Zonne-stralingsbeheer wint aan populariteit als klimaatinterventie: hoe moeilijk is het om de zon te dimmen?

De toekomst van het beheersen van de zon

Ooit beschouwd als een marginale gedachte, is de mogelijkheid om de opwarming van de aarde tegen te gaan door enorme hoeveelheden zonlicht-reflecterende deeltjes in de atmosfeer van de aarde te verspreiden nu een onderwerp van serieuze wetenschappelijke overweging. Honderden studies hebben gemodelleerd hoe deze vorm van zonne-geo-engineering, bekend als stratosferische aerosolinjectie (SAI), zou kunnen werken.

Er is een reële kans dat landen of zelfs individuen die op zoek zijn naar een tijdelijke oplossing voor klimaatverandering SAI proberen, maar de voorstanders onderschatten dramatisch hoe moeilijk en complex het zal zijn, zeggen onderzoekers van Columbia University. “Zelfs wanneer simulaties van SAI in klimaatmodellen geavanceerd zijn, zijn ze noodzakelijkerwijs idealistisch. Onderzoekers modelleren de perfecte deeltjes van de perfecte grootte. En in de simulatie geven ze precies aan hoeveel ze willen, waar ze ze willen. Maar wanneer je begint te overwegen waar we ons daadwerkelijk bevinden, in vergelijking met die idealistische situatie, onthult het veel van de onzekerheid in die voorspellingen,” zegt V. Faye McNeill, een atmosferisch chemicus en aerosolwetenschapper aan de Climate School van Columbia en Columbia Engineering.

McNeill en haar collega’s verkennen in een paper gepubliceerd in Scientific Reports de fysieke, geopolitieke en economische beperkingen van SAI. Ze beginnen met het verzamelen van de verspreide wetenschappelijke literatuur over hoe de effecten van SAI beïnvloed zouden worden door de nuances van de uitvoering.

Verschillende factoren beïnvloeden hoe aerosolen interageren met de systemen van de aarde: de hoogte en lengtegraad waarop ze worden vrijgegeven, het seizoen waarin dit gebeurt, en natuurlijk het aantal deeltjes dat betrokken is.

De meest significante variabele lijkt echter de breedtegraad te zijn. SAI die geconcentreerd is in de poolgebieden zou waarschijnlijk de tropische moessonsystemen verstoren. Vrijlatingen die geconcentreerd zijn in de evenaarregio’s zouden de straalstroom kunnen beïnvloeden en de atmosferische circulatiepatronen verstoren die warmte naar de polen van de aarde transporteren. “Het is niet alleen een kwestie van vijf teragram zwavel in de atmosfeer krijgen. Het maakt uit waar en wanneer je het doet,” zegt McNeill.

Deze variabiliteit suggereert dat, als SAI zou plaatsvinden, het op een gecentraliseerde, gecoördineerde manier zou moeten worden uitgevoerd. Gezien de geopolitieke realiteiten zeggen de onderzoekers echter dat dit onwaarschijnlijk is.

Tot nu toe hebben modelstudies zich bijna volledig gericht op SAI-benaderingen die gebruik zouden maken van zwavelrijke gassen die vergelijkbaar zijn met die gevormd wanneer vulkanische wolken oxideren en condenseren in de stratosfeer. Vulkanische uitbarstingen hebben de aarde in het verleden afgekoeld. Toen de vulkaan Mount Pinatubo in 1991 uitbarstte, daalden de wereldtemperaturen bijvoorbeeld bijna een graad Celsius gedurende meerdere jaren daarna. Dit evenement wordt vaak aangehaald als een bewijs van hoe SAI zou kunnen werken.

Naast de afkoeling op het aardoppervlak, brengt SAI ook ongewenste gevolgen met zich mee, zowel verwacht als onverwacht. De uitbarsting van Pinatubo verstoorde bijvoorbeeld ook het Indische moessonsysteem, wat leidde tot verminderde neerslag in Zuid-Azië, en veroorzaakte opwarming in de stratosfeer en uitputting van de ozonlaag.

Het gebruik van sulfaten voor SAI zou soortgelijke risico’s kunnen met zich meebrengen, of aanvullende milieuproblemen, waaronder zure regen en bodemvervuiling. Deze zorgen hebben geleid tot een zoektocht naar andere aerosolingrediënten voor SAI. Voorgestelde minerale alternatieven omvatten calciumcarbonaat, alfa-alumina, rutiel en anatase titaan, kubisch zirkonia en diamant. Overweging van alternatieven heeft zich gericht op hun optische kwaliteiten, maar andere factoren zijn verwaarloosd.

“Wetenschappers hebben de gebruik van aerosol kandidaten besproken met weinig aandacht voor hoe praktische beperkingen je vermogen om jaarlijks enorme hoeveelheden daadwerkelijk te injecteren zouden kunnen beperken,” zegt Miranda Hack, een aerosolwetenschapper aan Columbia University en de hoofdauteur van het nieuwe paper. “Veel van de voorgestelde materialen zijn niet bijzonder overvloedig.”

Diamant is optisch goed geschikt voor de taak, maar er is gewoon niet genoeg van. Wat betreft kubisch zirkonia en rutiel titaan, zou de aanbod mogelijk aan de vraag kunnen voldoen, maar het economische modelleren van het Columbia-team suggereert dat een verhoogde vraag de toeleveringsketens zou onder druk zetten en ze veel duurder zou maken. Voldoende voorraden van alfa-alumina en calciumcarbonaat zijn beschikbaar om aan de vraag te voldoen zonder de prijzen tot onbetaalbare niveaus te drijven, maar samen met de andere kandidaten zijn er serieuze technische uitdagingen verbonden aan het verspreiden ervan.

Op de minuscule, sub-micron deeltjesgrootte die nodig is voor SAI, hebben de minerale alternatieven de neiging om samen te klonteren tot grotere aggregaten. Volgens de berekeningen van de onderzoekers zijn deze aggregaten minder effectief in het verminderen van zonlicht dan deeltjes, en hun klimaatimpact is nog minder goed begrepen.

“In plaats van deze perfecte optische eigenschappen te hebben, heb je iets veel slechter. In vergelijking met sulfaat denk ik niet dat we noodzakelijkerwijs de soorten klimaatvoordelen zouden zien die zijn besproken,” zegt Hack.

Al deze praktische overwegingen – in uitwerkingsstrategieën, governance, beschikbaarheid en materiaaleigenschappen – maken SAI nog onzekerder dan het al is, zeggen de onderzoekers. Dit zou erkend moeten worden bij het overwegen van het gebruik van SAI. “Het draait allemaal om risico-afwegingen als je kijkt naar zonne-geo-engineering,” zegt Gernot Wagner, een klimaateconoom aan de Columbia Business School en een nauw samenwerkende partner van de Climate School. Gezien de complexe realiteiten van SAI, zegt hij: “het gaat niet gebeuren zoals 99% van deze papers modelleren.”