Memahami Dampak Penambangan Laut Dalam.

Ada sebuah batu cokelat yang tampak biasa saja di tempat penelitian. Kira-kira sebesar kentang, sudah menjadi pusat perdebatan selama beberapa dekade. Dikenal sebagai nodul polimetalik, ia menghabiskan 10 juta tahun duduk di dasar laut yang dalam, 15.000 kaki di bawah permukaan laut. Nodul itu mengandung nikel, kobalt, tembaga, dan mangan — empat mineral yang penting dalam penyimpanan energi.

"Ketika masyarakat bergerak ke arah mengemudi lebih banyak kendaraan listrik dan menggunakan energi terbarukan, akan ada peningkatan permintaan untuk mineral ini, untuk memproduksi baterai yang diperlukan untuk menghilangkan karbon ekonomi," kata Peacock, seorang profesor teknik mesin dan direktur Lingkungan Dinamika MIT. Lab. Dia adalah bagian dari tim peneliti internasional yang telah berusaha mendapatkan pemahaman yang lebih baik tentang dampak lingkungan dari pengumpulan nodul polimetalik, sebuah proses yang dikenal sebagai penambangan laut dalam.

Mineral yang ditemukan di nodul, terutama kobalt dan nikel, merupakan komponen utama baterai lithium-ion. Saat ini, baterai lithium-ion menawarkan kepadatan energi terbaik dari baterai yang tersedia secara komersial. Kepadatan energi yang tinggi ini membuatnya ideal untuk digunakan dalam segala hal mulai dari ponsel hingga kendaraan listrik, yang membutuhkan energi dalam jumlah besar dalam ruang yang ringkas.

"Kedua elemen itu diharapkan akan melihat pertumbuhan permintaan yang luar biasa karena penyimpanan energi," kata Richard Roth, direktur Laboratorium Sistem Bahan MIT.

Sementara para peneliti sedang mengeksplorasi teknologi baterai alternatif seperti baterai natrium-ion dan baterai aliran yang menggunakan sel elektrokimia, teknologi ini jauh dari komersialisasi.

"Beberapa orang mengharapkan salah satu dari alternatif lithium-ion ini tersedia dalam dekade mendatang," jelas Roth. "Menunggu kimia dan teknologi baterai masa depan yang tidak diketahui dapat secara signifikan menunda adopsi kendaraan listrik yang meluas."

Sejumlah besar nikel khusus juga diperlukan untuk membangun baterai skala lebih besar yang akan dibutuhkan karena masyarakat ingin beralih dari jaringan listrik yang ditenagai bahan bakar fosil ke yang didukung oleh sumber daya terbarukan seperti matahari, angin, gelombang, dan termal.

"Pengumpulan bintil-bintil dari dasar laut sedang dipertimbangkan sebagai cara baru untuk mendapatkan bahan-bahan ini, tetapi sebelum melakukannya sangat penting untuk sepenuhnya memahami dampak lingkungan dari sumber daya penambangan dari laut dalam dan membandingkannya dengan dampak lingkungan dari sumber daya penambangan di darat, "jelas Peacock.

Setelah menerima dana awal dari Environmental Solutions Initiative (ESI) MIT, Peacock dapat menerapkan keahliannya dalam dinamika fluida untuk mempelajari bagaimana penambangan laut dalam dapat mempengaruhi ekosistem di sekitarnya.

Memenuhi permintaan untuk penyimpanan energi

Saat ini, nikel dan kobalt diekstraksi melalui operasi penambangan berbasis lahan. Banyak dari penambangan ini terjadi di Republik Demokratik Kongo, yang menghasilkan 60 persen kobalt dunia. Tambang berbasis darat ini sering berdampak pada lingkungan sekitar melalui perusakan habitat, erosi, dan kontaminasi tanah dan air. Ada juga kekhawatiran bahwa penambangan berbasis lahan, terutama di negara-negara yang secara politik tidak stabil, mungkin tidak dapat memasok bahan-bahan ini dengan cukup karena permintaan baterai meningkat.

Petak samudera yang terletak antara Hawaii dan Pantai Barat Amerika Serikat — juga dikenal sebagai Zona Fraktur Clarion Clipperton — diperkirakan memiliki kobalt enam kali lebih banyak dan tiga kali lebih banyak nikel daripada semua toko berbasis darat yang dikenal, serta luas deposit mangan dan sejumlah besar tembaga.

Sementara dasar laut berlimpah dengan bahan-bahan ini, sedikit yang diketahui tentang efek lingkungan jangka pendek dan panjang dari penambangan 15.000 kaki di bawah permukaan laut. Peacock dan kolaboratornya Profesor Matthew Alford dari Scripps Institution of Oceanography dan University of California di San Diego memimpin upaya untuk memahami bagaimana gumpalan sedimen yang dihasilkan oleh kumpulan nodul dari dasar laut akan dibawa oleh arus air.

"Pertanyaan kuncinya adalah, jika kita memutuskan untuk membuat bulu-bulu di situs A, seberapa jauh ia menyebar sebelum akhirnya turun ke dasar laut?" Alford menjelaskan. "Kemampuan itu untuk memetakan geografi dampak penambangan dasar laut adalah hal yang sangat penting saat ini."

Penelitian yang dilakukan Peacock dan Alford akan membantu menginformasikan para pemangku kepentingan tentang potensi dampak lingkungan dari penambangan laut dalam. Satu hal yang mendesak adalah bahwa rancangan peraturan eksploitasi untuk penambangan laut dalam di wilayah di luar yurisdiksi nasional saat ini sedang dinegosiasikan oleh Otoritas Dasar Laut Internasional (ISA), sebuah organisasi independen yang didirikan oleh PBB yang mengatur semua kegiatan penambangan di dasar laut. Penelitian Peacock dan Alford akan membantu memandu pengembangan standar lingkungan dan pedoman yang akan dikeluarkan berdasarkan peraturan tersebut.

"Kami memiliki peluang unik untuk membantu regulator dan pihak terkait lainnya untuk menilai rancangan peraturan menggunakan data dan pemodelan kami, sebelum operasi dimulai dan kami menyesali dampak dari aktivitas kami," kata Carlos Munoz Royo, Ph.D. mahasiswa di END Lab MIT.

Melacak bulu di air

Dalam penambangan laut dalam, kendaraan pengumpul akan dikerahkan dari sebuah kapal. Kendaraan kolektor kemudian berjalan 15.000 kaki ke dasar laut, di mana ia mengosongkan empat inci dari dasar laut. Proses ini menciptakan bulu yang dikenal sebagai bulu kolektor.

"Ketika kolektor bergerak melintasi dasar laut, ia mengaduk sedimen dan menciptakan awan sedimen, atau bulu, yang terbawa dan didistribusikan oleh arus laut," jelas Peacock.

Kendaraan kolektor mengambil nodul, yang dipompa melalui pipa kembali ke kapal. Di kapal, nodul yang dapat digunakan dipisahkan dari sedimen yang tidak diinginkan. Sedimen itu disalurkan kembali ke lautan, menciptakan bulu kedua, yang dikenal sebagai bulu buangan.

Peacock berkolaborasi dengan Pierre Lermusiaux, profesor teknik mesin dan ilmu pengetahuan dan teknik kelautan, dan Glenn Flierl, profesor ilmu bumi, atmosfer, dan planet, untuk membuat model matematika yang memprediksi bagaimana kedua bulu-bulu ini bergerak melalui air.

Untuk menguji model-model ini, Peacock berangkat untuk melacak bulu-bulu asli yang dibuat dengan menambang lantai Samudra Pasifik. Dengan dana dari MIT ESI, ia memulai studi lapangan pertama kali dari bulu-bulu tersebut. Dia bergabung dengan Alford dan Eric Adams, insinyur riset senior di MIT, serta peneliti dan insinyur lain dari MIT, Scripps, dan Survei Geologi Amerika Serikat.

Dengan dana dari Program Dana Kapal UC, tim melakukan percobaan dengan berkonsultasi dengan ISA selama ekspedisi selama seminggu di Samudra Pasifik naik US Navy R / V Sally Ride pada Maret 2018. Para peneliti mencampur sedimen dengan pewarna pelacak bahwa mereka adalah mampu melacak menggunakan sensor di kapal yang dikembangkan oleh kelompok Multiscale Ocean Dynamics Alford. Dengan melakukan itu, mereka membuat peta perjalanan bulu-bulu itu.

Eksperimen lapangan menunjukkan bahwa model yang dikembangkan Peacock dan Lermusiaux dapat digunakan untuk memprediksi bagaimana bulu-bulu akan bergerak melalui air — dan dapat membantu memberikan gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana biologi di sekitarnya mungkin akan terpengaruh.

Dampak pada organisme laut dalam

Kehidupan di dasar samudera bergerak dengan kecepatan tinggi. Sedimen terakumulasi pada kecepatan 1 milimeter setiap milenium. Dengan tingkat pertumbuhan yang lambat, daerah-daerah yang terganggu oleh penambangan laut dalam tidak akan mungkin pulih pada skala waktu yang masuk akal.

"Kekhawatirannya adalah bahwa jika ada komunitas biologis yang spesifik untuk daerah tersebut, hal itu mungkin terkena dampak penambangan," jelas Peacock.

Menurut Cindy Van Dover, profesor oseanografi biologis di Duke University, di samping organisme yang hidup di dalam atau di sekitar nodul, organisme lain di tempat lain di kolom air dapat terpengaruh ketika bulu-bulu itu bergerak.

"Mungkin ada penyumbatan pada struktur pemberian makan dari, misalnya, organisme agar-agar di kolom air, dan penguburan organisme pada sedimen," jelasnya. "Mungkin juga ada beberapa logam yang masuk ke kolom air, jadi ada kekhawatiran tentang toksikologi."

Penelitian Peacock pada bulu dapat membantu ahli biologi seperti Van Dover menilai kerusakan jaminan dari operasi penambangan laut dalam di ekosistem sekitarnya.

Menyusun peraturan untuk menambang laut

Melalui koneksi dengan Lab Kebijakan MIT, Institut ini adalah satu dari hanya dua universitas riset dengan status pengamat di ISA.

"Penelitian bulu-bulu sangat penting, dan MIT membantu dengan eksperimen dan mengembangkan model bulu-bulu, yang sangat penting untuk menginformasikan pekerjaan saat ini dari Otoritas Dasar Laut Internasional dan basis pemangku kepentingannya," jelas Chris Brown, seorang konsultan di ISA. Brown adalah satu dari banyak pakar yang bertemu di kampus MIT musim gugur lalu di sebuah lokakarya yang membahas risiko penambangan laut dalam.

Sampai saat ini, penelitian lapangan yang dilakukan Peacock dan Alford adalah satu-satunya dataset lautan pada bulu midwater yang ada untuk membantu memandu pengambilan keputusan. Langkah selanjutnya dalam memahami bagaimana bulu bergerak melalui air adalah untuk melacak bulu yang dihasilkan oleh kendaraan pengumpul prototipe. Peacock dan timnya di Lab END sedang bersiap untuk berpartisipasi dalam studi lapangan utama menggunakan kendaraan prototipe pada tahun 2020.

Berkat pendanaan baru-baru ini yang disediakan oleh Proyek Jam ke-11, Peacock dan Lermusiaux berharap untuk mengembangkan model yang memberikan prediksi yang semakin akurat tentang bagaimana bulu-bulu penambangan laut dalam akan melakukan perjalanan melalui lautan. Mereka akan terus berinteraksi dengan kolega akademik, lembaga internasional, LSM, dan kontraktor untuk mengembangkan gambaran yang lebih jelas tentang dampak lingkungan penambangan laut dalam.

"Sangat penting untuk memiliki masukan dari semua pemangku kepentingan di awal percakapan untuk membantu membuat keputusan berdasarkan informasi, sehingga kita dapat sepenuhnya memahami dampak lingkungan dari sumber daya penambangan dari laut dan membandingkannya dengan dampak lingkungan dari sumber daya penambangan di darat," kata Peacock.