Tijdens de klimaatdiscussies met elk van de kandidaten van de Democratische Partij op CNN’s Presidential Climate Town Hall, afgelopen woensdagavond, bleef ik me afvragen: “Waarom heeft alleen Andrew Yang het over geoengineering op zonne-energie?”

Toegegeven, hij is de meest technisch onderlegde van de kandidaten, maar ze moeten allemaal de verschillende wetenschappelijke oplossingen begrijpen die we hebben – en niet hebben.

Alle kandidaten begrijpen het idee om fossiele brandstoffen te vervangen, maar geen van hen begrijpt de omvang van deze oplossing of de tijd en het geld die nodig zijn om het te doen.

Voor de VS alleen al zal het ongeveer 10 biljoen dollar kosten over 20 jaar. Zonder kernenergie verdubbelen die kosten tot 20 triljoen dollar over 30 jaar. Voor de wereld zal het 65 triljoen dollar kosten – zonder kernenergie meer dan 100 triljoen dollar. Dit zijn geen triviale cijfers en het is onwaarschijnlijk dat ze op tijd worden uitgegeven om te helpen. Daarom hebben we zonne-energie nodig.

Zonne-energie is het proces waarbij mensen doelbewust het effect van broeikasgassen die warmte vasthouden verminderen door een klein deel van het zonlicht terug te kaatsen in de ruimte.

Het klinkt vreemd, maar het is niet zo vreemd, of zo moeilijk, als het misschien lijkt. En we weten dat het werkt, omdat het iedere keer gebeurt als een enorme vulkaan uitbarst. En die bestuderen we al meer dan 100 jaar.

Er is op universiteiten over de hele wereld serieuze wetenschappelijke mojo op dit idee toegepast. Harvard’s Solar Geoengineering Research Program is een onderzoeksinitiatief dat volledig gewijd is aan de wetenschap, de technologie en het overheidsbeleid van geoengineering op zonne-energie.

Maar te weinig wetenschappers, en te weinig financiering, is toegepast op deze oplossing.

Er zijn verschillende technologieën voor deze aanpak, waaronder de injectie van aërosolen (fijne druppeltjes of deeltjes zo fijn als poeder) in de stratosfeer, waar ze wat zonlicht naar de ruimte zouden verstrooien, waardoor de planeet zou afkoelen door de hoeveelheid warmte die de lagere atmosfeer binnenkomt, te verminderen (zie figuur).

Het oplichten van wolken in de zee is een andere manier om zonnestraling naar de ruimte terug te kaatsen. Hierbij worden geautomatiseerde schepen gebruikt om druppels zeewater in de atmosfeer boven de oceaan te spuiten, waar ze verdampen om een verhoogde concentratie zeezout-aërosolen te vormen die hogere concentraties wolkendruppels in wolken boven de oceaan zaaien, waardoor hun reflectiviteit toeneemt (zie figuur).

Volgens een van de onderzoekers die al lange tijd op dit gebied werkzaam is, Dr. David Keith van Harvard, zou geoengineering op basis van zonne-energie de voorspelde neveneffecten van de opwarming van de aarde, zoals de stijging van de zeespiegel en veranderingen in neerslag en andere weerpatronen, kunnen beperken. Omdat deze veranderingen vooral de kwetsbaarste mensen zouden treffen, die niet de middelen hebben om zich te verplaatsen of aan te passen, vindt Keith dat er een sterk ethisch argument is om onderzoek te doen naar geo-engineering op zonne-energie.

Bijkomend is dat we de atmosfeer al meer dan een eeuw aan het geo-engineren zijn – in de verkeerde richting – door enorme hoeveelheden CO2 en andere broeikasgassen in de atmosfeer te injecteren.

Laten we eerlijk zijn. Als soort hebben we gewoon niet de gelegenheid aangegrepen om de planetaire crisis van de opwarming van de aarde te bestrijden. En volgens alle maatregelen zullen we dat ook niet doen. De wereldwijde uitstoot blijft stijgen. Olie en gas worden steeds goedkoper en makkelijker te vinden, en steenkool is de gemakkelijkste energiebron om te gebruiken in een arm land met weinig infrastructuur.

Om dit duidelijk te maken, hoef je alleen maar te zien hoe klimaatwetenschappers psychiatrische hulp zoeken voor de depressie, angst en PTSS die je krijgt als je een treinwrak ziet aankomen, maar niemand er iets aan lijkt te willen doen – en je zit in de trein.

En Amerika lijkt aan een koolstofbui te zijn begonnen. We produceren meer olie, gas en kolen dan enig ander land, en meer dan ooit tevoren. De regering-Trump probeert niet alleen 80 milieuregels in te trekken die teruggaan tot de regering-Nixon, maar wil ook de federale beperkingen op de uitstoot van methaan door olie- en gaswinning opheffen.

Zelfs de oliemaatschappijen willen dit niet.

Voordat de Verenigde Staten zich terugtrokken uit de klimaatakkoorden van Parijs, groeide het scepticisme dat de wereld de totale uitstoot van broeikasgassen tegen 2040 voldoende zou kunnen of willen verminderen om het ergste van de opwarming van de aarde te voorkomen.

Alle klimaatmodellen laten zien dat de komende 20 jaar van cruciaal belang zijn. Het beste wat we kunnen doen is de opwarming beperken tot 3 tot 4°F, en dat alleen als we de mondiale emissies tegen 2040 tot nul terugbrengen. Doen we dat niet, dan stijgen de temperaturen met 6 tot 8°F. Dat komt doordat CO2 in de atmosfeer een halfwaardetijd heeft van 30 tot 300 jaar, afhankelijk van de verschillende chemische mechanismen die CO2 op natuurlijke wijze uit de atmosfeer verwijderen.

En dat is nog maar de halfwaardetijd.

We moeten nu beginnen met het terugdringen van de uitstoot met bijna 10% per jaar tot 2040, wanneer de antropogene uitstoot nul moet zijn. Het is zeer onwaarschijnlijk dat we dit doel zullen halen – de mondiale emissies nemen nog steeds toe en het ziet ernaar uit dat we pas over minstens tien jaar zullen beginnen met een daling. In die tijd zouden we de uitstoot met 20% per jaar moeten verminderen.

Laat ik dat duidelijk stellen – er is geen manier om de koolstofuitstoot in de komende 20 jaar voldoende te verminderen om de ergste gevolgen van klimaatverandering te beperken.

Dit is inderdaad ontnuchterend. Maar baal er niet te veel van, want het is niet het einde. Veel wetenschappers hebben zich afgevraagd hoe de broeikasgassen uit de atmosfeer kunnen worden verwijderd of hoe de effecten op een andere manier kunnen worden beperkt. Er heeft zich zelfs een hele wetenschappelijke discipline rond dit onderwerp ontwikkeld en er is geweldig werk verricht.

BKG’s verwijderen is echt heel moeilijk en heel duur. Veel duurder dan te voorkomen dat ze überhaupt in de atmosfeer terechtkomen. Dus als we weigeren de hoeveelheid geld en moeite te spenderen die nodig is om emissies te verminderen, zullen we zeker niet nog meer spenderen om ze er weer uit te krijgen. Maar we moeten het toch proberen.

De andere strategie is om de effecten van de opwarming te verzachten door de planeet direct af te koelen. Afkoeling vindt op natuurlijke wijze plaats wanneer miljoenen tonnen deeltjes, zoals roet van grote branden, deeltjes en gassen van grote vulkaanuitbarstingen, of buitensporige hoeveelheden ijskristallen, de atmosfeer binnendringen en ofwel inkomende zonnestralen blokkeren ofwel deze terug de ruimte in kaatsen.

Enter Solar Geoengineering.

Solar geoengineering mag niet in de plaats komen van emissiereductie (mitigatie), het omgaan met een veranderend klimaat (adaptatie), of het verwijderen en vastleggen van kooldioxide. Geo-engineering op zonne-energie verandert niets aan de CO2-concentraties in de atmosfeer, het behandelt een symptoom – hitte.

Het is alsof je planeet aarde serieus insmeert met sunblock, zodat we tijd hebben om uit te zoeken hoe we onze koolstofuitstoot tot bijna nul kunnen terugbrengen.

Wijziging van het albedo van de aarde, oftewel het reflectievermogen, is waar deze strategieën op gericht zijn. Lagere albedo’s vangen zonnestraling op en houden die vast, hogere albedo’s weerkaatsen die.

Als geoloog kan ik u zeggen dat we de afkoelingseffecten van grote branden en grote vulkanen in de geologische verslagen van vele miljoenen jaren geleden hebben gezien, dus we weten dat het werkt, en hoe het werkt. Toen de enorme vulkaan Krakatoa in 1883 uitbarstte, daalden de temperaturen wereldwijd met ongeveer twee graden door de miljarden tonnen deeltjes die in de stratosfeer terechtkwamen. Maar toen de deeltjes de volgende jaren uit de atmosfeer kwamen, ging het effect weg.

Maar deze natuurlijke processen zijn ongecontroleerd en veroorzaken in veel gevallen zelf zeer grote nadelige milieuveranderingen. Natuurlijk zijn de deeltjes en gassen die uit een vulkaan komen niet de gassen die we zouden kiezen bij geo-engineering op zonne-energie.

En dat is het hele punt van het onderzoek, zegt Dr. Tom Ackerman van de University of Washington Department of Atmospheric Sciences. Omdat we grote vulkaanuitbarstingen als Krakatoa, Tambora en Pinatubo hebben bestudeerd, zijn er geen echte fundamentele wetenschappelijke onbekenden. We weten dat stratosferische aërosolen kunnen zorgen voor een afkoeling die de helft van de opwarming door een verdubbeling van de CO2-concentratie compenseert.

Het is alleen zaak uit te zoeken hoe we dat effectief kunnen doen zonder andere problemen te veroorzaken.

Door te kiezen waar de aërosolen worden losgelaten, kan een uniforme wereldwijde aërosollaag worden gecreëerd. De dikte ervan kan naar behoefte worden gevarieerd – dikker op hoge breedtegraden of op het ene of het andere halfrond – om zo het gewenste resultaat te bereiken.

Zoals Keith beschrijft, heeft geoengineering met zonne-energie drie essentiële kenmerken: het is goedkoop, snel en niet perfect. Volgens oude schattingen is geoengineering op zonne-energie minstens 100 keer goedkoper dan het terugdringen van emissies om de verwachte wereldwijde temperatuurstijging tot 2100 te compenseren.

Een paar gram deeltjes in de stratosfeer kan de stralingsforcering van een ton atmosferische kooldioxide compenseren. Tegen een prijs van ongeveer 1000 dollar per ton voor het verspreiden van aërosolen komt dat neer op misschien een miljard dollar per jaar, niet de triljoenen dollars die nodig zijn om alle fossiele brandstoffen te vervangen door waterkracht, kernenergie en duurzame energiebronnen.

En 50 tot 100 miljoen dollar per jaar gedurende ongeveer 10 jaar is alles wat nodig is om het onderzoek te doen dat nodig is om uit te vinden hoe dit goed kan worden gedaan. Dat is nauwelijks de kostprijs van een enkel gevechtsvliegtuig, niet veel voor het redden van de planeet en de helft van de soorten erop.

Dit onderzoeksprogramma niet financieren is net zoiets als te gierig zijn om zonnebrandcrème te kopen, terwijl je weet dat huidkanker in je familie voorkomt.

Dit onderzoek zal een heleboel dingen beantwoorden, zelfs de ethische vragen of we het überhaupt wel moeten doen. Maar als je het onderzoek niet in de komende tien jaar doet, ben je misschien niet in staat om dit op de juiste manier uit te voeren wanneer je je realiseert dat we dit snel moeten doen. En anderen doen het misschien toch, zonder de zorgvuldigheid die wij aan de dag zouden leggen.

De Chinezen hebben uitdrukkelijk gezegd dat zij precies dit zullen doen als het met de opwarming van de aarde te ver uit de hand loopt. En ze hebben al een robuust onderzoeksprogramma lopen.

Als Joseph Lassiter van Harvard berekent: “Ervan uitgaande dat de mensheid een decennium lang elk jaar netto CO2 in de atmosfeer blijft toevoegen, en een deel van het sulfaat-aerosolschild elk jaar zou verdwijnen, zouden elk jaar continue injecties van grotere hoeveelheden sulfaten nodig zijn om de concentratie te handhaven die nodig is om de temperatuur van de aarde te beheersen.”

In het eerste jaar zou er bijvoorbeeld ongeveer 25.000 ton sulfaten nodig zijn die door 1 of 2 vliegtuigen worden geïnjecteerd om ongeveer 50% van de toename van de opwarming in dat jaar te compenseren. Om de vermindering met 50% te handhaven, zou in het tweede jaar ongeveer 50.000 ton sulfaten moeten worden verstrekt, en zo verder elk jaar in de toekomst. Na 10 jaar zou dit aantal oplopen tot meer dan een miljoen ton sulfaten die door 100 vliegtuigen zouden worden verspreid.

Dit is nog steeds niet veel. En we zouden na 2030 eindelijk moeten beginnen met het terugdringen van de koolstofuitstoot, die de komende decennia zal afnemen tot we geen zonne-energie-engineering meer nodig hebben.

Laten we duidelijk zijn – zonne-energie-engineering moet niet worden toegepast, of zelfs maar worden overwogen, als vervanging voor het terugdringen van de koolstofuitstoot. Het is alleen bedoeld om ons de tientallen jaren te geven die we nodig hebben om de uitstoot daadwerkelijk tot bijna nul te reduceren zonder de planeet te verbranden.

Dit komt omdat geoengineering met zonne-energie niet alle schade kan elimineren die wordt veroorzaakt door de opwarming door broeikasgassen, zelfs niet als het zou proberen om de gemiddelde temperatuur op aarde terug te brengen naar het pre-industriële niveau. Vergeleken met de opwarming door broeikasgassen – die langegolfstraling opvangen – reageren klimaatvariabelen als temperatuur en neerslag anders op afkoeling door zonnegeo-engineering, die kortegolfstraling weerkaatst.

Als bijvoorbeeld de temperatuur door zonnegeo-engineering op het pre-industriële niveau zou worden teruggebracht, zou de watercyclus zwakker zijn dan in de jaren 1700.

Een belangrijk punt om te onthouden over zonnegeo-engineering is dat het inherent zelfbegrenzend is. Je moet het blijven doen tot we de uitstoot onder controle hebben. Als je ermee stopt, is het effect na een jaar of twee verdwenen omdat de aërosolen uit de atmosfeer komen, net zoals dat een paar jaar na elke enorme vulkaanuitbarsting gebeurt.

Maar dit blijkt een goede zaak te zijn. Geo-engineering op zonne-energie kan gemakkelijk en relatief snel worden aangepast, zelfs teruggedraaid, als de effecten je niet bevallen. We hoeven ons niet neer te leggen bij een temperatuurstijging van een paar graden, we kunnen het houden zoals we willen, zelfs een beetje afkoelen tot waar we 100 jaar geleden waren.

Zoals Keith het stelt: “Omdat het opwarmende effect van koolstof min of meer voor altijd is, is het enige wat we deze eeuw kunnen bereiken door de uitstoot te verminderen, te stoppen met het probleem erger te maken. Geo-engineering op zonne-energie maakt een optimistischer uitkomst mogelijk. In combinatie met technologieën om de koolstof die zich al in de atmosfeer bevindt te verwijderen, kan de mensheid ernaar streven het pre-industriële klimaat binnen twee mensenlevens te herstellen.”

En we beschikken over technologieën om CO2 uit de atmosfeer, de oceaan en de verbrande fossiele brandstoffen te verwijderen en op te vangen. Het zal alleen even duren voordat ze wereldwijd effect sorteren en voordat we weten waar we de CO2 kwijt willen.

Wat zouden we dan in de atmosfeer moeten stoppen? Er is naar veel materialen gekeken, waaronder aluminiumoxide, diamantstof en bismut-tri-jodide, allemaal in de hoop ongewenste neveneffecten als aantasting van de ozonlaag, die zich met zwavel kunnen voordoen, te verminderen.

Ik hou van calciumcarbonaatdeeltjes, in feite gemalen kalksteen of zeeschelpen. Ze zijn niet giftig, schijnen de ozonlaag niet aan te tasten, en als ze in de oceaan vallen zouden ze helpen de verzuring van de oceaan een beetje tegen te gaan.

Critici maken zich zorgen dat geo-engineering op zonne-energie onbedoelde gevolgen kan hebben, zoals de aantasting van de ozonlaag door sulfaat, en dat de aandacht voor dit type reactie de aandacht afleidt van de betere reactie, namelijk het terugdringen van de koolstofuitstoot. Zelfs angst voor militair misbruik duikt op.

Maar dit zijn de vragen die door een serieus onderzoeksprogramma zouden worden beantwoord.

Peter Frumhoff van de Union of Concerned Scientists mijmerde dat “Solar Engineering is the emergency room response to climate change. We moeten het paraat hebben, maar we hopen het nooit te gebruiken. Preventieve geneeskunde is altijd beter.

Maar we hebben gefaald in de preventieve geneeskunde van de opwarming van de aarde. Naast een slachtoffer van een ongeluk op de eerste hulp staan en zeggen dat hij beter moet eten en meer moet bewegen helpt niet.