Het tot staan brengen van de opwarming van de aarde wil maar niet echt vlotten. Mogelijk kan geo-engineering helpen, bijvoorbeeld het in de atmosfeer injecteren van stofdeeltjes die zonlicht deels tegenhouden. Heel kleine diamantdeeltjes zijn daarvoor het beste geschikt, laat een nieuwe studie zien. Duur is het wel.

 

Meteen maar even: het in de hoge atmosfeer brengen van stofdeeltjes, aerosolen, maakt niet iedereen enthousiast. Over deze vorm van geo-engineering om klimaatverandering tot staan te brengen is pittige discussie onder wetenschappers. Maar daarover later meer.

Bij deze geo-engineering-aanpak, stratospheric aerosol injection (SAI), worden op grote hoogte ontelbare aerosolen losgelaten. Die deeltjes zijn zo klein – een paar honderd nanometer – dat ze jarenlang op hoogte blijven rondzweven, en maar heel langzaam weer naar het aardoppervlak dwarrelen. Het idee is dat de aerosolen zonlicht tegenhouden: slechts een klein beetje, maar genoeg om de opwarming van de aarde licht af te remmen. Lees ook het artikel ‘Wolken als thermostaat’ dat eerder dit jaar in De Ingenieur verscheen.

Maar wat voor deeltjes zijn hiervoor het beste geschikt? Dat is de vraag die onderzoekers aan onder meer de ETH Zürich zichzelf stelden. Ze bouwden een driedimensionaal klimaatmodel, dat ook de fysica en de chemie van aerosolen bevat.

Het model simuleerde ook twee eigenschappen van aerosolen die niet altijd worden meegenomen door wetenschappers: het feit dat ze over langere tijd omlaag zakken in de atmosfeer en de eigenschap dat twee deeltjes aan elkaar kunnen gaan zitten, kunnen samenklonteren. ‘Deze agglomeraten zijn minder effectief in het weerkaatsen van zonlicht terug de ruimte in’, mailt Sandro Vattioni van de ETH Zürich op vragen van De Ingenieur. 
 

Supercomputer

Voor zeven verschillende stoffen lieten de onderzoekers een supercomputer het model doorrekenen, over een periode van 45 jaar. Daaronder ook de voor SAI tot nu toe meest geschikt geachte stof, zwaveldioxide. Maar ook onder meer deeltjes van aluminiumoxide, calciet (calciumcarbonaat) en – voor leken het meest verrassend – diamant. Het gaat hier om driehonderd nanometer grote bolletjes synthetisch diamant, dat in een fabriek te produceren is.
 

Diamantdeeltjes zweven het beste

De resultaten zijn verrassend te noemen; ze staan beschreven in een artikel – gratis toegankelijk – dat Vattioni en collega’s eerder deze maand publiceerden in het wetenschappelijke tijdschrift Geophysical Research Letters. Niet het veel bestudeerde zwaveldioxide, maar diamant is het meest geschikt als aerosol om zonlicht tegen te houden. Diamantdeeltjes blijven het beste in de atmosfeer zweven en klonteren het minst samen. Nóg een voordeel: diamant is chemisch inert; het materiaal wil niet reageren met andere stoffen. Dat is een probleem bij zwaveldioxide: dat kan zure regen vormen.


 

Synthetische diamanten; slechts als voorbeeld, ze zijn vele malen groter dan het diamantstof uit het artikel. Foto: Depositphotos 


 

Stratosfeer

Duur is diamant wel. Om 1,6 graden koeling te bewerkstelligen, zou de mensheid jaarlijks vijf miljoen ton diamantstof in de atmosfeer moeten injecteren, in de stratosfeer om precies te zijn. Daarvoor zou de productie van synthetische diamant flink moeten worden opgevoerd, schrijft Science op zijn nieuwspagina. Volgens een eerdere studie kost diamant 500.000 dollar per ton om te maken, en dat is 2400 keer zo duur als het veelgenoemde zwaveldioxide.

‘Ja, veruit het goedkoopste is zwaveldioxide’, zegt Vattioni. ‘Een eerdere studie laat zien dat je daarmee de aarde een graad kunt afkoelen voor een geschatte achttien miljard dollar per jaar.’ Diamant is minstens een factor duizend duurder.

‘Het kost veel energie om diamant te maken. Maar calciet heeft vergelijkbare optische eigenschappen en zou een goed alternatief kunnen zijn. Het is te winnen uit kalksteen, dat bijna overal ter wereld in grote hoeveelheden aanwezig is.’
 

Tweedeling onder wetenschappers

Dan nog even terug naar de ethische kant van dit onderzoek. Er is onder wetenschappers die met het klimaat bezig zijn grofweg een tweedeling ontstaan. Er is een groep die bereid is technieken voor geo-engineering (waaronder ook bossen aanplanten, spiegels plaatsen in de woestijn of gletsjers bedekken tegen smelten) in te zetten om de opwarming van de aarde af te remmen en misschien zelfs tot staan te brengen. Anderen zeggen dat we dat niet moeten doen, omdat we niet kunnen voorzien welke nadelige neveneffecten zulke grote ingrepen op het mondiale klimaat hebben. Ook zou geo-engineering volgens hen de prikkel bij bedrijven en overheden wegnemen om de CO2-uitstoot écht terug te dringen.

Vattioni zit in het eerste kamp, mailt hij. ‘Gezien de slechte perspectieven van klimaatverandering, zouden we onderzoek moeten doen naar stratospheric aerosol injection (SAI). Doen we dat niet, of verbieden we het zelfs, dan zouden we een manier laten lopen waarmee we op termijn de heftige gevolgen van klimaatverandering kunnen helpen verzachten of voorkomen. Dit zou zelfs levens kunnen redden.’
 

Risico’s

Tegelijk erkent ook Vattioni dat geo-engineering risico’s met zich kan meebrengen. ‘Daarom zouden we internationaal moeten samenwerken op dit onderwerp en zo snel mogelijk het onderzoek ernaar, inclusief mogelijke praktijkproeven, moeten reguleren. Het zou kunnen dat we over een paar jaar zeggen dat we deze technologie niet willen, maar tot die tijd pleit ik ervoor om het onderzoek transparant en in het openbaar te doen. Verbied het onderzoek niet, want dan gaat het ondergronds, bijvoorbeeld bij militaire onderzoeksinstellingen.’

Het injecteren van de zwevende deeltjes in de hoge atmosfeer om zonlicht te blokkeren kan in ieder geval nooit dé eindoplossing zijn voor klimaatverandering, zegt Vattioni. ‘Technieken zoals deze laten de mogelijkheden zien om klimaatverandering tijdelijk tegen te gaan, totdat we als maatschappij erin zijn geslaagd om netto geen CO2 meer uit te stoten en de technieken voor het opnemen van CO2 uit de lucht kunnen worden opgeschaald.’

 

Openingsfoto: de atmosfeer van de aarde vanuit de ruimte gezien. Foto: Depositphotos