‘Met plankton kunnen we veel extra CO2 uit de lucht vissen’

Voor de Universiteit van Vlaanderen staat professor Willy Baeyens stil bij de mogelijkheden om CO2 uit de lucht te halen met behulp van plankton.

De opwarming van de aarde moet beperkt worden tot 2°C boven pre-industriële niveaus. Dat werd in 2015 voor het eerst in een juridisch instrument vastgelegd (het Klimaatakkoord van Parijs). Europa besliste daarop om tegen 2050 klimaat-neutraal te zijn, en dus om geen CO2-emissies meer toe te laten. Dit vraagt echter om een volledige energie-transitie naar hernieuwbare energieën met daarin inbegrepen de aanpassingen van onze maatschappij aan deze energie-transities.

Energieproductie zal dus hoofdzakelijk moeten gebeuren met zonnepanelen en windturbines, maar de productie ervan is afhankelijk van de weersomstandigheden en verloopt dus zeer wisselvallig, in tegenstelling met onze huidige electriciteitsproductie.

Een grote wetenschappelijke uitdaging wordt alleszins de stockering van de electriciteit in periodes dat er een overaanbod is om die dan te gebruiken in periodes van tekort. Door de fossiele brandstoffen te bannen zal transport met elektrische voertuigen moeten gebeuren en gebouwenverwarming, die reeds door de hoge isolatievereisten veel lager zal liggen, met lokaal geïnstalleerde zonnepanelen, zonneboilers of geothermische energie. De industrie zal zelf ook voor energieproductie en energiebesparingen moeten zorgen. De vraag is nog maar of die enorme inspanningen voldoende zullen blijken om de opwarming te stoppen?

Op wereldschaal zijn de CO2-emissies door Europa klein (ongeveer 10%) vergeleken met deze van China en USA, en voor België ligt dat cijfer nog veel lager (mondiaal ongeveer 0.1%). Daarom, zelfs als Europa klimaat-neutraal zou zijn in 2050 -wat nog altijd een open vraag is-, zal het nog steeds nodig zijn om de emissies van landen die niet klimaat-neutraal zijn te compenseren en dus zo veel als mogelijk CO2 uit de atmosfeer te verwijderen.

Omdat marien fytoplankton nu reeds gigantische hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer verwijdert is dit organisme bij uitstek aangewezen om bijkomende hoeveelheden CO2 uit de atmosfeer te verwijderen. Marien fytoplankton zijn ééncellige planten en de belangrijkste soorten zijn diatomeeën, dinoflagellaten, cyanobacteria, coccolithophoren. Zoals alle andere planten zal fytoplankton onder invloed van licht CO2 opnemen (fotosynthese) en omzetten in nieuwe cellen (nieuwe biomassa). Marien fytoplankton heeft een zeer grote opname-efficiëntie voor CO2, veel groter dan die van bomen en planten op het land.

Op wereldschaal neemt marien fytoplankton door toename van zijn biomassa via fotosynthese in lente en zomer, tweemaal zoveel CO2 op uit de atmosfeer (44 Gigaton CO2 per jaar) dan de CO2 uitstoot door verbranding van fossiele brandstoffen (24 Gigaton CO2 per jaar). Maar die opgenomen hoeveelheid CO2 wordt voor 75% (33 Gigaton CO2 per jaar) terug afgestaan aan de atmosfeer in de herfst en winter doordat het fytoplankton afsterft en door bacteriën wordt afgebroken. Toch wordt er dus 25% van de jaarlijks geproduceerde fytoplankton biomassa (11 Gigaton CO2 per jaar) naar de diepere oceaan geëxporteerd, wat de helft is van de jaarlijkse, door mensen veroorzaakte CO2 uitstoot. Die export van fytoplankton noemt men de biologische pomp en ze vormt het belangrijkste verwijderingsmechanisme van atmosferisch CO2.

De fytoplankton biomassa is zeer heterogeen verspreid over de oceanen hoofdzakelijk ten gevolge van het heterogeen aanbod aan voedingselementen (nutriënten). Dus zouden we de groei van fytoplankton kunnen stimuleren door het toevoegen van die ontbrekende nutriënten. Wanneer die ontbrekende nutriënten echter hoofdnutriënten zijn (stikstof of fosfor) is de techniek niet bruikbaar omdat de hoeveelheden die men dan moet toevoegen om een effect te hebben immens groot zijn.

In sommige zones van de oceanen (Zuidelijke Oceaan of Oostelijke Equatoriale Stille Oceaan) wordt de planktongroei echter beperkt door een gebrek aan micronutriënten (bijvoorbeeld ijzer, mangaan of kobalt). In die zones is de techniek wel bruikbaar. Het bepalen van die ontbrekende micronutriënten is echter een geweldige uitdaging omdat hun concentraties (hoeveelheden) zeer laag zijn, in de orde van nanogram per liter, en omdat alleen sommige vormen van die metalen door het plankton kunnen worden opgenomen. Daarom hebben we een speciaal toestel ontwikkeld dat bestaat uit een autonome robot (een seaglider) voorzien van de nodige meetsensoren om de micronutriënten te bepalen. De gunstige resultaten die in de Middellandse Zee werden bekomen laten verhopen dat we ook in de open oceaan de concentraties van alle micronutriënten kunnen bepalen. Met die informatie kunnen we de nutriënten die de planktongroei beperken, in de betreffende zones van de oceaan gaan toevoegen.

De beste manier om de planktongroei te stimuleren is de ontbrekende nutriënten op een zo natuurlijk mogelijke manier te gaan toevoegen. Er zijn bovendien een aantal factoren die in het oog moeten gehouden worden zoals (1) de toevoeging moeten over een langere periode gespreid zijn (bijvoorbeeld 1 maand) en (2) de toevoegingen moeten van dezelfde grootteorde zijn als de “normale niveau’s” van de micronutriënten. Twee natuurlijke aanrijkingsmethodes komen daarbij prioritair in aanmerking: de eerste betreft de depositie van fijn stof dat veel mineralen bevat en afkomstig is van woestijnstormen, de tweede betreft het mengen door upwelling van diepzee water, dat rijk is aan micronutriënten, met de bovenlaag, die uitgeput is in sommige micronutriënten.

De technieken om die natuurlijke fertilisatie na te bootsen moeten nog verder ontwikkeld worden maar zullen toelaten om de doelstelling ‘bijkomende, grote hoeveelheden atmosferisch CO2 verwijderen’, te realiseren met een minimale verstoring van het bestaande ecosysteem.

Willy Baeyens is voorzitter van de onderzoeksgroep analytische en milieuchemie aan de VUB.