Et første i sitt slag geoingeniøreksperiment er i ferd med å ta sitt første skritt

Harvard-forskere planlegger å lansere en ballong denne sommeren for å teste utstyret som trengs for de første geoingeniøreksperimentene i stratosfæren.

Cody Schroeder/Unsplash

av

• James Temple arkivside

19. februar 2021

Fanget inne i et langt glassrør i et laboratorium i første etasje ved Harvard University er en miniatyrkopi av stratosfæren.

Da jeg besøkte Frank Keutsch høsten 2019, fulgte han meg ned til laboratoriet, der røret, pakket inn i grå isolasjon, gikk langs en benk i det bakre hjørnet. Ved å fylle den med den riktige kombinasjonen av gasser, ved spesielle temperaturer og trykk, hadde Keutsch og kollegene hans simulert forholdene rundt 20 kilometer over jordens overflate.

Ved å teste hvordan ulike kjemikalier reagerer i denne forsjeldne luften, håpet teamet å gjennomføre en grov test av et kontroversielt opplegg kjent som solar geoengineering, som tar sikte på å motvirke klimaendringer ved å sprøyte bittesmå partikler inn i stratosfæren for å reflektere mer av solens varme tilbake i rom.

Men er det som er i det røret virkelig slik stratosfæren er? spør Keutsch, professor i ingeniørfag, kjemi og atmosfærisk vitenskap, mens han gestikulerte mot det. Det er spørsmålet. Vi prøver å tenke på alt, men jeg vil påstå at du aldri helt vet.

Det er derfor han og andre forskere, inkludert Harvard-klimaforskeren David Keith, ønsker å flytte eksperimentene sine ut av leketøystratosfæren og opp til den virkelige. De håper å gjennomføre en rekke vitenskapelige ballongflyvninger , hvorav den første kan skytes opp fra Esrange Space Center i Kiruna, Sverige, så snart denne sommeren.

'Jeg håper seriøst at vi aldri kommer i en situasjon der dette faktisk må gjøres, for jeg synes fortsatt dette er et veldig skummelt konsept og noe vil gå galt.'

Frank Keutsch, hovedetterforsker av SCoPEx

Den første flyvningen vil ganske enkelt vurdere om flyets utstyr og programvare fungerer som det skal i stratosfæren, hvor temperaturene kan falle under -50 ˚C og trykket varierer fra en tidel til en tusendel av mengden ved havnivå. Men i påfølgende lanseringer håper forskerne å frigjøre små mengder av den slags partikler som kan spre sollys.

I en verden som reduserer utslippene av karbondioksid for sakte for å forhindre katastrofale klimaendringer, kan geoingeniørarbeid på solenergi kjøpe litt tid. Men å gjøre det i stor skala kan bety å rote med værmønstre for hele planeten. Effektene er uforutsigbare; noen steder kan de til og med være katastrofale.

I de kommende ukene vil derfor et uavhengig rådgivende utvalg som er å gjennomgå de juridiske, etiske og miljømessige spørsmålene rundt prosjektet forventes å avgjøre om forskningsgruppen skal fortsette med den første flyturen. Komiteen vil også måtte avgjøre før flyreiser som faktisk frigir materiale, og bestemme hvilke skritt forskningsteamet bør eller må ta for å kommunisere med publikum og regulatorer.

Hvis disse lanseringene blir godkjent - og det er fortsatt et stort hvis - vil de være de første geoingeniøreksperimentene i stratosfæren. Men før ballongene i det hele tatt har forlatt bakken, er de får allerede kritikk .

For farlig å bruke

Ideen om å kjøle ned planeten ved å spre partikler i atmosfæren, dempe sollys og kompensere for noe av oppvarmingen drevet av klimagassutslipp, har en presedens: naturen gjør det allerede.

Store vulkanutbrudd som Pinatubo-fjellet i 1991 har spydd ut millioner av tonn svoveldioksid i luften, og deprimert globale temperaturer i årene som fulgte. Svoveldioksidet som slippes ut fra kullanlegg og skip produserer også målbare kjøleeffekter.

For noen kritikere er det hensynsløst å gjøre dette bevisst som et tiltak mot klimaendringer til og med å tenke på, enn si eksperimentere med. Noen studier har funnet ut at solenergi-geoteknikk kan endre nedbørsmønstrene betydelig og kutte noen avling. på enkelte steder . På den andre siden, annen papirer har konkludert med at miljøbivirkningene kan være små så lenge geoengineering gjøres på en moderat måte .

Men all forskning som er gjort til dags dato, med noen små unntak , har blitt utført i datamodeller eller laboratorieeksperimenter. Så Keutsch og hans kolleger hevder at ballongforsøkene deres er et kritisk neste skritt.

Grunnideen for deres såkalte SCoPEx-eksperimenter, først foreslått tilbake i 2014 , er å skyte ut en ballong, utstyrt med propeller og sensorer, som vil frigjøre opptil to kilo partikler på undermikrometerstørrelse i en omtrent kilometer lang sky. Et kommersielt passasjerfly pumper ut lignende mengder materiale hvert minutt, Keith bemerker .

Deretter slo ballongen rundt og sakte sikksakk gjennom skyen fra motsatt retning. Sensorene vil forsøke å måle hvor bredt partiklene sprer seg, hvordan de samhandler med andre forbindelser, og hvor mye sollys de reflekterer.

GJENNOMFØRT FRA SCOPEX

Uansett hva de fant kunne mates tilbake til datamodeller, noe som forbedrer vår forståelse av hva som sprayes hundretusener til millioner av tonn av materiale kan gjøre.

På dette tidspunktet håper teamet å gjennomføre en serie flyvninger over en årrekke. Til å begynne med har de tenkt å frigjøre et fint støv av kalsiumkarbonat - den viktigste ingrediensen i kritt - men til slutt vil forskerne teste andre materialer, sannsynligvis inkludert svovelsyre (som er et biprodukt av svoveldioksidet som frigjøres fra vulkaner).

Men noen frykter at selv disse begrensede eksperimentene er et skritt for langt.

Wil Burns, meddirektør for Institute for Carbon Removal Law & Policy ved American University, mener det bør være et forsøk på å oppnå en slags global konsensus om hvorvidt samfunnet noen gang bør bruke et slikt verktøy før utendørseksperimenter går i gang.

Men for ham er svaret nei: Miljøpåvirkningene er ukjente. Utfordringene med å styre et slikt verktøy er enorme - et enkelt land kan utføre solenergi-geoteknikk på egen hånd, men alle land vil bli berørt. Og fremtidige generasjoner kan bli tvunget til å håndtere effektene i hundrevis av år. Han legger til at vi ikke kan vite hva det virkelig vil gjøre på planetarisk skala før det er fullt ut distribuert - og på det tidspunktet vil vi sitte fast med tørke eller andre farer til effektene avtar.

Noen miljøgrupper og geoingeniørkritikere oppfordrer myndighetspersoner i Sverige, der den første SCoPEx-flyvningen skulle starte, og sjefene for Swedish Space Corporation, som skulle administrere dem, om å motsette seg eksperimentene. De hevder ikke at forskningen i seg selv utgjør miljørisiko, men at den skaper en glidende skråning mot normalisering og utplassering av et farlig og kraftig verktøy.

Solar geoengineering er en teknologi med potensial for ekstreme konsekvenser, og skiller seg ut som farlig, uforutsigbar og uhåndterlig, heter det i et brev utstedt av Greenpeace Sverige, Biofuelwatch og andre grupper. Det er ingen begrunnelse for å teste og eksperimentere med teknologi som ser ut til å være for farlig til å bli brukt.

Den motvillige forskeren

Keutsch sier at det er en svært gyldig frykt at geoengineering-eksperimenter kan gjøre eventuell bruk av teknologien mer sannsynlig. Som han fortalte meg under et intervju på kontoret hans, mener han selv geoengineering er feil måte å håndtere klimaendringer på. Han sammenlignet det med opiater som lindrer akutte smerter, men som fører til andre problemer som avhengighet. Den langt tryggere og mer effektive løsningen ville være å raskt redusere klimagassutslippene.

Men, frykter han, klimaendringene er så langt på vei og så sannsynlig at de blir så forstyrrende at en eller annen desperat nasjon kan gå videre med geoengineering uansett. En tidligere Harvard-studie funnet at kostnadene ved å utvikle og fly en flåte av spesialiserte fly for å gjøre jobben vil koste så lite som 2 milliarder dollar i året, og sette den innenfor økonomisk rekkevidde for mange land.

Siden det er det eneste verktøyet som kan utgjøre noen reell forskjell for globale temperaturer i løpet av en politisk periode, kan det bli et utrolig forførende alternativ i nasjoner som lider gjennom dødelige hetebølger, tørker, hungersnød, branner eller flom. Å bruke det uten tilstrekkelig forskning ville være veldig farlig, sier Keutsch.

Harvard-professor Frank Keutsch, hovedetterforsker av SCoPEx.

ELIZA GRINNELL, HARVARD SKOLE FOR INGENIØR OG ANVENDT VITENSKAP

Folk tror at fordi jeg driver med geoingeniørforskning, har jeg lyst til å drive med geoengineering, sier han. Mitt syn er faktisk veldig sterkt at jeg seriøst håper vi aldri kommer i en situasjon der dette faktisk må gjøres, fordi jeg fortsatt synes dette er et veldig skummelt konsept og at noe vil gå galt.

Men samtidig tror jeg det er veldig viktig å bedre forstå hva risikoen kan være, legger han til. Og jeg tror for den direkte forskningen jeg er mest interessert i, hvis det er en type materiale som kan redusere risikoen betydelig, tror jeg vi bør vite om dette.

Tilsyn

Teamet først håpet å begynne ballongflyvninger så tidlig som i 2018 i Tucson, Arizona, og deretter utforsket planene i New Mexico. De valgte å flytte den første innsatsen til Sverige på grunn av COVID-19 og andre logistikk- og planleggingsutfordringer, ifølge prosjektets nettside.

En del av forsinkelsen skyldtes Keutsch-teamets beslutning om å sette ned en uavhengig komité for å evaluere de etiske og juridiske konsekvensene av deres foreslåtte eksperimenter. De trengte ikke å ha en, siden forskningsinnsatsen ikke har noen føderal finansiering. (Faktisk, da prosjektet startet, der var ingen amerikansk føderal finansiering for geoingeniørforskning. Prosjektet går på interne Harvard-penger og donasjoner fra enkeltpersoner og grupper, inkludert Bill Gates , William og Flora Hewlett Foundation, Alfred P. Sloan Foundation, og andre .)

Men Jane Long, en tidligere assisterende direktør ved Lawrence Livermore National Laboratory, anbefalte sterkt at det opprettes en ekstern revisjonskomité. (Hun hjalp også til med å velge styrelederen.) Det var viktig for fremtiden til denne teknologien at de ikke blir sett på som dårlige forskere som stikker av for å gjøre et eksperiment uten gjennomgang, sier hun.

Long understreker at eksperimentene, som først foreslått, er svært småskala og usannsynlig å by på helse- eller miljøfarer. Men styret, sier hun, tvinger forskerne til å artikulere hva arbeidet er til for og å ta opp offentlige bekymringer.

Komiteen har allerede utgitt en rapport med forslag til hvordan forskerteamet bør kommunisere med publikum før flyreiser som slipper ut partikler. Blant annet, det anbefales s å lage en orienteringsbok for å forklare problemene og invitere folk som bor i nærheten av ballongenes flyvei til å delta i overveiende dialog om selve eksperimentet, så vel som styring av solenergi-geoingeniørforskning.

Likevel hevder Burns og andre at komiteen mangler noen avgjørende stemmer, inkludert kritikere av geoingeniørforskning og representanter fra fattigere land. Og han mener disse blinde flekker er tydelige i utvalgets første rapport. Den forutsetter, og viser på en måte en skjevhet, at vi bare gjør det offentlige engasjementet for å finne ut hvordan vi kan komme til neste trinn når det gjelder felteksperimenter – og det ser ut til å skape en slags forhåndskonklusjon når det gjelder hva vil skje og hva som bør skje, sier han.

Hva de kan lære

Keutschs team har allerede kjøre datasimuleringer utforske hvordan partiklene som frigjøres fra utstyret deres vil spre seg ut i luften. Hvis og når de begynner å teste dette på ordentlig, bør de være i stand til å måle mer nøyaktig hvordan flekker av kalsiumkarbonat eller svovelsyre sprer seg eller klumper seg sammen - en avgjørende test av hvor godt disse materialene kan fungere for geoengineering. Hvis partiklene er for store, vil de synke for raskt ut av stratosfæren, noe som krever flere materialer for å spre samme mengde sollys.

Et annet viktig spørsmål er hvordan partiklene vil reagere med andre kjemikalier i stratosfæren - spesielt kalsiumkarbonatet, siden det ikke forekommer der oppe naturlig.

GJENNOMFØRT FRA SCOPEX

Teamet valgte kalsiumkarbonat i stedet for sulfater av to grunner, sier Keutsch: sulfater spiser bort det beskyttende ozonlaget, og mens de har en avkjølende effekt på jordoverflaten, varmer de opp stratosfæren. Det kan røre opp værmønstre på måter som kan være vanskelig å forutse. Du prøver å stikke jordsystemet på måter som jeg ikke tror modellene våre er gode til å forutsi, sier han.

Kalsiumkarbonat kommer imidlertid med sine egne ukjente. Disse eksperimentene i glassrøret funnet at den ikke er spesielt reaktiv med forbindelsene den vil møte i stratosfæren. Men måten den samhandler med andre kjemikalier på i virkeligheten kan påvirke hvor mye ultrafiolett stråling som absorberes og hvor mye sollys som spres.

Observasjonene fra flyvningene kan bidra til å avgrense vår forståelse av hvor mye av disse materialene som kan være nødvendig for å senke globale temperaturer, hvilke risikoer det kan utgjøre å frigjøre dem – eller om det i det hele tatt vil fungere.

Men det vil fortsatt være reelle grenser for hva forskerne kan lære av bittesmå ballongeksperimenter. De vil ikke være i stand til å oppdage den langsiktige skjebnen til partikler som slippes ut i stratosfæren, fordi de raskt vil bli for tynne til å oppdage. Dessuten, erkjenner Keutsch, er det ganske enkelt noen ting som ikke kan vites før noen implementerer solenergi-geoteknikk i full skala.

Jordsystemet er så komplekst, sier han. Jeg tror ikke vi kan forutsi helt. Vi kan aldri være helt sikre på hva som kommer til å skje når du gjør dette.