Oceaanalkaliniteitsverhoging: hoe de zee helpen om meer CO2 op te slaan
Oceaanalkaliniteitsverhoging is een techniek waarbij mensen stoffen aan zeewater toevoegen om het minder zuur te maken, zodat de oceaan meer CO2 uit de lucht kan opnemen en vastleggen. Het idee lijkt op het strooien van kalk in een te zure vijver: de kalk neutraliseert het zuur, en daardoor kan het water weer meer stoffen opnemen en in balans blijven. Bij de oceaan gaat het om een vergelijkbaar principe, maar dan op planetaire schaal en met als doel het versterken van een proces dat de natuur al miljoenen jaren gebruikt.
De oceaan is namelijk al de grootste natuurlijke CO2-spons op aarde: hij heeft ongeveer een kwart van alle menselijke CO2-uitstoot sinds de industriële revolutie opgenomen. Dat heeft een prijs, want het water wordt daardoor zuurder (oceaanverzuring), wat schadelijk is voor koraal en schelpdieren. Oceaanalkaliniteitsverhoging probeert twee vliegen in één klap te slaan: de zee minder zuur maken én tegelijk extra CO2 aan de atmosfeer onttrekken, door het water chemisch te helpen zoals het dat van nature ook doet bij de verwering van gesteente op het land, maar dan veel sneller.
Wat is het precies?
De chemie achter oceaanalkaliniteitsverhoging (vaak afgekort als OAE, van het Engelse ocean alkalinity enhancement) draait om alkaliniteit: de capaciteit van water om zuur te neutraliseren. Hoe hoger de alkaliniteit, hoe meer CO2 het water in de vorm van opgeloste bicarbonaat- en carbonaationen kan vasthouden zonder zuurder te worden.
In de natuur stijgt de alkaliniteit van zeewater wanneer bepaalde mineralen, zoals kalksteen (calciumcarbonaat) of vulkanisch gesteente zoals olivijn, langzaam verweren door regen en rivieren en in de zee terechtkomen. Dat proces duurt normaal gesproken duizenden tot miljoenen jaren.
Onderzoekers en bedrijven proberen dit te versnellen op een paar manieren. De eerste is het direct toevoegen van alkalische mineralen aan zeewater, bijvoorbeeld fijngemalen olivijn op een strand of kalk in een rivier die in zee uitmondt. De tweede is het elektrochemisch splitsen van zeewater, waarbij met stroom een zure en een basische stroom worden gemaakt; de basische stroom wordt teruggevoerd naar de oceaan en verhoogt daar de alkaliniteit, terwijl de zure stroom apart wordt verwerkt. Een derde route is het toevoegen van stoffen zoals natriumhydroxide of magnesiumhydroxide, vaak via een bestaande waterstroom zoals een rioolwaterafvoer of koelwaterkanaal van een fabriek, zodat er geen aparte infrastructuur op zee nodig is.
In alle gevallen is het eindresultaat hetzelfde: het zeewater kan meer CO2 opnemen uit de lucht, dat CO2 wordt omgezet in stabiele bicarbonaationen, en die blijven vervolgens eeuwenlang tot millennia lang opgelost in de oceaan zonder weer als broeikasgas te ontsnappen.
Wat wil men ermee bereiken?
Het hoofddoel is het verwijderen van CO2 uit de atmosfeer op een manier die, anders dan bomen planten, nauwelijks beperkt wordt door ruimte op land. De oceaan bedekt zeventig procent van de aarde en heeft in theorie een enorme capaciteit om extra koolstof op te slaan.
Klimaatwetenschappers, waaronder het IPCC, gaan ervan uit dat het beperken van de opwarming tot ruim onder twee graden niet alleen vraagt om minder uitstoot, maar ook om actieve verwijdering van CO2 die al in de lucht zit, zeker voor de uitstoot die moeilijk te vermijden is, zoals van sommige industrieën en landbouw. Oceaanalkaliniteitsverhoging wordt gezien als een van de kandidaten voor die verwijdering, naast methoden zoals het direct uit de lucht filteren van CO2 of het laten groeien en begraven van biomassa.
Een secundaire belofte is het lokaal tegengaan van oceaanverzuring, wat gunstig kan zijn voor schelpdieren- en koraalpopulaties in de buurt van een project. Dat voordeel is nog grotendeels theoretisch en hangt sterk af van de schaal en locatie.
Voorbeelden uit de praktijk
Het Amerikaanse bedrijf Vesta experimenteert sinds begin jaren 2020 met het verspreiden van fijngemalen olivijnzand op stranden, onder andere in Zuid-Californië en later bij Duck in North Carolina, in een project dat bekendstaat als SPLASH. De golfbeweging helpt het mineraal sneller te verweren dan wanneer het gewoon op het land zou liggen.
Het Canadese Planetary Technologies voegt een magnesiumverbinding toe aan het koelwater van een elektriciteitscentrale in Halifax (Canada) en heeft ook een pilot uitgevoerd bij St Ives in Cornwall, Verenigd Koninkrijk. Het bedrijf verkoopt de berekende CO2-verwijdering als koolstofcertificaten aan klanten die klimaatclaims willen onderbouwen.
Het Amerikaanse Ebb Carbon werkt aan de elektrochemische methode en heeft samenwerkingen gezocht met industriële partners die stroom en zeewaterinfrastructuur beschikbaar hebben, om pilotinstallaties aan de Amerikaanse westkust te bouwen.
Onderzoekers van het Woods Hole Oceanographic Institution in de Verenigde Staten voerden in de Golf van Maine veldexperimenten uit (bekend als LOC-NESS) waarbij een kleine hoeveelheid alkalische stof samen met een kleurstof in de zee werd gebracht, om met satellieten en schepen te volgen hoe de stof zich verspreidt en hoeveel CO2 er daadwerkelijk extra wordt opgenomen.
Niet elk initiatief overleeft: het Amerikaanse Running Tide, dat naast het laten zinken van kelp ook met mineralen experimenteerde, schaalde zijn zee-activiteiten in 2024 sterk af nadat bleek dat het overtuigend meten en bewijzen van de CO2-verwijdering lastiger en duurder was dan voorzien, en investeerders terughoudender werden.
Hoe ver is de techniek?
Oceaanalkaliniteitsverhoging bevindt zich nog grotendeels in de fase van laboratoriumonderzoek en kleine, zorgvuldig gemonitorde veldproeven op de schaal van hooguit enkele tonnen tot hoogstens enkele duizenden tonnen CO2 per project per jaar. Van verwijdering op megatonschaal, wat nodig zou zijn om echt een merkbare rol te spelen in het klimaatbeleid, is nog geen sprake.
De grootste technische horde is niet de chemie zelf, die is relatief goed begrepen, maar het meten, rapporteren en verifiëren (afgekort MRV) van hoeveel CO2 een project daadwerkelijk extra uit de lucht haalt. Omdat zeewater constant beweegt en mengt, is het moeilijk om precies vast te stellen hoeveel koolstof door een specifieke ingreep wordt vastgelegd, en hoeveel daarvan echt extra is ten opzichte van wat er natuurlijk al zou gebeuren.
Daarnaast zijn er zorgen over ecologische risico's. Olivijn bevat bijvoorbeeld sporen van nikkel, die in te hoge concentraties giftig kunnen zijn voor zeeleven; onderzoekers bestuderen hoeveel olivijn veilig toegevoegd kan worden. Ook is er discussie over de internationale regelgeving: grootschalige toevoeging van stoffen aan zee kan onder verdragen zoals het Londen Protocol vallen, dat vervuiling en dumping op zee reguleert, en er is nog geen volledig uitgewerkt internationaal vergunningenkader specifiek voor OAE.
Onafhankelijke wetenschappelijke instanties, waaronder de Amerikaanse National Academies of Sciences, hebben opgeroepen tot meer gecontroleerd veldonderzoek voordat er conclusies worden getrokken over de veiligheid en effectiviteit op grote schaal. Dat onderzoek loopt, maar de tijdlijn naar eventuele commerciële toepassing op relevante schaal wordt doorgaans in jaren tot decennia uitgedrukt, niet in maanden.
Wie werken eraan?
Naast de eerder genoemde bedrijven Vesta, Planetary Technologies, Ebb Carbon en Running Tide zijn verschillende universiteiten en onderzoeksinstituten actief, waaronder het Woods Hole Oceanographic Institution, GEOMAR Helmholtz-Centrum voor Oceaanonderzoek in Duitsland, en diverse Britse universiteiten die meedoen aan een door de Britse overheid gefinancierd onderzoeksprogramma naar oceaangebaseerde negatieve-emissietechnieken.
Filantropische initiatieven zoals de Carbon to Sea Initiative, gesteund door onder meer de ClimateWorks Foundation, financieren sinds 2023 onafhankelijk wetenschappelijk onderzoek naar de haalbaarheid en veiligheid van OAE, los van de commerciële belangen van individuele bedrijven. Ook de non-profit Ocean Visions coördineert internationale samenwerking en probeert gedragscodes voor veldexperimenten op te stellen, zodat verschillende projecten op een vergelijkbare, verantwoorde manier worden uitgevoerd.
Landen die relatief veel overheidsgeld in dit soort oceaanonderzoek steken zijn de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk en Duitsland, vaak in combinatie met particuliere klimaatfondsen en techbedrijven die op zoek zijn naar geloofwaardige manieren om hun eigen uitstoot te compenseren.