National Research Council [USA] (2015): Climate Intervention (2冊)

  • National Research Council, 2015: Climate Intervention: Carbon Dioxide Removal and Reliable Sequestration. National Academies Press, 140 pp. (仮). ISBN 978-0-309-30529-7. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=18805 (ここでは「CDRの巻」と呼ぶ。)
  • National Research Council, 2015: Climate Intervention: Reflecting Sunlight to Cool Earth. National Academies Press, 234 pp. (仮). ISBN 978-0-309-31482-4. http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=18988 (ここでは「AMの巻」と呼ぶ。)

地球温暖化対策としての「ジオエンジニアリング」(geoengineering)または「気候工学」(climate engineering)と呼ばれる技術群について、アメリカ合衆国科学アカデミー(NAS)で議論されていることは、1年ほど前から聞いていたのだが、2015年2月10日、報告書が発表された。体裁を整える編集がまだすんでいないPDFファイルがNational Academies Pressのウェブサイトに置かれている。ここでは、この暫定版PDFにもとづいて述べる。数か月以内に出版され、紙の本は有料となるが、PDFファイルは無料ダウンロードできるだろう。

正確にいうと、NASの関連機関であるNational Research Council (NRC、頭文字が原子力規制委員会と同じになるが別もの)のCommittee on Geoengineering Climate: Technical Evaluation and Discussion of Impactsという委員会の報告だ。この委員会は、NRCの地球・生物研究部(Division on Earth and Life Studies)の、大気科学・気候委員会(Board on Atmospheric Sciences and Climate)と海洋研究委員会(Ocean Studies Board)のもとにつくられた。

この検討は、NASの意志に加えて、政府からの要請を受けて行なわれた。業務委託した政府の省庁として、NOAA, NASA, エネルギー省(DoE)があるのは予想どおりだが、そのほかに”intelligence community” があげられている。おそらくCIAなどが、気候工学を、国家安全保障にかかわる問題として考えているのだ。とくに、どこかの国や民間人が勝手に気候工学的なことを実行してしまうことを警戒しているようだ。

委員会の名まえにはgeoengineeringということばが使われている。(ただしこれは動名詞で「climateをgeoengineerする」という表現になっているようだ。この表現はRoyal Society (2009)の表題から引き継いだようだ。) しかし、委員会での議論の結果、engineerは、人が対象(ここでは気候)のしくみをよく理解して制御する能力がある場合にふさわしいことばだが、現状ではその能力はとても不確かだ、という理由で、報告書の表題には、climate intervention (気候への介入)という表現が選ばれた。ただし、本文中の表現は必ずしも統一されていない。わたしの説明では便宜上「気候工学」を使うことがある。

この主題についての総括的なレビューとしてはこれまで、イギリスの科学アカデミーに相当する機関であるRoyal Societyが2009年に出した報告書が基本とされてきた。今度のNRC報告書は、それから5年ほどの進展をふまえた改訂のような意味がある。ただし、検討の趣旨は技術評価であり、ガバナンスや倫理に関しては、問題の存在を指摘はするものの、そのさきの議論はしていない。委員にも、科学史家James Fleming [このメモでは人名は敬称を略する]が含まれているほかは、わたしにわかるかぎりで全員が自然科学や工学の背景をもつ人であり、社会科学者や倫理学者などは含まれていないようだ(謝辞に示された査読者にClive Hamiltonがはいっているが)。

委員長Marcia McNuttは現在Science誌編集長だが、もともと固体地球物理が専門で、地質調査所(USGS)長をつとめた人なので、科学技術と行政の関係にかかわる見識を期待されたのだと思う。委員のうちには、気候工学にかかわる研究論文を出している人もいる。Ken Caldeiraや、(David Keithと共著の仕事が多い) M. Granger Morgan、(数値実験のプロジェクトGeoMIPのメンバーでその幹事Kravitzの職場の先輩(上司?)である) Philip Raschなどが含まれる。しかし、直接に気候工学を研究していないが、それを評価できそうな、関連分野の知識のある人も入れている。たとえば、大気物理の理論家で、どちらかというと惑星大気が専門のRaymond Pierrehumbertがいる。また、現在は大学教授だが海軍にいたDavid Titleyがいる。気候と国家安全保障とのからみの専門家なのだと思う。わたしが名まえを覚えていない人についてちょっと調べてみると、生態学や地球化学を専門とする人がいる。

委員会での検討は、IPCCとだいたい同様に、独自の研究はおこなわず、既存の文献をもとにまとめている。

Royal Society (2009)以来、geoengineeringは、Solar Radiation Management (SRM)とCarbon Dioxide Removal (CDR)とに大きく分けて論じる慣例ができた。(この2つの用語ではカバーしきれない提案もあるのだが、どちらかの類似のものとしてまとめることはできる。) 今回のNRCの委員会も、だいたいそれを踏襲したうえで、両者は、ねらいも、ガバナンスの問題点も、非常に違うので(要約の表「Table S.1」で対比して示している)、それぞれを主題とした2冊の報告書を出すことにした。ただし、ひとつの問いに対する答えなので、2冊の報告書の、要約(Summary)と、序論(第1章、Introduction)には同じ文章がはいっている。

CDRという表現はここでも使われているが、SRMという表現は、managementは(engineeringと同様)制御能力があることを前提とするが実際はそうでないとして避け、表題ではreflecting sunlight、本文中の技術群の名としてはalbedo modificationという表現を使っている(ただし必ずしも徹底していない)。ここでは仮にAMと略すことにするが、これは略語としてはわかりにくいと思うので、わたしはとうぶん、これ以外の場ではSRMを使い続けることになりそうだ。

2冊に共通の要約(Summary)には、6つの勧告が含まれている。それぞれの勧告をさらに縮めて紹介する。
勧告1: 気候変化対策はおもに緩和策(排出削減)と適応策によるべきだ。
勧告2: CDRの技術の研究開発に投資すべきだ。
勧告3: 気候に変化をおこす規模でのAMは、まだ実行すべきではない。
勧告4: AMの研究計画をたてるべきだ。
勧告5: (USAは)放射強制力の変化とそれに伴う気候の変化を検出・測定する能力を改良すべきだ。
勧告6: AMの研究には(既存のものに加えて)どんな研究ガバナンスが必要か、また、そのようなガバナンスはどのような研究を必要とするか、を検討する熟議を始めるべきだ。

要約の結論部分では、次のようなことが述べられている。
– 気候への介入は、排出削減に代わるものではないが、必要になる場合に備えて科学的根拠をもつ技術を研究するべきだ。
– CDRは今は費用が高すぎるが、技術革新に期待したい。
– AMは不確かなリスクが大きすぎる。まず影響の研究が必要だ。
– 研究は、robustで、openで、基礎科学的知見が得られるもので、国際的であるべきだ。

2冊の構成は大筋で同じ形になっている。第1章は共通の背景として、地球温暖化と対策を概観している。
第2章はCDR, AMそれぞれについて、技術を分類して論じている。
第3章は主要な技術を評価する。AMのほうは実質的に、成層圏エーロゾル注入と、海上雲反射強化にしぼって論じている。(宇宙反射物は費用が高い、陸のアルベド改変は大規模化が困難、海の浮遊物は環境影響が不確か、(AMではなく赤外放射改変である)巻雲改変はまだ基礎科学的知見が不足、といった理由で、簡単にかたづけている。) CDRのほうは数えかたにもよるが6つくらいの技術を同様な重みで論じている。内わけはこの記事のあとのほうで紹介する。
第3章の最後に、複数の軸について、技術間の相対的優劣を、その評価の確信度をそえて、表にしている。軸には、潜在的な効果の大きさ、技術がどのくらい確立しているか、気候対策として有効な規模まで大規模化あるいは普及できそうか、環境への有害な副作用が予想されるか、費用の見積もり、などがある。
第4章は社会的問題点。AMのほうは、研究と実施の段階を分け、研究のガバナンスを論じている。これまでの議論の文献などを列挙していて、長いが、社会科学的検討をしているわけではなく、オリジナルな主張をしているのでもないようだ。CDRのほうは、短く、いろいろな社会的問題点を整理してあげている。
第5章は提言。その要点は「要約」に再録されている。

CDRとAMを、将来実施される可能性のある技術とみて議論しているのだが、論調が、CDRのほうは、今すぐは費用が高いので困難だが将来はたぶん必要になるだろうという意味で積極的、AMのほうは有害な副作用のほうが大きくなる可能性があるので実行は避けるべきだというものになっている。わたしは、ちょっと差をつけすぎのような気がした。CDRは、大気に限れば、人為的改変を減らすおだやかな策だといえるが、炭素の行き先となる地下や海のどこかに大きな環境改変をもたらす。そのことの指摘も本書にはあるのだが、深入りしていない。

また、第3章で、各技術を評価したところの、それぞれ終わりに今後の方向性を述べているが、それは今後どんな研究をすべきかが中心だ。「勧告」も、研究に関するものが主になっている。これは、NRCの母体(のひとつ)であるNASが、代議制ではないものの科学者を代表する組織であり、科学者たち自身が何をすべきかを主要な課題としているから、委員会への問いがそういう性質のものになったのだろう。科学者が集団利己的にふるまっているわけではないと思う。

それにしても、勧告5は、観測に予算をつけろという主張で、その内容が大気科学への我田引水のような気もするが、これは、科学アカデミーが、国の宇宙政策の中で、地球観測衛星の必要性を根拠づける役まわりになっていて、今回もその役割を果たしているのだと思う。また内容面からは、AMの実施の可能性があるとすれば、いつかは野外実験による技術検証が必要になるが、現状では、大気放射改変の効果が検出できるが有害な影響はないと約束できるような実験計画はつくれない。それを打開したいならば、検出能力を高めたいのは切実な要求だ。

ここから、CDRを、本書がどのように分類して論じているかを紹介する。本書の論旨にそったつもりだが大幅に組みかえており、わたしの事前の知識による偏りがあるかもしれない。

CDRと緩和策とは連続しており、区別はどうしても便宜的になる。本書ではCDRを、「大気から二酸化炭素を吸収し、その炭素を大気から隔離する」という形にあてはまるものに限っている。ただし隔離が完全でなくても、大気にもどるまでに数百年以上かかればよい。

CDRの技術を、大きく人工的回収と、自然の炭素循環の改変に分ける。

人工的な二酸化炭素回収隔離(CCS)は、燃料(燃焼排気または燃料改質過程)から取り出すものと、空気から取り出すもの(直接空気回収 direct air capture, 本書では隔離を含めてDACSと表現)に分けられる。燃料から取り出すもののうち、化石燃料からのものが狭い意味のCCSだが、これは本書でいうCDRに含まれない(緩和策に含まれる)。バイオ燃料からのもの(BECCS)は、燃料作物の栽培まで含めてとらえてCDRに含めている。

取り出された二酸化炭素の行き先は、海も原理的にはありうるが、法的・社会的制約があるので、ほぼ地中(海底の地下を含む)にしぼられる。なお、二酸化炭素を資源として利用することも、温暖化対策に有効な量の規模にはなりえないと思われるが、選択肢として明記されている。おそらく技術開発の動機として重要だからだと思う。

CCSの技術はすでに実施されているが、それはおもに石油増進回収への利用を兼ねたものである。(利用を兼ねないものは、炭素排出のペナルティがないと実現しないだろう。) 既存のCCSの規模は数十 MtCO2/年だが、温暖化対策に有効になるためには、その千倍の桁が必要であり、地下の隔離場所を確保すること(安全性評価、社会的受容)と、費用を下げることが前提として必要となる。

BECCSは、バイオ燃料栽培のための土地が食料生産や自然生態系保護との競合で制約される。また、化石燃料CCSのほうが効率がよいので、大規模実施は化石燃料消費がじゅうぶん減ってからになるだろう、という見通しを述べている。

直接空気回収は、二酸化炭素濃度の違いのせいで、原理的に必要となるエネルギーコストが、燃料からのCCSの2倍から10倍かかると見積もられている。吸収技術も別のものを開発する必要があるかもしれない。

自然の炭素循環の改変としては、次のものがある。

  • 「土地管理」(land management)による陸上植生・土壌への貯留の増加
    • (森林破壊の抑制は重要だがCDRでなく緩和策に含める)
    • 森林育成(回復はreforestration、新規はafforestation)
    • 農地・草地の管理のくふうによる炭素貯留増加
    • (炭として農地に入れるbiocharは囲み記事で言及しCDRに数えないとしている)
  • 海洋生物ポンプ(固体粒子の沈降)による深層への輸送の強化
    • 栄養元素補給によるプランクトンの生育促進
      • (窒素やリンの施肥 … CDRではあるが大規模化困難)
      • 鉄の施肥
    • (人工の水ポンプによる表面と深層の水の交換 … CDRではあるが大規模化困難)
  • (無機)地球化学的な炭素循環への介入
    • カルシウム・マグネシウム珪酸塩岩石の風化の人工的加速
    • 海洋へのアルカリ類の追加による海洋の(中和された形での)炭素貯留の増加

このうち、「土地管理」は、わりあい成熟した技術だが、他の土地利用、とくに食料生産との競合による限界がある。

海洋鉄施肥は、ふえた有機物が分解しないで沈んでくれるかどうか、また、鉄はどうなるか(施肥の効果は持続するか)が不確かであり、費用はかつて考えられたほど安くない。また、生態系・海洋化学への環境影響が不確かであり、現状では国際法の制約もあって、実施できない。

岩石風化の加速と海洋アルカリ度増加は、原理はわかっているが、まだ実験で実証されていない。いずれも鉱物を採掘する必要があり、それが実行可能な規模の制約となる。採掘地の環境保全や住民の合意も必要である。

結局、CDRの各技術はそれぞれ困難があるが、困難の性質が違っている。
– 「土地管理」は、技術はあり費用は比較的安いが、土地利用の限界がある。
– BECCSは、技術はあるが費用が高く、土地利用の限界もある。
– 直接空気回収は、技術の改良が必要であり、費用が高い。
– 岩石風化加速と海洋アルカリ度増加は、原理はわかっているが未熟な技術である。
– 海洋施肥は、効果も環境影響も不確かであり今のところオプションにならない。

文献

折り返しのあとに詳しい目次をつける。ページ番号が入れてあるが、これは仮の版のもので最終版では変わるかもしれない。また、仮の版の目次に抜けていた項目を気づいた限りで補ったがそれにはページ番号を入れていない。

CDRの巻
Summary 1
– [BOX S.1] Definitions of Key Terms Used in the Reports
– Carbon Dioxide Removal and Albedo Modification within A Portfolio Of Climate Responses, 2
– Carbon Dioxide Removal Ready for Increased Research and Development, 4
– Albedo Modification Presents Poorly Understood Risks, 5
– The Need for More Research On Albedo Modification, 8
– Governance Considerations
– Concluding Thoughts, 11
Chapter 1: Introduction 13
– Decarbonizing the Energy System, 17
– [BOX 1.1] Why There Are Two Separate Reports
– Adapting to Climate Change, 20
– Carbon Dioxide Removal and Albedo Modification, 23
Chapter 2: Carbon Dioxide Removal 25
– [BOX 2.1] Historical Context for Carbon Dioxide Removal
Chapter 3: Assessment of Possible Carbon Dioxide Removal and Long-Term Sequestration Systems 34
– Land Management, 34
– – Afforestation and Reforestation, 34
– – Carbon Sequestration on Agricultural Lands, 37
– – Summary of Land Management Approaches, 38
– – [BOX 3.1] Biochar
– Accelerated Weathering Methods and Mineral Carbonation, 40
– – Scaling and Environmental Issues, 43
– Ocean Fertilization, 47
– – [BOX 3.2] Historical Context of Ocean Iron Fertilization
– Bioenergy with Carbon Capture and Sequestration (BECCS), Direct Air Capture and Sequestration (DACS), 53
– – Bioenergy with Carbon Capture and Sequestration (BECCS), 53
– – Direct Air Capture and Sequestration (DACS), 56
– – [BOX 3.3] Seawater Capture
– – Geological Sequestration of Carbon Dioxide, 63
– – Utilization of Carbon Dioxide and Available Markets, 69
– Chapter Summary 69
Chapter 4: Social Context 83
– Legal and Ethical Issues, 83
– Political and Social Considerations, 84
– Economic Considerations, 84
Chapter 5: Way Forward 87
– Scale, 88
– Value, 89
– Research, 90
– Carbon Dioxide Removal and Controversy, 92
– Concluding Thoughts, 93
References 95
Appendix A: Statement of Task for the Committee 115
Appendix B: Committee Biographies 117
Appendix C: Acronyms and Abbreviations 125

AMの巻
Summary 1
– [Box S.1] Definitions of Key Terms Used in the Reports
– Carbon Dioxide Removal and Albedo Modification Within a Portfolio of Climate Responses, 2
– Carbon Dioxide Removal Ready for Increased Research and Development, 4
– Albedo Modification Presents Poorly Understood Risks, 5
– The Need for More Research on Albedo Modification, 8
– Governance Considerations
– Concluding Thoughts
Chapter 1: Introduction 13
– Decarbonizing the Energy System, 17
– [Box 1.1] Why There Are Two Separate Reports
– Adapting to Climate Change, 20
– [Box 1.2] History of Albedo Modification Concept
– Carbon Dioxide Removal and Albedo Modification, 23
Chapter 2: Climate Intervention by Modifying Earth’s Albedo 25
– Introduction 25
– [Box 2.1] Historical Context from Previous Attempts to Control Weather
– Some Basic Physics Concerning Climate Intervention by Albedo Modification, 26
– [Box 2.2] Summary of Terminology Used in This Report
– Motivation for Researching Albedo Modification, 30
– [Box 2.3] Radiative Forcing and Albedo
– Comparison of Some Basic Risks Associated with Albedo Modification, 33
– – Poorly Understood and Regionally Heterogeneous Consequences for the Climate System, 33
– – [Box 2.4] Ocean Acidification
– – Timescale Mismatch, Risks of Millennial Dependence, and Constraints on Strategies for Limiting the Duration of Reliance on Albedo Modification, 36
– Overview of the Albedo Modification Assessment 37
Chapter 3: Technical Analysis of Possible Albedo Modification Techniques 39
– Idealized Simulations of the Effects of Albedo Modification 39
– – Solar Constant Experiments, 40
– – [Box 3.1] Geoengineering Model Intercomparison Experiment (GeoMIP)
– – Experiments with a Uniform Increase in Stratospheric Aerosol Optical Depth, 47
– Albedo Modification Strategies 54
– – Climate Intervention by Stratospheric Aerosol Albedo Modification (SAAM), 54
– – Basic Physics, Chemistry, and the Life Cycle of Stratospheric Aerosols, 55
– – [Box 3.2] Effects of Aerosols on Cirrus Clouds
– – Observations and Field Experiments of Relevance to SAAM, 59
– – [Box 3.3] Are Volcanic Eruptions Good Analogues for Stratospheric Aerosol Injection?
– – Proposed Mechanisms for SAAM, 64
– – Model estimates of Aerosol Forcing from SAAM, 64
– – Modeled Climate System Responses to SAAM, 68
– – [Box 3.4] Regional Albedo Modification
– – Observational Requirements for SAAM, 73
– – Environmental Consequences of SAAM, 75
– – [Box 3.5] Observational Requirements for Making Better Use of Volcanoes as Natural Experiments
– – Technical Feasibility of SAAM, 76
– – Unresolved or Less Tangible Issues for SAAM, 79
– – Summary and Statement of Research Needs for SAAM, 79
– Albedo Modification by Marine Cloud Brightening (MCB), 82
– – Science Underlying the Marine Cloud Brightening Concept, 82
– – Observations of Marine Cloud Brightening, 85
– – Proposed Mechanisms for Marine Cloud Brightening, 87
– – Challenges in the Implementation of Marine Cloud Brightening, 90
– – Modeled Climate System Responses to Marine Cloud Brightening, 91
– – Observational Requirements for Characterizing Marine Cloud Brightening, 96
– – Environmental Consequences of Marine Cloud Brightening, 97
– – Technical Feasibility of Marine Cloud Brightening, 98
– – Summary and Statement of Research Needs for Marine Cloud Brightening, 101
– Other Methods, 103
– – Space-Based Methods, 104
– – Surface Albedo, 104
– – Cirrus Cloud Modification, 105
– Observational Issues for Albedo Modification, 107
– – Satellite Monitoring of Large Scale Direct Effects of Albedo Modification, 107
– – Satellite Monitoring of Large Scale Indirect Effects of Albedo Modification
– – In Situ Process Observations
– – Detecting Unilateral and Uncoordinated Deployment
– – Current Observational Capabilities and Needs for Future Continuity of Obsevations
– – Benefits of Multiple-Use Observational Capability
– Summary and Research Needs for Albedo Modification 113
Chapter 4: Governance of Research and Other Sociopolitical Considerations 121
– Governance Considerations for Albedo Modification Research, 121
– – Previous Discussions of Governance of Albedo Modification Research, 122
– [Box 4.1] Responses to Key Governance Questions Identified in Previous Workshops
– Ethical and Sociopolitical Issues, 135
– Relevant U.S. Laws and International Treaties, 136
– – Relevant U.S. Laws, 136
– – Relevant International Treaties, 138
– Intellectual Property and Private Sector Engagement, 139
– Next Steps, 140
Chapter 5: Way Forward 143
– Albedo Modification within a Portfolio Of Climate Responses, 144
– Albedo Modification Presents Poorly Understood Risks, 147
– [Box 5.1] Recommended Areas of Scientific Research
– The Need for More Research on Albedo Modification, 148
– Governance Considerations, 153
– Concluding Thoughts, 154
References 157
Appendix A: Statement of Task for the Committee 191
Appendix B: Committee Biographies 193
Appendix C: Planned Weather Modification 201
– Planned Weather Modification Versus Climate Intervention
– Lessons from Weather Modification for Climate Intervention
– – Historical Attempts at Weather Modification
– – Cloud Seeding Activities Continue with No Robust Research Program Supporting Them
– – Regulation and Oversight of Weather Modification Programs
– – – International
– – – Federal
– – – State
– – Lessons from Public Reactions to Weather Modification Activities
– [Box C.1] Chemtrail Conspiracy Theories
Appendix D: Volcanic Eruptions as Analogues for Albedo Modification 211
– Observation and Simulation of Response to Volcanic Eruptions: Past Studies
– Volcanic Reponse is Far From an Exact Analogy for Climate Intervention by Stratospheric Aerosol Modification
Appendix E: Discussion of Feasibility of Albedo Modification Technologies 215
Appendix F: Acronyms and Abbreviations 217

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