Mariene koolstofdioxideverwijdering: kan de oceaan het klimaat helpen redden?
De oceaan doet al een groot deel van het zware werk in het klimaatsysteem. Ruwweg een kwart tot een derde van alle CO2 die de mensheid sinds het begin van de industrialisatie heeft uitgestoten, is opgelost in zeewater. Mariene koolstofdioxideverwijdering, vaak afgekort als mCDR (marine Carbon Dioxide Removal), is een verzameling technieken die dat natuurlijke proces kunstmatig versnellen of vergroten. Het doel: extra CO2 uit de lucht halen en die voor lange tijd, soms duizenden jaren, veilig opslaan in de oceaan.
Een simpele analogie helpt. Stel je zeewater voor als een spons voor CO2. Die spons is al behoorlijk vol, en hoe voller hij raakt, hoe minder extra CO2 hij nog kan opnemen. Sommige technieken proberen de spons letterlijk groter te maken, bijvoorbeeld door de chemische samenstelling van het water te veranderen zodat het meer CO2 kan vasthouden, ongeveer zoals je met een schepje soda (bicarbonaat) zure limonade minder zuur kunt maken. Andere technieken kweken juist zeewier dat CO2 opneemt via fotosynthese en laten dat vervolgens naar de diepzee zinken, zodat de koolstof daar voor eeuwen buiten de kringloop blijft.
Wat is het precies?
Onder de noemer mCDR vallen verschillende, chemisch en biologisch heel verschillende methoden. De belangrijkste zijn de volgende.
Oceaanalkaliniteitsverhoging (ocean alkalinity enhancement, OAE). Alkaliniteit is de mate waarin water zuren kan neutraliseren, vergelijkbaar met de werking van een antacidum tegen maagzuur. Door vermalen mineralen zoals olivijn, of stoffen zoals kalk of magnesiumhydroxide, aan zeewater toe te voegen, verschuift de chemische balans van het water. Opgeloste CO2 wordt daardoor sneller omgezet in stabiele bicarbonaat- en carbonaationen. Omdat er zo minder vrije CO2 in het oppervlaktewater overblijft, kan de oceaan vervolgens weer meer CO2 uit de lucht opnemen om het evenwicht te herstellen.
Elektrochemische koolstofafvang uit zeewater. Hierbij wordt zeewater met elektrolyse gesplitst in een zure en een alkalische stroom. De alkalische stroom kan terug de zee in, wat hetzelfde effect heeft als OAE, terwijl uit de zure stroom soms CO2-gas direct wordt afgevangen en apart opgeslagen. Als bijproduct ontstaat vaak waterstofgas, wat de economie van dit proces kan verbeteren.
Zeewier kweken en laten zinken. Snelgroeiend macroalg (zeewier) neemt tijdens de groei CO2 op. Als de biomassa na de oogst naar grote diepte zinkt, bijvoorbeeld naar de diepzeebodem, blijft de koolstof daar afgesloten van de atmosfeer in plaats van dat hij vrijkomt bij verrotting aan de oppervlakte.
Kunstmatige opwelling pompt voedselrijk diepwater naar de oppervlakte om de groei van fytoplankton, microscopisch kleine algen, te stimuleren. En ijzerbemesting, het toevoegen van ijzer aan delen van de oceaan waar dit element de groeibeperkende factor is, werd rond de eeuwwisseling uitgebreid getest maar is inmiddels grotendeels verlaten vanwege onzekere effectiviteit en ecologische risico's.
Wat wil men ermee bereiken?
Vrijwel alle klimaatscenario's van het IPCC, het klimaatpanel van de Verenigde Naties, die de opwarming beperken tot 1,5 of 2 graden, gaan uit van forse emissiereducties én van grootschalige actieve verwijdering van CO2 uit de atmosfeer, oplopend tot miljarden tonnen per jaar rond het midden van deze eeuw. Bomen planten en land-gebaseerde technieken alleen worden onvoldoende geacht om die hoeveelheden te halen.
De oceaan bedekt ongeveer zeventig procent van de aarde en heeft daardoor in theorie een enorme opslagcapaciteit. Koolstof die als bicarbonaat in zeewater oplost, blijft daar naar verwachting duizenden jaren zitten, veel langer dan koolstof die in een bos is vastgelegd en bij bosbrand of kap weer vrij kan komen. Voorstanders zien de oceaan daarom als een van de weinige plekken waar CO2-verwijdering echt op te schalen zou zijn, mogelijk tegen relatief lage kosten per ton. Bedrijven in deze sector verkopen bovendien certificaten voor CO2-verwijdering aan bedrijven die hun eigen uitstoot willen compenseren op weg naar netto-nul doelstellingen.
Voorbeelden uit de praktijk
Project Vesta (VS, opgericht in 2019) verspreidt fijngemalen olivijnzand op stranden, onder meer bij Duck in North Carolina en in Kaneohe Bay op Hawaï. Golfbeweging versnelt de verwering van dit mineraal, wat CO2 bindt terwijl het ook de verzuring van lokaal zeewater tegengaat.
Planetary Technologies (Canada, actief sinds 2021) doseert magnesiumhydroxide bij bestaande uitlaatkanalen van waterzuivering of energiecentrales, onder meer nabij Halifax in Nova Scotia en in samenwerking met partijen in Cornwall, Verenigd Koninkrijk. Het bedrijf meet vervolgens de chemische veranderingen in het omliggende zeewater.
Equatic, een spin-off van de University of California, Los Angeles, gebruikt elektrolyse van zeewater om CO2 te binden en tegelijk waterstof te produceren, met pilotinstallaties in de haven van Los Angeles en in Singapore.
Captura, voortgekomen uit onderzoek aan Caltech, ontwikkelt directe CO2-afvang uit zeewater en test dit onder meer bij de haven van Los Angeles.
Running Tide (VS, opgericht in 2021) combineerde zeewierkweek met drijvende kalkstenen boeien die moesten oplossen in de oceaan. Het bedrijf kondigde in 2024 aan zijn activiteiten fors af te bouwen, na kritiek over de meetbaarheid van de klimaatwinst, een illustratie van hoe onzeker en risicovol dit veld nog is.
Hoe ver is de techniek?
Vrijwel alle mCDR-projecten bevinden zich nog in de pilotfase: er worden tonnen tot hooguit enkele duizenden tonnen CO2 per jaar verwijderd, terwijl klimaatscenario's uiteindelijk om miljarden tonnen per jaar vragen. Er zit dus nog een gat van meerdere ordes van grootte tussen de huidige praktijk en de benodigde schaal.
Het grootste technische obstakel is meten en verifiëren. Anders dan bij een fabrieksschoorsteen, waar je een gasstroom direct kunt meten, verspreidt CO2 zich in de oceaan door stroming, menging en natuurlijke schommelingen. Wetenschappers gebruiken modellen, sensornetwerken en chemische metingen om te schatten hoeveel extra CO2 een project daadwerkelijk heeft vastgelegd, maar die schattingen kennen aanzienlijke onzekerheidsmarges.
Daarnaast bestaan er ecologische zorgen: hoge lokale concentraties van mineralen of metalen kunnen zeeleven beïnvloeden, en grootschalige bemesting kan algenbloei of zuurstofarme zones veroorzaken. Internationale regelgeving, met name het Londen Protocol onder de Internationale Maritieme Organisatie (IMO), reguleert het lozen van stoffen op zee en heeft commerciële ijzerbemesting feitelijk aan banden gelegd. Nieuwere mCDR-technieken vallen soms in een grijs gebied, wat leidt tot discussie over vergunningen en toezicht. Kortom: de wetenschap en techniek ontwikkelen zich snel, maar de sector is nog ver verwijderd van bewezen, op schaal inzetbare oplossingen.
Wie werken eraan?
Naast de eerder genoemde bedrijven Planetary Technologies, Vesta, Equatic en Captura zijn ook partijen als Ebb Carbon, Brineworks en Gigablue actief met eigen varianten van alkaliniteitsverhoging of elektrochemische afvang.
Op onderzoeksgebied speelt de Woods Hole Oceanographic Institution (VS) een leidende rol, met een eigen onderzoeksprogramma voor oceaan-CDR. Ocean Visions, een samenwerkingsverband gecoördineerd vanuit Georgia Tech, brengt wetenschappers, bedrijven en beleidsmakers samen om onderzoeksprioriteiten te stellen. In de Verenigde Staten financiert de oceaan- en atmosfeerdienst NOAA onderzoeksprogramma's, en de National Academies of Sciences publiceerde in 2022 een invloedrijke onderzoeksagenda voor oceaan-gebaseerde CDR. Filantropische initiatieven zoals de Carbon to Sea Initiative financieren onafhankelijk wetenschappelijk onderzoek naar de effecten en risico's van alkaliniteitsverhoging. Certificeerders als Puro.earth en Isometric ontwikkelen methodologieën om CO2-verwijderingscertificaten uit mCDR-projecten te kunnen beoordelen en verkopen.