На наших глазах происходит стремительное по геологическим меркам изменение геохимического цикла углерода, вызванное промышленной революцией. Углерод, содержащийся в угле, нефти и органике, заключенной в не такой уж и вечной мерзлоте, поступает в атмосферу в виде углекислого газа и метана, создавая парниковый эффект. Только полная декарбонизация экономики дает шанс предотвратить повышение температуры более, чем на 1,5 градуса — цель, поставленная Парижским соглашением по климату. Но быстро сократить использование ископаемого топлива не получится — по очевидным экономическим и политическим причинам. Значит, избыток углерода придется удалять из воздуха. Но как это сделать?
Прекрасные зеленые решения?
Довольно очевидная идея — обратиться к «природоориентированным решениям»: улавливать и хранить углерод в экосистемах. Такие предложения нравятся многим «зеленым» активистам. Природное ведь всегда лучше, не правда ли? Безусловно, восстановление старых и посадка новых лесов, а также защита и обводнение болот действительно могут отчасти замедлить дальнейшее потепление.
Проблема с этими решениями в том, что леса могут удалить несколько гигатонн в год — на какое-то время. Понадобится свыше ста лет, чтобы достигнуть необходимых объемов улавливания углерода. Кроме того, леса часто горят, что приводит к внезапному освобождению накопленного СО2. Учитывая, что само глобальное потепление способствует более частым лесным пожарам, образуется порочный замкнутый круг. Более того, есть мнение, что и такие «природоориентированные решения» зачастую представляют собой гринвошинг. По документам высадили лес, на самом деле — плантации монокультуры, например, масличной пальмы. Что еще хуже — землю для лесопосадок часто отнимают у местного населения.
Высадка леса не может быть универсальным решением: где-то она даже без пожаров приводит к дополнительным выбросам СО2, потому что местные экосистемы лучше справляются с захватом парниковых газов, чем леса, которые приходят к ним на смену. Согласно исследованию Oxfam, площадь, необходимая для посадки лесов, способных уловить весь лишний углерод, составляет более 80% площади всех сельскохозяйственных территорий планеты. Да, высадив их, потепление мы остановим, но останемся без еды.
Улавливание на промышленных объектах
Поэтому предлагается прибегнуть к более технологичному решению задачи — к методам улавливания выбросов. Одна из таких технологий, а точнее, нескольких технологий — улавливание выбросов на производственных объектах (Carbon capture, utilisation and storage, CCUS). Эту технологию предлагается внедрить на электростанциях и заводах черной металлургии, в химической промышленности, переработке нефти и газа, производстве цемента — то есть на самых «грязных» в плане углеродных выбросов производствах. Фактически, речь идет о системах, улавливающих углерод, а потом закачивающих его в подземные резервуары для хранения. Создается целая новой отрасль промышленности, «надстроенная» над производствами, сжигающими ископаемое топливо.
Раньше для улавливания применялся метод аминовой (амины — органические соединения, производные аммиака) очистки, но он оказался слишком дорогим для широкого использования. Сейчас для отделения диоксида углерода применяется ряд других методов: абсорбция, адсорбция, мембранный метод. Такие фильтры способны удалять из воздуха, как тяжелые соединения, так и легкие элементы.
Предлагается также биологический способ захвата углерода — ферментативное извлечение при помощи открытой несколько десятилетий назад глубоководной бактерии Thiomicrospira crunogena. Выделяемый этой бактерией фермент способен превращать CO2 в бикарбонат, который затем можно переработать в пищевую соду и мел.
Как указывает профессор химической инженерии Питер Стайринг из Университета Шеффилд, самый стабильный и дешевый из существующих методов фильтрации использует твердые абсорбенты и высокое давление (а не высокие температуры). Он, вероятно, и закрепится в будущем.
Некоторые проекты по улавливанию на промышленных объектах уже реализованы. В Шотландии действует установка Acorn Project, отделяющая CO2 от природного газа, который используется для производства водорода. В Северной Англии на установке Drax C-Capture производится извлечение углекислого газа из выбросов электростанции, работающей на биомассе. Затем извлеченный CO2 транспортируется по трубопроводу к морскому хранилищу.
Всего в мире есть 27 объектов, оснащенных технологиями улавливания. После нескольких лет сокращения инвестиций в 2017-18 годах было объявлено о планах строительства более 30 новых интегрированных объектов CCUS. Большинство из них находится в США и Европе, но уже анонсированы несколько станций в Австралии, Китае, Корее, на Ближнем Востоке и в других странах. Если все эти проекты реализуются, объем глобальных мощностей по улавливанию CO2 увеличится в три раза, примерно до 130 Мт в год. До России технология пока не добралась, но в Минэнерго не исключают ее внедрения в скором будущем. В 2028 году пилотный проект по захвату углерода планирует запустить «Роснефть».
Прямой захват углерода
Еще более интригующий метод извлечения углерода — через прямой захват из атмосферы (DAC, Direct air capture).
В 2017 году швейцарская компания Climeworks запустила первую коммерческую станцию по захвату углерода на геотермальной ТЭС в Исландии. Одновременно с этим, другая компания — Carbon Engineering — построила объект по улавливанию углерода в канадской провинции Британская Колумбия.
Это только пилотные проекты, требующие масштабных инвестиций в исследования и разработки и государственных субсидий.
Так, например в августе 2023 года стало известно, что техасский проект, возглавляемый Occidental Petroleum Corp., получит финансирование в размере 1,2 миллиарда долларов от Министерства энергетики США. Он будет создавать центры с установками по прямому улавливанию углерода из атмосферы.
Целью этой инициативы является разработка и тестирование оборудования, способного удалить выбросы парниковых газов и хранить их под землей. Этот шаг сделает США лидером в сокращении выбросов через установку дорогостоящего оборудования.
Вкладываться в эту новую отрасль стали и крупные нефтедобытчики: например, подразделение компании Occidental построило в Техасе объект, «способный улавливать миллион метрических тонн углерода в год — в тысячу раз больше чем объект в Британской Колумбии».
Процесс захвата углерода из воздуха технически гораздо сложнее, чем CCUS — посредством вентиляторов нагнетаются огромные объемы воздуха, затем из них «процеживается» углерод. Для этого применяется специальный сорбент, которым покрыты стенки улавливающих емкостей. Машины поглощают углекислый газ из окружающего воздуха, затем углекислый газ закачивается в подземные резервуары.
Установки для прямого улавливания углерода можно разместить прямо на месте подземной закачки. Проблема в том, что пока это очень дорого: оценки варьируются от 100 до 600 долларов за тонну удаляемого углерода в зависимости от используемого источника энергии. Как указывает автор книги «После геоинженерии» (After geoengineering) Холли Джин Бак, прямой захват воздуха имеет больший потенциал по сравнению с другими способами удаления углерода в значимых для климата масштабах, но пока требуются значительные усилия, чтобы усовершенствовать технологию. На это могут понадобится десятки лет, которых у нас нет.
Хранение и применение
Уловить углерод — только полдела, нужно его еще где-то хранить и транспортировать. Есть вариант геологического захоронения, то есть закачки газа в угольные пласты, соленосные формации, истощенные нефтяные и газовые месторождения. Также СО2 можно закачивать в пористый базальт. Лабораторные опыты показали, что базальт способен быстро превращать СО2 в карбонатные минералы. Проводились исследования и вне лабораторий: в 2013 году ученые из Тихоокеанской национальной лаборатории Северо-Запада (США) закачали тысячу тонн жидкого углекислого газа под давлением в базальтовые породы. Взятые спустя два года пробы грунта показали, что СО2 «превратился в минерал анкерит».
Предлагается также захоранивать углерод в океане, на глубине более 1000 метров — чем глубже, тем лучше. Но до океана углерод нужно еще доставить — по трубопроводу либо обычным наземным транспортом, потом переместить на танкер, и только потом закачать. На всех этих этапах существует риск утечки, а значит, понадобится хорошо функционирующая система постоянного мониторинга и контроля. В океане СО2 может храниться столетиями, но не очень ясно, как повлияет процесс захоронения на уязвимые океанические экосистемы.
Наконец, СО2 можно переработать в углеродно-нейтральное синтетическое топливо, либо использовать там, где он уже применяется — в медицине, сельском хозяйстве, химической и пищевой индустриях.
Проблема энергии
Конечно, машины, улавливающие воздух, сами должны работать на углеродно-нейтральной энергии. Установка по захвату воздуха работающая на высокоуглеродной энергии сама приведет к увеличению выбросов, а не к их предполагаемому сокращению.
Даже если электричество, используемое для установки, не требует выбросов углерода, необходимо учитывать косвенное влияние на производство электроэнергии в других местах.
То есть вместе со CCUS и DAS станциями нужно создавать источники безуглеродной энергии — ветряки и солнечные электростанции, геотермальные станции либо АЭС.
Ториевые реакторы и термоядерный синтез — возможен ли зеленый вечный двигатель?
И вот он итог
Проекты по улавливанию углекислого газа подвергаются серьезной критике со стороны природозащитных организаций. Для них это не решения по спасению цивилизации, а троянский конь нефтедобывающих компаний. Гринпис и другие «зеленые» считают, что подобные технологические решения только отвлекают внимание и ресурсы от главной задачи — сокращения выбросов. Скептики называют такие проекты углеродными единорогами, намекая на их практическую невыполнимость.
Нельзя сказать, что эта критика безосновательна. Например, сейчас предлагается захваченный углекислый газ закачивать в нефтяные месторождения, из которых уже трудно добывать нефть. Закачанный в месторождение углекислый газ растворяется в остаточной нефти и выталкивает ее. И вуаля — нефть снова можно добывать. Существуют серьезные доводы, что это укрепит углеводородный статус кво, и заявленная цель перехода к безуглеродной экономике не будет достигнута.
Как писал еще Вернадский, «человечество стало мощной геологической силой». Однако эта сила пока стихийна и своими действиями угрожает собственному существованию, неосознанно изменяя геохимический цикл углерода. Пришло время перейти к осознанной регуляции этого цикла. Для этого необходимы гигантские инвестиции в строительство объектов по улавливанию, а также масштабные геологические и экологические исследования.
Развертывание инфраструктуры по улавливанию и хранению углерода создало бы новые рабочие места. С одновременным сокращением выбросов произошла бы своего рода инверсия промышленной революции — при сохранении промышленности. Но как показывает многолетняя практика, общество не может просто доверить бизнесу решить проблемы. Нужен долгосрочный скоординированный план по созданию необходимой инфраструктуры при условии общественной прозрачности.
Конечно, технологии улавливания — как многие другие способы решения климатических и экологических проблем — могут быть гринвошингом со стороны нефтедобывающих и промышленных компаний. Однако это не означает, что их разработка и использование — только гринвошинг и ничего больше. В борьбе с изменением климата нам понадобится целый комплекс решений, и среди них обязательно найдется место для технологий по улавливанию CO2.
