Radicale ideeën om de opwarming van de aarde tegen te gaan vinden steeds meer hun weg naar onderzoek en politiek. Eén van die ideeën is het loslaten van grote hoeveelheden zwaveldeeltjes in de stratosfeer die daar zonlicht reflecteren zodat minder straling de atmosfeer in komt. Veel is nog onduidelijk rond dergelijke stratosfeerinjecties, waaronder ook de vraag op welke hoogte die deeltjes het beste in de stratosfeer gespoten kunnen worden.
Vier jaar geleden werd in Science Advances door onderzoekers van de Jinan universiteit in China een opvallende aanpak voorgesteld: de zwaveldeeltjes samen met roetdeeltjes vanuit de atmosfeer laten opstijgen. Een aantrekkelijk idee, omdat er dan geen dure stratosfeervliegtuigen ontwikkeld hoeven worden.
De aanpak heeft echter stevige nadelige effecten op onder meer de ozonlaag en neerslagpatronen, blijkt uit vervolgonderzoek van de Chinese onderzoekers dat onlangs in JGR Atmospheres verscheen. Uit ander recent onderzoek van deels dezelfde auteurs, nog niet officieel gepubliceerd, blijkt dat extra hoog in de stratosfeer deeltjes loslaten de nadelige effecten juist flink vermindert.
Broeikasgassen
Een parasol of zonnescherm brengt verkoelende schaduw op een zonnige dag. Een klein beetje zonnestraling tegenhouden in de stratosfeer kan verkoeling brengen op aarde. Niet door een schaduw te werpen, maar doordat broeikasgassen minder kans krijgen om de atmosfeer op te warmen. Het probleem van de broeikasgassen in de atmosfeer verdwijnt hiermee echter niet, zoals ook de zon weer stevig brandt zodra de parasol is ingeklapt. Dit soort ideeën, de verzamelterm ervoor is geo-engineering, worden dan ook voornamelijk gezien als een eventuele manier om tijd te winnen om de uitstoot van broeikasgassen omlaag te kunnen brengen.
Het idee van stratosfeerinjectie is afgekeken van vulkaanuitbarstingen
Het idee van stratosfeerinjectie, ook wel stratosferic aerosol injection (SAI) genoemd, is afgekeken van vulkaanuitbarstingen. Een flinke vulkaanuitbarsting spuwt zwaveldeeltjes omhoog die in de stratosfeer belanden, op 18 tot 25 kilometer boven het aardoppervlak. Daar verspreiden de deeltjes zich en blijven ze lang hangen. Zwaveldeeltjes hebben weerkaatsende eigenschappen, waardoor ze zonnestraling terugkaatsen naar de ruimte en de temperatuur op aarde daalt. Na de uitbarsting van de Filipijnse Pinatubo-vulkaan in 1991 was het hierdoor op aarde gedurende enkele maanden gemiddeld een halve graad koeler.
Neerslagpatronen
De laatste jaren zijn veel modelstudies gedaan naar de kansen en risico’s van SAI. Daaruit blijkt dat het inderdaad kan werken om de gemiddelde temperatuur op aarde omlaag te brengen. Maar er zijn aanzienlijke nadelen. Zo kunnen belangrijke neerslagpatronen zoals de moesson veranderen en de zwaveldeeltjes breken de beschermende ozonlaag af. Hoeveel invloed SAI heeft op neerslagpatronen is onder meer afhankelijk van de locatie van de injecties. Ook het type deeltjes maakt uit, zwavel is slecht voor de ozonlaag maar andere weerkaatsende deeltjes misschien minder.
In onder meer de Verenigde Staten, China en ook het Verenigd Koninkrijk wordt de laatste jaren meer geïnvesteerd in onderzoek om dit soort vragen te beantwoorden. Het is voornamelijk model-onderzoek, praktijkonderzoek vond tot nu toe amper plaats omdat onderzoekers veel maatschappelijke weerstand ondervonden. De komende jaren gaat er echter ook meer onderzoeksgeld naar praktijkstudies toe.
Om deeltjes omhoog te krijgen wordt meestal aan stratosfeervliegtuigen gedacht. Bestaande vliegtuigen komen tot maximaal 13 kilometer hoogte. De stratosfeer begint echter op 18 tot 25 kilometer hoogte, afhankelijk van de plek op aarde. Er zouden dus andere typen vliegtuigen voor ontwikkeld moeten worden. Een ander idee is om het met ballonnen te doen, maar ook die techniek bestaat nog niet.
Pluim van deeltjes
Het idee van de Chinese onderzoekers vergt geen nieuwe techniek. Zij stellen voor deeltjes (in gasvorm) op 13 kilometer hoogte los te laten, vergezeld van wat black carbon, roet. Roet absorbeert veel straling, en door de warmte die daarmee gepaard gaat beweegt de pluim van deeltjes als geheel omhoog tot zo’n 20 kilometer hoogte. Ze noemen hun aanpak Solar Powered Lofting. Ook zij keken ter inspiratie voor dit idee naar de natuur. Bij bosbranden worden op dezelfde manier deeltjes omhoog getransporteerd.
De aanpak lijkt te werken. Maar zoals de locatie van injecteren uitmaakt voor de gevolgen voor neerslagpatronen en ozonlaag, maakt ook de hoogte veel uit, blijkt uit vervolgonderzoek van de Chinezen. Bij solar powered lifting zijn de nadelige gevolgen heftiger dan wanneer de deeltjes direct in de stratosfeer gebracht worden. Dit komt doordat roet het onderste deel van de stratosfeer meer opwarmt. Hoewel goedkoop en eenvoudig, lijkt de aanpak dus extra schadelijk. „Deze klimaateffecten vereisen zorgvuldige overweging in discussies over klimaatinterventiestrategieën”, concluderen de onderzoekers.
Wat doet hoge injectie dan eigenlijk? Een van de Chinese onderzoekers, dit keer in samenwerking met wetenschappers van de universiteit van Colorado in de VS, modelleerde de situatie ook voor stratosfeerinjectie op 50 kilometer hoogte, aan de bovenkant van de stratosfeer. Een paper hierover verscheen in juni als preprint en moet nog worden beoordeeld door collega’s.
Injectie aan de bovenkant
Bij injectie aan de bovenkant blijken de zwaveldeeltjes minder op te hopen in de onderste laag van de stratosfeer dan bij injectie midden in de stratosfeer (en veel minder dan injectie onder de stratosfeer). Daardoor vindt er minder opwarming onderin plaats, wat ook andere nadelige gevolgen minder heftig maakt. De ozonlaag herstelt zich sneller en de invloed op neerslagpatronen is minder. Het verkoelende effect is bovendien groter.
„Deze bevindingen suggereren dat SAI op 50 kilometer hoogte een effectievere en minder verstorende aanpak voor klimaatinterventie zou kunnen bieden”, schrijven de onderzoekers. Daarentegen zijn de technische vraagstukken wel weer een stuk ingewikkelder: voor deze hoogte zijn geen nieuwe vliegtuigen maar nieuwe raketten nodig.
