気候工学

気候工学（ジオエンジニアリング）は、人為的な気候変動に対抗するために地球環境を意図的に大規模に変更することです。^{[1] [2]}この用語は、地球規模で適用される場合、二酸化炭素除去と太陽放射修正の両方を指す包括的な用語として使用されています。 ^{[3] : 168}ただし、これら2つのプロセスは非常に異なる特性を持っているため、現在では別々に議論されることがよくあります。^{[3] : 168  [4]}二酸化炭素除去技術は大気から二酸化炭素を取り除き、気候変動の緩和の一部です。太陽放射修正は、太陽光（太陽放射）の一部を宇宙に反射して地球を冷却することです。^[5]一部の出版物では、受動放射冷却を気候工学技術として扱っています。 メディアは、氷河の安定化、海洋の石灰化、海洋の鉄肥料化など、他の技術にも気候工学を使用する傾向があります。後者は、海洋で行われる 炭素隔離プロセスを修正します。

気候工学の中には、その有効性、副作用、予期せぬ結果に関する不確実性が大きいため、非常に議論を呼んでいるものがある。^[6]大規模な介入は、自然システムの意図しない混乱を引き起こすリスクが高く、その結果、そのような混乱が、それが相殺する気候被害よりも大きな損害をもたらす可能性があるというジレンマが生じる。^[7]しかし、そのような介入のリスクは、介入がない場合の気候変動の軌道という文脈で捉えなければならない。^{[8] [7] [9]}

憂慮する科学者同盟は 、太陽放射の改変技術は気候変動の根本的な原因に対処しないため、化石燃料排出量の削減を遅らせ、低炭素経済への進展を遅らせる口実になる可能性があると警告している。^[10]

気候工学（または地球工学）は、地球規模で適用される場合、二酸化炭素除去と太陽放射管理の両方を指す包括的な用語として使用されてきました。 ^{[3] : 168}しかし、これら2つの方法は地球物理学的特性が大きく異なるため、気候変動に関する政府間パネルではこの用語を使用しなくなりました。^{[3] : 168  [4]}この決定は2018年頃に伝えられました。たとえば、「1.5°Cの地球温暖化に関する特別報告書」を参照してください。^{[11] : 550}

気候経済学者のゲルノット・ワグナーによれば、地球工学という用語は「主に作り話であり、一般の会話で頻繁に使用された結果である」うえ、「あまりに漠然として包括的であるため、意味を失っている」とのことである。^{[6] : 14}

「気候工学」という包括的な用語に含まれる具体的な技術には以下のものがある: ^{[12] : 30}

• 二酸化炭素除去
  • バイオチャール：バイオチャールは、熱分解によって生成される高炭素の細粒残留物です^[13]
  • 炭素回収・貯留バイオエネルギー（BECCS）：バイオマスからバイオエネルギーを抽出し、炭素を回収・貯留することで大気中から除去するプロセス。^[14]
  • 直接空気回収と炭素貯留：セメント工場やバイオマス発電所などの点源から回収するのではなく、周囲の空気から直接二酸化炭素を回収し、隔離または利用、あるいはカーボンニュートラルな燃料や風力ガスの製造のために濃縮された_CO2ストリームを生成するプロセス。
  • 促進風化：玄武岩などの細かく砕いた珪酸塩岩を表面に散布することで、岩石、水、空気の間の化学反応を加速させ、自然の風化を加速させることを目的としたプロセス。また、大気から二酸化炭素（CO2 _{）を除去し、固体}炭酸塩鉱物または海洋アルカリ度に永久に貯蔵します。^[15]後者は海洋の酸性化を遅らせます。
• 太陽放射管理
  • 海洋雲の増光：人為的な地球温暖化を相殺するために、入ってくる太陽光の一部を宇宙に反射させて雲を明るくする提案された技術。^[16]
  • 宇宙ミラー（MIS）：気候工学の一形態として、地球に影響を及ぼす太陽放射の量を変えるように設計された衛星。1923年、1929年、1957年、1978年（ヘルマン・オーベルト）および1980年代にこのアイデアが考案されて以来、宇宙ミラーは主に地球温暖化に対抗するために太陽光を偏向させる方法として理論化され、2000年代に真剣に検討されました。^{[17] [18] [19] [20] [21] [22]}
  • 成層圏エアロゾル注入（SAI）：火山噴火によって自然に発生する全球的な減光とアルベドの増加を介して冷却効果を生み出すために成層圏にエアロゾルを導入する提案された方法。^[23]

以下の方法は、2022年の最新のIPCC評価報告書^[3]では気候工学とは呼ばれて^いないが、このトピックに関する他の出版物ではこの包括的な用語に含まれます：^{[24] [6]}

• パッシブ昼間放射冷却：この技術は地球の太陽光反射率と大気圏の熱放射率を増加させます。^{[25] [26] [27]}
• 地上レベルのアルベド修正：地球の表面にあるものを変えることで地球のアルベドを増加させるプロセス。例としては、太陽光を宇宙に反射させるために明るい色の植物を植えることなどが挙げられます。 ^[28]
• 氷河安定化：グリーンランドのヤコブスハウン氷河や南極のトワイツ氷河やパインアイランド氷河など、海に流れ込む有名な氷河の崩壊によって引き起こされる海面上昇を遅らせたり防いだりすることを目的とした提案。一部の氷河を直接強化することは可能かもしれないが^{[29] 、}ますます温暖化する海水 の流れを遠くから遮断し、氷河周辺の冷たい水と混ざる時間を増やす方がはるかに効果的であると思われる。^{[30] [31] [32]}
• 海洋地球工学^[33]（海洋に石灰や鉄などの物質を添加して二酸化炭素隔離能力に影響を与える）。

二酸化炭素除去（CDR）は、二酸化炭素（CO2）を人間の意図的な活動によって大気から除去し、地質、陸上、海洋の貯留層、または製品に永続的に貯蔵するプロセスです_。 [ ^{36] : 2221}このプロセスは、炭素除去、温室効果ガス除去、または負の排出としても知られています。CDRは、気候変動緩和戦略の要素として、気候政策にますます統合されています。 ^{[37] [38]}ネットゼロ排出を達成するには、まず第一に排出量の大幅かつ持続的な削減が必要であり、さらにCDRの使用が必要です（「CDRはネットをネットゼロ排出にするものです」 ^[39]）。将来的には、CDRは、農業や工業の排出など、技術的に排除するのが難しい排出を相殺できるようになるかもしれません。^{[40] : 114}

CDRには、陸上または水系で実施される方法が含まれます。陸上ベースの方法には、植林、再植林、土壌に炭素を隔離する農業慣行（カーボンファーミング）、炭素回収・貯留を伴うバイオエネルギー（BECCS）、および貯留と組み合わせた直接空気回収が含まれます。^{[40] [41]}海洋やその他の水域を使用するCDR方法もあります。これらは、海洋肥沃化、海洋アルカリ度増強、^[42] 湿地再生、およびブルーカーボンアプローチと呼ばれています。^[40]特定のプロセスが達成するマイナスの排出量を評価するには、詳細な分析を実行する必要があります。この分析には、ライフサイクル分析とプロセス全体の「監視、報告、検証」（MRV ）が含まれます。 ^[43] 炭素回収・貯留（CCS）は、大気中にすでに存在する二酸化炭素の量を削減しないため、CDRとは見なされません。

受動的な昼間の放射冷却によって大気圏の窓における地球の太陽光反射率と熱放射率を高めることは、成層圏エアロゾル注入よりも「侵襲性が低く」、より予測可能または可逆的な気候工学の代替案または「第3のアプローチ」として提案されている^{[25] [48]}。^[49]

パッシブ昼間放射冷却（PDRC）（パッシブ放射冷却、昼間パッシブ放射冷却、放射スカイクーリング、光子放射冷却、地表放射冷却とも呼ばれる^{[51] [52] [53] [54]} ）は、建物やその他の物体の温度を下げるために、電力を供給されない反射/熱放射面を使用することです。 ^[55] これは、空調に必要なエネルギーを削減し、^{[56] [57]}都市のヒートアイランド現象を緩和し、 ^{[58] [59]}人体の体温を低下させることにより、温室効果ガスによる温度上昇を抑える方法として提案されています。^{[60] [50] [61] [62] [56]}

海洋地球工学は、海を改良して気温上昇の影響を軽減するものである。1つのアプローチは、海に石灰や鉄などの物質を追加して、海洋生物の生存能力を高めたり、COを隔離したりすることである。
₂2021年に米国科学・工学・医学アカデミー（NASEM）は、今後10年間の研究、特にフィールドテストのために25億ドルの資金を要請した。^[33]

もう一つのアイデアは、南極の氷河を温暖化した水から守るために水中に「カーテン」を設置したり、氷に穴を開けて水と熱を排出したりすることで海面上昇を抑えるというものである。^[63]

海水に水酸化カルシウム（石灰）を加えると、海洋の酸性度が下がり、カキなどの海洋生物への圧力が軽減され、COが吸収されると報告されています。
₂石灰を加えると水のpHが上昇し、COが捕捉される。
₂炭酸水素カルシウムの形で、または軟体動物の殻に沈着した炭酸塩として。石灰はセメント産業向けに大量に生産されている。^{[33]これは、2022年に}フロリダ州アパラチコラで行われた実験で、牡蠣の個体数の減少を食い止めるために評価された。CO
₂70ppm減少した。^[33]

2014年の実験では、オーストラリアのグレートバリアリーフの一部に水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）を添加した。その結果、pHレベルは産業革命以前のレベルにまで上昇した。^[33]

しかし、アルカリ性物質を製造すると、通常、大量のCOが排出される。
₂、隔離を部分的に相殺します。アルカリ添加剤は1ヶ月で希釈され分散し、永続的な影響を及ぼさないため、必要に応じて長期的な影響を残さずにプログラムを終了することができます。^[33]

少量の鉄を肥料として施肥することで海洋の自然な硫黄循環を強化することは、一般的に温室効果ガスの改善方法と考えられており、太陽光の反射率も増加する可能性がある。^{[64] [65]}このような肥料は、特に南極海では、ジメチルサルファイドの生成を促進し、その結果として雲の反射率を高めるだろう。これは、南極の氷が溶けるのを遅らせるための地域的なSRMとして使用できる可能性がある。 ^{[要出典]このような技術は}炭素を隔離する傾向もあるが、雲のアルベドの向上も効果があると思われる。

2022年の別の実験では、ナミビア沖に植えられた巨大ケルプを使用して炭素を隔離しようとしました。 ^{[33]このアプローチは研究者によって}海洋地理工学と呼ばれていますが、隔離による二酸化炭素除去の別の形にすぎません。このプロセスを説明するために使用される別の用語は、ブルーカーボン管理、および海洋地理工学です。

大規模な介入は、自然システムの意図しない混乱を引き起こすリスクが高まり、その結果、そのような混乱が、それが相殺する気候被害よりも大きな損害をもたらす可能性があるというジレンマが生じます。^[7]

気候工学は、モラルハザードの一種である炭素排出量削減の緊急性を低下させる可能性がある。^[72]また、ほとんどの取り組みは一時的な効果しかなく、持続しない場合は急速にリバウンドする可能性がある。^[73]憂慮する科学者同盟は、気候工学技術の使用が、気候変動の根本原因に対処せず、排出量削減を遅らせ、低炭素経済への移行を開始しない言い訳になる危険性を指摘している。^[10]しかし、いくつかの世論調査とフォーカスグループでは、気候工学がある場合でも排出量削減を増やしたいという願望があるか、効果がないかのいずれかが報告されている。^{[74] [75] [76]}他のモデリング作業では、気候工学の見通しにより、実際に排出量削減の可能性が高まる可能性があることが示唆されている。^{[77] [78] [79] [80]}

気候工学が気候を変えることができるとすれば、人間には意図的に気候を変える権利があるのか​​どうか、またどのような条件の下でそうするのかという疑問が生じる。例えば、気温を安定させるために気候工学を使用することは、他の目的のために気候を最適化するために気候工学を使用することと同じではない。一部の宗教的伝統は、人間とその周囲の関係について、気候に影響を与えるための明確な行動を奨励する（責任ある管理を行うため）または控える（傲慢さを避けるため）という見解を示している。^[81]

2018年の大規模な調査では、オンライン調査を使用して、米国、英国、オーストラリア、ニュージーランドにおける6つの気候工学手法に対する一般の認識を調査しました。^[12]気候工学に対する一般の認識は低く、回答者の5分の1未満が事前の知識があると回答しました。提案された6つの気候工学手法（二酸化炭素除去グループから3つ、太陽放射修正グループから3つ）に対する認識は、主に否定的で、「危険」、「人工的」、「未知の影響」などの属性に関連付けられることが多かった。二酸化炭素除去方法は、太陽放射修正方法よりも好まれました。一般の認識は、調査対象のさまざまな国間でわずかな違いがあるだけで、驚くほど安定していました。^{[12] [82]}

一部の環境団体（地球の友やグリーンピースなど）は、太陽放射の改変を支持したり反対したりすることに消極的であるが、植林や泥炭地の再生など、自然に基づく二酸化炭素除去プロジェクトにはより支持的であることが多い。^{[72] [83]}

米国議会、^[84]米国科学工学医学アカデミー、^[85]王立協会、[ ^{86]英国議会、[87]}英国機械技術者協会、^{[88]気候変動に関する政府間パネル}など、いくつかの組織が気候工学の可能性を評価する目的で調査を行ってきた。

2009年、英国王立協会は、提案されたさまざまな気候工学手法をレビューし、有効性、経済性、適時性、安全性（各評価で定性的な推定値を割り当てる）の観点から評価しました。主要な勧告レポートは、「UNFCCCの締約国は、気候変動の緩和と適応、特に地球規模の排出量削減への同意に向けて、より多くの努力をすべきである」と、「現在知られている地球工学の選択肢は、これらの努力を弱める理由にはなりません」でした。^[89]それにもかかわらず、このレポートは、「今世紀の温暖化率を低下させる必要が生じた場合、低リスクの手法を利用できるかどうかを調査するために、気候工学の選択肢の研究開発を行うべきである」とも勧告しました。^[89]

2009年のレビューでは、提案された方法の科学的妥当性について、工学的実現可能性や経済的コストなどの実際的な考慮事項ではなく、検討された。著者らは、「[空気]回収と貯蔵は、植林、再植林、バイオ炭生産と組み合わせることで、最大の潜在性を示している」と結論付け、「メディアでかなりの注目を集めている他の提案、特に「海洋パイプ」は効果がないようだ」と指摘した。^{[90]著者らは、「[気候]ジオエンジニアリングは、} _CO2排出の緩和の代替としてではなく、緩和を補完する可能性のあるものとして考えるのが最も適切である」と結論付けた。 ^[90]

IMechEの報告書は、提案された方法の小さなサブセット（空気回収、都市アルベド、藻類ベースのCO2回収技術）を検討し_{、 2011年の主な結論は、経済のより広範な}脱炭素化と並行して、気候工学を小規模で研究し、試験する必要があるというものでした。^[88]

2015年、米国科学工学医学アカデミーは、気候工学の潜在的な影響、利点、コストを研究する21か月のプロジェクトを終了しました。この2つの気候工学の違いにより、「委員会は2つのアプローチを別々に評価し、報告書を作成しました。この違いが将来の科学および政策の議論に引き継がれることを期待しています。」^{[91] [92] [93]}結果として得られた研究「気候介入」は2015年2月に発表され、 「太陽光を反射して地球を冷やす」^[94]と「二酸化炭素の除去と確実な隔離」の2巻で構成されています。^[95]

2023年6月、米国政府は成層圏エアロゾル注入と海洋雲増光に関する研究を実施することを推奨する報告書を発表した。^[96]

2024年現在、沿岸大気エアロゾル研究・関与（CAARE）プロジェクトでは、雲の「明るさ」（反射能力）を高めるために海塩を海空に打ち上げている。海塩はUSSホーネット海上航空宇宙博物館から打ち上げられる（プロジェクトの規制書類に基づく）。^[97]