stanford-oval/wikipedia huggingface dataset:
קיבוע פחמן
תהליכים ביולוגיים > קיבוע ביולוגי

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.
תהליכים ביולוגיים > 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. יצירת ביצות חדשות, או שיפור ביצות קיימות, יגדילו את כמות הפחמן שסופגות הביצות.
תהליכים ביולוגיים > 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. ייעור מחדש הוא שתילה מחדש של עצים על אדמות יבולים שוליים ואדמות מרעה כדי לשלב פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה לתוך ביומסה. 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. שתילת עצים והגנה עליהם יקזזו כ-10 שנים של פליטת פחמן דו-חמצני ויקבעו 205 מיליארד טונות של פחמן. 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. אולם במחקר משנת 2022 הוצגה השפעה צנועה יותר של פיצוי על פליטת הפחמן בעזרת ייעור – רק 1% מכלל פליטות הפחמן.
במאמר שפורסם בכתב העת Nature Sustainability, נחקרה ההשפעה נטו של בנייה תוך שימוש במוצרי עץ. 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. 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".
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%.
תהליכים ביולוגיים > ייעור > ייעור עירוני

ייעור עירוני מגדיל את כמות הפחמן הנקלט בערים על ידי הוספת אתרי עצים חדשים. קיבוע פחמן מתרחש במשך כל חיי העץ. 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. 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).
תהליכים ביולוגיים > אדמות ביצות

שיקום שטחי ביצה כרוך בשיקום הפונקציות הביולוגיות, הגאולוגיות והכימיות הטבעיות של שטח ביצה באמצעות הקמה מחדש או שיקום. שיטה זו הוצעה גם כאסטרטגיה פוטנציאלית למיתון שינויי אקלים. פחמן שמקובע בדרך זו מכונה "פחמן כחול". אדמת ביצות, במיוחד באזורי ביצות חוף כגון מנגרובים, עשבי ים וביצות מלח, היא מאגר פחמן חשוב; 20–30 אחוזים מפחמן הקרקע בעולם נמצא באזורי ביצות, בעוד שרק 5–8 אחוזים משטחי העולם מורכבים משטחי ביצות. מחקרים הראו שאדמות ביצות משוחזרות יכולות להפוך לאדמות קיבוע פחמן פרודוקטיביות ופרויקטי שיקום רבים נקבעו בחקיקה בארצות הברית וברחבי העולם. מלבד יתרונות האקלים, שיקום ושימור שטחי ביצות יכולים לסייע בשמירה על המגוון הביולוגי, לשפר את איכות המים ולסייע בבקרת שיטפונות.
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. בנוסף, חלק משטחי הביצות עלולים לשחרר גזי חממה שאינם פחמן דו-חמצני, כגון מתאן, מה שעלול לקזז את היתרונות הפוטנציאליים לאקלים. קשה למדוד את כמויות הפחמן הדו-חמצני המקובעות על ידי שטחי ביצות.
תהליכים ביולוגיים > 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. 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. 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. 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. 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.
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). 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. (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).
תהליכים ביולוגיים > 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).
תהליכים ביולוגיים > חקלאות פחמן > 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.
תהליכים ביולוגיים > חקלאות פחמן > קרקע עמוקה

קרקעות מכילות פי ארבעה מכמות הפחמן האגורה באטמוספירה. כמחצית מזה נמצאת עמוק בתוך קרקעות. כ-90% מהפחמן שבאדמה העמוקה מיוצב על ידי צבירים של מינרלים אורגניים.
תהליכים ביולוגיים > חקלאות פחמן > 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.[דרוש מקור]
בפועל, רוב פעולות החקלאות המשלבות שאריות יבול, פסולת ותוצרי לוואי שלאחר הקציר בחזרה לאדמה מועילות לאגירת פחמן.[דרוש מקור] כך הדבר לגבי שיטות עבודה כמו שריפת שלף בשטח: במקום שחרור כמעט כל הפחמן הדו-חמצני לאטמוספירה, עבודת האדמה משלבת את הביומסה בחזרה לאדמה.[דרוש מקור]
תהליכים ביולוגיים > חקלאות פחמן > 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.
כיסוי כרי מרעה חשופים בחציר או בצמחייה מתה. פעולה זו מגנה על האדמה מהשמש ומאפשרת לאדמה להחזיק יותר מים ולמשוך יותר חיידקים לוכדי פחמן.
שיקום קרקע מוזנחת, שולית ונטושה, מה שמאט את שחרור הפחמן בעוד הקרקע שבה לשימושי חקלאות או לשימוש אחר. לאדמה מוזנחת עם מאגר פחמן דל בתוכה יש פוטנציאל גבוה במיוחד לאחסן פחמן בקרקע וכמות זו ניתנת להגדלה על ידי בחירה נכונה של צמחייה.
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.[דרוש מקור]
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.
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.
תהליכים ביולוגיים > 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. גידול אצות ים מחוץ לחוף במטרה להטביע את האצות במעמקי הים כדי לקלוט פחמן הוא תהליך ניסיוני ומחקרי. 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. מינים אידיאליים לחקלאות ולהסבת פחמן הם Laminaria digitata, Fucus serratus ו-Saccharina latissima.
תהליכים ביולוגיים > 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.
תהליכים פיזיים > 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. הפחמן שסיפקה הביומסה נתפס ומאוחסן, ובכך מוסר פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה.
תהליכים פיזיים > קיבוע פחמן בהקשר ביומסה > קבורה

הטמנת ביומסה כגון עצים באופן ישיר מחקה את התהליכים הטבעיים שיצרו דלק מאובנים.
תהליכים פיזיים > קיבוע פחמן בהקשר ביומסה > 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) (אנ'). 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.
באדמה, הפחמן אינו זמין לחמצון-חיזור לפחמן דו-חמצני – ולשחרור אטמוספירי כתוצאה מכך. זוהי טכניקה בה תמך ג'יימס לאבלוק, הוגה השערת גאיה. לדברי סיימון שאקלי, מדובר על כמות בטווח מיליארד עד שני מיליארד טון בשנה. עם זאת, הועלו חששות שביוצ'אר עלול להאיץ שחרור פחמן שכבר נמצא באדמה.
המנגנונים הקשורים לביוצ'אר מכונים "ביו-אנרגיה עם אחסון פחמן" (bio-energy with carbon storage) ובראשית תיבות BECS.
תהליכים כימיים

אלקטרוקטליזה על ידי קומפלקס נחושת שפותחה בהולנד עוזרת לקבע פחמן דו-חמצני ממקור ביולוגי לחומצה אוקסלית; המרה זו משתמשת בפחמן דו-חמצני כחומר הזנה ליצירת חומצה אוקסלית.
תהליכים כימיים > 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).
סידן ומגנזיום נמצאים בטבע בדרך כלל כסיליקטים של סידן ומגנזיום (כגון פורסטריט וסרפנטיניט, Serpentinite) ולא כתחמוצות בינאריות. עבור פורסטריט וסרפנטין התגובות הן:
SiO2 + MgCO3 2 → CO2 2 + Mg2SiO4
H2O 2 + SiO2 2 + MgCO3 3 → CO2 3 + Mg3Si2O5(OH)4
הטבלה הבאה מפרטת את תחמוצות המתכות העיקריות של קרום כדור הארץ. תאורטית עד 22% מהמסה המינרלית הזו מסוגלים ליצור קרבונטים.
| תחמוצת אדמה | אחוז מהקרום | פַּחמָה | שינוי באנתלפיה  (kJ/mol) |
| --- | --- | --- | --- |
| SiO2 | 59.71 |  |  |
| Al2O3 | 15.41 |  |  |
| CaO | 4.90 | CaCO3 | −179 |
| MgO | 4.36 | MgCO3 | −117 |
| Na2O | 3.55 | Na2CO3 |  |
| FeO | 3.52 | FeCO3 |  |
| K2O | 2.80 | K2CO3 |  |
| Fe2O3 | 2.63 | FeCO3 |  |
|  | 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. ניסויים מראים תהליך בליה מהיר בהינתן סלעים בזלתיים נקבוביים.
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 הבין-לאומית נעשה שימוש באשלגן סופר חמצני KO3 על מנת לחזר החמצן, כך שאסטרונאוט במעבורת יוכלו לנשום חמצן.
כאשר פחמן דו-חמצני מומס במים ומוזרק לסלעים בזלתיים חמים מתחת לאדמה, הוא מגיב עם הבזלת ליצירת מינרלים קרבונטיים מוצקים. מפעל ניסוי באיסלנד החל לפעול באוקטובר 2017, והוא מפיק עד 50 טון פחמן דו-חמצני בשנה מהאטמוספירה ומאחסן אותו מתחת לאדמה בסלע בזלתי.
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.
פסולת בטון מהריסה או בטון כתוש ממוחזר, גם הם חומרים פוטנציאליים בעלות נמוכה לפחמון מינרלי מכיוון שהם חומרי פסולת עשירים בסידן.
תהליכים כימיים > 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. בשנת 2022, הצוות עדכן את עבודתו לפעולה בטמפרטורה נמוכה יותר, מהירה יותר ומעוטת שלבים.
תהליכים כימיים > שימוש תעשייתי

ייצור מלט בשיטות מסורתיות משחרר כמויות גדולות של פחמן דו-חמצני, אך סוגי מלט שפותחו לאחרונה בחברת Novacem יכולים לספוג פחמן דו-חמצני מאוויר הסביבה במהלך התקשות. טכניקה דומה יצרה TecEco, שמייצרת "EcoCement" מאז 2002. הסטארט-אפ הקנדי CarbonCure Technologies פיתח הליך של לכידת פחמן דו-חמצני והחדרה שלו לבטון תוך כדי ערבוב. 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.
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.
תהליכים כימיים > 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. גרסאות אלה כוללות בעיקר עצים מלאכותיים שהוצעו על ידי קלאוס לאקנר כדי להסיר פחמן דו-חמצני מהאטמוספירה באמצעות מקרצפים כימיים.
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. תקנות בין-לאומיות 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.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > 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.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > הפריית אוקיינוס > 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.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > הפריית אוקיינוס > ערבוב שכבות

עידוד שכבות אוקיינוסים שונות להתערבב יכול להזיז חומרים מזינים וגזים מומסים, מה שמעלה את האפשרות להנדסת אקלים. 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. התוצאות דומות במקצת לאלו שבהפריית ברזל. תופעת לוואי אחת היא עלייה לטווח קצר בפחמן הדו-חמצני, מה שמגביל את האטרקטיביות של שיטה זו.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > 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 Ca2+ ו-Mg2+ היוצרים מינרלי קרבונטים יציבים.
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.
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.
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.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > 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. לדוגמה, הוספת אבן גיר כתושה לאוקיינוסים משפרת את ספיגת הפחמן הדו-חמצני. 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.
טכניקות גיאו-הנדסה באוקיינוסים > נטרול חומצה > 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.
עלות

עלות התפיסה (לא כולל לכידה והובלה) משתנה אך היא מתחת ל-10 דולר ארצות הברית לטון במקרים מסוימים שבהם קיים אחסון ביבשה. לדוגמה, עלות Carbfix היא בסביבות 25 דולר ארצות הברית לטון CO 2. 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. אבל יש סיכון של שריפות יער לשחרר את הפחמן.