קיבוע פחמן

סכמה המראה קיבוע יבשתי וגאולוגי של פליטת פחמן דו-חמצני מ[[תעשייה כבדה, כגון מפעל כימי.<ref></ref>]]

קיבוע פחמן הוא תהליך אחסון פחמן במאגר פחמן.<ref></ref> פחמן דו-חמצני () נלכד באופן טבעי מהאטמוספירה באמצעות תהליכים ביולוגיים, כימיים ופיזיקליים.<ref name="glossary"></ref> ניתן להאיץ את השינויים הללו באמצעות שינויים בשימוש בקרקע ובשיטות חקלאיות, כגון המרת קרקע יבולים לקרקע לשם גידול צמחים שאינם גדלים מהר.<ref name="SedjoSohngen"></ref> תהליכים מלאכותיים הומצאו כדי לייצר אפקטים דומים,<ref name="glossary" /> כולל לכידה מלאכותית בקנה מידה גדול של המיוצר באופן תעשייתי וסגירתו באקוויפרים מלוחים תת-קרקעיים, מאגרי מים, מי אוקיינוס, שדות נפט מתרוקנים ומיושנים, או שקעי פחמן אחרים, ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון פחמן, ביוצ'אר (Biochar, פחמן ממקורות אורגניים), בליה משופרת, לכידת אוויר ישירה ולכידת מים בשילוב עם אגירה.<ref name="RoyalSociety"></ref>

יערות, יערות קלפ ותצורות אחרות של צמחייה סופגים פחמן דו-חמצני מהאוויר כשהם גדלים, וקושרים אותו לביומסה. עם זאת, מאגרים ביולוגיים אלו נחשבים לשקעי פחמן נדיפים מכיוון שלא ניתן להבטיח את הקיבוע לטווח ארוך. לדוגמה, אירועי טבע כמו שריפות או מחלות, מגפות בחי ובצומח, לחצים כלכליים וסדרי עדיפויות פוליטיים משתנים, עלולים לגרום לשחרור הפחמן שנסגר בחזרה לאטמוספירה.<ref></ref> פחמן דו-חמצני שהוסר מהאטמוספירה יכול גם להיות מאוחסן בקרום כדור הארץ על ידי הזרקתו אל מתחת לפני השטח, או בצורה של מלחי קרבונט בלתי מסיסים (תפיסת מינרלים). שיטות אלו נחשבות לא נדיפות מכיוון שהן מסירות פחמן מהאטמוספירה וקובעות אותו ככל הנראה למשך זמן ניכר - אלפי עד מיליוני שנים.

== תיאור ==
doi-access=free}}</ref>
קיבוע פחמן הוא התהליך המעורב בלכידת פחמן ובאחסון לטווח ארוך של פחמן דו-חמצני אטמוספירי () ועשוי להתייחס ספציפית ל:
* תהליך הוצאת הפחמן מהאטמוספירה והפקדתו במאגר.<ref></ref> כאשר התהליך קורה ביוזמה אנושית, זהו סילוק פחמן דו-חמצני, סוג של הנדסת אקלים.
* לכידה ואחסון פחמן, כאשר פחמן דו-חמצני מוסר מגזי הפליטה (למשל בתחנות כוח) לפני אחסונו במאגרים תת-קרקעיים.
* מחזור ביוגיאוכימי טבעי של פחמן בין האטמוספירה למאגרים, כגון בליה כימית של סלעים.

פחמן דו-חמצני עשוי לעבור לכידה כתוצר לוואי טהור בתהליכים הקשורים לזיקוק נפט או לגזי פליטה מייצור חשמל.<ref></ref> קיבוע פחמן דו-חמצני כולל אחסון הפחמן הדו-חמצני הנלכד ואחסון הפחמן, כלומר לכידה מלאכותית וסגירה בקנה מידה גדול של פחמן דו-חמצני המיוצר באופן תעשייתי באמצעות אקוויפרים מלוחים תת-קרקעיים, מאגרי מים, מי אוקיינוס, שדות נפט ישנים או שקעי פחמן אחרים.

קיבוע פחמן הוא אחסון לטווח ארוך של פחמן דו-חמצני או צורות אחרות של פחמן כדי להפחית או לדחות את ההתחממות הגלובלית ולהימנע משינויי אקלים מסוכנים. קיבוע פחמן הוצע כדרך להאט את ההצטברות האטמוספירית והימית של גזי חממה, המשתחררים משריפת דלקים מאובנים וייצור בעלי חיים באופן תעשייתי (חיות משק).

פחמן דו-חמצני נלכד באופן טבעי מהאטמוספירה באמצעות תהליכים ביולוגיים, כימיים או פיזיקליים. טכניקות לכידה מלאכותיות שונות מנצלות תהליכים טבעיים אלה, בעוד שחלקן משתמשות בתהליכים מלאכותיים.

קיימות שלוש דרכים שבהן ניתן לבצע סילוק פחמן זה: לכידה לאחר בעירה, לכידה לפני בעירה ושריפת חמצן. נעשה שימוש במגוון רחב של טכניקות הפרדה, כולל הפרדת פאזות גז, ספיגה לנוזל וספיחה על מוצק, כמו גם תהליכים היברידיים, כגון מערכות ספיחה/ממברנות. תהליכים אלה לוכדים פליטת פחמן מתחנות כוח, מפעלים, תעשיות שריפת דלק ומתקני ייצור בעלי חיים מהדור החדש, מתקנים שעוברים לטכניקות חקלאות משקמות, המשמשות ארגונים בניסיון להפחית את פליטת הפחמן מפעילותם.

== תהליכים ביולוגיים ==
על פי דו"ח ההערכה השישי של הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים, שינויי שימוש קרקע המשפרים את לכידת הפחמן הטבעי עשויים לאפשר לכידה ואגירה של כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני מדי שנה. שינויים אלה כוללים שימור, ניהול ושיקום של מערכות אקולוגיות כמו יערות, אדמות כבול, אדמות ביצות ואדמות עשב, בנוסף לשיטות קיבוע פחמן בחקלאות.<ref></ref>

=== קיבוע ביולוגי ===
פריחת פיטופלנקטון אוקיאני בדרום האוקיינוס האטלנטי, מול חופי ארגנטינה. עידוד פריחה כזו באמצעות הפריית ברזל עשוי לסייע בקיבוע פחמן בקרקעית הים.]]
קיבוע ביולוגי הוא לכידה ואחסון של גז החממה האטמוספירי פחמן דו-חמצני על ידי תהליכים ביולוגיים מתמשכים או משופרים. צורה זו של קיבוע פחמן מתרחשת באמצעות קצב מוגבר של פוטוסינתזה באמצעות שיטות שימוש בקרקע כגון ייעור מחדש וניהול יער באופן בר קיימא.<ref name="Beerling"></ref><ref></ref>

=== אדמת כבול ===
ביצות כבול משמשות אדמות ריכוז לפחמן מכיוון שהן צוברות ביומסה שהתפרקה חלקית ובנסיבות אחרות תמשיך להתפרק עד שתתפרק לחלוטין. אדמות כבול פועלות באופן שונה בהקשרי הפחמן. לעיתים הם משמשות כאתר למשקעי פחמן ולעיתים - כמקור פחמן שגורם לשינויי אקלים באזורים שונים בעולם ובתקופות שונות של השנה.<ref></ref> יצירת ביצות חדשות, או שיפור ביצות קיימות, יגדילו את כמות הפחמן שסופגות הביצות.<ref></ref>

=== ייעור ===
ייעור הוא הקמת יער באזור בו לא היה כיסוי עצים קודם. גידול יערות הוא גידול יער קיים ללא פגע לקראת מיצוי מלוא הפוטנציאל האקולוגי שלו.<ref></ref> ייעור מחדש הוא שתילה מחדש של עצים על אדמות יבולים שוליים ואדמות מרעה כדי לשלב פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה לתוך ביומסה.<ref></ref> כדי שתהליך קיבוע הפחמן יצליח, אסור שהפחמן יחזור לאטמוספירה בשריפה המונית או עקב ריקבון כשהעצים מתים. לשם כך, אסור להסב קרקע שהוקצתה לעצים לשימושים אחרים וייתכן שיהיה צורך בניהול הפרעות לתהליך העיבוד, וזאת כדי להפחית סבירות של אירועי קיצון. לחלופין, העץ חייב להיות מקבע פחמן, למשל באמצעות ביוצ'אר (Biochar, הליך של טמינת גרגרי פחמן ישירות באדמה), ביו-אנרגיה (יצירת אנרגיה ממקורות ביולוגיים) עם אגירת פחמן (BECS), מטמנה או אחסון הפחמן על ידי שימוש בעץ לשם בנייה, למשל. עם זאת, ייעור מחדש תוך שימוש בעצים בעלי תוחלת חיים ממושכת (מעל 100 שנים) יאפשר קליטת פחמן לתקופה משמעותית. פחמן זה ישוחרר בהדרגה, תוך מזעור השפעת האקלים של הפחמן במהלך המאה ה-21. בכדור הארץ מקום לשתילת 1.2 מיליארד עצים נוספים.<ref></ref> שתילת עצים והגנה עליהם יקזזו כ-10 שנים של פליטת פחמן דו-חמצני ויקבעו 205 מיליארד טונות של פחמן.<ref></ref> גישה זו נתמכת על ידי "קמפיין מיליארד העצים". שיקום כל היערות המבוראים וההרוסים בעולם ילכוד כ-205 מיליארד טונות פחמן, שהם כשני שלישים מכלל פליטת הפחמן העולמית.<ref></ref><ref></ref> אולם במחקר משנת 2022 הוצגה השפעה צנועה יותר של פיצוי על פליטת הפחמן בעזרת ייעור - רק 1% מכלל פליטות הפחמן.<ref></ref>

במאמר שפורסם בכתב העת Nature Sustainability, נחקרה ההשפעה נטו של בנייה תוך שימוש במוצרי עץ.<ref></ref><ref></ref> מסקנת המחקר הייתה שאם במהלך 30 השנים הבאות כל הבנייה החדשה בעולם תשתמש ב-90% מוצרי עץ, בעיקר באמצעות אימוץ עץ תעשייתי בבנייה נמוכה, 700 מיליון טונות נטו של פחמן ייספגו בשנה, מה שיבטל כ-2% מפליטת הפחמן השנתית אם משתמשים במדד הפליטה של שנת 2019.<ref></ref> זאת בנוסף לסילוק פליטת פחמן מחומר בנייה שנעקר, כמו פלדה או בטון, שייצורם הוא הליך עתיר פחמן. מחקר שפורסם ב-Journal of Environmental Management הגיע למסקנה "שלעצים מחטניים ועצים רחבי עלים יכולה להיות השפעה מגוונת על קיבוע פחמן אורגני בקרקע בגילאים שונים ובעלת שימושי קרקע קודמים".<ref></ref>

פיל היערות האפריקני וכנראה גם יונקים צמחוניים גדולים אחרים (היפופוטם, קרנף, ג'ירפה) מסייע בקיבוע הפחמן ביער. הוא מעדיף לאכול פירות של עצים המקבעים פחמן ביעילות וכך מסייע להתרבותם. העלים המועדפים עליו הם דווקא אלה המקבעים פחמן פחות טוב. לפי ההערכה, ללא פעילותם היה קיבוע הפחמן בעצים שבאזור המחקר נמוך ב-6-9%<ref></ref>.

==== ייעור עירוני ====
ייעור עירוני מגדיל את כמות הפחמן הנקלט בערים על ידי הוספת אתרי עצים חדשים. קיבוע פחמן מתרחש במשך כל חיי העץ.<ref></ref> ייעור עירוני נהוג ומתוחזק בדרך כלל בקנה מידה קטן יותר, כנהוג בערים. לייעור עירוני יכולות להיות תוצאות שונות, בהתאם לסוג הצמחייה בה נעשה שימוש, כך שהיא יכולה לתפקד כמשקע לפחמן - אך יכולה לתפקד גם כמקור לפליטות.<ref name="Urb For"></ref> שיעור קיבוע הפחמן באופן זה, כולל בצמחים, הוא קשה למדידה, אך נראה שיש לו השפעה מעטה על הכמות הכוללת של פחמן דו-חמצני שנקלט. צמחייה יכולה להשפיע באופן עקיף על פליטת פחמן על ידי הפחתת הצורך בצריכת אנרגיה (שפולטת פחמן).<ref name="Urb For" />

=== אדמות ביצות ===
שיקום שטחי ביצה כרוך בשיקום הפונקציות הביולוגיות, הגאולוגיות והכימיות הטבעיות של שטח ביצה באמצעות הקמה מחדש או שיקום.<ref></ref> שיטה זו הוצעה גם כאסטרטגיה פוטנציאלית למיתון שינויי אקלים. פחמן שמקובע בדרך זו מכונה "פחמן כחול".<ref name=":4"></ref> אדמת ביצות, במיוחד באזורי ביצות חוף כגון מנגרובים, עשבי ים וביצות מלח,<ref name=":4" /> היא מאגר פחמן חשוב; 30-20 אחוזים מפחמן הקרקע בעולם נמצא באזורי ביצות, בעוד שרק 5–8 אחוזים משטחי העולם מורכבים משטחי ביצות.<ref></ref> מחקרים הראו שאדמות ביצות משוחזרות יכולות להפוך לאדמות קיבוע פחמן פרודוקטיביות<ref></ref><ref></ref><ref></ref> ופרויקטי שיקום רבים נקבעו בחקיקה בארצות הברית וברחבי העולם.<ref></ref><ref></ref><ref></ref> מלבד יתרונות האקלים, שיקום ושימור שטחי ביצות יכולים לסייע בשמירה על המגוון הביולוגי, לשפר את איכות המים ולסייע בבקרת שיטפונות.<ref name=":5"></ref>

כמו ביערות, כדי שקיבוע הפחמן יצליח, שטח הביצה חייב להישאר בלתי מופרע ובלתי נגוע. אם הוא יופרע איכשהו, הפחמן המאוחסן בצמחים ובמשקעים ישוחרר בחזרה לאטמוספירה והמערכת האקולוגית לא תפעל עוד כמשקע פחמן.<ref></ref> בנוסף, חלק משטחי הביצות עלולים לשחרר גזי חממה שאינם פחמן דו-חמצני, כגון מתאן, מה שעלול לקזז את היתרונות הפוטנציאליים לאקלים. כמו כן, קשה למדוד את כמויות הפחמן הדו-חמצני המקובעות על ידי שטחי ביצות.

=== חקלאות ===
בהשוואה לצמחייה טבעית, קרקעות יבולים מדוללות בפחמן אורגני בקרקע (SOC). כאשר אדמה מומרת מאדמה טבעית או אדמה טבעית למחצה, כגון יערות, שטחי עשב, ערבות וסוואנות, תכולת ה-SOC באדמה יורדת ב-30–40 אחוז.<ref name=":3"></ref> הפסד זה נובע מהרחקת חומר צמחי המכיל פחמן. כאשר ייעוד הקרקע משתנה, שיעור הפחמן באדמה יגדל או יקטן. שינוי זה יימשך עד שהקרקע תגיע לשיווי משקל חדש. סטיות משיווי משקל זה יכולות להיות מושפעות גם מאקלים משתנה.<ref></ref> ניתן לנטרל את הירידה בתכולת SOC על ידי הגדלת קלט הפחמן. ניתן לעשות זאת באמצעות מספר אסטרטגיות, למשל השארת שאריות קציר בשדה, שימוש בזבל כדשן או הכללת גידולים רב-שנתיים במחזור. לגידולים רב-שנתיים יש חלק גדול יותר של ביומסה מתחת לאדמה, מה שמגדיל את תכולת ה-SOC.<ref name=":3" /> גידולים רב-שנתיים מפחיתים את הצורך בחרישה ובכך מסייעים בהפחתת שחיקת הקרקע ועשויים לסייע בהגדלת החומר האורגני בקרקע. קרקע העולם מכילה יותר מ-8,580 ג'יגה טון של פחמן אורגני, בערך פי עשרה מהכמות באטמוספירה והרבה יותר מאשר בצמחייה.<ref></ref> חוקרים מצאו שעליית הטמפרטורות יכולה להוביל לפיצוץ אוכלוסין בחיידקי קרקע ולהפוך פחמן מאוחסן לפחמן דו-חמצני. בניסויי מעבדה, קרקעות עשירות בפטריות שחררו פחות פחמן דו-חמצני כשחיממו אותן, מאשר קרקעות אחרות.<ref></ref>

שינוי שיטות חקלאיות הוא שיטה מוכרת לקיבוע פחמן שכן אדמה יכולה לשמש משקע פחמן יעיל לשם קיזוז עד 20% מפליטת הפחמן הדו-חמצני מדי שנה (כפי שנמדד ב-2010).<ref></ref> שיקום של חקלאות אורגנית ותולעי אדמה עשוי לקזז לחלוטין עודף פחמן שנתי של פחמן דו-חמצני בשיעור של 4 ג'יגה טון לשנה והורדת עודף מהאטמוספירה.<ref></ref> (ראו קומפוסט).

הפחתת פליטת פחמן בחקלאות מתרחשת בהפחתת ו/או עקירת פליטות, וכן בשיפור סילוק הפחמן. חלק מהפחתות אלו כרוכות בהגברת היעילות של פעולות החווה (למשל ציוד חסכוני בדלק) וחלקן כרוכות בהפרעות במחזור הפחמן הטבעי. טכניקות יעילות (כגון חיסול שדה שלף על ידי שריפה) יכולות להשפיע לרעה על ענייני סביבה אחרים (למשל עקב שימוש מוגבר בקוטלי עשבים כדי להשמיד עשבים שוטים שלא נשרפו).

=== חקלאות פחמן ===
חקלאות פחמן היא שם למגוון שיטות חקלאיות שמטרתן ספיגה של פחמן אטמוספירי לאדמה ולשורשי היבול, העצים והעלים. מטרת חקלאות הפחמן היא להגביר את קצב קיבוע הפחמן באדמה ובחומר צמחי במטרה ליצור הטמעה נטו של פחמן מהאטמוספירה. הגדלת תכולתו של החומר האורגני בקרקע יכולה לסייע לצמיחת לצמחים, להגדלת תכולת הפחמן הכוללת, לשיפור יכולת החזקת המים בקרקע ולהפחתת השימוש בדשן. נכון לשנת 2016, חקלאות פחמן מיושמת במאות מיליוני הקטארים ברחבי העולם, מתוך כמעט 5 מיליארד הקטארים (1.2×1010 דונם) של קרקע חקלאית בעולם.

בנוסף לפעילות החקלאית, ניהול יערות הוא כלי המשמש בחקלאות פחמן. חקלאות פחמן מבוצעת לרוב על ידי בעלי קרקעות בודדים אשר מקבלים תמריץ להשתמש בה ולשלב שיטות שיספגו פחמן באמצעות מדיניות ממשלתית. לחקלאות פחמן יש מחיר: חקלאים ובעלי קרקעות צריכים להרוויח מהשימוש בחקלאות פחמן, וממשלות שונות מקיימות תוכניות שונות לשם פיצוי החקלאים ובעלי הקרקעות.

טכניקות ניהול קרקע שניתן לשלב עם חקלאות כוללות נטיעת יערות, שיקום יערות, הטמנת ביוצ'אר המיוצר על ידי ביומסה שמומרת באופן אנאירובי ושיקום אדמות ביצות (כגון ביצות וכבול).

==== גידול במבוק ====
יער במבוק אוגר פחות פחמן מאשר יער בוגר של עצים, אך מטע במבוק סופח פחמן בקצב מהיר הרבה יותר מיער בוגר או מטע עצים. לכן, לחקלאות של עץ במבוק עשוי להיות פוטנציאל קיבוע פחמן משמעותי.<ref></ref>

==== קרקע עמוקה ====
קרקעות מכילות פי ארבעה מכמות הפחמן האגורה באטמוספירה.<ref></ref> כמחצית מזה נמצאת עמוק בתוך קרקעות.<ref></ref> כ-90% מהפחמן שבאדמה העמוקה מיוצב על ידי צבירים של מינרלים אורגניים.<ref></ref>

==== הפחתת פליטות ====
הגדלת התפוקה והיעילות מפחיתה בדרך כלל גם את הפליטות, שכן יותר מזון נובע מאותה השקעה או אף מכמות פחותה של השקעה. הטכניקות כוללות שימוש מדויק יותר בדשנים, פחות סחף קרקע, השקיה טובה יותר, וזני יבול בעלי תכונות אדפטיביות מקומיות ובעלי יבול מוגבר.

החלפת פעולות חקלאות תעשייתית עתירות אנרגיה יכולה גם להפחית את הפליטות. חקלאות מופחתת או ללא עיבוד דורשת פחות שימוש במכונה ושורפת פחות דלק לדונם. עם זאת, אי-עיבוד בדרך כלל מגביר את השימוש בכימיקלים להדברת עשבים, והשאריות על פני הקרקע משחררות לרוב יותר פחמן דו-חמצני לאטמוספירה כשהן מתפרקות, ומפחיתות את הפחתת תפוקת הפחמן נטו.

בפועל, רוב פעולות החקלאות המשלבות שאריות יבול, פסולת ותוצרי לוואי שלאחר הקציר בחזרה לאדמה מועילות לאגירת פחמן. כך הדבר לגבי שיטות עבודה כמו שריפת שלף בשטח: במקום שחרור כמעט כל הפחמן הדו-חמצני לאטמוספירה, עבודת האדמה משלבת את הביומסה בחזרה לאדמה.

==== שיפור הסרת הפחמן ====
כל הגידולים סופגים פחמן דו-חמצני במהלך הגידול ומשחררים אותו לאחר הקציר. המטרה של סילוק פחמן חקלאי היא להשתמש ביבול ובקשר שלו למחזור הפחמן כדי לשבץ פחמן באופן קבוע בתוך האדמה. זאת על ידי בחירת שיטות חקלאות המחזירות ביומסה לקרקע ומשפרות את התנאים בהם הפחמן בתוך הצמחים יפורק ליסודו ויאוחסן במצב יציב. שיטות להשיג זאת כוללות:
* שימוש בגידולי כיסוי (תכסית) כגון עשבים ועשבים שוטים ככיסוי זמני בין עונות השתילה.
* ריכוז בעלי החיים בכמויות קטנות במשך מספר ימים בכל פעם, כך שהם ירעו במרעה באופן מועט אך אחיד. פעולה זו מעודדת צמיחת שורשים עמוק יותר. חיות משק גם מעבדות את האדמה עם פרסותיהן, ובכך טוחנות ומהדקות דשא ישן וזבל לתוך האדמה.<ref name="australia"></ref>
* כיסוי כרי מרעה חשופים בחציר או בצמחייה מתה. פעולה זו מגנה על האדמה מהשמש ומאפשרת לאדמה להחזיק יותר מים ולמשוך יותר חיידקים לוכדי פחמן.<ref name="australia" />
* שיקום קרקע מוזנחת, שולית ונטושה, מה שמאט את שחרור הפחמן בעוד הקרקע שבה לשימושי חקלאות או לשימוש אחר.<ref></ref> לאדמה מוזנחת עם מאגר פחמן דל בתוכה יש פוטנציאל גבוה במיוחד לאחסן פחמן בקרקע וכמות זו ניתנת להגדלה על ידי בחירה נכונה של צמחייה.<ref></ref><ref></ref>

לשיטות קיבוע חקלאיות עשויות להיות השפעות חיוביות על איכות הקרקע, האוויר והמים, והן עשויות להועיל לחיות בר ולהרחיב את ייצור המזון. בשטחי גידול חקלאיים מוזנחים, עלייה של טונה בריכוז פחמן באדמה עשויה להגדיל את תפוקת היבול ב-20 עד 40 קילו לדונם חיטה, 10 עד 20 קילו לתירס, וחצי קילו עד קילו ללוביה.

ניתן להפוך את ההשפעות של קיבוע פחמן בקרקע. אם נעשה שימוש בקרקע או שמוכנסות שיטות עיבוד אינטנסיביות, הקרקע הופכת למקור נטו לגזי חממה. בדרך כלל לאחר כמה עשורים של קיבוע, האדמה הופכת לרוויה ומפסיקה לספוג פחמן. הדבר מראה שככל הנראה יש גבול לכמות הפחמן שהאדמה ברחבי העולם יכולה להחזיק.<ref></ref>

גורמים רבים משפיעים על העלויות של קיבוע פחמן, בהם איכות הקרקע, עלויות העסקה והשפעות חיצוניות שונות כגון דליפה ונזקים סביבתיים בלתי צפויים. הפחתת פחמן דו-חמצני אטמוספירי היא כורח ארוך טווח, ולכן חקלאים לא ממהרים לאמץ טכניקות חקלאיות יקרות כאשר אין ודאות שיהיה יבול, רווח לאדמה או תועלת כלכלית. ממשלות אוסטרליה וניו זילנד שוקלות לאפשר לחקלאים למכור אשראי פחמן כשאלו מתעדים הגדלה מספקת של תכולת הפחמן בקרקע.<ref>.</ref><ref></ref><ref></ref><ref></ref><ref> pp. 1722, 1726–29.</ref>

=== גידול אצות ים ===
אצות ים גדלות באזורים רדודים ולחופים, ולוכדות כמויות משמעותיות של פחמן שניתן להעביר לעומק האוקיינוס על ידי מנגנונים אוקייניים. אצות ים המגיעות לעומק אוקיינוס מקבעות פחמן ומונעות ממנו להחליף פחמן עם האטמוספירה - כלומר, להפריש פחמן אל האטמוספירה - במשך אלפי שנים.<ref name="nature.com"></ref> גידול אצות ים מחוץ לחוף במטרה להטביע את האצות במעמקי הים כדי לקלוט פחמן הוא תהליך ניסיוני ומחקרי.<ref></ref> בנוסף, אצות צומחות מהר מאוד וניתן באופן תאורטי לקצור ולעבד אותן לייצור ביו-מתאן באמצעות עיכול אנאירובי לשם הפקת חשמל, באמצעות קוגנרציה או כתחליף לגז טבעי. מחקר טען שאם חוות אצות יכסו 9% מהאוקיינוס הן יוכלו לייצר מספיק ביו-מתאן כדי לספק את הביקוש של כלל האנושות לאנרגיית דלק מאובנים, להסיר 53 ג'יגה-טון של פחמן דו-חמצני בשנה מהאטמוספירה ולייצר 200 ק"ג דגים לאדם מדי שנה עבור 10 מיליארד אנשים.<ref></ref> מינים אידיאליים לחקלאות ולהסבת פחמן הם Laminaria digitata, Fucus serratus ו-Saccharina latissima.<ref></ref>

=== דישון ברזל באופן טבעי ===
אירועים טבעיים של דישון ברזל (למשל שקיעה של אבק עשיר בברזל במי אוקיינוסים) יכולים לשפר את קיבוע הפחמן. לווייתני זרע פועלים כסוכנים של הפריית ברזל כאשר הם מעבירים ברזל מהאוקיינוס העמוק אל פני השטח במהלך טריפה ועשיית צרכים. לווייתני זרע מגבירים את רמות הייצור הראשוני ויצוא הפחמן אל מעמקי האוקיינוס על ידי הפקת צואה עשירה בברזל במים העיליים של האוקיינוס הדרומי. הצואה העשירה בברזל גורמת לפיטופלנקטון לגדול ולספוג יותר פחמן מהאטמוספירה. כאשר הפיטופלנקטון מת, חלק ממנו שוקע אל עומק האוקיינוס ולוקח איתו את הפחמן האטמוספירי. על ידי הפחתת השפע של לווייתני זרע באוקיינוס הדרומי, ציד הלווייתנים הביא לעודף של 200,000 טונות פחמן באטמוספירה מדי שנה.<ref></ref>

== תהליכים פיזיים ==
Carbon capture and storage}}

=== קיבוע פחמן בהקשר ביומסה ===
==== ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון פחמן ====
ביו-אנרגיה עם לכידה ואגירת פחמן (Bio-energy with carbon capture and storage, ובראשי תיבות BECCS) היא תהליך המתייחס לביומסה בתחנות כוח ובדודים המשתמשים בלכידת פחמן ואגירתו.<ref></ref> הפחמן שסיפקה הביומסה נתפס ומאוחסן, ובכך מוסר פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה.<ref></ref>

==== קבורה ====
הטמנת ביומסה כגון עצים<ref></ref> באופן ישיר מחקה את התהליכים הטבעיים שיצרו דלק מאובנים.<ref></ref>

==== קבורת ביוצ'אר ====
ביוצ'אר הוא פחם שנוצר על ידי פירוליזה של פסולת ביומסה. החומר המתקבל מתווסף למטמנה או משמש כמשפר אדמה ליצירת אדמה פורייה בשם "טרה פרטה" (Terra preta) .<ref></ref><ref></ref> תוספת של פחמן אורגני (ביוצ'אר) פירוגני (שנשרף בתהליך שלא משחרר פחמן) היא אסטרטגיה חדשה להגדלת מלאי פחמן הקרקע לטווח ארוך ולהפחתת ההתחממות הגלובלית על ידי קיזוז הפחמן האטמוספירי - עד 9.5 ג'יגה-טון פחמן בשנה.<ref></ref>

באדמה, הפחמן אינו זמין לחמצון-חיזור לפחמן דו-חמצני - ולשחרור אטמוספירי כתוצאה מכך. זוהי טכניקה בה תמך ג'יימס לאבלוק, הוגה השערת גאיה.<ref></ref> לדברי סיימון שאקלי, מדובר על כמות בטווח מיליארד עד שני מיליארד טון בשנה.<ref></ref> עם זאת, הועלו חששות שביוצ'אר עלול להאיץ שחרור פחמן שכבר נמצא באדמה.<ref></ref>

המנגנונים הקשורים לביוצ'אר מכונים "ביו-אנרגיה עם אחסון פחמן" (bio-energy with carbon storage) ובראשית תיבות BECS.

=== קיבוע גאולוגי ===
קיבוע גאולוגי מתייחס לאגירת פחמן דו-חמצני בבטן האדמה, במאגרי נפט וגז מדוללים, בתצורות מלח או במשקעי פחם עמוקים שאינם ניתנים לכרייה.

לאחר לכידת פחמן דו-חמצני ממקור נקודתי, כגון מפעל מלט,<ref></ref> הוא יידחס ל-≈100 בר כך שיהיה נוזל סופר קריטי (מעבר לנקודה הקריטית). בצורה זו קל יותר להעביר את הפחמן הדו-חמצני למקום האחסון דרך צינור. לאחר מכן הפחמן הדו-חמצני יוזרק עמוק מתחת לאדמה, בדרך כלל לעומק של כקילומטר, שם יהיה יציב במשך מאות עד מיליוני שנים.<ref name=":0"></ref> בתנאי אחסון אלו, הצפיפות של פחמן דו-חמצני בתצורת נוזל סופר קריטי היא 600 עד 800 ק"ג / מ"ק.<ref name=":1"></ref>

הפרמטרים החשובים בקביעת אתר לאחסון פחמן הם נקבוביות הסלע, חדירות הסלע, היעדר שברים גאולוגיים וגאומטריה של שכבות הסלע. המדיום שבו יש לאחסן את הפחמן הדו-חמצני באופן אידיאלי הוא בעל נקבוביות ובעל חדירה גבוהה, כגון אבן חול או אבן גיר. אבן חול יכולה להיות בעלת חדירות הנעה בין 1 ל-10<sup>−5</sup> דארסי (Darcy) , ויכולה להיות בעלת נקבוביות עד ≈30%. הסלע הנקבובי חייב להיות מכוסה בשכבה בעלת חדירות נמוכה הפועלת כאטם עבור פחמן דו-חמצני. פצל הוא דוגמה לאטם טוב, עם חדירות של 10<sup>-5</sup> עד 10<sup>-9</sup> דארסי. לאחר ההזרקה, מסת הפחמן הדו-חמצני תעלה באמצעות כוחות ציפה, מכיוון שהיא פחות צפופה מסביבתה. ברגע שהמסה תיתקל בשכבת סלע, היא תתפשט לרוחב עד שתיתקל בפער בלוח או בין לוחות. אם יש לוחות שבר ליד אזור ההזרקה, הפחמן הדו-חמצני יכול לנדוד לאורך השבר אל פני השטח ולדלוף לאטמוספירה, דבר שעלול להיות מסוכן לחיים מסביב. סכנה נוספת הקשורה לקיבוע פחמן היא סיסמיות מושרה. אם הזרקת פחמן דו-חמצני יוצרת לחצים גבוהים מדי מתחת לאדמה, התצורה הגאולוגית תישבר, ועלולה לגרום לרעידת אדמה.<ref name=":2">Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A.; Oldenburg, Curtis M.; Bourg, Ian C. (2014). Introduction to Carbon Capture and Sequestration. London: Imperial College Press. .</ref>

כשפחמן דו-חמצני לכוד בתצורת סלע, הוא יכול להיות בשלב הנוזל העל-קריטי או להתמוסס במי תהום או מי מלח. הוא יכול גם להגיב עם מינרלים בתצורה הגאולוגית כדי לזרז יצירת קרבונטים. חברת Carbfix פועלת לניצול הפוטנציאל שבכך.

קיבולת האגירה העולמית במאגרי נפט וגז מוערכת ב-675–900 ג'יגה-טון פחמן דו-חמצני. כמות הפחמן הדו-חמצני בתפרי פחם בלתי ניתנים לכרייה מוערכת ב-15–200 ג'יגה-טון. לתצורות מלוחות עמוקות יש הקיבולת הגדולה ביותר, המוערכת ב-10,000-1,000 ג'יגה-טון פחמן דו-חמצני. בארצות הברית, ההערכה היא שיש לפחות 2,600 ג'יגה-טון ולכל היותר קיבולת אכסון של 22,000 ג'יגה-טון פחמן דו-חמצני.<ref></ref>

ישנם מספר פרויקטים של לכידת וסגירת פחמן בקנה מידה גדול שהוכיחו את הכדאיות והבטיחות של שיטת אחסון פחמן זו, ומפורטים באתר מכון CCS העולמי.<ref></ref> טכניקת הניטור השלטת היא הדמיה סיסמית, שבה נוצרות רעידות שמתפשטות מתחת לקרקע. אפשר לעשות הדמיה של המבנה הגאולוגי על ידי הגלים השבורים או המשתקפים.

הפרויקט הגדול הראשון של קיבוע פחמן דו-חמצני, "סלייפנר" (Sleipner), החל בשנת 1996, והוא ממוקם בים הצפוני, שם מפרידה חברת StatoilHydro הנורווגית פחמן דו-חמצני מגז טבעי עם ממסים מקבוצת התרכובות האורגניות אמינים וטומנת את הפחמן הדו-חמצני באקוויפר מלוח עמוק. בשנת 2000, מפעל גז טבעי סינתטי מתודלק בפחם בבעולה (Beulah) שבצפון דקוטה הפך למפעל הראשון בעולם המשתמש בפחם שבו נעשית לכידה ואחסנה של פחמן דו-חמצני, בפרויקט הפחמן הדו-חמצני של חברת Weyburn-Midale.<ref></ref> בעקבותיו הגיעו פרויקטים אחרים של קיבוע פחמן. מרכז מדידת השפעת האנרגיה (Energy Impact Center) השיק את פרויקט OPEN100 בפברואר 2020, מתווה הקוד הפתוח הראשון בעולם לתכנון, בנייה ומימון של כור קטן וסטנדרטי למים בלחץ.<ref></ref> בספטמבר 2020, מחלקת האנרגיה של ארצות הברית העניקה מימון פדרלי בסך 72 מיליון דולר כדי לתמוך בפיתוח וקידום טכנולוגיות לכידת פחמן.<ref></ref>

בפחמן דו-חמצני נעשה שימוש נרחב לשם שחזור נפט גולמי בארצות הברית החל משנת 1972. בטקסס לבדה יש יותר מ-10,000 בארות שמזריקים פחמן דו-חמצני. הגז מגיע בחלקו ממקורות אנתרופוגניים (שימוש אנושי במקורות מחיה, מקורות שניצולם פולט פחמן דו-חמצני), אך הוא מגיע בעיקר מתצורות גאולוגיות גדולות טבעיות של פחמן דו-חמצני. הגז מועבר לשדות המייצרים נפט דרך רשת של למעלה מ-5,000 קילומטרים של צינורות פחמן דו-חמצני. הוצע שימוש בפחמן דו-חמצני לשיטות שחזור נפט משופרות (enhanced oil recovery, ובקיצור EOR) במאגרי נפט כבד באגן סלעי המשקע המערביים של קנדה (WCSB). עלות ההובלה נותרה מכשול חשוב. מערכת צינורות פחמן דו-חמצני עדיין לא קיימת ב-WCSB. כרייה בחולות הזפת של אלברטה, המייצרת פחמן דו-חמצני, נמצאת מאות קילומטרים צפונית למאגרי נפט גולמי תת-קרקעיים שיכולים להפיק תועלת רבה מהזרקות פחמן דו-חמצני.

== תהליכים כימיים ==
אלקטרוקטליזה על ידי קומפלקס נחושת שפותחה בהולנד עוזרת לקבע פחמן דו-חמצני ממקור ביולוגי לחומצה אוקסלית;<ref name="Bouwman"></ref> המרה זו משתמשת בפחמן דו-חמצני כחומר הזנה ליצירת חומצה אוקסלית.

=== פיחמון מינרלי ===
פחמן בצורה של פחמן דו-חמצני ניתן להסיר מהאטמוספירה בתהליכים כימיים ולאחסן בצורות מינרליות פחמניות יציבות. תהליך זה (הפיכת פחמן דו-חמצני לאבן) ידוע בתור קיבוע פחמן על ידי גז מינרלים או כיבוש מינרלים. התהליך כרוך בתגובה של פחמן דו-חמצני עם תחמוצות מתכת זמינות בשפע - תחמוצת המגנזיום (MgO) או תחמוצת סידן (CaO) - ליצירת קרבונטים (תרכובות פחמן) יציבים. תגובות אלה הן אקסותרמיות ומתרחשות באופן טבעי (למשל, בליה של סלע על פני פרקי זמן גאולוגיים).<ref name="herzog"></ref>

: CaO + → 

: MgO + → 

סידן ומגנזיום נמצאים בטבע בדרך כלל כסיליקטים של סידן ומגנזיום (כגון פורסטריט וסרפנטיניט, Serpentinite) ולא כתחמוצות בינאריות. עבור פורסטריט וסרפנטין התגובות הן:

 + 2 → 2 + 

 2 + 2 + 3 → 3 + 

הטבלה הבאה מפרטת את תחמוצות המתכות העיקריות של קרום כדור הארץ. תאורטית עד 22% מהמסה המינרלית הזו מסוגלים ליצור קרבונטים.

{| class="wikitable"
!תחמוצת אדמה
! אחוז מהקרום
! פַּחמָה
! שינוי באנתלפיה<br /> (kJ/mol)
|-
|
| 59.71
|
|
|-
|
| 15.41
|
|
|-
| CaO
| 4.90
|3}}
| −179
|-
| MgO
| 4.36
|3}}
| −117
|-
|
| 3.55
|3}}
|
|-
| FeO
| 3.52
|3}}
|
|-
|
| 2.80
|3}}
|
|-
|
| 2.63
|3}}
|
|-
|
| 21.76
| הכל קרבונטים
|}
תגובות אלו מעט טובות יותר בטמפרטורות נמוכות. תהליך זה מתרחש באופן טבעי על פני מסגרות זמן גאולוגיות והוא אחראי על חלק גדול מאבן הגיר של כדור הארץ. עם זאת, קצב התגובה יכול להתבצע מהר יותר, על ידי תגובה בטמפרטורות ו/או בלחצים גבוהים יותר, אם כי שיטה זו דורשת אנרגיה נוספת. לחלופין, ניתן היה לטחון את המינרל כדי להגדיל את שטח הפנים שלו, ולחשוף אותו למים ולשחיקה מתמדת כדי להסיר את הסיליקה האינרטית כפי שניתן להשיג באופן טבעי על ידי שחיקת אוליבין באנרגיה גבוהה בחופים.<ref></ref> ניסויים מראים תהליך בליה מהיר בהינתן סלעים בזלתיים נקבוביים.<ref></ref>

פחמן דו-חמצני מגיב באופן טבעי עם סלע פרידוטיט בחשיפת על פני השטח של אופיוליטים, בעיקר בעומאן. נטען שאפשר לשפר תהליך זה כדי לבצע מינרליזציה טבעית של פחמן דו-חמצני.

כיום במעבורת החלל הבינלאומית נעשה שימוש באשלגן סופר חמצני KO3 על מנת לחזר החמצן, כך שאסטרונאוט במעבורת יוכלו לנשום חמצן<ref></ref>

כאשר פחמן דו-חמצני מומס במים ומוזרק לסלעים בזלתיים חמים מתחת לאדמה, הוא מגיב עם הבזלת ליצירת מינרלים קרבונטיים מוצקים.<ref></ref> מפעל ניסוי באיסלנד החל לפעול באוקטובר 2017, והוא מפיק עד 50 טון פחמן דו-חמצני בשנה מהאטמוספירה ומאחסן אותו מתחת לאדמה בסלע בזלתי.<ref></ref>

חוקרים מקולומביה הבריטית פיתחו הליך בעלות נמוכה לייצור מגנזיט, הידוע גם בשם מגנזיום קרבונט, שיכול לקלוט פחמן דו-חמצני מהאוויר או בנקודת זיהום אוויר, למשל בתחנת כוח. הגבישים מתגבשים באופן טבעי, אך ההצטברות בדרך כלל איטית.<ref></ref>

פסולת בטון מהריסה או בטון כתוש ממוחזר, גם הם חומרים פוטנציאליים בעלות נמוכה לפחמון מינרלי מכיוון שהם חומרי פסולת עשירים בסידן.<ref></ref>

=== אלקטרוכימיה ===
שיטה אחרת משתמשת בזרז מתכת נוזלי ובנוזל אלקטרוליט שלתוכו מומס פחמן דו-חמצני. לאחר מכן, הפחמן הדו-חמצני הופך לפתיתים מוצקים של פחמן. שיטה זו נעשית בטמפרטורת החדר.<ref></ref><ref></ref><ref></ref> בשנת 2022, הצוות עדכן את עבודתו לפעולה בטמפרטורה נמוכה יותר, מהירה יותר ומעוטת שלבים.<ref></ref>

=== שימוש תעשייתי ===
ייצור מלט בשיטות מסורתיות משחרר כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני, אך סוגי מלט שפותחו לאחרונה בחברת Novacem<ref></ref> יכולים לספוג פחמן דו-חמצני מאוויר הסביבה במהלך התקשות.<ref></ref> טכניקה דומה יצרה TecEco, שמייצרת "EcoCement" מאז 2002.<ref></ref> הסטארט-אפ הקנדי CarbonCure Technologies פיתח הליך של לכידת פחמן דו-חמצני והחדרה שלו לבטון תוך כדי ערבוב.<ref></ref> Carbon Upcycling UCLA היא חברה נוספת שמשתמשת בפחמן דו-חמצני בבטון. מוצר הבטון שלהם נקרא CO2NCRETE, בטון שמתקשה מהר יותר וידידותי יותר לסביבה מבטון מסורתי.<ref></ref>

באסטוניה, אפר פצלי שמן, שנוצר על ידי תחנות כוח, יכול לשמש כסופח לשם קיבוע פחמן דו-חמצני במינרלים. כמויות הפחמן הדו-חמצני שנלכדו היו בממוצע 60% עד 65% מהפחמן הדו-חמצני הפחמי ו-10% עד 11% מסך פליטות הפחמן הדו-חמצני.<ref name="uibu"></ref>

=== מקרצפים כימיים ===
תהליכי קרצוף פחמן דו-חמצני שונים הוצעו לשם הסרת פחמן דו-חמצני מהאוויר, בדרך כלל תוך שימוש בגרסה של תהליך קראפט (Kraft process). קיימות גרסאות של קרצוף פחמן דו-חמצני המבוססות על אשלגן קרבונט, שניתן להשתמש בו ליצירת דלקים נוזליים, או על נתרן הידרוקסידי.<ref name="nytimes.com"></ref><ref></ref><ref></ref> גרסאות אלה כוללות בעיקר עצים מלאכותיים שהוצעו על ידי קלאוס לאקנר כדי להסיר פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה באמצעות מקרצפים כימיים.<ref></ref><ref></ref>

== טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים ==
=== אחסון באוקיינוס ===
אם פחמן דו-חמצני היה מוזרק לקרקעית האוקיינוס, הלחצים היו גדולים מספיק כדי שהפחמן הדו-חמצני יהיה בצורתו הנוזלית. הרעיון מאחורי אכסון באוקיינוס הוא בריכות יציבות ונייחות של פחמן דו-חמצני בקרקעית האוקיינוס. האוקיינוס יכול להחזיק יותר מאלף מיליארד טונות של פחמן דו-חמצני. עם זאת, הליך קיבוע זה אינו מקודם בגלל חששות לגבי ההשפעה על חיי האוקיינוס וחששות לגבי יציבותם של חיים אלה. פתרון ביולוגי יכול להיות גידול אצות שניתן לשכן באופן טבעי בעומק האוקיינוס, תוך קיבוע כמויות משמעותיות של ביומסה במשקעים ימיים.

שפכי נהר מביאים כמויות גדולות של חומרי הזנה וחומרים מתים ממעלה הנהר אל האוקיינוס כחלק מהתהליך שבסופו של דבר מייצר דלקים מאובנים. אפשר להוביל פסולת יבול וחומרים אחרים אל הים ולתת לו לשקוע כדי להגביר את אחסון הפחמן.<ref></ref> תקנות בינלאומיות בנושא השלכה ימית ושיקוע בים עשויות להגביל או למנוע שימוש בטכניקה זו.

נמצא כי בקרקעית אגם, שם אין חמצן, ביומסה התפרקה לאט בהשוואה לקצב הפירוק במים המחומצנים שמעל. רואים זאת גם בהשתמרות של ספינות עץ טבועות. כעת מורחב הניסוי לים השחור, שנחשב למאגר המים דל החמצן הגדול בעולם. להערכת החוקרים, אפשר יהיה באמצעות הטמנה של ביומסה אורגנית (כגון גזם) ללכוד כמה עשרות מיליארדי טונות פחמן. לפי חישוביהם, הפליטות שכרוכות בשינוע ובשיקוע שקולות ל-5% מסך הפחמן שנטמן<ref></ref><ref>Saima Sicik, [https://www.science.org/content/article/combat-climate-change-companies-bury-plant-waste-sea To combat climate change, companies bury plant waste at sea], Science, December 22, 2023</ref>.

=== הפריית אוקיינוס ===
הפריית אוקיינוס או הזנת אוקיינוס היא טכנולוגיה להרחקת פחמן דו-חמצני מהאוקיינוס, טכנולוגיה המבוססת על החדרה מכוונת של חומרי מזון מהצומח לשכבות העליונות של האוקיינוס כדי להגביר את ייצור המזון הימי ולסלק פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה. הפריה בחומרים מזינים באוקיינוס, למשל הפריית ברזל של האוקיינוס, יכולה לעורר פוטוסינתזה בפיטופלנקטון. הפיטופלנקטון ממיר את הפחמן הדו-חמצני המומס באוקיינוס לפחמימות ולגז חמצן, חלקיקים שחלקם שוקעים באוקיינוס העמוק יותר לפני שהם עוברים חמצון. יותר מתריסר ניסויים בים הפתוח אישרו שהוספת ברזל לאוקיינוס מגבירה את הפוטוסינתזה בפיטופלנקטון עד פי 30.

==== הפריית ברזל ====
הפריית ברזל היא החדרה מכוונת של ברזל לאזורים עניים בברזל על פני האוקיינוס כדי לעורר ייצור פיטופלנקטון. הדבר נועד לשפר את הפרודוקטיביות הביולוגית ו/או להאיץ את קיבוע הפחמן הדו-חמצני מהאטמוספירה. ברזל הוא יסוד הכרחי לפוטוסינתזה בצמחים. הוא כמעט לא מסיס במי ים ובמגוון מקומות הוא גורם מגביל צמיחת פיטופלנקטון. פריחת אצות יכולה להיווצר על ידי אספקת ברזל למי אוקיינוס חסרי ברזל. פריחות אלה יכולות להזין אורגניזמים אחרים.

הפריית ברזל באוקיינוס היא דוגמה לטכניקת גיאו-הנדסה. הפריית ברזל מנסה לעודד צמיחת פיטופלנקטון, אשר מוציא פחמן מהאטמוספירה. טכניקה זו שנויה במחלוקת מכיוון שלא ברור מה השפעותיה על המערכת האקולוגית הימית, מה תופעות הלוואי ואילו סטיות עשויות להיות בהתבטאותה. השפעות כאלה עשויות לכלול שחרור של תחמוצות חנקן והפרעה במאזן חומרי התזונה של האוקיינוס. נותרה מחלוקת לגבי היעילות של קיבוע פחמן דו-חמצני אטמוספירי והשפעות אקולוגיות. מאז 1990 בוצעו 13 ניסויים גדולים כדי להעריך את היעילות וההשלכות האפשריות של הפריית ברזל באוקיינוס. מחקר ב-2017 קבע שיעילות השיטה לא מוכחת, יעילות הקיבוע נמוכה ולפעמים לא נראתה השפעה, וכמות מרבצי הברזל הדרושה כדי לקצץ בפליטת הפחמן עומדת על מיליון טונות בשנה.

==== ערבוב שכבות ====
עידוד שכבות אוקיינוסים שונות להתערבב יכול להזיז חומרים מזינים וגזים מומסים, מה שמעלה את האפשרות להנדסת אקלים.<ref name="Lovelock07"></ref> ניתן להשיג ערבוב על ידי הצבת צינורות אנכיים גדולים באוקיינוסים כדי לשאוב מים עשירים בחומרי הזנה אל פני השטח ולעורר פריחת אצות האוגרות פחמן כשהן גדלות ומייצאות פחמן כשהן מתות.<ref name="Lovelock07" /><ref></ref><ref></ref> התוצאות דומות במקצת לאלו שבהפריית ברזל. תופעת לוואי אחת היא עלייה לטווח קצר בפחמן הדו-חמצני, מה שמגביל את האטרקטיביות של שיטה זו.<ref></ref>

=== אחסון בזלת ===
קיבוע פחמן דו-חמצני בבזלת כרוך בהזרקת פחמן דו-חמצני לתוך תצורות ים עמוקות. פחמן דו-חמצני מתערבב עם מי ים ולאחר מכן מגיב עם הבזלת. שניהם יסודות עשירים באלקליין. תגובה זו גורמת לשחרור יוני ו- היוצרים מינרלי קרבונטים יציבים.<ref></ref>

בזלת תת-מימית מציעה אלטרנטיבה טובה לצורות אחרות של אגירת פחמן אוקיינוס מכיוון שיש לה מספר אמצעי לכידה כדי להבטיח הגנה נוספת מפני דליפה. אמצעים אלה כוללים "תצורות גיאוכימיות, תצורות משקעים, תצורות כבידה ותצורות הידרט". פחמן דו-חמצני בתצורת הידרט צפוף יותר מפחמן דו-חמצני במי ים, ולכן הסיכון לדליפה הוא מינימלי. הזרקת פחמן דו-חמצני בעומקים של יותר מ-2.7 ק"מ מבטיחה שהפחמן הדו-חמצני יהיה בצפיפות גדולה יותר ממי הים, מה שגורם לפחמן הדו-חמצני לשקוע.<ref name="environmentalresearchweb.org"></ref>

אתר הזרקה אפשרי אחד הוא לוח חואן דה פוקה. חוקרים ממצפה למונט-דוהרטי גילו שללוח זה בחוף המערבי של ארצות הברית יש יכולת אחסון אפשרית של 208 ג'יגה טון. קיבוע פחמן שם יכול לכסות את כל פליטת הפחמן בארצות הברית בקצב הנוכחי במשך יותר מ-100 שנים.<ref></ref>

תהליך זה עובר בדיקות כחלק מפרויקט CarbFix, וכתוצאה מכך 95% מ-250 טון הפחמן הדו-חמצני שהוזרקו, יתמצקו לקלציט תוך שנתיים, תוך שימוש ב-25 טון מים לטון פחמן דו-חמצני.<ref></ref>

=== נטרול חומצה ===
פחמן דו-חמצני יוצר חומצה פחמתית כאשר הוא מומס במים, ולכן החמצת אוקיינוסים היא תוצאה משמעותית של רמות פחמן דו-חמצני מוגברות, ומגבילה את קצב ספיגתו באוקיינוס (משאבת מסיסות). הוצעו מגוון בסיסים שיכולים לנטרל את החומצה ובכך להגביר את ספיגת הפחמן הדו-חמצני.<ref></ref><ref>
</ref><ref></ref><ref></ref><ref></ref> לדוגמה, הוספת אבן גיר כתושה לאוקיינוסים משפרת את ספיגת הפחמן הדו-חמצני.<ref></ref> גישה נוספת היא הוספת נתרן הידרוקסידי לאוקיינוסים. זה מיוצר על ידי אלקטרוליזה של מי מלח, תוך השמדת פסולת חומצת מימן כלורי על ידי תגובה עם סלע סיליקט וולקני כגון אנסטטיט, וכך מוגבר קצב הבלייה הטבעי של סלעים אלו ומשוחזרת חומציות האוקיינוס.<ref></ref><ref></ref><ref></ref>

==== קיבוע ואחסון חד-שלביים של פחמן ====
קיבוע ואחסון חד-שלביים של פחמן הוא טכנולוגיית מינרליזציה על בסיס מים מלוחים המפיקה פחמן דו-חמצני ממי ים ומאחסנת אותו בצורה של מינרלים מוצקים.<ref></ref>

== עלות ==
עלות התפיסה (לא כולל לכידה והובלה) משתנה אך היא מתחת ל-10 דולר ארצות הברית לטון במקרים מסוימים שבהם קיים אחסון ביבשה.<ref></ref> לדוגמה, עלות Carbfix היא בסביבות 25 דולר ארצות הברית לטון CO <sub>2</sub>.<ref></ref> דו"ח משנת 2020 העריך את התפיסה ביערות (כולל לכידה) ב-35 דולר אמריקאי עבור כמויות קטנות עד 280 דולר לטון עבור 10% מהסך הכולל הנדרש כדי לשמור על התחממות של 1.5 מעלות צלזיוס.<ref></ref> אבל יש סיכון של שריפות יער לשחרר את הפחמן.<ref></ref>

== יישומים במדיניות הנוגעת לשינוי האקלים ==
=== ארצות הברית ===
מאמצע שנות ה-2010, במדיניות האקלים והסביבה שלה ביקשה ארצות הברית לממש את הפוטנציאל של קיבוע פחמן לשם הפחתת שינויי האקלים. מדיניות זו כרוכה בשימור מערכות אקולוגיות של מרבצי פחמן, כגון יערות ואדמות ביצות, או עידוד פרקטיקות חקלאיות ושימוש בקרקע שנועדו להגביר את קיבוע הפחמן כגון חקלאות פחמן או חקלאות יערות, לעיתים קרובות באמצעות תמריצים כספיים לחקלאים ולבעלי קרקעות.

"ההוראה הנשיאותית (Executive Order) להתמודדות עם משבר האקלים בארצות הברית ומחוצה לה", עליה חתם הנשיא ג'ו ביידן ב-27 בינואר 2021, כוללת אזכורים של קיבוע פחמן באמצעות שימור ושיקום של מערכות אקולוגיות של מרבצי פחמן, כגון ביצות ויערות. אלה כוללים הדגשת חשיבותם של חקלאים, בעלי אדמות וקהילות חוף בקיבוע פחמן, הנחיית מחלקת האוצר לקדם שימור של מרבצי פחמן באמצעות מנגנונים מבוססי שוק, והנחיית מחלקת הפנים לשתף פעולה עם סוכנויות אחרות ליצירת "חיל אקלים אזרחי" כדי להגביר בין היתר את קיבוע הפחמן בחקלאות.<ref></ref>

מספר סעיפי חקיקה שהוצגו בקונגרסים ה-116 וה-117, כולל "חוק ניהול האקלים" של 2019,<ref></ref> "חוק פתרונות האקלים מבוססי האוקיינוס" משנת 2020,<ref></ref> "חוק הקרקע הבריאה והחקלאים העמידים" של 2020,<ref></ref> וחוק "אדמות בריאות, אקלים בריא" (Healthy Soils Healthy Climate Act) משנת 2020,<ref></ref> ביקשו להגביר את קיבוע הפחמן באדמות פרטיות וציבוריות באמצעות תמריצים כספיים.

כמה ממשלות בארצות הברית, כולל קליפורניה, הוואי, מרילנד וניו יורק, העבירו גרסאות של זיכויי מס חקלאות פחמן, המבקשים לשפר את בריאות הקרקע ולהגביר את קיבוע הפחמן על ידי מתן סיוע כספי ותמריצים לחקלאים העוסקים בחקלאות מתחדשת, חקלאות פחמן ושיטות אחרות להפחתת השפעתם של שינויי האקלים.<ref></ref><ref></ref><ref></ref><ref name=":6"></ref><ref></ref> על פי ההערכות, תוכנית הקרקעות הבריאות של קליפורניה הביאה לקיבוע כ-110,000 טון מעוקב של פחמן דו-חמצני מדי שנה בממוצע.<ref name=":6" />

על פי הדיווחים, הזרוע המבצעת (משרד נשיא ארצות הברית) ומחלקת החקלאות (ה-USDA) מפתחים תוכניות להשתמש ב-30 מיליארד דולר מ-Commodity Credit Corporation (CCC) ליצירת תוכנית בנק פחמן, שתכלול מתן אשראי פחמן לחקלאים ובעלי קרקעות בתמורה לאימוץ נוהלי קיבוע של פחמן, אשראי שאותו הם יכלו למכור בשוק של קיזוז פליטות פחמן.<ref></ref><ref></ref>

פעילי סביבה ופוליטיקאים מתחו ביקורת על לכידת פחמן ואחסון או קיבוע (CCS) כפתרון שווא למשבר האקלים. הם מציינים את תפקידה של תעשיית הדלקים המאובנים במקורות הטכנולוגיה ובלובינג לחקיקה הממוקדת במטרותיה ובאינטרסיה וטוענים שהיא תאפשר לתעשייה הליך של ניקוי מצפון, של "גרינווש" לעצמה, על ידי מימון ופרסום קמפיינים לנטיעת עצים מבלי לצמצם משמעותית את פליטות הפחמן שלהם.<ref></ref>

== קישורים חיצוניים ==

* [https://magazine.isees.org.il/?p=52346 קיבוע ולכידה של פחמן אטמוספירי באמצעות המערכות האקולוגיות], אקולוגיה וסביבה, נובמבר 2022
* [https://magazine.isees.org.il/?p=52595 מדינת החדשנות האולטימטיבית – פיתוח יכולות וטכנולוגיות ישראליות לתפיסה ולקיבוע של פחמן דו-חמצני כאמצעי למיתון שינוי האקלים ולשיקום הטבע], אקולוגיה וסביבה, נובמבר 2022
* [https://www.cslforum.org/cslf/ פורום מנהיגות] של ריבוד פחמן - יוזמה בינלאומית ללכידת ואחסון פחמן. 
* [https://web.archive.org/web/20091117231051/http://www.co2storage.org.uk/ קונסורציום לכידת פחמן ואחסון פחמן בבריטניה] - סקירה כללית של הקונסורציום האקדמי בבריטניה תוך התמקדות בחקר לכידה ואחסון של פחמן. 
* תוכנית [https://sequestration.mit.edu/ לכידת פחמן וריבוד טכנולוגיות] של MIT העוסקת בלכידה ואחסון של פחמן (CCS) 
* 
* 

== הערות שוליים ==

קטגוריה:שינוי אקלים
קטגוריה:התחממות עולמית
קטגוריה:פחמן
קטגוריה:דפים עם תרגומים שלא נסקרו
קטגוריה:טכנולוגיה סביבתית
קטגוריה:הנדסת אקלים