Published November 28, 2022
| Version v1
Publication
Open
Potential use of engineered nanoparticles in ocean fertilization for large-scale atmospheric carbon dioxide removal
Creators
- 1. University of Leeds
- 2. Naresuan University
- 3. University of South Carolina
- 4. Bigelow Laboratory for Ocean Sciences
- 5. Pacific Northwest National Laboratory
Description
Artificial ocean fertilization (AOF) aims to safely stimulate phytoplankton growth in the ocean and enhance carbon sequestration. AOF carbon sequestration efficiency appears lower than natural ocean fertilization processes due mainly to the low bioavailability of added nutrients, along with low export rates of AOF-produced biomass to the deep ocean. Here we explore the potential application of engineered nanoparticles (ENPs) to overcome these issues. Data from 123 studies show that some ENPs may enhance phytoplankton growth at concentrations below those likely to be toxic in marine ecosystems. ENPs may also increase bloom lifetime, boost phytoplankton aggregation and carbon export, and address secondary limiting factors in AOF. Life-cycle assessment and cost analyses suggest that net CO2 capture is possible for iron, SiO2 and Al2O3 ENPs with costs of 2-5 times that of conventional AOF, whereas boosting AOF efficiency by ENPs should substantially enhance net CO2 capture and reduce these costs. Therefore, ENP-based AOF can be an important component of the mitigation strategy to limit global warming.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
يهدف تخصيب المحيطات الاصطناعي (AOF) إلى تحفيز نمو العوالق النباتية بأمان في المحيط وتعزيز عزل الكربون. تبدو كفاءة عزل الكربون AOF أقل من عمليات تخصيب المحيطات الطبيعية ويرجع ذلك أساسًا إلى انخفاض التوافر البيولوجي للمغذيات المضافة، إلى جانب انخفاض معدلات تصدير الكتلة الحيوية المنتجة من AOF إلى أعماق المحيطات. نستكشف هنا التطبيق المحتمل للجسيمات النانوية المهندسة (ENPs) للتغلب على هذه المشكلات. تُظهر البيانات المأخوذة من 123 دراسة أن بعض سياسات الجوار الأوروبية قد تعزز نمو العوالق النباتية بتركيزات أقل من تلك التي يحتمل أن تكون سامة في النظم الإيكولوجية البحرية. قد تزيد ENPs أيضًا من عمر الإزهار، وتعزز تجميع العوالق النباتية وتصدير الكربون، وتعالج العوامل المقيدة الثانوية في AOF. يشير تقييم دورة الحياة وتحليلات التكلفة إلى أن صافي احتجاز ثاني أكسيد الكربون ممكن للحديد و SiO2 و Al2O3 ENPs بتكاليف تتراوح بين 2 و 5 أضعاف تكلفة AOF التقليدية، في حين أن تعزيز كفاءة AOF بواسطة ENPs يجب أن يعزز بشكل كبير صافي احتجاز ثاني أكسيد الكربون ويقلل من هذه التكاليف. لذلك، يمكن أن يكون AOF القائم على سياسة الجوار الأوروبية مكونًا مهمًا في استراتيجية التخفيف للحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.Translated Description (French)
La fertilisation artificielle des océans (FAO) vise à stimuler en toute sécurité la croissance du phytoplancton dans l'océan et à améliorer la séquestration du carbone. L'efficacité de la séquestration du carbone de l'AOF semble inférieure à celle des processus naturels de fertilisation des océans, principalement en raison de la faible biodisponibilité des nutriments ajoutés, ainsi que des faibles taux d'exportation de la biomasse produite par l'AOF vers l'océan profond. Nous explorons ici l'application potentielle des nanoparticules modifiées (PEV) pour surmonter ces problèmes. Les données de 123 études montrent que certaines PEV peuvent améliorer la croissance du phytoplancton à des concentrations inférieures à celles susceptibles d'être toxiques dans les écosystèmes marins. Les PEV peuvent également augmenter la durée de vie de la floraison, stimuler l'agrégation du phytoplancton et l'exportation du carbone, et traiter les facteurs limitatifs secondaires dans l'AOF. L'évaluation du cycle de vie et les analyses de coûts suggèrent que le captage net de CO2 est possible pour les ENP de fer, de SiO2 et d'Al2O3 avec des coûts de 2 à 5 fois supérieurs à ceux des AOF conventionnels, tandis que l'augmentation de l'efficacité des AOF par les ENP devrait considérablement améliorer le captage net de CO2 et réduire ces coûts. Par conséquent, l'AOF basé sur la PEV peut être un élément important de la stratégie d'atténuation pour limiter le réchauffement climatique.Translated Description (Spanish)
La fertilización artificial del océano (AOF) tiene como objetivo estimular de forma segura el crecimiento del fitoplancton en el océano y mejorar el secuestro de carbono. La eficiencia del secuestro de carbono de AOF parece ser menor que los procesos naturales de fertilización oceánica debido principalmente a la baja biodisponibilidad de nutrientes añadidos, junto con las bajas tasas de exportación de biomasa producida por AOF a las profundidades oceánicas. Aquí exploramos la posible aplicación de nanopartículas de ingeniería (ENP) para superar estos problemas. Los datos de 123 estudios muestran que algunos PEV pueden mejorar el crecimiento del fitoplancton en concentraciones inferiores a las que probablemente sean tóxicas en los ecosistemas marinos. Los ENP también pueden aumentar la vida útil de la floración, impulsar la agregación de fitoplancton y la exportación de carbono, y abordar los factores limitantes secundarios en el AOF. La evaluación del ciclo de vida y los análisis de costos sugieren que la captura neta de CO2 es posible para los ENP de hierro, SiO2 y Al2O3 con costos de 2 a 5 veces mayores que los de los AOF convencionales, mientras que el aumento de la eficiencia de los AOF por parte de los ENP debería mejorar sustancialmente la captura neta de CO2 y reducir estos costos. Por lo tanto, el AOF basado en la PEV puede ser un componente importante de la estrategia de mitigación para limitar el calentamiento global.Files
s41565-022-01226-w.pdf.pdf
Files
(2.1 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:2d4dcdbb1e86a746ec80a48de9420f0c
|
2.1 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- الاستخدام المحتمل للجسيمات النانوية المهندسة في تخصيب المحيطات لإزالة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على نطاق واسع
- Translated title (French)
- Utilisation potentielle de nanoparticules d'ingénierie dans la fertilisation des océans pour l'élimination à grande échelle du dioxyde de carbone atmosphérique
- Translated title (Spanish)
- Uso potencial de nanopartículas de ingeniería en la fertilización oceánica para la eliminación de dióxido de carbono atmosférico a gran escala
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4310156792
- DOI
- 10.1038/s41565-022-01226-w
References
- https://openalex.org/W1637244524
- https://openalex.org/W1969647438
- https://openalex.org/W1970266024
- https://openalex.org/W1980922175
- https://openalex.org/W2001192460
- https://openalex.org/W2007443159
- https://openalex.org/W2008836816
- https://openalex.org/W2011177163
- https://openalex.org/W2016925372
- https://openalex.org/W2037200731
- https://openalex.org/W2052144104
- https://openalex.org/W2060976955
- https://openalex.org/W2070242909
- https://openalex.org/W2076258921
- https://openalex.org/W2087468617
- https://openalex.org/W2096661215
- https://openalex.org/W2096897464
- https://openalex.org/W2137677634
- https://openalex.org/W2139453561
- https://openalex.org/W2142209450
- https://openalex.org/W2154446767
- https://openalex.org/W2162875894
- https://openalex.org/W2163256366
- https://openalex.org/W2165675465
- https://openalex.org/W2168030205
- https://openalex.org/W2168684271
- https://openalex.org/W2209528993
- https://openalex.org/W2225049539
- https://openalex.org/W2313205817
- https://openalex.org/W2315802332
- https://openalex.org/W2317255883
- https://openalex.org/W2326157236
- https://openalex.org/W2530529669
- https://openalex.org/W2538317735
- https://openalex.org/W2547738502
- https://openalex.org/W2589524191
- https://openalex.org/W2593030388
- https://openalex.org/W2755183050
- https://openalex.org/W2757363082
- https://openalex.org/W2774613880
- https://openalex.org/W2781540870
- https://openalex.org/W2802763460
- https://openalex.org/W2805814590
- https://openalex.org/W2810377972
- https://openalex.org/W2883069024
- https://openalex.org/W2884032822
- https://openalex.org/W2894818407
- https://openalex.org/W2902064924
- https://openalex.org/W2923028656
- https://openalex.org/W2937131561
- https://openalex.org/W2946452941
- https://openalex.org/W2948089988
- https://openalex.org/W2955238864
- https://openalex.org/W2957229594
- https://openalex.org/W2981815358
- https://openalex.org/W2990871424
- https://openalex.org/W3015751832
- https://openalex.org/W3087588622
- https://openalex.org/W3126775006
- https://openalex.org/W3138430767
- https://openalex.org/W4226330114
- https://openalex.org/W4240798271
- https://openalex.org/W4280566871
- https://openalex.org/W970687219