočné pre hrubé aproximácie pri škálovaní OAE v reálnom živote, hoci si vyžadujú ďalšie experimentálne overenie.

Celkovo výsledky naznačujú väčšiu flexibilitu pri navrhovaní udržateľných portfólií CDR, ktoré zahŕňajú suchozemské aj morské metódy. Kombinácia metód neohrozuje globálnu efektívnosť odstraňovania jednotlivých aplikácií.

Táto štúdia predstavuje významný krok k pochopeniu dynamiky portfólií CDR. Budúce výskumy by mali ďalej potvrdzovať tieto výsledky s použitím širšieho spektra metód CDR a scenárov, aby sa preskúmali prípadné interakcie, ktoré by mohli linearitu ovplyvniť. JaroR

Štúdia uverejnená v časopise nature.com

Slovník kľúčových pojmov

• Afforestation/Reforestation (AR): Metóda odstraňovania oxidu uhličitého, ktorá zahŕňa výsadbu lesov na pozemkoch, ktoré predtým neboli zalesnené (afforestation), alebo opätovné zalesnenie pozemkov, kde lesy boli v minulosti (reforestation).
• Carbon Dioxide Removal (CDR): Techniky, ktoré odstraňujú oxid uhličitý (CO2) priamo z atmosféry a trvalo ho ukladajú.
• Carbon-climate feedbacks: Procesy, pri ktorých zmeny v koncentráciách CO2 v atmosfére ovplyvňujú klímu a tieto klimatické zmeny následne ovplyvňujú prirodzené toky uhlíka (napr. pohlcovanie uhlíka pôdou a oceánom).
• Catmo: Celkový obsah uhlíka v atmosfére.
• Cland: Celkový obsah uhlíka v pôde (vrátane vegetácie).
• Cocean: Celkový obsah uhlíka v oceáne.
• Compensating fluxes: Zmeny v prirodzených tokoch uhlíka (napr. medzi atmosférou a oceánom alebo atmosférou a pôdou), ktoré nastávajú ako reakcia na CDR a môžu kompenzovať pôvodné odstraňovanie CO2 z atmosféry.
• Earth System Models (ESM): Komplexné počítačové modely, ktoré simulujú interakcie medzi atmosférou, oceánom, pevninou a biosférou Zeme. Modely s vysokou komplexnosťou (High-complexity ESM) zahŕňajú podrobnejšie procesy a spätné väzby.
• Emission-driven simulations: Simulačné experimenty modelov, kde vstupom sú emisie skleníkových plynov (ako CO2) a model dynamicky vypočítava atmosférické koncentrácie a následné klimatické reakcie.
• Linearity: V kontexte tohto článku to znamená, že reakcia systému (napr. zmena uhlíka v zásobníku) je priamo úmerná veľkosti alebo kombinácii použitých zásahov CDR.
• Ocean Alkalinity Enhancement (OAE): Metóda odstraňovania oxidu uhličitého, ktorá zahŕňa pridávanie alkalických materiálov do oceánu s cieľom zvýšiť jeho schopnosť pohlcovať atmosférické CO2.
• Removal efficiency: Miera, do akej aplikácia CDR vedie k čistému zníženiu atmosférického uhlíka. V článku je definovaná ako zníženie atmosférického uhlíka delené nárastom uhlíka v pôde (pre AR) alebo v oceáne (pre OAE).
• SSP3-7.0: Jeden zo scenárov Shared Socioeconomic Pathways, ktorý predstavuje cestu s vysokými emisiami, vyznačujúcu sa pokračujúcim nárastom emisií skleníkových plynov počas 21. storočia.