طريقة مسؤولة للهندسة الجيولوجية للكوكب

يُمثّل تغير المناخ الذي يحركه الإنسان مشكلة عالمية عاجلة. ارتفعت تراكيز غازات الدفيئة بشكل ملحوظ في العصر الصناعي، وكذلك درجات الحرارة والحالات المُتطرفة والتأثيرات التي تتبعها. انتقلت التدخلات الجيولوجية، والتدخلات الواسعة النطاق في أنظمة الأرض، من الخيال العلمي إلى الأبحاث الجادة والمناقشة السياسية والقليل من المشاريع الحقيقية. يشرح هذا المقال ماهية الهندسة الجيولوجية، ويبحث في نطاقها وتاريخها، ويلخص أساليبها الرئيسية (واستخداماتها الواقعية)، ويقيّم جدواها الاقتصادية، ويصف الخلافات والمخاطر حولها، وأكثر أهمية من ذلك- ما هي منهجية الهندسة الجيولوجية التي تتسم بالمسؤولية.

سحابة رماد عملاقة من ثوران جبل بيناتوبو عام 1991، ترتفع فوق المزارع والأراضي الزراعية في الفلبين

1. تعريف الهندسة الجيولوجية.

تُعرّف الهندسة الجيولوجية (التي تسمى غالباً هندسة المناخ) على أنها التلاعب المتعمد على نطاق واسع بالبيئة الكوكبية لمواجهة تغير المناخ الناجم عن الإنسان. وفي تقرير عام 2009، أطّرت الجمعية الملكية المؤثرة الهندسة الجيولوجية ضمن فئتين عريضتين: (أ) إزالة ثاني أكسيد الكربون (Carbon Dioxide Removal CDR)، والتي تسعى إلى تقليل تراكيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي عن طريق إزالة CO₂، و (ب) تعديل الإشعاع الشمسي / الإدارة (Solar Radiation Modification/ Management SRM)، التي تسعى إلى انعكاس ضوء الشمس لتقليل الاحتباس الحراري.

التعاريف القصيرة الرئيسية:

• CDR: التقنيات التي تزيل CO₂من الغلاف الجوي وتُخزّنه بشكل دائم (مثال: Afforestation، الطاقة الحيوية مع التقاط الكربون وتخزينه (BECCS)، التجوية المُعززة، التقاط الهواء المباشر(DAC) ، الفحم الحيوي Biochar).

• SRM(تسمى أيضاً تعديل الإشعاع الشمسي - SRM): يغير التوازن الإشعاعي للأرض (أمثلة: حقن الهباء الجوي الستراتوسفيري، تفتيح السحابة البحرية، تعديل بياض السطح). عادةً ما يبرد SRMبسرعة ولكن لا يزيل CO₂- أو يعالج تحمض المحيط.

مجال الهندسة الجيولوجية.

يتراوح مجال الهندسة الجيولوجية من التدخلات المحلية المتواضعة (على سبيل المثال، تغييرات البياض في المناطق الحضرية، وزرع البذور السحابيية لتعزيز هطول الأمطار) إلى مخططات على نطاق الكواكب (على سبيل المثال، حقن الدقائق العاكسة في الستراتوسفير). إنه يمتد من حلول "قائمة على الطبيعة" (الغابات، وكربون التربة) إلى الحلول التكنولوجية الهندسية (DAC، BECCS) وحتى التلاعب في الغلاف الجوي والمحيطات (الهباء الستراتوسفيري، الإخصاب في المحيط). لذلك يجب أن تنظر سياسة الهندسة الجيولوجية الفعالة في التأثيرات المتعددة القياس: النظم الإيكولوجية المحلية، وأنماط هطول الأمطار الإقليمية، ودرجة الحرارة العالمية، وكيمياء المحيطات، والعدالة الاجتماعية والاقتصادية، والأنظمة القانونية/التنظيمية، والأمن الدولي.

تاريخ تطور الهندسة الجيولوجية (العقود الأخيرة).

• 1940s - 1970s: تجربة زرع بذور السحابة وتجربة تعديل الطقس المحلي.

• الثمانينات – 2000s: وضّح علم المناخ المتنامي الاحترار البشري المنشأ؛ تزايد أفكار التجارب حول التدخلات الكوكبية.

• 2000-2010s: المراجعة الرسمية والتصنيف (الجمعية الملكية 2009)، دراسات النمذجة المبكرة لحقن الهباء الجوي الستراتوسفيري ولمعان السحابة البحرية، ونضج مفاهيم CDR(الفحم الحيوي، BECCS، التجوية المحسنة، النماذج الأولية DAC).

• 2010 - 2020s: تم إطلاق المشاريع التجريبية ونباتات DAC التجارية (على سبيل المثال، مشاريع HinwilوORCA ومنشآت توضيح هندسة الكربون من Climeworks). كما تسارعت التقييمات الكبيرة متعددة التخصصات (تقارير الأكاديميات الوطنية عن CDR CDR، وتقييمات IPCC) ومناقشات الحوكمة.

الحقول والمواضيع داخل الهندسة الجيولوجية.

تشمل أبحاث الهندسة الجيولوجية تخصصات متعددة: فيزياء الغلاف الجوي (تفاعلات الهباء الجوي مع السحب)، وعلم المحيطات (قلوية المحيطات، والتسميد)، والكيمياء الحيوية الجيولوجية (دورة الكربون وعزله)، والهندسة (أنظمة التحكم الرقمي بالكربون، والبنية التحتية للتخزين)، وعلم البيئة (تأثيرات استخدام الأراضي والتنوع البيولوجي)، والاقتصاد (التكاليف، والأسواق)، والقانون والحوكمة (القانون الدولي، والمسؤولية)، والعلوم الاجتماعية (الأخلاق، والإدراك العام)، ودراسات الأمن (الجغرافيا السياسية للعمل الأحادي). تشمل موضوعات البحث النموذجية: تطوير مسار إزالة ثاني أكسيد الكربون والتحقق منه؛ ونمذجة المناخ وتحليل الآثار الجانبية لإدارة الإشعاع الشمسي؛ وأطر الحوكمة والقانون الدولي؛ ومعايير الرصد والإبلاغ والتحقق (MRV) لعمليات الإزالة؛ والآليات الاقتصادية (أسواق إزالة ثاني أكسيد الكربون، والدعم المالي).

2. الهندسة الجيولوجية وتغير المناخ: لماذا نفكر فيها؟

هناك حقيقتان تدفعان إلى الاهتمام بالهندسة الجيولوجية: (أ) استمرار ارتفاع تراكيزا غازات الاحتباس الحراري عالمياً (على سبيل المثال، تجاوز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي حوالي 420جزءاً في المليون في السنوات الأخيرة)، و(ب) مسارات التخفيف الحالية غير الكافية للحد بشكل موثوق من الاحترار إلى 2.0-1.5 درجة مئوية دون عمليات إزالة واسعة النطاق. على سبيل المثال، أفادت الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) وشبكات الرصد الأخرى بتراكيز ثاني أكسيد الكربون في نطاق 426-419 جزءاً في المليون تقريباً في السنوات الأخيرة. تُقدر الأكاديميات الوطنية والهيئات الأخرى أنه في ظل العديد من المسارات لتحقيق أهداف باريس، قد تكون هناك حاجة إلى إزالة حوالي 10 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً بحلول منتصف القرن - وهو ما يفوق بكثير معدلات الإزالة الحالية.

الأرقام الرئيسية: تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي العالمي ≈ 426-419 جزءاً في المليون (أحدث عمليات الرصد). تقديرات الحاجة لإزالة ثاني أكسيد الكربون: حوالي 8-10 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً بحلول عام 2050، وترتفع إلى نحو 20 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً بحلول نهاية.

التطبيقات المحتملة للهندسة الجيولوجية.

خيارات إزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR).

• خيارات قائمة على الطبيعة: التشجير/إعادة التشجير، وتحسين إدارة الغابات/التربة، واستعادة الأراضي الرطبة والكربون الأزرق الساحلي (أشجار المانغروف، والأعشاب البحرية). تُعد هذه الحلول منخفضة التكلفة نسبياً للطن، ولكنها محدودة بتأثيرات الأرض، والديمومة، والتأثيرات غير المناخية.

زراعة الأشجار هي وسيلة طبيعية لإزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي؛ ومع ذلك، قد يكون التأثير مؤقتاً فقط في بعض الحالات

• خيارات هندسية: التقاط الهواء المباشر (DAC) مع التخزين الجيولوجي، وBECCS (الطاقة الحيوية بالإضافة إلى CCS)، والتجوية المُعززة (نشر صخور السيليكات المسحوقة لسحب ثاني أكسيد الكربون)، والفحم الحيوي (تحلُّل الكتلة الحيوية بالحرارة إلى كربون مستقر)، والتمعدن. يستهلك التقاط الهواء المباشر طاقة كبيرة ولكنه قابل للقياس ومستدام.

خيارات تعديل الإشعاع الشمسي (SRM).

• حقن الهباء الجوي الستراتوسفيري (SAI): حقن الهباء الجوي العاكس (مثل الكبريتات) في طبقة الستراتوسفير لعكس ضوء الشمس وتبريد الكوكب بسرعة. تبريد سريع نظرياً، ولكنه ينطوي على مخاطر على أنماط هطول الأمطار وطبقة الأوزون، و"صدمة الإنهاء" في حال توقفه فجأة.

• تفتيح السحب البحرية (MCB): زيادة انعكاسية السحب البحرية المنخفضة لعكس المزيد من ضوء الشمس إقليمياً (رذاذ السفن).

تفتيح السحب البحرية

تعديل مقترح للإشعاع الشمسي باستخدام بالون مربوط لحقن رذاذ الكبريتات في طبقة الستراتوسفير

يهدف رش ملح البحر إلى تحفيز تكوين سحابة جديدة مع البيتلو العالية

• تعديل بياض السطح: زيادة انعكاسية الأسطح (أسطح المدن والصحاري). تأثير أقل ومخاطر عالمية أقل.

تعديل بياض السطح

توضيح بواسطة الذكاء الاصطناعي مع ملايين المظلات القابلة للتعديل من 1 كم مربع في المدار وتتألف من مادة Kaptonمغطاة بطبقة عاكسة

الاستخدامات الواقعية/القريبة: ورع البذور في السحب (تحسين هطول الأمطار محلياً)، وبرامج تشجير واسعة النطاق، ومحطات تجريبية لتعديل انعكاسات الغلاف الجوي مع تخزين جيولوجي، ومشاريع بياض حضرية.

التطبيقات الواقعية (المطبقة، والتجارب، والأمثلة العملية).

أ. زرع البذور في السحب (تعديل الطقس)- يُطبق منذ منتصف القرن العشرين في العديد من المناطق (الولايات المتحدة الأمريكية، والصين، والهند). تشير الأدلة إلى زيادات طفيفة في هطول الأمطار (غالباً ما تُذكر زيادات تتراوح بين 5% و15% في بعض الحالات، حسب الظروف)؛ تُدير الصين برامج واسعة النطاق لزرع البذور في السحب للتخفيف من آثار الجفاف وإدارة أحداثه. مثال: مشاريع زرع البذور في السحب الشتوية التي تُوفر زيادة في تساقط الثلوج لإمدادات المياه ومنتجعات التزلج.

ب. التشجير وإزالة ثاني أكسيد الكربون المستندة إلى الطبيعة - مشاريع واسعة النطاق لإعادة التشجير والترميم (وطنية وأخرى بقيادة منظمات غير حكومية). تكاليف الطن منخفضة نسبياً (تُقدَّر عادةً بعشرات الدولارات لكل طن من ثاني أكسيد الكربون في بعض المشاريع)، إلا أن الاستمرارية والمنافسة على الأراضي تُشكلان عائقين.

ت. محطات الالتقاط المباشر للهواء (DAC) التجريبية والتجارية - تمتلك كل من Climeworks(هينويل، أوركا في أيسلندا) وCarbon Engineering محطات تجريبية عاملة تلتقط ما بين مئات وآلاف الأطنان سنوياً. معظم محطات الالتقاط المباشر للهواء الحالية صغيرة الحجم ومكلفة (تتراوح تكلفتها بين مئات وألف دولار أمريكي لكل طن من ثاني أكسيد الكربون حسب التوضُّع)، إلا أن هذه المشاريع تُظهر جدواها الفنية وتخزينها المستدام من خلال التمعدن أو الحقن الجيولوجي. الصورة:

3. مشاكل كوكبية قد تُسهم الهندسة الجيولوجية في حلها.

أ. فائض ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي والاحترار طويل الأمد - يُمكن لتقنية إزالة ثاني أكسيد الكربون (CDR) أن تُقلّل من التراكيز، وبالتالي تُقلل من تأثير درجات الحرارة طويل الأمد، وتُعيد جزئياً حالة مخاطر مسار ثاني أكسيد الكربون الذي كان قائماً قبل عصر الصناعة. يتطلب الأمر نطاقاً كبيراً (عدة غيغا طن سنوياً) لتحقيق أهداف باريس في العديد من المسارات المُصممة.

ب. الاحترار السريع على المدى القريب والظواهر المناخية المتطرفة - يُمكن لتقنية إدارة الإشعاع الشمسي (SRM) أن تُخفض متوسط

درجات الحرارة العالمية بسرعة، وقد تُخفف مؤقتاً من بعض الظواهر المناخية المتطرفة (موجات الحر)، مما يُتيح وقتاً للتخفيف والتكيُّف. إلا أن تقنية إدارة الإشعاع الشمسي لا تُعالج حموضة المحيطات، وتُشكل مخاطر على هطول الأمطار والمناخات الإقليمية.

ت. مخاطر المياه والأمن الإقليمية - يُمكن للتدخلات المُستهدفة (مثل زرع البذور في السحب، واستعادة مستجمعات المياه) أن تُعزّز توافر المياه محلياً أو تُقلّل من أضرار البَرَد. تُعدّ هذه الحلول أصغر نطاقاً وتُستخدم بالفعل في العديد من الأماكن.

ث. حموضة المحيطات - يُمكن أن تُقلل إزالة ثاني أكسيد الكربون (وخفض الانبعاثات) وحدها مباشرةً من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، وبالتالي من الحموضة؛ بينما لا يُمكن لإدارة الإشعاع الشمسي إصلاحها. تستهدف مناهج مثل تعزيز قلوية المحيطات كيمياء المحيطات مباشرةً، ولكنها ما تزال ناشئة وتتطلب تقييماً للمخاطر البيئية.

التطبيقات المُحققة للهندسة الجيولوجية (ملخص).

• تعديل الطقس/زرع البذور في السحب - مُطبق في العديد من السلطات القضائية لعقود (هطول الأمطار المحلي، قمع البَرَد). يعتمد دليل الفعالية على السياق، وقد يكون محل خلاف في بعض الأحيان.

• إزالة ثاني أكسيد الكربون القائمة على الطبيعة - مشاريع واسعة النطاق للتشجير/إدارة كربون التربة ذات أبعاد قابلة للقياس ولكنها محدودة وقابلة للتوسع، بالإضافة إلى مخاوف بشأن الاستمرارية.

• محطات تجريبية لتنقية الهواء من الكربون (DAC) ومشاريع تجارية صغيرة- تُثبت صحة السلسلة التقنية (التقاط الهواء ←التركيز ← التخزين/الاستخدام) على نطاق صغير. لا تزال التكاليف مرتفعة، ويتطلب التوسع المويد من رأس مال والطاقة.

4. جدوى مناهج وطرائق الهندسة الجيولوجية.

جدوى إزالة ثاني أكسيد الكربون,

• تُعدّ المناهج القائمة على الطبيعة مجدية تقنياً الآن وفعالة من حيث التكلفة على نطاق صغير إلى متوسط، ولكنها مقيدة بظروف الأرض والاستخدامات المتنافسة والاستدامة.

• تُعدّ المناهج الهندسية (مثل تقنية إزالة الكربون المباشر، والتجوية المُعزّزة، وتقنية امتصاص الكربون الحيوي مع التقاط الكربون وتخزينه) مجدية تقنياً من حيث المبدأ. وقد تم إثبات فعالية تقنية إزالة الكربون المباشر على نطاق صغير، لكن تكاليفها تتفاوت على نطاق واسع. تُقدّر وكالة الطاقة الدولية وجهات أخرى أنظمة إزالة الكربون المباشر الأولى من نوعها بعدة مئات من الدولارات الأمريكية لكل طن من ثاني أكسيد الكربون، على الرغم من أن تكاليف التشغيل الأخيرة التي أبلغت عنها الشركات والباحثون تتفاوت بشكل كبير (بعض المحطات تُسعّر بأكثر من 1000 دولار أمريكي للطن؛ وتُشير دراسات الصناعة والنمذجة إلى نطاقات تكلفة طويلة الأجل تتراوح بين 100 و700 دولار أمريكي للطن تقريباً، وذلك حسب الحجم ومصدر الطاقة والافتراضات). يؤثر كل من إمدادات الطاقة وتوافر الطاقة منخفضة الكربون تأثيراً كبيراً على جدوى التنفيذ وانبعاثات دورة الحياة. يُعدّ التوسع إلى مستوى الغيغا طن سنوياً مشروعاً صناعياً ضخماً يتطلب بنية تحتية وطاقة وتمويلاً ومراقبة دقيقة.

جدوى إدارة الإشعاع الشمسي.

• تُظهر النمذجة أن إدارة الإشعاع الشمسي (مثل حقن الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير) يمكن أن تُخفّض متوسط

درجة الحرارة العالمية بسرعة نسبية وبتكلفة تشغيلية مباشرة منخفضة مقارنةً بـ DACعلى نطاق واسع. ومع ذلك، فإن الجدوى محدودة بسبب عدم اليقين في استجابات المناخ الإقليمية، والآثار الجانبية (التغيرات في هطول الأمطار، وكيمياء الأوزون)، والحوكمة (من يقرر)، ومخاطر "صدمة الإنهاء" في حال توقف النشر فجأة. كما توجد تحديات تكنولوجية وأخرى تتعلق بالتنفيذ (كيفية إطلاق الهباء الجوي بأمان، وعمر جسيمات الهباء، واختيار المواد). وبالتالي، تتمتع إدارة الإشعاع الشمسي بجدوى فنية عالية لإنتاج التبريد، إلا أن جدواها المجتمعية غير مؤكدة للغاية بسبب المخاطر ومشاكل الحوكمة.

الجدوى الاقتصادية.

• ينطوي حجم إزالة ثاني أكسيد الكربون المطلوب تكلفةً باهظة: تتفاوت تقديرات إزالة ثاني أكسيد الكربون على المدى الطويل على نطاق المليار طن تفاوتاً كبيراً، لكن العديد من التقييمات الموثوقة تُقدّر التكاليف الواقعية على المدى الطويل بما يتراوح بين بضع مئات من الدولارات وعدة مئات من الدولارات لكل طن من ثاني أكسيد الكربون (تُبلِغ بعض المحطات العاملة حالياً عن تكاليف حالية أعلى بكثير). تشير توقعات السوق إلى نمو سوق إزالة الكربون من بضعة مليارات من الدولارات اليوم إلى عشرات المليارات أو ما يقارب من 100مليار دولار سنوياً في سيناريو الطلب المرتفع بحلول عام 2035-2030 - ولكن هذا يتطلب سياسات ومعايير للتوسع.

الجدل والنقاشات حول الهندسة الجيولوجية.

أ. الخطر الأخلاقي/ردع التخفيف- يخشى المنتقدون من أن تستخدم الجهات الفاعلة إدارة الإشعاع الشمسي وتكاليف إزالة ثاني أكسيد الكربون الباهظة الثمن لتأخير خفض الانبعاثات (مشكلة "لماذا الخفض؟"). يؤكد المؤيدون أن الهندسة الجيولوجية ليست بديلاً عن التخفيف، بل يمكن أن تكون مُكمّلاً له عند استخدامه بمسؤولية.

ب. الحوكمة والجغرافيا السياسية- قد يؤدي تطبيق إدارة الإشعاع الشمسي من جانب واحد من قِبل جهة فاعلة واحدة إلى تغيير أنماط الطقس وهطول الأمطار في أماكن أخرى، مما يُؤدي إلى صراع دولي ومسؤولية قانونية. من يقرر بدء أو إيقاف أو تعديل إدارة الإشعاع الشمسي؟ القانون الدولي الحالي جزئي وغير كافٍ؛ ولا توجد آليات حوكمة فعّالة حتى الآن.

ت. المخاطر البيئية - تشمل مخاطر إدارة الإشعاع الشمسي تغيرات هطول الأمطار، والتأثيرات على أنظمة الرياح الموسمية، واحتمال استنفاد الأوزون (بالنسبة للهباء الجوي الكبريتي)، والآثار البيئية. تحمل بعض أفكار الحد من ثاني أكسيد الكربون القائمة على المحيطات (مثل التسميد بالحديد) مخاطر على النظم البيئية البحرية، وهي مقيدة فعلياً في أطر حوكمة المحيطات.

ث. الإنصاف والعدالة - تنطوي الهندسة الجيولوجية على مخاطر توزيعية: فقد تتحمل المجتمعات الضعيفة آثاراً سلبية غير متناسبة، بينما تجني الجهات الفاعلة الأكثر ثراءً فوائد. الحوكمة الشاملة والتشاركية ضرورية.

ج. عدم اليقين بشأن الفعالية والتحقق- بعض الطرائق سهلة التحقق (كميات التقاط الكربون)، بينما تواجه طرائق أخرى (كربون التربة، قلوية المحيطات) تحديات في المراقبة والاستدامة. تُعد أنظمة القياس والإبلاغ والتحقق الدقيقة ضرورية لحساب الكربون بشكل نزيه.

5. الطريقة المسؤولة للهندسة الجيولوجية للكوكب.

يُقر النهج المسؤول بأن الهندسة الجيولوجية هي مجموعة من الأدوات المحتملة - وليست حلولاً سحرية – وأنها تتطلب مساراً احترازياً، وتدريجياً، وشفافاً، وشاملاً، وقائماً على الأدلة. فيما يلي مبادئ عملية وخطوات عملية.

المبادئ.

أ. خفض الانبعاثات أولاً - التخفيف الصارم (إزالة الكربون بسرعة) هو الأولوية الأخلاقية والعملية. الهندسة الجيولوجية ليست بديلاً. ويجب عدم استخدام إدارة الإشعاع الشمسي كذريعة لتأخير خفض الانبعاثات.

ب. إعطاء الأولوية لإزالة ثاني أكسيد الكربون منخفض المخاطر على إدارة الإشعاع الشمسي - توسيع نطاق إزالة ثاني أكسيد الكربون المستندة إلى الطبيعة والهندسية التي تزيل ثاني أكسيد الكربون وتعالج تحمض المحيطات؛ فهذه تُقلّل من السبب الجذري. تنطوي إدارة الإشعاع الشمسي على مخاطر منظوماتية أعلى، ويجب التعامل معها كدعم طارئ بدلاً من كونها سياسة روتينية.

ت. الحوكمة والشفافية والتعددية- ينبغي على المؤسسات الدولية (هيئات الأمم المتحدة، ومنتدى أصحاب المصلحة المتعددين) وضع قواعد للبحث والتجارب الميدانية ونشرها، مع آليات للإنصاف والمسؤولية. لا نشر عالمي أحادي الجانب لإدارة الإشعاع الشمسي دون اتفاق دولي واسع النطاق.

ث. بحث تدريجي مع ضمانات صارمة - يسمح بإجراء تجارب على نطاق صغير ومجهزة تجهيزاً جيداً مع مراجعة مستقلة وتقييم بيئي وموافقة محلية؛ وتجنب التجارب واسعة النطاق التي قد تُحدث تغييراً لا رجعة فيه.

ج. الرصد الشامل، والقياس والإبلاغ والتحقق، والبيانات المفتوحة - يجب على جميع المشاريع (أبحاث CDRوSRM) نشر الأساليب والبيانات وبروتوكولات التحقق المستقلة. هذا يبني الثقة ويُمكّن من إجراء تقييمات علمية.

ح. العدالة والشمول - إشراك أصوات من دول الجنوب العالمي، والشعوب الأصلية، والمجتمعات الضعيفة في صنع القرار؛ ومراعاة الآثار التوزيعية وآليات التعويض عن الأضرار.

خ. المحظورات والخطوط الحمراء - يجب أن تظل بعض التدخلات (تخصيب المحيطات على نطاق واسع، والنشر الميداني غير المنظم لـ SRM) مقيدة حتى يتم حل المخاطر والحوكمة.

خارطة الطريق التشغيلية (الخطوات العملية).

أ. التخفيف الفوري من آثار تغير المناخ على نطاق واسع (الطاقة المتجددة، والكفاءة، وضوابط الميثان) - هذا يُقلّل من الاعتماد على أي خيار من خيارات الهندسة الجيولوجية.

ب. تسريع عملية إزالة ثاني أكسيد الكربون المستندة إلى الطبيعة على نطاق مناسب بيئياً (إعادة التشجير مع ضمانات التنوع البيولوجي، وممارسات كربون التربة، والكربون الأزرق الساحلي) مع نظام قوي للقياس والإبلاغ والتحقق، وحماية من الاستيلاء على الأراضي.

ت. الاستثمار في البحث والتطوير الهندسي لاسترداد ثاني أكسيد الكربون (CDR) والنشر المبكر (DAC، والتمعدن، وBECCS) مع ضمان إمدادات الطاقة منخفضة الكربون واحتساب دورة الحياة. توفير تمويل عام مُستهدف وعمليات شراء لتعزيز التعلُّم وخفض التكاليف. يجب أن يشمل الدعم الاقتصادي ضمانات ضد الحوافز غير النزيهة.

ث. إرساء حوكمة بحثية دولية لإدارة الإشعاع الشمسي- السماح فقط بتجارب ميدانية صغيرة ومنخفضة المخاطر بموجب بروتوكولات متفق عليها دولياً؛ وإنشاء هيئة استشارية علمية لإدارة الإشعاع الشمسي بموجب اتفاقية الأمم المتحدة الإطارية بشأن تغير المناخ أو أي آلية متعددة الأطراف أخرى مناسبة.

ج. تطوير أدوات قانونية ومالية - قواعد المسؤولية، ومجموعات التأمين، وصناديق التعويض، والمعايير الدولية لائتمانات استرداد ثاني أكسيد الكربون لمنع التضليل البيئي وضمان النزاهة.

ح. المشاركة العامة والشفافية - تمويل أبحاث العلوم الاجتماعية، والحوارات العامة، والتقارير المتاحة حتى تتمكن المجتمعات من اتخاذ خيارات مدروسة.

مثال عملي - نشر DAC بمسؤولية: دعم مشاريع DACالتجريبية بتمويل عام وعقود مشتريات مرتبطة بنظام صارم للرصد والإبلاغ والتحقق والتحقق من التخزين الجيولوجي والتحقق الإلزامي؛ وضمان الإضافة (فعمليات الإزالة لم تكن لتتم لولا العقد)، وتقديم حوافز تدريجية لخفض التكاليف مع منع DACمن دعم استخدام الوقود الأحفوري.

الاقتصاد والبيانات العددية (أرقام مختارة).

• ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي: تراوحت الملاحظات الأخيرة بين 419 و426 جزءاً في المليون تقريباً (الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي/مونا لوا والمتوسطات العالمية؛ وتختلف القيم من سنة لأخرى).

• تقديرات الحاجة إلى إزالة ثاني أكسيد الكربون: تشير الأكاديميات الوطنية وغيرها من التقييمات الرئيسية إلى حوالي 10 غيغا طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً بحلول منتصف القرن في العديد من سيناريوهات التخفيف (بعض المسارات تتطلب المزيد). ولا تمثل إزالة ثاني أكسيد الكربون العالمية الحالية سوى جزء ضئيل من ذلك.

• تكاليف إزالة ثاني أكسيد الكربون (المدى وعدم اليقين): تتفاوت التقديرات بشكل كبير - مشاريع FOAK(الأولى من نوعها): تتراوح بين مئات وآلاف الدولارات الأمريكية لكل طن من ثاني أكسيد الكربون؛ غالباً ما تُذكر التكاليف النموذجية طويلة الأجل على نطاق واسع في نطاق يتراوح بين 100 و700 دولار أمريكي لكل طن من ثاني أكسيد الكربون، وذلك حسب التكنولوجيا ومدخلات الطاقة وافتراضات النشر. وقد حددت بعض المحطات التشغيلية أسعاراً تزيد عن 1000 دولار أمريكي لكل طن للمشاريع الصغيرة المبكرة؛ وسيتطلب النشر الكبير تخفيضات في التكاليف.

• إمكانات السوق: يتوقع المحللون أن تنمو أسواق إزالة ثاني أكسيد الكربون من حوالي 2- 3 مليارات دولار أمريكي في عام 2023 إلى ما يصل إلى حوالي 100 مليار دولار أمريكي سنوياً في ظل الظروف المواتية بحلول عام 2030-2035، وذلك رهناً بالمعايير والطلب.

6. الحوكمة والاعتبارات القانونية والأخلاقية.

بما أن الهندسة الجيولوجية تتجاوز الحدود وقد تؤثر بشكل غير متساوٍ على السكان، يجب أن تكون حوكمتها دولية وشفافة وتشاركية. تشمل العناصر الرئيسية ما يلي:

• حوكمة الأبحاث (بروتوكولات التجارب، والشفافية، والتقييم البيئي).

• حوكمة النشر (من يُصرّح بإدارة الإشعاع الشمسي على نطاق الكوكب؛ وعتبات التشغيل للاستخدام في حالات الطوارئ).

• أطر عمل للقياس والإبلاغ والتحقق لضمان سلامة إزالة الكربون، واعتمادات موحدة لتجنب الحساب المزدوج والتضليل البيئي.

• آليات المسؤولية والتعويض عن الأضرار العابرة للحدود.

• الرقابة الأخلاقية مع الاهتمام بالعدالة والإنصاف بين الأجيال.

تجري حالياً مناقشات سياسية ذات صلة في منتديات الأمم المتحدة، وفي الوكالات الوطنية (الوكالات البيئية والعلمية)، وفي مجموعات أصحاب المصلحة المتعددين. يُطالب العديد من الباحثين بنموذج حوكمة "تدريجية" حيث يُسمح بالبحث بموجب بروتوكولات صارمة، بينما يتطلب النشر اتفاقاً دولياً واسع النطاق.

7. مستقبل الهندسة الجيولوجية.

على المدى القريب (العقد القادم): يُتوقع توسع المشاريع التجريبية لخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (جهود توسيع نطاق التقاط الهواء المباشر، ومشاريع أكبر قائمة على الطبيعة مع تحسين آلية القياس والإبلاغ والتحقق)، واستمرار التجارب الميدانية صغيرة النطاق لإدارة الإشعاع الشمسي تحت إشراف صارم في عدد قليل من السلطات القضائية، وتزايد النقاش حول السياسات ووضع معايير لائتمانات إزالة الكربون. وستحدد أنماط الاستثمار وخيارات السياسات ما إذا كان خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون سيتسع نطاقه بتكلفة معقولة.

على المدى المتوسط إلى الطويل (2040-2100): إذا لم تُحقق تخفيضات الانبعاثات النتائج المرجوة، فقد يزداد الضغط من أجل عمليات إزالة أكثر فعالية وخيارات طارئة محتملة لإدارة الإشعاع الشمسي. يعتمد المسار طويل المدى على معدلات تعلُّم التكنولوجيا (خفض التكاليف)، والإرادة السياسية للتخفيف، والنجاح في إرساء حوكمة قوية. القبول الاجتماعي والسياسي لإدارة الإشعاع الشمسي غير مؤكد؛ وقد يظل محصوراً في الاستخدام الطارئ ما لم يتم التوصل إلى اتفاقيات عالمية.

الخلاصة.

تشمل الهندسة الجيولوجية طيفاً واسعاً من التقنيات - من الترميم القائم على الطبيعة إلى تقنية التحكم المباشر بالكربون (DAC) عالية التقنية، إلى أساليب مثيرة للجدل في دراسة الهباء الجوي في طبقة الستراتوسفير. الصورة العلمية والاقتصادية والأخلاقية معقدة: بعض الأساليب (التشجير، كربون التربة) جاهزة للتوسع مع وجود ضمانات؛ والبعض الآخر (تقنية التحكم المباشر بالكربون) ممكن تقنياً ولكنه مكلف ويستهلك كميات كبيرة من الطاقة؛ يمكن لإدارة الإشعاع الشمسي (SRM) أن تُبرّد الكوكب بسرعة، لكنها تنطوي على شكوك كبيرة ومخاطر حوكمة، ولا تُحلّ مشكلة حموضة المحيطات. يُعطي المسار المسؤول الأولوية لخفض الانبعاثات بسرعة وعمق، ويُسرّع من خفض الانبعاثات بشكل مسؤول من خلال ضمانات صارمة للقياس والإبلاغ والتحقق والإنصاف، ويستثمر في أبحاث دقيقة وشفافة لإدارة الإشعاع الشمسي تحت إشراف متعدد الأطراف، ويبني حوكمة دولية قبل أي نشر على نطاق الكوكب. إن حجم مشكلة المناخ وسرعة التغير يجعل من الحكمة إجراء أبحاث دقيقة في مجال الهندسة الجيولوجية - ولكن أيضاً التعامل معها كمُكمِّل، وليس بديلاً، للتحول المجتمعي العميق اللازم لإزالة الكربون من الاقتصادات.