Одна из ключевых экологических задач на сегодняшний день — это снижение выбросов углерода в атмосферу. К 2050 году нам будет нужно удалять 10 гигатонн в год. В этом помогут новые климатические технологии, которые сейчас находятся на стадии развития. Что они из себя представляют и как работают, расскажем в нашей статье.
Почему деревья не справляются с СО2?
Лес — это природное решение для улавливания и хранения углерода. Восстановление лесов и обводнение болот может несколько улучшить ситуацию с климатическим кризисом. Но леса способны удалить лишь некоторые объемы углерода на какое-то время. Чтобы достигнуть необходимых объемов улавливания углерода, понадобится более ста лет. Кроме того, часто случаются лесные пожары и накопленный СО2 освобождается. Также среди природоохранных решений встречается гринвошинг. Зачастую документация о высадке леса не соответствует действительности.
Таким образом, лес способен выполнить свою функцию спасения лишь отчасти. Исследования выяснили, что для улавливания всего кислорода необходима площадь леса, сопоставимая с более 80% площади всех сельскохозяйственных территорий планеты. Но если высадить лес на всей этой площади, то человечество останется без еды.
Улавливание СО2 на промышленных объектах
Поэтому остается надежда на технологичное решение проблем. Например, улавливание выбросов сразу на производственных объектах (Carbon capture, utilisation and storage, CCUS). Такую технологию можно внедрить на самых грязных производствах: металлургических заводах, электростанциях, в химической промышленности, производстве цемента, переработке нефти и газа. Речь об установке систем, которые улавливают углерод и помещают его в подземный резервуар для хранения.
Ранее применялся метод аминовой очистки, но он дорогой для масштабного применения. Сейчас для отделения диоксида углерода используют абсорбцию, адсорбцию и мембранный метод. Эти фильтры удаляют не только тяжелые соединения, но и легкие элементы.
Другим вариантом является биологический захват углерода с помощью глубоководной бактерии Thiomicrospira crunogena. Ее фермент превращает СО2 в бикарбонат, из которого можно получить пищевую соду и мел.
Некоторые проекты по улавливанию уже реализованы и активны на промышленных проектах. Например, в Шотландии работает установка Acorn Project, отделяющая СО2 от природного газа, который используется для производства водорода. В Северной Англии установка Drax C-Capture извлекает углекислый газ из выбросов электростанции, которая работает на биомассе. После сбора, СО2 отправляется к морскому хранилищу по водопроводу.
На сегодняшний день в мире существует 27 объектов, с установками оснащенными функцией улавливания. В 2017−18 годах было объявлено о планах строительства более 30 новых объектов CCUS. Большая их часть находится в США и странах ЕС, а также анонсированы станции в Китае, Корее, Австралии, на Ближнем Востоке и других странах. Если реализация всех проектов пройдет успешно, то улавливание СО2 достигнет 130 Мт в год. В России пока таких технологий нет, но Минэнерго говорит о возможном внедрении в будущем. В планах «Роснефти» запустить пилотный проект по захвату углерода в 2028 году.
Прямой захват углерода
Еще один интересный метод улавливания углерода — прямой захват из атмосферы (DAC, Direct air capture). В 2017 году появилась первая коммерческая станция по захвату углерода на геотермальной ТЭС в Исландии. Ее запустила швейцарская компания Climeworks. В то же время компания Carbon Engineering построила объект по улавливанию углерода в канадской провинции Британская Колумбия. Но это пилотные проекты, которым еще требуются инвестиции в исследования и разработки.
В августе этого года стало известно, что техасский проект Occidental Petroleum Corp должен получить финансирование в размере $1,2 млрд от Министерства энергетики США. Проект работает над созданием центров с установками по прямому улавливанию углерода из атмосферы.
Инициатива подразумевает разработку и тестирование оборудования по вылавливанию и последующему хранению парниковых газов под землей. Это может сделать США лидером в сокращении выбросов СО2.
Захват углерода из воздуха технически сложнее, чем CCUS: вентиляторы охватывают огромные объемы воздуха и «процеживают» углерод. В этом помогает сорбент, который нанесен на стенки улавливающих емкостей. Устройство поглощает углекислый газ и помещает его в подземный резервуар.
Хранение и применение
Итак, после улавливания углерода, его нужно где-то хранить и транспортировать до места хранения. СО2 можно закачивать в пористый базальт. Это показал опыт ученых из Тихоокеанской национальной лаборатории Северо-Запада (США). Они закачали тонны жидкого углекислого газа в в базальт, а через два года узнали, что СО2 превратился в минерал анкерит.
Другим вариантом является захоронение углерода на дне океана , более 1 000 м в глубину. Сложность представляет транспортировка и погружение. Чтобы избежать утечки нужен постоянный мониторинг и контроль. Так СО2 может столетиями храниться в океане, но пока неизвестно, как этот процесс повлияет на океанические экосистемы.
Более простым, как кажется вариантом для СО2 может стать его переработка в углеродно-нейтральное синтетическое топливо. А также использование углерода в медицине, сельском хозяйстве, пищевой и химической индустрии.
Все эти проекты подвергаются критике со стороны экоактивистов. Они считают, что нужно бороться не со следствиями, а с причиной. То есть, начать с сокращения выбросов СО2 в атмосферу, а не его улавливания. Однако, в наше время нереально быстро перепрофилировать все производства и снизить выбросы углерода. Но разумность в их словах все же есть, важно, чтобы предприятия тоже начали думать об экологической обстановке и делали их более щадящими по отношению к окружающей среде.
