Oceaanijzerbemesting: kan ijzer in zee de opwarming van de aarde afremmen?
Stel je een moestuin voor die niet groeit ondanks genoeg water en zonlicht, simpelweg omdat er één essentieel mineraal ontbreekt in de grond. Zodra je dat mineraal toevoegt, schiet alles ineens de hoogte in. Iets vergelijkbaars gebeurt in grote delen van de oceaan: er is volop zonlicht en er zijn volop voedingsstoffen zoals stikstof en fosfaat, maar het water blijft opvallend leeg van leven. De ontbrekende sleutel blijkt vaak een spoor van ijzer te zijn.
Oceaanijzerbemesting is het bewust toevoegen van ijzerdeeltjes aan zulke oceaangebieden, met als doel de groei van fytoplankton (piepkleine, drijvende algen die net als planten CO2 opnemen via fotosynthese) een boost te geven. Het idee: meer fytoplankton betekent meer CO2 die uit de lucht wordt gehaald, en als een deel van die algen na afsterven naar de diepzee zinkt, blijft die koolstof daar mogelijk eeuwenlang opgeslagen. Het klinkt eenvoudig, maar zoals verderop blijkt, is de werkelijkheid weerbarstiger.
Wat is het precies?
De basis van het idee werd in 1988 geformuleerd door de Amerikaanse oceanograaf John Martin. Hij ontdekte dat grote delen van de oceaan, vooral de Zuidelijke Oceaan rond Antarctica, de noordelijke Stille Oceaan en delen van de evenaarsgordel, wél rijk zijn aan stikstof en fosfaat (voedingsstoffen die planten en algen nodig hebben) maar toch nauwelijks fytoplankton bevatten. Dit soort gebieden noemen wetenschappers HNLC-gebieden, van het Engelse High Nutrient, Low Chlorophyll (veel voedingsstoffen, weinig bladgroen). Martin vermoedde dat het ontbrekende ingrediënt ijzer was, een spoorelement dat fytoplankton in minieme hoeveelheden nodig heeft om enzymen te maken, maar dat in deze afgelegen wateren nauwelijks aanwezig is omdat het normaal via stof vanaf land wordt aangevoerd.
In de praktijk verspreiden onderzoeksschepen enkele tonnen van een opgeloste ijzerverbinding, meestal ijzersulfaat, over een oppervlak van enkele tientallen tot honderden vierkante kilometers oceaan. Binnen dagen tot weken ontstaat een meetbare bloei van fytoplankton, zichtbaar als een groene vlek die zelfs vanuit de ruimte via satellietbeelden te zien kan zijn. Die algen nemen tijdens hun groei CO2 op uit het omringende zeewater, dat op zijn beurt weer CO2 uit de atmosfeer opneemt om het evenwicht te herstellen.
Het cruciale vervolg is wat er met die algen gebeurt na hun bloei. Sterven ze af en zinken hun resten naar de diepzee, dan spreken onderzoekers van de biologische pomp: het natuurlijke proces waarbij koolstof van het zeeoppervlak naar de diepte wordt getransporteerd. Blijft die koolstof daar lang genoeg, dan is hij effectief aan de atmosfeer onttrokken. Maar een groot deel van het fytoplankton wordt simpelweg opgegeten door zoöplankton (kleine dierlijke organismen) of afgebroken door bacteriën vlak onder het oppervlak, waarbij de opgenomen CO2 grotendeels weer vrijkomt. Hoeveel koolstof daadwerkelijk 'ontsnapt' naar de diepzee, is precies het punt waarover na decennia onderzoek nog altijd onzekerheid bestaat.
Wat wil men ermee bereiken?
Het belangrijkste doel is klimaatmitigatie: het actief verwijderen van CO2 uit de atmosfeer om de opwarming van de aarde af te remmen. Oceaanijzerbemesting wordt in dat verband gerekend tot de bredere categorie van CO2-verwijderingstechnieken (in het Engels Carbon Dioxide Removal of CDR), naast bijvoorbeeld herbebossing of het direct uit de lucht filteren van CO2.
Omdat de oceaan zo'n enorm oppervlak beslaat, spraken vroege voorstanders van de mogelijkheid om op termijn miljarden tonnen CO2 per jaar te kunnen vastleggen, tegen relatief lage kosten per ton vergeleken met andere technieken. Dat vooruitzicht trok ook commerciële partijen aan die dachten koolstofkredieten (verhandelbare certificaten die claimen dat een bepaalde hoeveelheid CO2 blijvend is verwijderd) te kunnen verkopen aan bedrijven die hun uitstoot willen compenseren.
Daarnaast speelde in de begintijd ook een ander, inmiddels grotendeels verlaten argument mee: meer fytoplankton zou de basis van de voedselketen versterken en zo mogelijk visbestanden helpen herstellen. Dit visserij-argument werd vooral aangehaald door het latere, controversiële project bij Haida Gwaii in Canada, dat verderop wordt besproken.
Voorbeelden uit de praktijk
Sinds Martins hypothese zijn er zo'n dozijn wetenschappelijke veldexperimenten uitgevoerd. Een aantal springt eruit:
IronEx II (1995) vond plaats in de evenaarsgordel van de Stille Oceaan en werd geleid door onder anderen Kenneth Coale van het Moss Landing Marine Laboratories, in het verlengde van John Martins werk. Dit experiment leverde het eerste overtuigende bewijs dat ijzertoevoeging inderdaad een grote fytoplanktonbloei kan veroorzaken.
SOIREE (1999), uitgevoerd in de Zuidelijke Oceaan onder leiding van onderzoekers van het Nieuw-Zeelandse instituut NIWA, met de bioloog Philip Boyd als een van de kernonderzoekers, bevestigde dat het effect ook werkte in de koude, onstuimige wateren rond Antarctica, een belangrijk HNLC-gebied.
EIFEX (2004), opgezet door het Duitse Alfred Wegener Institute onder leiding van bioloog Victor Smetacek, was een van de eerste experimenten die daadwerkelijk probeerde te meten hoeveel koolstof naar de diepzee zonk. De resultaten, pas in 2012 gepubliceerd in het vakblad Nature, toonden aan dat een deel van de kiezelalgen (diatomeeën) die door de ijzertoevoeging ontstonden, tot voorbij een diepte van duizend meter zonk, een belangrijke aanwijzing dat blijvende koolstofopslag mogelijk is, al bleef de hoeveelheid bescheiden.
LOHAFEX (2009) was een gezamenlijk Duits-Indiaas experiment van het Alfred Wegener Institute en het Indiase National Institute of Oceanography, eveneens in de Zuidelijke Oceaan. Dit project leidde tot internationale ophef nog vóórdat het van start ging, omdat critici vonden dat het in strijd was met een net aangenomen internationaal moratorium (zie hieronder). Het experiment ging uiteindelijk door na diplomatiek overleg, maar liet vooral zien hoe gevoelig het onderwerp inmiddels lag.
Het meest omstreden geval is geen wetenschappelijk experiment maar een eigenmachtige, ongeautoriseerde dumping in 2012 voor de kust van Haida Gwaii in Brits-Columbia, Canada, georganiseerd door zakenman Russ George via het bedrijf Haida Salmon Restoration Corporation. Zonder wetenschappelijke toetsing of officiële toestemming werd zo'n honderd ton ijzersulfaat in zee gedumpt, deels gefinancierd met geld van een lokale inheemse gemeenschap onder de belofte van herstel van zalmpopulaties. De actie schond internationale afspraken, leidde tot een onderzoek door de Canadese overheid en beschadigde het vertrouwen in serieus wetenschappelijk onderzoek naar de techniek aanzienlijk.
Hoe ver is de techniek?
Wat wetenschappelijk vaststaat: ijzertoevoeging aan HNLC-gebieden veroorzaakt vrijwel altijd een meetbare fytoplanktonbloei. Dat basismechanisme is na tientallen jaren onderzoek niet langer omstreden.
Wat nog altijd onzeker is, is de vraag die er echt toe doet voor klimaatdoeleinden: hoeveel van die extra opgenomen koolstof blijft daadwerkelijk voor lange tijd uit de atmosfeer, in plaats van binnen enkele weken of maanden weer vrij te komen doordat algen worden opgegeten of afgebroken dicht bij het oppervlak? Schattingen in de wetenschappelijke literatuur lopen sterk uiteen, en de efficiëntie lijkt sterk te verschillen per locatie, seizoen en het type fytoplankton dat groeit.
Daarnaast zijn er reële risico's benoemd door onderzoekers: het kan giftige algensoorten bevoordelen boven ongevaarlijke, het kan zuurstofgehaltes in dieper water doen dalen wanneer afstervend materiaal wordt afgebroken, het kan voedselwebben op onvoorspelbare manieren verstoren, en het kan de natuurlijke uitstoot van dimethylsulfide (een zwavelverbinding die wolkenvorming boven de oceaan beïnvloedt) veranderen. Geen van deze effecten is op grote schaal ooit goed getest, juist omdat grootschalige experimenten aan strenge regels gebonden zijn.
Die regels kwamen er na de ophef rond commerciële plannen halverwege de jaren 2000. In 2008 riep de Convention on Biological Diversity (CBD, een VN-verdrag over biodiversiteit) een de facto moratorium uit op oceaanijzerbemesting, met uitzondering van kleinschalig, wetenschappelijk gecontroleerd onderzoek in kustwateren. In 2013 werd dit aangescherpt via een wijziging van het Londen Protocol, het internationale verdrag onder de Internationale Maritieme Organisatie (IMO) dat het lozen van afval en stoffen op zee reguleert: sindsdien is oceaanijzerbemesting voor andere doeleinden dan legitiem wetenschappelijk onderzoek internationaal verboden, en moet zelfs onderzoek vooraf worden getoetst en vergund.
Het resultaat is dat de techniek momenteel vrijwel volledig in de onderzoeksfase vastzit. Er zijn geen operationele, vergunde commerciële toepassingen. Wel is er, gedreven door de groeiende vraag naar koolstofcompensatie en de klimaatnood, hernieuwde belangstelling vanuit de private sector, maar die stuit zowel op het regelgevend kader als op aanhoudende wetenschappelijke twijfel over de betrouwbaarheid en meetbaarheid van de koolstofwinst.
Wie werken eraan?
Het wetenschappelijke fundament is vooral gelegd en wordt onderhouden door gevestigde oceanografische instituten. In de Verenigde Staten spelen de Woods Hole Oceanographic Institution en de Scripps Institution of Oceanography een centrale rol in onderzoek naar de biologische pomp en koolstofkringlopen in de oceaan. In Duitsland zijn het Alfred Wegener Institute (dat EIFEX en LOHAFEX leidde) en GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel toonaangevend op het gebied van oceaanbiogeochemie. In Nieuw-Zeeland heeft NIWA een lange onderzoekstraditie op dit gebied, mede door de nabijheid van de Zuidelijke Oceaan.
Op commercieel vlak liggen de bekendste voorbeelden inmiddels achter ons: de Amerikaanse bedrijven Planktos Inc. en Climos probeerden rond 2007-2009 oceaanijzerbemesting te vermarkten als koolstofcompensatieproduct, maar beide hielden op te bestaan nadat vergunningen werden geweigerd, financiering wegviel en het regelgevend klimaat verhardde.
Op regelgevend niveau bepalen twee internationale kaders grotendeels wat wel en niet mag: de IMO via het Londen Protocol, en de CBD als VN-biodiversiteitsverdrag. Beide fungeren in de praktijk als poortwachter voor elk nieuw experiment.
Er is de afgelopen jaren, mede door de groei van vrijwillige koolstofmarkten, hernieuwde commerciële belangstelling voor oceaangebaseerde koolstofverwijdering in bredere zin. Welke concrete partijen zich daarbij specifiek op ijzerbemesting richten en welke plannen daadwerkelijk het regelgevend en wetenschappelijk toetsingsproces doorstaan, is op dit moment nog volop in beweging en daarom lastig met zekerheid te benoemen.