Geo-engineering: een slecht idee dat we toch nodig gaan hebben

Verf de wereld wit en zet de zon uit

Large gettyimages 115114651
Uitbraak van de Pinatubo-vulkaan, 1991, Filipijnen © Pool Aventurier / Loviny / Gamma-Rapho/ Getty Images

Als het de wereld niet lukt om de CO2-uitstoot tijdig te doen dalen, dan is er nog altijd de technologische noodrem in de vorm van geo-engineering. Er wordt serieus onderzoek naar gedaan, maar niemand hoopt dat het gebruikt hoeft te worden.

Het gebeurt niet vaak dat wetenschappers hun eigen vondst het liefst ongebruikt in het lab laten. Academici mogen hun eigen werk graag typeren als ‘zeer belangrijk’ met een ‘direct nut voor de maatschappij’. Een rondje langs zogenaamde climate engineers is daarom een surrealistische ervaring. Deze wetenschappers werken aan manieren om te sleutelen aan het mondiale klimaat. Ze onderzoeken wat een noodrem mag heten, als we als mensheid alle mogelijkheden hebben uitgeput en er technisch of bureaucratisch niet in slagen om de temperatuur op aarde binnen fatsoenlijke perken te houden.

‘Er is niemand die ervoor zal pleiten om op dit moment climate engineering in te zetten, daarvoor zijn er te veel onzekerheden en zijn er andere, veiliger oplossingen voorhanden’, zegt Berend Jan Stuut, hoofdonderzoeker bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee. ‘Maar tegelijkertijd zullen ook weinig mensen zeggen dat het niet op z’n minst slim is om het al wel te onderzoeken.’

Even een korte cursus klimaatwetenschap ter opfrissing. Sinds de industriële revolutie in het midden van de negentiende eeuw verbranden we massaal fossiele brandstoffen als olie, steenkool en gas om onze energiehonger te stillen, met als gevolg een stijging van de hoeveelheid CO2 in de lucht van 280 deeltjes per miljoen (parts per million, ppm) toen, naar meer dan vierhonderd nu. Omdat CO2 warmte vasthoudt steeg de gemiddelde temperatuur op aarde in diezelfde tijd met 0,8 graden. Het klimaat laat zich moeilijk voorspellen, maar dat de stijging doorgaat als de wereld niks onderneemt staat vast. Voorspellingen voor het eind van deze eeuw lopen uiteen van een stijging van 1,2 graad in het gunstigste scenario tot meer dan zes onder het meest apocalyptische regime. De opwarming brengt allerlei nare effecten met zich mee, zoals extremer weer, oprukkende woestijnen, mislukte oogsten en verzurende oceanen. En misschien wel net zo belangrijk: het brengt de wereld in een stadium zonder historisch precedent, en dat maakt de gevolgen heel onvoorspelbaar.

Natuurlijk zijn wereldleiders niet doof voor dit soort voorspellingen en proberen ze al een paar decennia met internationale verdragen die uitstoot van CO2 aan banden te leggen. Het meest recente is het verdrag van Parijs uit 2015, waarin zo goed als alle landen zich gecommitteerd hebben om de temperatuurstijging binnen de twee graden opwarming te houden. Die tweegradengrens is arbitrair, maar wetenschappers hopen dat de meest extreme gevolgen van klimaatverandering zo tegengehouden kunnen worden. Het houdt de aarde bewoonbaar.

Een garantie voor succes is het verdrag helaas niet. Een analyse van het Amerikaanse Breakthrough Institute laat zien dat eerdere afspraken zoals die in Rio de Janeiro in 1992 en in het Japanse Kyoto in 1997 geen enkel effect hadden op de CO2-uitstoot: die bleef maar stijgen en stijgen. Het enige wat een dip veroorzaakt, is een flinke economische recessie. Ook nu zijn de voortekenen niet per se gunstig: ondanks alle mooie woorden steeg de uitstoot in Europa afgelopen jaar met 1,8 procent (de uitstoot van Nederland daalde wel). Hoe langer de wereldwijde CO2-uitstoot blijft stijgen, hoe moeilijker het wordt om de tweegradengrens te halen, helemaal omdat CO2 een vertragingseffect heeft: zelfs als de wereld per direct volledig stopt met het verbranden van fossiele brandstoffen, dan blijft de opwarming een tijd doorgaan. Nu al zit er zoveel CO2 in de lucht dat een stijging van 1,5 graad onvermijdbaar is. Het koolstofbudget voor twee graden is hierdoor maar heel beperkt.

Veel scenario’s die voorstellen hoe het toch gaat lukken gaan daarom uit van zogenaamde negatieve emissies. Dat willen zeggen dat stoppen met uitstoten niet genoeg is, maar dat er op een gegeven moment actief CO2 uit de atmosfeer moet worden gehaald. Vorig jaar berekende het onderzoeksinstituut Oil Change International bijvoorbeeld dat de mensheid vanaf 2065 meer CO2 uit de lucht moet halen dan ze erin stopt, willen we de tweegradengrens halen. Maar ook een van de hoofdschuldigen van klimaatverandering, Shell, gaat in haar meest recente analyse uit van negatieve emissies vanaf 2060.

‘Je merkt dat er de laatste jaren anders tegen geo-engineering wordt aangekeken’, zegt Herman Russchenberg, hoogleraar atmosfeeronderzoek aan de Technische Universiteit Delft. ‘Er wordt steeds meer rekening mee gehouden dat we het in de toekomst toch wel eens zouden kunnen gaan inzetten.’

Voor Berend Jan Stuut is climate engineering een van de vele aspecten die hij onderzoekt. Zijn hoofdonderwerp is stof, of meer specifiek: woestijnstof. ‘Jaarlijks waait er vanaf de Sahara 180 miljoen ton stof de Atlantisch Oceaan in. Dat heeft een enorme invloed op het mariene leven. Woestijnstof is namelijk niet alleen zand, maar bevat ook allerlei voedingsstoffen en mineralen, die als meststof dienen voor het leven in de zee’, zegt hij. ‘Een goede lading stof doet de hoeveelheid plankton groeien, waar vissen weer van profiteren.’

Dit natuurlijke fenomeen diende als inspiratiebron voor de andere onderzoekstak van Stuut, de climate engineering. Want wat als we de enorme groei van plankton door stof nu ten positieve kunnen gebruiken? ‘De grootste profiteurs van het stof zijn algen, en dat zijn organismen die leven op CO2 en dat omzetten in zuurstof, net als planten dat doen op het land’, zegt Stuut. ‘Dat betekent dat algenbloei een manier kan zijn om CO2 uit de lucht te halen.’ Een paar decennia geleden al ontdekten wetenschappers dat het vooral het ijzer in het woestijnstof is dat de algen doet groeien, en zo werd het idee van ijzerbemesting geboren: gooi een paar ton ijzer in het water en laat de algen de wereld redden.

Zoals zo vaak in de biologie is de praktijk weerbarstiger dan de theorie. Initiële kleinschalige experimenten lieten zien dat ijzerdepositie weliswaar zorgt voor een enorme groei van algen, maar dat de hoeveelheid vastgelegde CO2 minimaal is. ‘Het permanent vastleggen werkt alleen als de algen na hun dood afzinken naar de bodem’, vertelt Stuut. ‘Maar dat is meestal niet wat de natuur toelaat. Algen worden gegeten door vissen en ander oceaanleven, en zo verdwijnt de CO2 de voedselketen in, en uiteindelijk weer in de lucht.’ Stuut experimenteert daarom op dit moment met ijzer dat gebonden zit aan stofdeeltjes, net zoals dat gebeurt bij een Saharastorm over de zee. ‘Zulke stofdeeltjes fungeren als ballast, waardoor de algen sneller naar de bodem dalen, te snel voor de rest van de voedselketen om op te reageren.’

Maar zelfs als zulke technische problemen opgelost worden, is het maar zeer de vraag of ijzerbemesting grootschalig zal worden toegepast. Zelfs milieubeschermingsorganisaties, die zich toch het meest druk maken om klimaatverandering, zetten vraagtekens bij de toepassing. Zo tekent de populaire groene website Mongabay uit de mond van hoofdonderzoeker klimaatverandering van het Wereldnatuurfonds Lara Hansen op dat ‘er veel betere manieren zijn om CO2-concentraties te verlagen dan ijzer in de zee te dumpen’. In 2007 blokkeerde Greenpeace een poging van het bedrijf Planktos om experimenten met ijzerbemesting uit te voeren voor de kust van Ecuador.

Een belangrijke reden voor de weerstand zijn de grote onzekerheden die nog rond de bemesting hangen. Want knoeien aan het voedselweb kan een hoop ongewenste effecten tot gevolg hebben. Zo leidt een overmaat aan algen aan het eind van hun levenscyclus mogelijk tot lokaal zuurstofgebrek in het water, omdat de bacteriën die zich tegoed doen aan de algenresten alle zuurstof opsouperen, een proces vergelijkbaar met het ontstaan van dode zones in kustwateren doordat extra stikstof en fosfaat het water instroomt door toedoen van de landbouw. Zowel de Oostzee als de monding van de Mississippi verandert hierdoor jaarlijks in levenloos water. Andere onvoorziene gevolgen zijn de verhoogde productie van zenuwgif door de algen, die hogere dieren doet afsterven.

Ook Stuut was niet blij met de pogingen van Planktos. ‘De oprichter van het bedrijf, Russ George, is een beetje een rogue scientist, die experimenten uitvoert zonder de gewoonlijke academische voorzichtigheid. Dat doet de wetenschap meer kwaad dan goed.’ George’s capriolen geven tegelijk aan hoe moeilijk het is om het deksel op climate engineering te houden. ‘Officieel is er een moratorium van de Verenigde Naties op klimaatexperimenten buiten het lab en de computer, maar experimenten als ijzerbemesting zijn relatief makkelijk en goedkoop in de uitvoering, waardoor individuen of landen er zo mee kunnen beginnen.’ Het is een van de redenen waarom er ondanks de verstrekkende impact van climate engineering toch druk wordt uitgeoefend om meer financiering voor onderzoek vrij te maken. Als China op eigen houtje beslist om ertoe over te gaan, is het maar beter als we een beetje in de smiezen hebben wat de wereld staat te wachten.

‘Een vliegtuig kan zwavel- of anderszins reflecterende deeltjes in de lucht spuiten die de zonnestralen terugkaatsen’

Nu is ijzerbemesting niet de enige manier om negatieve emissies te bereiken. Wat in de zee kan – het stimuleren van de groei van CO2 opslokkend groen – kan op land ook met de aanplant van bomen. Amerikaanse onderzoekers lieten afgelopen jaar in PNAS zien dat agressief behoud en herstel van natuurgebieden in Californië jaarlijks tot achttien megaton aan CO2 kan vastleggen, dertien procent van de reductiedoeleinden van de staat. Engels onderzoek van de Universiteit van Oxford toonde al eerder aan dat zulk natuurbeleid, gecombineerd met het omzetten van marginale landbouwgronden in natuur, Groot-Brittannië zelfs helemaal in staat stelt haar doelen te halen zonder dat het haar energieportfolio hoeft aan te passen.

Herbebossing heeft echter haar eigen problemen. Het belangrijkste is dat het strijdt met voedselproductie om land, water en grondstoffen, en zo voor hogere voedselprijzen kan zorgen. En er is nogal wat ruimte nodig: stel dat een boom in staat is om jaarlijks elf kilogram CO2 te binden en dat er zo’n duizend bomen per hectare geplant kunnen worden. Om de jaarlijkse Nederlandse uitstoot van 166.000.000.000 kilo CO2 te compenseren moet er vijftien miljoen hectare bos worden geplant. Dat is vier keer ons hele land, en dan is er ruimte voor niks anders. Daar komt nog bij dat de opname van CO2 door vegetatie traag is, en dat de CO2 weer de lucht in komt als de boom sterft.

Voor dat laatste zit wel een oplossing in de pijplijn in de vorm van beccs, wat staat voor Bio Energy with Carbon Capture Storage. Daarbij worden de opgegroeide bomen gekapt en verbrand, waarbij de CO2 wordt opgevangen voor die de lucht in verdwijnt, om omgezet te worden in een vloeistof en vervolgens te worden opgeslagen in diepe aardlagen. Deze techniek is geleidelijk het lievelingetje aan het worden van veel beleidsmakers. Het International Panel on Climate Change (ipcc) noemt het in zijn laatste rapport zelfs een sleuteltechnologie om de CO2-concentratie te laten dalen. De Engelse equivalent van de knaw, de Royal Society, denkt dat de techniek vijftig tot honderdvijftig ppm aan CO2 uit de lucht kan halen.

Een voordeel van beccs is dat het in het begin weinig extra land hoeft te kosten. Het verstoken van biomassa in de vorm van bomen, pallets of pulp vormt op dit moment een van de belangrijkste duurzame bronnen van energie. Door die centrales te voorzien van technologieën die CO2 afvangen kan de eerste klap gegeven worden. Op termijn is meer nodig, en dan vormt ruimtegebrek toch een probleem. Het tijdschrift Nature rekende voor dat om de doelstelling van twee graden te halen er deze eeuw zeshonderd gigaton CO2 uit de lucht moet worden gehaald. Zou hiervoor alleen beccs ingezet worden, dan is daar tussen de 430 en 580 miljoen hectare land voor nodig, ongeveer een derde van de totale hoeveelheid vruchtbare grond over de hele wereld.

Mochten al deze manieren om CO2 uit de lucht te zuigen toch niet afdoende zijn, dan is er nog een sterkere noodrem voorhanden: het blokkeren van de zon. Ook hiervoor diende de natuur als inspiratiebron. Toen op 2 april 1991 Mount Pinatubo op het Filipijnse eiland Luzon uitbarstte, stootte de berg zoveel zwaveldeeltjes de lucht in dat de aarde de jaren daarna tot tien procent minder zonlicht kreeg. De opwarming van de aarde, die toen zo’n 0,7 graden bedroeg, werd in één klap bijna tenietgedaan, tot de zwaveldeeltjes neersloegen en de opwarming weer doorzette.

‘Wat een vulkaan kan, kunnen wij ook, maar dan gecontroleerder’, zegt Herman Russchenberg. ‘Een vliegtuig of raket kan zwavel- of anderszins reflecterende deeltjes in de lucht spuiten, die de binnenkomende zonnestralen terugkaatsen. Je hoeft maar een paar procent tegen te houden voor een groot effect.’ Een Britse overzichtsstudie van de Universiteit van Exeter uit 2011 die alle climate-engineeringsvoorstellen naast elkaar legde, beschreef het tegenhouden van de zon dan ook als het ‘meest haalbaar’.

De uitbarsting van Mount Pinatubo legde echter ook de risico’s van het blokkeren van de zon bloot. In de jaren erna had de Sahel te kampen met ernstige droogte, terwijl de Mississippi juist een overmaat aan water te verwerken kreeg. ‘Als je ingrijpt in de energiebalans van de planeet door minder zonne-energie binnen te laten, beïnvloed je ook de lucht- en watercirculatie van de planeet en daarmee de neerslagpatronen. De gevolgen daarvan laten zich nog moeilijk voorspellen’, zegt Russchenberg. Het is een belangrijke reden waarom solar radiation management, waar zwavelinjecties deel van uitmaken, nog huiveriger worden ontvangen dan het onttrekken van CO2 aan de lucht.

‘Een groot nadeel is bovendien dat je niet mag stoppen met injecteren zolang de CO2-concentraties in de lucht nog hoog zijn. Doe je dat wel, dan komt er een plotselinge catastrofale opwarming. Dat is nogal een erfenis voor onze kleinkinderen’, zegt Russchenberg. Daarnaast lost het andere problemen die klimaatverandering veroorzaakt niet op: de oceanen bijvoorbeeld verzuren door. Het Great Barrier Reef, dat heeft te maken met grootschalige sterfte door een warmer en zuurder wordende zee, is er dus niet mee gered.

Dezelfde problemen gelden voor zogenaamde albedomodificatie, het vergroten van het reflecterende vermogen van de aarde, om zonnestralen terug te kaatsen voor ze warmte afgeven. Dat kan bijvoorbeeld door het witter maken van wolken. ‘Als je op een satelliet een boot ziet varen onder een wolkendek, dan zijn de wolken daar altijd net wat witter’, zegt Russchenberg. ‘Dat komt doordat boten roet en andere vuildeeltjes de lucht in spuiten, waaraan waterdeeltjes zich binden. Hoe meer vuil, hoe denser de wolken, hoe groter de reflectie.’

Op dit moment lopen er verschillende kleinschalige experimenten om het wolkendek boven zee te verstevigen, bijvoorbeeld door zeezout de lucht in te pompen. Voor de kust van Namibië en Californië bevinden zich permanente wolkenvelden die zich goed lenen voor albedomodificatie. ‘Maar’, waarschuwt Russchenberg, ‘ook dit soort praktijken beïnvloeden de weerspatronen over de wereld en is het de vraag of de oplossing niet erger is dan de kwaal.’

Op het land zijn er initiatieven om daken massaal wit te verven, om meer reflectie te genereren, al is de hoeveelheid dak te gering om veel impact te hebben. Het plaatsen van spiegels of andere reflecterende materialen, op de aarde dan wel in de lucht, zet meer zoden aan de dijk. Om de huidige opwarming te compenseren is 340.000 vierkante kilometer bedekt Saharazand nodig, een oppervlakte acht keer groter dan Nederland. Om ook de verwachte toekomstige CO2-uitstoot tegen te gaan is het maar zeer de vraag of er genoeg woestijn voorhanden is, om nog maar niet te spreken over de kosten en de geopolitieke gevolgen. Want ook in de Sahara wonen mensen. ‘Het zijn allemaal nog tekentafelplannen, waarvan het maar de vraag is of ze die ooit ontgroeien’, zegt Russchenberg.

Naast alle risico’s is er nog een belangrijke reden waarom climate engineering weerstand oproept. Veel mensen zien het als een moral hazard, een term opgeworpen door Harvard-hoogleraar Keith Davids, zelf overigens voorstander van uitgebreid onderzoek naar manieren om aan het klimaat te sleutelen. Als er een technologische oplossing in het verschiet ligt, waarom zouden we dan nu zoveel moeite doen om ons uitstootpatroon aan te passen? Te veel aandacht voor climate engineering zou ons maar laks maken, zo is de angst. Hier spelen de botsende wereldbeelden van technologen en milieubeschermers op: de technofix versus de soberheid. Of zoals Ken Caldeira, klimaatwetenschapper aan het Carnegie Institute for Science, tegen The New Yorker zei: ‘Climate engineering gaat over het versnellen van the end of nature. Zelfs het weer komt in handen van de mens.’

Stuut en Russchenberg zien het probleem van een moral hazard niet zo. ‘Er is geen enkele mogelijkheid dat climate engineering gaat helpen zonder ook de CO2-uitstoot aan banden te leggen. Je zult op beide moeten inzetten’, zegt Russchenberg. Het verbaast hem daarom dat de Nederlandse overheid niet voornemens is om geld opzij te zetten voor onderzoek naar climate engineering, terwijl ze wel drie miljard per jaar investeert in de energietransitie. ‘Als we daarvan een paar procent opzij zetten voor technieken om het klimaat aan te passen, dan weten we zeker dat we er klaar voor zijn om die in te zetten als de transitie toch mocht falen.’