Carbon Sequestration
Kooldioxidegehaltes in de atmosfeer zijn gestegen van pre-industriële niveaus van 280 delen per miljoen tot huidige niveaus van 375 delen per miljoen. De stijging van het koolstofdioxidegehalte is voornamelijk te wijten aan het steeds groter wordende gebruik van fossiele brandstoffen voor energie. De CO 2 -niveaus blijven toenemen in de atmosfeer omdat er een veelvoud van het energieverbruik is. Er is toenemend bewijs voor verstoringen in de wereldwijde koolstofcyclus en dit heeft bijgedragen aan de opwarming van de aarde. Waargenomen veranderingen in temperatuur, neerslag, sneeuwbedekking, zeeniveau en extreme weersomstandigheden bevestigen dat het broeikaseffect een realiteit is.
Deze atmosferische opwarming is het best te verklaren door het broeikaseffect. Dit is een fenomeen waarbij koolstofdioxide, waterdamp, atmosferisch methaan, stikstofoxide, ozon en aerosolen meer warmte van de zon afvangen, waardoor de aarde warmer wordt. De kooldioxide is verantwoordelijk voor 60% van het totale broeikaseffect.
Arrhenius (1859-1927) was de eerste om dit fenomeen te introduceren als "hot house-theorie", die later bekend werd als 'broeikastheorie' om kwantitatief het effect van veranderingen in de concentratie van atmosferische kooldioxide op het klimaat te modelleren. Naarmate het broeikaseffect vordert, zijn essentiële terrestrische koolstofputten zoals bossen en bodems consequent geërodeerd, gedegradeerd en uitgeput, resulterend in een verminderd organisch bodemgehalte, afnemende bodemvruchtbaarheid en aanzienlijke productiviteitsverlagingen.
Er is wereldwijd steeds meer bewijs dat aantoont dat recente klimaat- en atmosferische trends reeds van invloed zijn op de soortfysiologie, -distributie en -fenologie. De uitbreiding van de geografische grenzen van de soorten vordert naar de polen of naar hogere hoogten. Het uitsterven van lokale populaties langs afstandsgrenzen op lagere breedtegraden of lagere hoogten vordert.
Het vergroten van de invasie door opportunistische, weedy en / of competitieve mobiele soorten is evident. Er vindt een progressieve ontkoppeling van de interactie tussen soorten plaats tussen planten en bestuivers als gevolg van niet-passende fenologie.
De klimaatverandering, zo niet verzacht, zal grote uitdagingen opleveren. Pandey (2004) beschreef enkele uitdagingen. In het geval van kinderen leiden veranderingen in de omgeving tot aandoeningen van de luchtwegen, zonnebrand, melanoom en immunosuppressie; de klimaatverandering kan direct hitteberoerte, verdrinking, gastro-intestinale ziekten en psychosociale maldevelopment veroorzaken; en ecologische veranderingen veroorzaakt door klimaatverandering kunnen de mate van ondervoeding, allergieën en blootstelling aan mycotoxinen, vectoroverdraagbare ziekten zoals malaria, dengue, encefalitis en nieuwe infectieziekten verhogen.
In het geval van de jonge bevolking creëren veranderingen in het milieu gezondheidsrisico's waardoor ze onproductief worden en armoede verergeren. Verder veroorzaakt de klimaatverandering in de context van mondiale industriële en politieke realiteiten zeespiegelstijging en overstromingen langs de kust, verstoort moesson en regenval en verlengt de droogteperiode.
Het Kyoto-protocol bij het Raamverdrag van de Verenigde Naties inzake klimaatverandering, in 1997, besefte dat dit een catastrofaal probleem was en bepleitte koolstofsekwestratie om de niveaus van broeikasgassen in de atmosfeer te beheersen. Dit toont aan dat er grote veranderingen nodig zijn in de manier waarop we energie produceren en gebruiken om de koolstofemissies te beheersen.
Belangrijke manieren om koolstof te beheren, zijn energie efficiënter gebruiken om de behoefte aan een grote energie- en koolstofbron te verminderen en een toenemend gebruik van koolstofarme en koolstofvrije brandstoffen en technologieën zoals kernenergie of hernieuwbare bronnen zoals zonne-, wind- en biomassa-energie. Na de uitstoot van koolstof in de atmosfeer is het koolstofsequestratieproces een belangrijke methode om de koolstofgehaltes in de atmosfeer te beheersen.
Koolstofsekwestratie is het proces van het opvangen van koolstofdioxide-emissies en het opslaan ervan in ondergrondse geologische formaties olie- en gasreservoirs, niet te verwaarlozen steenkoollagen en diepe zoute reservoirs), terrestrische biosfeer (in bossen, land- en landbouwgronden en in wetlands), of diep in de oceanen zodat de concentratie van koolstofdioxide in de atmosfeer zal afnemen of afnemen.
Dit proces omvat de volledige 'levenscyclus' van afvang, scheiding, transport en opslag of hergebruik, evenals de mogelijkheid om de opgeslagen hoeveelheid koolstofdioxide te meten en te bewaken. Dit wordt bereikt door het natuurlijke proces te behouden of te verbeteren of door nieuwe technieken te ontwikkelen om koolstof af te voeren.
Geowetenschappelijk onderzoek met betrekking tot het begrijpen van de geofysica en geochemie van potentiële reservoirs geschikt voor subsurface-opslag van koolstofdioxide is een optie om koolstof in ondergrondse geologische opslagplaatsen te sequestreren. Manieren om te identificeren om de koolstofsekwestratie van de terrestrische biosfeer te verbeteren door verwijdering van koolstofdioxide uit de atmosfeer door vegetatie en opslag in biomassa en bodems zijn onvermijdelijk bij het verbeteren van de natuurlijke terrestrische cyclus.
Koolstofsekwestratie in de oceanen is een andere belangrijke overweging om de netto oceanische opname uit de atmosfeer te verbeteren door bevruchting van fytoplankton met voedingsstoffen en het injecteren van koolstofdioxide naar oceaandieptes van meer dan duizend meter.
Het nieuwste concept voor koolstofbeheer is het sequencen van de genomen van microben die brandstoffen produceren zoals methaan en waterstof of helpen bij het opslaan van koolstof, om een evaluatie mogelijk te maken van hun potentiële gebruik om brandstoffen te produceren uit fossiele brandstoffen of biomassa of afvalproducten.
Terrestrische koolstofsekwestratie is een belangrijke benadering om broeikasgassen te verminderen. Bossen, bomen en andere vegetatie dienen als terrestrische koolstofputten om de CO2-uitstoot te absorberen en de klimaatverandering te verminderen. Totale bovengrondse biomassa in de bossen in de wereld is 421 × 10 9 ton verdeeld over 3.869 miljoen hectare.
Hiervan is 3, 682 × 106 hectare of 95% natuurlijk bos en 187 × 106 hectare of 5% plantageoppervlak. Bossen bevatten 100 m 3 ha -1 (kubieke meter per hectare) houtvolume en 100 t ha -1 (ton per hectare) houtbiomassa. Ze slaan wereldwijd 1.200 GtC op in vegetatie en bodem. Koolstof in bossen vormt 54% van de 2.200 Gt van de totale koolstofpool in terrestrische ecosystemen.
Ze vangen jaarlijks 1 tot 3 GtC op door het gecombineerde effect van herbebossing, regeneratie en verbeterde groei van bestaande bossen, waardoor de wereldwijde uitstoot van kooldioxide door ontbossing wordt gecompenseerd. In India is de hoeveelheid koolstof die in de bodem wordt opgeslagen 23, 4-27, 1 Gt of 1, 6 tot 1, 8% van de koolstof die in de bodem van de wereld wordt opgeslagen. Totale geschatte biomassa van bovengrondse en ondergrondse biomassa van bossen bedraagt 6.865, 1 en 1.818, 7 miljoen ton draagt respectievelijk 79 en 21% bij tot de totale biomassa.
De directe verwijdering van koolstofdioxide uit de atmosfeer vindt plaats door verandering in landgebruik, bebossing, herbebossing, oceaanbemesting en landbouwpraktijken om koolstof in de bodem te verbeteren. Fossiele brandstoffen waren op een bepaald moment biomassa en blijven de koolstof opslaan tot ze zijn verbrand. Bomen en planten absorberen koolstofdioxide, maken de zuurstof vrij en slaan de koolstof op.
De bossen of andere natuurlijke systemen kunnen koolstof "zinken" of opslaan en voorkomen dat het zich in de atmosfeer verzamelt als kooldioxide. Verhoogde kooldioxidesterktes verhogen de groeisnelheid en verhogen de hoeveelheid stikstof die symbiotisch is vastgezet in vlinderbloemige planten zoals Acacia-soorten. Dit biedt de mogelijkheid om een soortenmix te plannen die de groei van multifunctionele plantages maximaliseert.
Bomen in arme bodems reageren beter op verhoogde koolstofdioxide-emissies en het zou een nuttige strategie zijn om op korte termijn toevlucht te nemen tot grootschalige restauratie-inspanningen in gedegradeerde bossen en woestenij als een oplossing voor het beperken van klimaatverandering. Bosbouwsystemen voor multifunctionele bossen die in staat zijn om ecologische, economische en sociale functies te vervullen, worden voorgesteld voor het verbeteren van koolstofsekwestratie en voor het landschapscontinuüm.
Bosecosysteem heeft potentie om grote hoeveelheden koolstof te vangen en vast te houden gedurende lange perioden omdat bomen koolstof absorberen via het fotosyntheseproces. Een jong bos kan, wanneer het snel groeit, relatief grote hoeveelheden extra koolstof opvangen, ruwweg in verhouding tot de groei van het bos in biomassa. Een volgroeid woud fungeert als een reservoir met grote hoeveelheden koolstof, zelfs als het geen netto groei kent en dus heeft bosbeheer een invloed op de koolstofvastlegging.
Vermindering van ontbossing, uitbreiding van de bosbedekking, uitbreiding van bosbiomassa per oppervlakte-eenheid, en uitbreiding van de inventaris van langlevende houtproducten zijn enkele van de activiteiten om de wereldwijde gemeenschap ervan te overtuigen het koolstofvastleggingspotentieel van bosecosystemen te realiseren.
Bodems bieden een aanzienlijk reservoir voor organische koolstof, met twee keer zoveel opslag als de atmosfeer en drie keer zoveel als planten. Toepassing van grote hoeveelheden biomassa op de bodem en verbetering van de efficiëntie van water en voedingsstoffen verbeteren de organische koolstofconcentratie in de bodem. Landbouwpraktijken zoals mulchlandbouw, conserverende grondbewerking, gebruik van compost en stalmest, vruchtwisseling, agroforestry-systemen en toepassing van bio-vaste stoffen spelen een belangrijke rol bij het toevoegen van biomassa aan de bodem.
De mate van bodemverstoring door bodembewerkingen heeft een negatieve invloed op de aggregatie van de bodem, verergert de afbraak van resten en vermindert de ultieme retentie van koolstof in de bodem. Niet-grondige landbouw is een haalbare optie die boeren in staat stelt om gewassen economisch te laten groeien, terwijl ze erosie vermindert en zowel de kwantiteit als de kwaliteit van bodemorganisch materiaal verbetert.
Vliegas, het residu van het verbranden van laagwaardige steenkool in productie-installaties en zuiveringsslib worden in de meeste landen in enorme hoeveelheden geproduceerd. Deze twee afvalmaterialen worden grotendeels onbehandeld direct in de watersystemen afgezet; dit resulteert in siltatie, overstroming en verontreiniging van waterbronnen.
De milieu-, economische en sociale kosten in verband met afvalverwijdering zijn aanzienlijk en deze kosten zullen blijven stijgen naarmate de bevolking en industriële activiteiten groeien. Het gebruik van afvalmengsels is een belangrijke aanpak om de bodemvruchtbaarheid en -structuur te verbeteren en de overlevings- en groeisnelheid van plantensoorten, met name houtachtige vaste planten en grassen, te verhogen. Aangezien afvalstoffen continu genereren, is dit een mogelijke remedie om bodemziekte te behandelen.
Mitra et al (2005) legden de rol van wetlands in de wereldwijde koolstofcyclus uit. Wetlands kunnen de atmosferische koolstofcyclus op vier verschillende manieren beïnvloeden. Ten eerste zijn veel wetlands, met name boreale en tropische veengebieden, zeer labiele koolstofreservoirs; ze kunnen koolstof vrijmaken als de waterstanden worden verlaagd of landbeheer leidt tot oxidatie van de bodem.
Verhoging van de temperaturen kan de permafrostgronden doen smelten en methaanhydraten uitstoten die door deze wetlands zijn ingevangen. Ten tweede kunnen veel wetlands doorgaan met koolstof uit de atmosfeer te sekwestreren door fotosynthese door wetlandplanten en daaropvolgende koolstofophoping in de bodem. Ten derde zijn wetlands nauw betrokken bij horizontale koolstoftransportroutes tussen verschillende ecosystemen.
Ze zijn vatbaar voor het opvangen van koolstofrijke afzettingen uit stroomgebiedbronnen, maar kunnen ook opgeloste koolstof via waterstroming afgeven aan aangrenzende ecosystemen. Deze horizontale routes kunnen zowel de sequestratie als de uitstoot van koolstof beïnvloeden. Ten vierde produceren wetlandbodems methaan, dat regelmatig wordt uitgestoten in de atmosfeer, zelfs in afwezigheid van klimaatverandering.
Ze stoten meer dan 10% van de wereldwijde bronsterkte van methaan uit als gevolg van de anoxische omstandigheden die optreden in hun ondergelopen grond en hun hoge primaire productie. Drainage van wetlands tijdens conversie naar landbouw of bosbouw vermindert de methaanuitstoot tot nul en verbruikt zelfs kleine hoeveelheden methaan uit de atmosfeer.
Klimaatverandering heeft waarschijnlijk invloed op het vermogen van wetlands om methaan uit te stoten en koolstof af te vangen. Verhoogde kooldioxide in de atmosfeer zal resulteren in een hogere primaire productiviteit in de meeste, zo niet alle wetlands. Koolstofdioxide-bemesting van de atmosfeer zou de stand van koolstof in andere ecosystemen kunnen verbeteren.
Wetland-rijstvelden produceren meer dan methaan bij een hogere blootstelling aan koolstofdioxide. Verhoogde temperaturen kunnen resulteren in een verhoogde verdamping van transpiratie en kunnen daardoor het grondwater- en oppervlaktewaterniveau in veel wetlands verminderen. Daarom is het verbeteren van de koolstofreserves in wetlands in de context van klimaatverandering consistent met het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen door de wetlands en het herstellen van hun koolstofreserves. Het beschermen van de wetlands is een praktische manier om de bestaande koolstofreserves te behouden en zo de uitstoot van koolstofdioxide en broeikasgassen te voorkomen.
In India is in 1990 een inventaris van de wetlands uitgevoerd door het ministerie van Milieu en Bossen en uit dit onderzoek blijkt dat ongeveer 4, 1 miljoen hectare wordt bestreken door wetlands van verschillende categorieën. Bovendien, mangroves - wetlands aan de kust - bezetten een gebied van ongeveer 6.740 km.
Met het oog op het belang van wetlands in de wereldwijde koolstofcyclus en ander gebruik, heeft de regering in 1991 een kennisgeving voor kustverordening uitgebracht waarin ontwikkelingsactiviteiten en verwijdering van afval in de mangroven en koraalriffen werden verboden. Vijftien mangrovegebieden zijn geïdentificeerd voor intensieve instandhouding.
Sequestering van koolstof is een win-winstrategie voor landbouw en milieu. Het helpt de wereldwijde klimaatverandering te verminderen door kooldioxide op te slaan in de bodem. Bodemrestauratiemaatregelen verhogen de biomassaproductie. Sequestratie verbetert de bodemkwaliteit en de landbouwproductie. Conserveringsmethoden waarbij koolstof wordt gesekwestreerd, verbeteren tegelijkertijd de waterkwaliteit door te helpen bij het verminderen van vervuiling door afvloeiing of niet-puntbronnen.
Seneviratne (2002) nam een andere dimensie aan de koolstofsekwestratie en stelde enkele belangrijke activiteiten voor koolstofvastlegging voor. UNDP voorspelde dat de opwarming van de aarde de graanproductie zou verminderen en dit zou op zijn beurt resulteren in een verdere omzetting van natuurlijke ecosystemen in agro-ecosystemen. In feite zou prioriteit worden gegeven aan het planten van voedselgewassen in plaats van bomen te planten.
Met de uitbreiding van de landbouw zou koolstofput, teweeggebracht door doelbewuste acties, onvoldoende bijdragen aan de koolstofvastlegging. Daarom is bodemfaunale inenting een haalbare optie om de koolstofput in de landbouwbodems en in de bossen te verhogen voor meer productiviteit. Bladtoepassing van voedingsstoffen naar het bladerdak met behulp van vliegtuigen is een andere optie om de koolstofopslag te verbeteren, omdat het verschillende voordelen biedt.
Het is belangrijk voor een efficiënte toepassing van voedingsstoffen om de efficiëntie van voedingsstoffengebruik door planten te verhogen, waardoor voedingsbeperkingen worden vermeden. Het helpt bij het behoud van koolstofopslag in de bodem door de afbraak van micro-organismen te vertragen boven de directe toepassing van voedingsstoffen door de bodem. Het voorkomt onderbrekingen als gevolg van de omzet van zwerfvuil om koolstofsequestratie in planten te planten.
Sahrawat (2003) verklaarde het belang van anorganische koolstof in het sequesteren van koolstof in droge bodemgebieden. Bodems in de drogere streken van de tropen bevatten weinig organische stof en plantennutriënten. De bodemkoolstofpool bestaande uit organische en anorganische koolstof is van cruciaal belang voor de bodem om zijn productiviteits- en milieufuncties uit te voeren en speelt een belangrijke rol in de wereldwijde koolstofcyclus.
Calciumcarbonaat is een veel voorkomend mineraal in de bodem van de droge delen van de wereld en speelt een dominante rol bij het modificeren van de fysische, chemische en biologische eigenschappen en het gedrag van plantnutriënten in de bodem. De droge en semi-aride regio's beslaan meer dan 50% van het totale geografische gebied van India. De bodems van deze regio's zijn kalkhoudend van aard en bevatten 2 tot 5 keer meer anorganische koolstof in de grond dan organische koolstof in de bovenste bodemlaag van 1 m.
Bodem anorganische koolstofpool bestaat uit primaire anorganische carbonaten of lithogene anorganische carbonaten en secundaire anorganische carbonaten of pedogene anorganische carbonaten. Secundaire carbonaten worden gevormd door oplossen van primaire carbonaten en opnieuw neerslaan van verweringsproducten. De reactie van kooldioxide in de atmosfeer met water en calcium en magnesium in de bovenste lagen van de grond, uitspoeling in de ondergrond en daaropvolgende herprecipitatie resulteert in de vorming van secundaire carbonaten en in de sekwestratie van atmosferisch koolstofdioxide.
De pedogene anorganische koolstof gevormd uit niet-carbonaatmateriaal is een gootsteen voor koolstof en leidt tot koolstofsekwestratie terwijl die gevormd uit kalkhoudend materiaal mogelijk niet betrokken is bij koolstofsekwestratie in de grond. Dit suggereert dat het oplossen van carbonaten en uitspoeling in het bodemprofiel kan leiden tot koolstofsekwestratie. Het uitspoelen van bicarbonaten in het grondwater is een belangrijk mechanisme voor de opslag van anorganische koolstof in de bodem.
Verbeterde primaire productiviteit van de vegetatie en toepassing van maatregelen voor het beheersen van zoutgehalte waarbij gebruik wordt gemaakt van gips en organische wijzigingen kan leiden tot uitloging van calciumbicarbonaat in het profiel onder irrigatie; het zou resulteren in het sequestreren van koolstof en verbetering van door zout aangetaste bodems.
Sequestratie van bodem anorganische koolstof heeft implicaties wanneer grondwater onverzadigd met calciumbicarbonaat wordt gebruikt voor irrigatie. Ariditeit in het klimaat wordt beschouwd als verantwoordelijk voor de vorming van pedogeen calciumbicarbonaat en dit is een omgekeerd proces voor de verbetering van organische koolstof in de bodem.
Toename van koolstofsekwestratie via organische koolstofverbetering in de bodem zou het oplossen van natuurlijk calciumcarbonaat veroorzaken en het uitlogen zou resulteren in anorganische koolstofsekwestratie in de bodem. Er is behoefte aan inzicht in de rol van bodem-anorganische koolstofsekwestratie in koolstofsekwesterij voor het verbeteren van de koolstofvoorraad in verarmde en afgebroken kalkhoudende bodems in de aride en semi-aride regio's en om het broeikaseffect te verzachten.
De ontwikkelingslanden worden geacht verantwoordelijk te zijn voor het grootste deel van de recente CO2-uitstoot door ontbossing en bosbranden. Dit is lokaal waar, maar als het holistisch wordt vergeleken met emissies als gevolg van huidige en historische veranderingen in landgebruik en fossiele brandstofemissies in gematigde breedten, is de uitstoot in de ontwikkelingslanden erg klein.
Het grootste deel van de menselijke modificatie van het landschap in de afgelopen paar eeuwen heeft zich voorgedaan in de gematigde streken die bossen en graslanden omzetten in hoogproductieve akkerlanden en weiden die grote hoeveelheden kooldioxide in de atmosfeer uitstoten. Recente studies geven aan dat de situatie van bosbedekking op tropische breedtegraden niet slecht is.
India is kwetsbaarder voor de gevolgen van klimaatverandering dan zijn ontwikkelde tegenhangers, omdat het de middelen mist om zich aan te passen aan de daaruit voortvloeiende veranderingen. Verder zijn de menselijke gezondheid en sociaal-economische systemen kwetsbaarder in de context van beperkte landbronnen van het land. Koolstofsekwestratie is de meest levendige en levensvatbare optie om de huidige toestand van verschillende land- en ecosysteembronnen terug te draaien.
India beweegt met beleid en programma's om het nationale bosbeleidsdoel van 33% bos / boombedekking te bereiken door een totaal van 109 miljoen hectare gebied onder de boombedekking te hebben, van het totale geografische gebied van 328 miljoen hectare van het land. De bestaande bosbedekking in India bedraagt momenteel 67, 83 miljoen hectare en daarnaast bestaat er al 16 miljoen hectare boomafdekking buiten bossen.
Samen bedraagt het totale land onder bos / boom dekking momenteel 79, 73 miljoen hectare. Een bijkomend gebied van 29, 27 miljoen hectare moet onder boombedekking worden gebracht om 33% groene dekking te bereiken. Bovendien zou ongeveer 31 miljoen hectare van 63, 73 miljoen hectare gerestaureerd moeten worden om de productiviteit van gedegradeerde bossen te verbeteren en kan 29 miljoen hectare boombedekking worden vastgesteld via plantages op niet-bosgebieden en agro-ecosystemen.
Een totaal van 60 miljoen hectare grond in India wordt voorgesteld om in de komende tijd te worden bebost / herbebost. Verwacht wordt dat deze activiteiten jaarlijks tussen 83, 2 miljoen ton koolstof en 202, 6 miljoen ton koolstof extra koolstof vasthouden en dat ze zeker van vitaal belang zijn voor de matiging van de klimaatverandering om de normale concentraties van gassen in de atmosfeer te handhaven.
