Como medimos a remoção de dióxido de carbono?

Quantificação da Remoção de Dióxido de Carbono Através do Intemperismo Aprimorado: Um manuscrito

O intemperismo aprimorado (EW) está emergindo como uma nova e empolgante técnica de remoção de dióxido de carbono (CDR). O intemperismo aprimorado é escalável agora e tem um potencial impressionante para remover gigatoneladas de CO₂ anualmente. No entanto, o monitoramento, relato e verificação (MRV) da CDR com EW – como medimos sua eficácia – é amplamente visto como a maior barreira para a escalabilidade da técnica. Um MRV robusto é crucial para a operacionalização generalizada do EW. Em última análise, a confiança na indústria de EW depende dessas três letras.  

Para trazer maior transparência ao tema, a equipe de pesquisa da InPlanet documentou o estado atual da ciência de MRV na indústria e na academia, focando na medição ou quantificação da CDR. Matthew Clarkson, Christina Larkin e Philipp Swoboda, juntamente com cientistas líderes de todo o mundo, reuniram todo o conhecimento disponível na literatura existente e resumiram décadas de pesquisa em um manuscrito que agora está acessível publicamente. Este manuscrito tem como objetivo ajudar a desenvolver a indústria como um todo e, sem dúvida, se tornará um recurso útil para qualquer pessoa interessada em EW.

Nosso Chefe de Carbono, Matthew, comenta sobre o processo: “Enquanto desenvolvíamos nossa metodologia interna, decidimos que esse conhecimento precisava ser compartilhado, em vez de ficar guardado em nosso drive até concluirmos o processo de creditação. Priorizamos a criação de um recurso que possa acelerar toda a indústria, oferecendo a clareza tão necessária exigida pela comunidade mais ampla de CDR.”

A primeira publicação do manuscrito como pré-impressão em novembro de 2023 foi muito oportuna, ajudando a contribuir para a formação de padrões emergentes. A pré-impressão original recebeu um excelente feedback e acumulou mais de 1800 visualizações. Agora, o manuscrito passou por uma revisão externa de terceiros por acadêmicos e está acessível como uma publicação de código aberto em Frontiers in Climate.

Aqui, resumimos o manuscrito, que se concentra na ciência da quantificação da CDR com EW, o pilar mais crítico do MRV.

Ciência Sólida como Rocha

O desafio em calcular a RDC com o IA é que, por natureza, é uma via de RDC de sistema aberto. As vias de sistema aberto para RDC são realizadas no mundo real, em nossos oceanos ou campos, em vez de em um laboratório ou sob condições controladas. Como se pode esperar, a vida real é mais complexa e com mais ruído.

Felizmente, não estamos desenvolvendo esses métodos do nada. A ciência aplicada ao MRV no IA é baseada em pesquisas bem estabelecidas, combinando geoquímica, geologia, agronomia e ciência do solo. Reunimos o que se sabe sobre rochas, solos, plantas e intemperismo e estamos aplicando esse conhecimento para estabelecer uma quantificação robusta do IA.

“Havia muito mistério percebido em torno das abordagens de medição para o IA. Mas as pessoas não percebiam que a ciência fundamental por trás desses métodos é bem estabelecida”, diz Matthew Clarkson.  

Christina, nossa Chefe de Ciência e Pesquisa, que anteriormente realizou testes de campo de IA como Pesquisadora Associada na Universidade de Southampton, destaca que “embora haja complexidade nas vias de sistema aberto, também existem muitas opções para rastrear reações e estimar a RDC de forma robusta.”

MRV numa xícara de chá

Na InPlanet, usamos uma analogia para ilustrar melhor as duas principais abordagens de medição: sólidos e líquidos.

Imagine-se relaxando pela manhã, e uma pessoa querida lhe traz uma xícara de bebida quente. Como você gosta de doces, quer confirmar se adicionaram açúcar. Claro, você pode perguntar, mas talvez queira verificar isso também!

Uma maneira de descobrir é despejar a bebida e verificar o fundo da xícara para ver se há algum açúcar não dissolvido restante. Isso lhe dá uma ideia aproximada do teor de açúcar, mas você perde a oportunidade de saborear a bebida.

Alternativamente, você pode provar a bebida diretamente para estimar quanto açúcar há nela. Ao provar a bebida, você pode ter mais informações, como qual é a bebida, se é café ou chá; que tipo de chá é; e se é uma mistura; de onde vem; etc. Você poderia até tirar uma amostra para medir o teor de cafeína, se quisesse.

Da mesma forma, em nosso processo de intemperismo, analisamos tanto sólidos (a mistura de solo e pó de rocha) quanto líquidos (águas do solo) para compreender completamente quanto dióxido de carbono está sendo removido. Com as medições de sólidos, estimamos quanto pó de rocha se dissolveu com base no que resta no solo. Se soubermos quanto foi adicionado, podemos então inferir quanto CO₂ foi removido durante a dissolução. Esta é uma abordagem de medição indireta.

Em contraste, ao analisar as águas do solo, medimos o dióxido de carbono removido diretamente como carbono inorgânico dissolvido. Também aprendemos muito mais, incluindo, por exemplo, o pH ou a temperatura da água e outros parâmetros importantes. Esta abordagem é a mais direta para a quantificação da RDC.

É a combinação desses dois métodos que nos dá a imagem mais completa do IA e de sua eficiência de remoção de carbono.

Você pode aprender mais sobre a analogia do café ouvindo diretamente de seu idealizador, Matthew Clarkson, que foi destaque no Carbon Removal Newsroom, um podcast da Nori. Comece a ouvir a partir do minuto 5:00 para uma visão mais aprofundada sobre “Como a InPlanet está Crescendo o ERW.”  

O que estamos buscando?

Para entender esses diferentes tipos de análise, primeiro precisamos identificar as principais coisas que queremos quantificar para rastrear como as rochas estão intemperizando, ou seja, bicarbonato e cátions. Dando um passo atrás, podemos analisar as reações químicas que ocorrem quando as rochas reagem com o carbono.

O intemperismo aprimorado funciona através de uma reação química na qual o CO₂ é parcialmente dissolvido na água da chuva, formando um ácido fraco (ácido carbônico). Quando a água da chuva entra em contato com as rochas, ela reage com os minerais presentes nelas para formar bicarbonatos, uma molécula estável que é transportada via rios para o oceano, onde o carbono é armazenado com segurança por milhares de anos. Saiba mais sobre esta ciência fascinante aqui.

Cátions

Cátions são átomos com carga positiva. Eles são liberados quando o ácido carbônico da chuva reage com os minerais das rochas. Isso significa que os cátions podem ser encontrados tanto na mistura de solo e pó de rocha, quanto nas águas de drenagem. Os cátions mais comuns formados no Intemperismo Aprimorado são Ca²⁺ e Mg²⁺.

Bicarbonatos

Bicarbonato (HCO₃-) é uma forma de carbono inorgânico dissolvido. É o produto da reação química entre rochas e água da chuva. Durante esta reação, o CO₂ é convertido em bicarbonato dissolvido. Iões de bicarbonato dissolvido podem ser medidos diretamente em amostras de água de drenagem ou água do solo.

Abordagens de medição

O manuscrito aprofunda os diferentes métodos para medir o intemperismo do pó de rocha e resume todas as vantagens e desafios. Abaixo, explicamos a diferença entre eles e os principais benefícios de cada um.

“Rastrear reações geoquímicas com diferentes medições é uma tarefa difícil, mas pode ser incrivelmente poderoso quando combinamos abordagens, ajudando-nos a navegar pela complexidade natural”, aponta Matthew.

Medições da Fase Sólida

As medições da fase sólida envolvem a coleta de amostras de uma mistura de sólidos e pó de rocha durante diferentes estágios de intemperismo. Pense no açúcar no fundo da xícara – esta é uma análise indireta, mas ainda fornece dados interessantes e importantes sobre como o pó de rocha está reagindo com o solo.

Uma das principais vantagens deste teste é que a coleta de amostras é mais fácil. Enquanto a amostragem líquida envolveria viajar para o campo de aplicação para coletar análises toda vez que chove, amostras sólidas podem ser coletadas em visitas de rotina programadas ao local de aplicação, talvez uma vez por ano.

No entanto, uma das principais desvantagens é o quão ruidoso o sinal pode ser e o número de amostras de solo necessárias para capturar a variabilidade total. Pense em alguns grãos de açúcar misturados com folhas de chá no fundo da sua xícara. O pó de rocha é misturado com o solo e, dependendo de quão diferente esse solo é do pó de rocha, pode haver dificuldades em rastrear o sinal.

Uma vez no laboratório, as amostras de solo passam por testes, como análise geoquímica para cátions, para medir as mudanças nos minerais da fase sólida e avaliar o progresso das reações de intemperismo.

Medições da Fase Aquosa

A análise da água é realizada coletando águas de drenagem do solo, o que significa a água que passa pelo solo quando chove. Pense na água que sai do fundo do vaso de plantas quando você rega suas plantas de interior.

Amostras de água precisam ser coletadas toda vez que chove para fornecer uma imagem completa de como o dióxido de carbono está reagindo com o pó de rocha. Portanto, as análises líquidas são mais caras e exigem mais trabalho para coletar e testar.

Uma vez no laboratório, as amostras de água passam por múltiplas análises para medir fases como carbono inorgânico dissolvido (CID), que é um teste essencial para entender o fluxo de remoção de dióxido de carbono através do intemperismo aprimorado. Outras técnicas como cromatografia iônica, espectrometria de massa e medições de pH são empregadas para rastrear a concentração de íons bicarbonato e outros produtos de intemperismo na fase aquosa.

Sólidos, líquidos... e gases?

Existe a empolgante possibilidade de que a medição dos fluxos de gás para o solo possa informar diretamente sobre a CDR por EW. Os fluxos de gás podem ser medidos usando uma câmara colocada sobre o solo onde o pó de rocha é aplicado. Usando isso, CO₂ fluxos para dentro e para fora do solo podem ser determinados. No entanto, os resultados desta abordagem são muito difíceis de interpretar. Infelizmente, o CO₂ sinal do ciclo inorgânico do carbono tende a ser sobrecarregado pelo ciclo temporário, mas mais rápido, do carbono orgânico (pense em fotossíntese e respiração). Isso significa que plantas e micróbios dominam essas medições e é difícil resolver as mudanças mais lentas e menores resultantes do EW.

Principais conclusões

Enfatizamos que diferentes métodos podem e devem ser combinados para fornecer uma estimativa melhor de CDR com EW. Além disso, um benefício colateral desta abordagem robusta de MRV é que as mesmas amostras e métodos analíticos também são usados para monitoramento ambiental. Isso garante verificações regulares e a salvaguarda ambiental das implementações de EW.

Destacamos que medições redundantes (abordando a mesma quantificação por meio de diferentes métodos) garantirão a precisão e a confiabilidade da quantificação de CDR. Requer mais esforço e investimento, mas a realização de múltiplas medições é fundamental para garantir um MRV confiável e fidedigno na indústria. Para gerenciar e analisar todas essas amostras, a InPlanet conta com uma equipe diversificada de cientistas com doutorado, comprometidos em ir além para entregar o melhor e mais preciso MRV do mercado.

Esta revisão aprofundada conclui destacando a necessidade de métodos robustos para medir, relatar e verificar a eficácia do EW na remoção de dióxido de carbono. O uso de técnicas avançadas e a transparência nos resultados garantirão a escalabilidade eficaz do EW e permitirão que investidores e partes interessadas apoiem soluções climáticas inovadoras para um futuro melhor.

Referências

Clarkson, M. O., Larkin, C. S., Swoboda, P., Reershemius, T., Suhrhoff, T. J., Maesano, C. N., & Campbell, J. S. (2024). A review of measurement for quantification of carbon dioxide removal by enhanced weathering in soil. Frontiers in Climate, 6. https://doi.org/10.3389/fclim.2024.1345224

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