Procesos biológicos
Biosecuestración
La bio-secuestración es la captura y almacenamiento del gas de efecto invernadero, dióxido de carbono, a través de procesos biológicos continuos o mejorados. Esta forma de secuestro de carbono ocurre a través del aumento artificial de índices de fotosíntesis al cambiar el uso del suelo al hacer reforestación, manejos forestales sostenibles e ingeniería genética.[14][15][16].
El secuestro de carbono a través de procesos biológicos afecta al ciclo del carbono a nivel global. Los ejemplos incluyen fluctuaciones climáticas importantes, como el Evento de Azolla, que creó el clima Ártico actual. Tales procesos crearon los combustibles de fósil, así como el clatrato y la caliza. Al manipular tales procesos los bioingenieros buscan aumentar la capacidad de secuestro de carbono.
Turberas
Las turberas actúan como un sumidero de carbono debido a que detienen parcialmente la degradación de biomasa, que de otra forma se degradaría completamente. Hay variaciones entre cuanto puede actuar una turbera como sumidero, ya que varia dependiendo del clima y de la estación del año.[17] Al crear turberas o mejorar la capacidad de secuestrar de las ya existentes se espera que aumente la retención de carbono total de las turberas[18].
Silvicultura
La forestación es el establecimiento de un bosque en una área donde había uno anteriormente. La reforestación es la recuperación de un bosque al replantar árboles en zonas marginales de cultivo y tierras de pastoreo para incorporar el CO2 en la biomasa de árboles [19] Para que este secuestro de carbono tenga éxito el carbono no debe regresar a la atmósfera al pudrirse o quemarse los árboles.[20] Con este fin,la tierra destinada a los árboles no debe ser convertida a otros usos y debe vigilarse para evitar perturbaciones externas. Alternativamente, la madera proveniente de este bosque tiene ser secuesterada,por ejemplo, por medio de biochar, bio-energía con almacenamiento de carbono (BECS")), depositada en un relleno o alamacenada por uso en( p. ej., construcción). No es una solución eterna, aun así, si se reforesta con árboles de larga vida (>100 años) secuestra el carbono por un periodo sustancial y es liberado gradualmente, minimizando el impacto del carbono en el cambio climático durante el siglo . La Tierra tiene el espacio suficiente para plantar 1.2 billones de árboles.[21] Plantando y protegiéndolos compensaría aproximadamente10 años de emisiones de CO2 y secuestraria 205 miles de millones de toneladas de carbono.[22] La Campaña de Árbol del Billón apoya este método para secuestrar carbono. Reforestando todos los bosques degradados del mundo capturaría aproximadamente 205 miles de millones toneladas de carbono en total (lo cual es aproximadamente 2/3 de todas emisiones de carbono).[23][24].
En un artículo publicado en la revista Nature Sustainability, los investigadores estudiaron el efecto neto de continuar construyendo según las prácticas actuales contra prácticas que aumentan los productos de madera.[25][26] Concluyeron que si durante los próximos 30 años las construcciones nueva utilizaran un 90% de productos de madera, un total de 700 millones de toneladas de carbono serían secuestradas.
La silvicultura urbana") aumenta la cantidad del carbono capturado en las ciudades al añadir nuevos árboles y el secuestro de carbono ocurre a lo largo de la vida del árbol.[27] Es generalmente practicado en las ciudades a una pequeña escala. Los resultados de silvicultura urbana") pueden tener resultados variados según el tipo de vegetación que se utilice, así que pueda funcionar como sumidero, pero puede ser una fuente de emisiones de dióxido de carbono.[28] En conjunto el secuestro por plantas, la cual es difícil de medir con exactitud pero parece tener un efecto pequeño en la cantidad global de dióxido de carbono secuestrado, la vegetación no arbórea puede tener efectos indirectos al reducir el consumo de energía.
Restauración de humedales
Los humedales son sumideros de carbono importantes; se estima que el 14.5% del carbono en suelo se encuentra en los humedales, mientras que solo el 6% de toda la tierra es considera un humedal.[29].
Agricultura
Comparada a la vegetación natural, las tierras agrícolas están agotadas de carbono orgánico en el suelo (COS). Cuándo se cambia el uso de suelo de natural o semi-natural, como bosques, selvas, praderas, estepas o savannas, el COS el contenido en la tierra reduce por aproximadamente 30–40%.[30] Esta pérdida se debe a la extracción de biomasa vegetal en forma de cosechas. Cuándo la tierra cambia de uso, el carbono en la tierra aumenta o disminuye, hasta lograr un equilibrio. Este equilibrio puede variar debido a un efecto climático.[31] La disminución del SOC puede ser contrarrestado al inyectar carbono al suelo, esto puede ser logrado con varias estrategias. Por ejemplo, dejar residuos de cosecha en el campo, colocar abono o incluir cultivos perennes. Los cultivos perennes tienen mayor proporción de biomasa enterrada que sobre la tierra, esto aumenta el SOC. A nivel global,se estima que la tierra es capaz de contener más de 8,580 gigatoneneladas de carbono orgánico, aproximadamente 10 veces la cantidad en la atmósfera y mucho más que la vegetación.[32].
La modificación de las prácticas agrícolas es un método reconocido de secuestro de carbono, debido a que la tierra puede actuar como un sumidero de carbono eficaz absorbiendo hasta el 20% de las emisiones anuales.[33][34].
La implementación de agricultura orgánica y la producción de lombricompuesto podría absorber enteramente el exceso de CO2 anual del 4Gt y todavía podría absorber dióxido de carbono atmosférico.[35].
Los métodos de reducción de emisiones de carbono en la agricultura se pueden agrupar en dos categorías: Reducción y desplazamiento, y eliminación mejorada. Algunas de estas reducciones implican el aumento de la eficiencia de las operaciones agrícolas (por ejemplo, equipos que consumen menos combustible), mientras que otras implican disrupciones en el ciclo natural del carbono. Además, algunas técnicas efectivas (dejar la práctica de las quemas agrícolas ) pueden tener un impacto negativo en otras preocupaciones ambientales (mayor uso de herbicidas para controlar las malas hierbas que no se destruyen con la quema).
Captura de dióxido de carbono en suelos agrícolas
El carbono agrícola es el nombre de una variedad de métodos agrícolas destinados a secuestrar carbono atmosférico en el suelo y en las raíces, la madera y las hojas de los cultivos. Aumentar el contenido de carbono del suelo puede ayudar al crecimiento de las plantas, aumentar la materia orgánica del suelo (mejorando el rendimiento agrícola), mejorar la capacidad de retención de agua del suelo y reducir el uso de fertilizantes (y las emisiones que lo acompañan de óxido nitroso (N2O), un gas de efecto invernadero).A partir del 2016, variantes de estas prácticas alcanzaron cientos de millones de hectáreas a nivel mundial, de los casi 5 mil millones de hectáreas (1.2 × 1010 acres) de tierras agrícolas mundiales. Los suelos pueden contener hasta un cinco por ciento de carbono en peso, incluida la materia vegetal y animal en descomposición y el biochar.
Las posibles alternativas de secuestro al carbono agrícola incluyen la depuración de CO2 del aire con máquinas (captura directa de aire); fertilizar los océanos para provocar la proliferación de algas que, después de la muerte, transportan carbono al lecho marino; almacenar el dióxido de carbono emitido por la generación de electricidad; y aplastamiento y expansión de tipos de rocas como el basalto que absorben carbono atmosférico. Las técnicas de manejo de la tierra que se pueden combinar con la agricultura incluyen la forestación, reforestación, enterrar el biochar producido por biomasa convertida anaeróbicamente y restaurar humedales. (Los yacimientos de carbón son los restos de pantanos y turberas).
Aunque un bosque de bambú almacena menos carbono total que un bosque maduro de árboles, una plantación de bambú captura carbono a un ritmo mucho más rápido que un bosque maduro o una plantación de árboles. Por lo tanto, el cultivo de bambú maderable puede tener un impacto significativo en el secuestro de carbono.[36][37].
Suelo profundo
Los suelos retienen cuatro veces la cantidad de carbono que hay en la atmósfera.[38] Aproximadamente la mitad de esto se encuentra en las profundidades del suelo.[39] Aproximadamente el 90% de este C profundo del suelo se estabiliza mediante asociaciones minerales-orgánicas[40].
El aumento de los rendimientos y la eficiencia, generalmente, reduce las emisiones, ya que más alimentos resultan del mismo o menor trabajo. Las técnicas incluyen un uso más preciso de fertilizantes, menor alteración del suelo, riego más eficiente, variedades de cultivos mejoradas con características beneficiosas para su ambiente específico y de mayores rendimientos.
Reemplazar las operaciones agrícolas intensivas, las cuales tienen mayor consumo de energía, también puede reducir las emisiones. La agricultura de labranza mínima o labranza cero requiere menos uso de maquinaria y, en consecuencia, quema menos combustible por la misma área. Sin embargo, la falta de labranza generalmente aumenta el uso de agroquímicos para el control de malezas y es más probable que el residuo que ahora queda en la superficie del suelo libere su CO2 a la atmósfera a medida que se descompone, lo que disminuye la cantidad total reducida de carbono.[La cita necesitada].
En la práctica, la mayoría de las operaciones agrícolas que reincorporan residuos, desechos y subproductos de cultivos posteriores a la cosecha al suelo proporcionan un beneficio de almacenamiento de carbono.[La cita necesitada].
Este es el caso de evitar prácticas como la quema de rastrojos en el campo, así en lugar de liberar casi todo del CO almacenado a la atmósfera, la labranza vuelve a incorporar la biomasa al suelo.[La cita necesitada].
Todos los cultivos absorben CO durante el crecimiento y lo liberan después de la cosecha. El objetivo de la eliminación de carbono agrícola es utilizar los cultivos y su relación con el ciclo del carbono para secuestrar carbono de forma permanente dentro del suelo. Esto se hace utilizando métodos de cultivo que devuelvan la biomasa al suelo y mejoren las condiciones en las que el carbono contenido dentro de las plantas se transformara en carbón y se almacenará en una forma estable. Los métodos para lograr esto incluyen:.
• - Utilizar cultivos de cubierta como pastos y malezas como cobertura temporal entre las temporadas de siembra.
• - Concentrar el ganado en pequeños potreros durante días para que pasten de forma ligera pero uniforme. Esto fomenta que las raíces crezcan más profundamente en el suelo. El ganado también labra la tierra con sus pezuñas, triturando hierba vieja y estiércol en la tierra.[41].
• - Cubrir los potreros desnudos con heno o vegetación muerta. Esto protege el suelo del sol, permite que el suelo retenga más agua y sea más atractivo para los microbios que fijan carbono.
• - Restaurar la tierra degradada ralentiza la liberación de carbono mientras la tierra regresa a su uso en la agricultura u otro uso.
Relacionado con el océano
La fertilización del océano con hierro es un ejemplo de esta técnica de geoingeniería.[48] [49].
intenta estimular el crecimiento del fito plancton, que elimina el carbono de la atmósfera durante al menos un período de tiempo.[50][51] Esta técnica es controversial debido a la comprensión limitada de sus efectos completos en el ecosistema marino,[52] incluidos los efectos secundarios y posiblemente grandes desviaciones del comportamiento esperado. Estos efectos incluyen potencialmente la liberación de óxidos de nitrógeno[53] y la alteración del equilibrio de nutrientes en el océano.
Los eventos naturales de fertilización con hierro (por ejemplo, la deposición de polvo rico en hierro en aguas oceánicas) pueden mejorar la captura de carbono. Los cachalotes actúan como agentes de fertilización con hierro cuando transportan hierro desde las profundidades del océano hasta la superficie durante el consumo de presas y la defecación. Se ha demostrado que los cachalotes aumentan los niveles de producción primaria y exportación de carbono a las profundidades del océano al depositar heces ricas en hierro en las aguas superficiales del Océano Austral. Las heces ricas en hierro hacen que el fito-plancton crezca y absorba más carbono de la atmósfera. Cuando el fito-plancton muere, parte de él se hunde en las profundidades del océano y se lleva el carbono atmosférico con él. Al reducir la abundancia de cachalotes en el Océano Austral, la caza de ballenas ha dado lugar a que cada año permanezcan en la atmósfera 200.000 toneladas adicionales de carbono.[54].
Ian Jones propone fertilizar el océano con urea, una sustancia rica en nitrógeno, para estimular el crecimiento del fitoplancton[55].
La empresa australiana Ocean Nourishment Corporation") (ONC) planea hundir cientos de toneladas de urea en el océano para impulsar el crecimiento del fito plancton absorbente de CO como una forma de combatir el cambio climático. En 2007, la ONC, con sede en Sídney, completó un experimento con 1 tonelada de nitrógeno en el mar de Sulu frente a las Filipinas.[56].
Fomentar la mezcla de varias capas oceánicas puede mover nutrientes y gases disueltos, ofreciendo vías para la geoingeniería.[57] La mezcla se puede lograr colocando grandes tuberías verticales en los océanos para bombear agua rica en nutrientes a la superficie, lo que desencadenaría la proliferación de algas, que almacenan carbono cuando crecen y exportan carbono cuando mueren.[57][58][59] Esto produce resultados algo similares a la fertilización con hierro. Un efecto secundario es un aumento a corto plazo de CO, lo que limita su atractivo.[60].
Las algas marinas crecen en áreas costeras y poco profundas, y capturan cantidades significativas de carbono que pueden ser transportadas a las profundidades del océano por mecanismos oceánicos; las algas que llegan a las profundidades del océano secuestran carbono y evitan que se intercambie con la atmósfera durante milenios.[61][62] Además, las algas marinas crecen muy rápido y, en teoría, se pueden cosechar y procesar para generar bio-metano, a través de la digestión anaeróbica para generar electricidad, a través de cogeneración/CHP o como reemplazo del gas natural. Un estudio sugirió que si las granjas de algas cubrieran el 9% del océano, podrían producir suficiente bio-metano para satisfacer la demanda de energía equivalente a la demanda de energía de combustibles fósiles de la Tierra, eliminado 53 gigatoneladas de CO2 al año de la atmósfera y produciendo de manera sostenible 200 kg de pescado al año, por persona, para 10 mil millones de personas[63].Las especies ideales para ese cultivo y conversión incluyen , y .[64].