Почему CO2 становится ресурсом?
Углекислого газа в атмосфере уже сейчас слишком много для удержания потепления в рамках 1,5 градуса Цельсия — цели, зафиксированной в Парижском соглашении. А выбросы продолжают расти: 2021 год побил очередной рекорд по содержанию СО2 в атмосфере. Даже декларируемые ведущими компаниями и ключевыми странами-эмитентами планы по переходу к низкоуглеродной экономике не исправят положения мгновенно. Поэтому возникла идея что-то делать с тем объемом газом, который уже находится в атмосфере.
Хорошая новость заключается в том, что технологии по улавливанию CO2 уже существуют. И если улавливание из труб высокоэффективно благодаря высокой концентрации газа, то улавливание из воздуха не требует привязки к конкретным объектам. Но что делать с полученным газом дальше?
В 1977 году итальянский химик Чезаре Маркетти предложил складировать запасы CO2 на дне океанов. Тогда для этого не было подходящих технологий, но сегодня это не только возможно, но и практикуется (как и захоронения в земле, наподобие ядерных отходов). Проблема в том, что таким образом мы просто откладываем решение на неизвестный срок. Можно также использовать газ для повышения добычи нефти и угля — это даже выгодно. Но, опять-таки, это лишь повторное использование газа, который вновь возвращается в атмосферу. Более того, такой подход противоречит целям Парижского соглашения — ведь добыча углеводородов при этом увеличивается, а не сокращается.
Но есть еще одно решение: производить из углекислого газа разнообразные материалы и товары. Безусловный плюс этого подхода — негативная эмиссия и полное исключение CO2 из круговорота веществ в природе. Так что же производят из углекислого газа? Давайте разберемся.
https://ecosphere.press/2021/12/06/pojmaj-menya-esli-smozhesh-kak-rabotayut-tehnologii-zahvata-i-hraneniya-ugleroda/Первые попытки
В 2015 году учеными из университета Джорджа Вашингтона была представлена технология по изготовлению из углекислого газа углеродного волокна и нанотрубок. Вообще этот ультрапрочный и легкий материал, устойчивый к высоким температурам и обладающий высокой силой натяжения, производится еще с конца XIX века, но традиционными способами изготавливать его очень дорого. При этом он активно используется в строительстве, промышленности, медицине, авиа- и машиностроении.
Неудивительно, что разработка ученых по изготовлению углеродного волокна из CO2 была названа «Алмазами с неба». Для процесса требуются только парниковый газ, от которого мы так хотим избавиться, и энергия солнца. Себестоимость в итоге составляет порядка 1000 $ за тонну материала. Сейчас внедрением технологии занимается компания C2CNT, основанная профессором Стюартом Лихтом, разработчиком этого метода. Компания ставит перед собой амбициозные задачи по извлечению CO2 из атмосферы и массовому внедрению своего углеродного волокна.
Дом из углекислого газа
Еще один материал, который человечество может производить из углекислого газа — это абсолютно незаменимый в строительстве бетон. Если для производства традиционного бетона используется известняк, запекаемый в специальных печах при огромной эмиссии CO2 (порядка 8% от всех антропогенных выбросов), то в случае с бетоном из углекислого газа процесс противоположный: углекислый газ не выбрасывается, а наоборот, становится частью изготовленного материала. Такой материал более твердый, прочный, долговечный и, что немаловажно, более дешевый.
Еще один плюс этой технологии — для нее необязательно строить новые предприятия, а достаточно модернизировать уже существующие. Сейчас экологичный бетон пытается внедрить в строительстве канадская компания Carbon Upcycling Technologie, но в целом подобных предприятий насчитывается более десятка.
В принципе, из экологичного бетона и материалов на основе углеродного волокна можно без особых проблем построить дом, но для комфортной жизни мало голых стен и потолка.
Помимо бетона, нам очень сложно представить жизнь без пластика, хоть ученые и бьют тревогу по поводу пластикового загрязнения не первый год, а при производстве полимеров используются большие объемы ископаемого топлива. Но пластик тоже можно производить из улавливаемого из воздуха CO2.
Процесс этот непростой, в нем участвуют микроорганизмы, перерабатывающие углекислоту в биомассу, и сложные катализаторы. Но в перспективе он может оказаться значительно дешевле традиционного способа благодаря доступности основного компонента — углекислого газа. Уже сейчас эти технологии внедряют Ford (первый из автопроизводителей), IKEA, Econic и многие другие.
К «зеленому» будущему на углекислой тяге
Но и это далеко не все. Следующее на очереди — топливо. В принципе, способ производства бензина из углекислого газа известна с начала XX века, но он требует высоких температур и давления, а значит, весьма энергозатратен. Тем не менее, прогресс не стоит на месте.
В Германии еще несколько лет назад было открыто небольшое производство бензина из CO2. Пока что конечный продукт выходит несколько дороже, чем получаемый из ископаемого топлива, но производители уверены, что развитие технологий, наращивание объемов и изменение налоговой политики могут изменить эту ситуацию.
С другой стороны, новейшие разработки, например, японских ученых дают возможность изготавливать топливо значительно проще и дешевле при помощи нетепловой плазмы. Также существует технология производства из углекислого газа метанола, используемого как в качестве топлива, так и в других областях — например, для производства все тех же пластмасс.
Кроссовки, еда и даже… водка
Строительные материалы, пластик, различные виды топлива… На этом возможности по превращению парникового газа в полезные предметы не заканчивается! Выпускающий спортивную обувь швейцарский бренд On объявил недавно, что готовится выпустить первую пару обуви, все компоненты которой будут сделаны исключительно из извлеченного из воздуха углекислого газа.
Стоимость производства этой пробной пары будет составлять около миллиона долларов. Но компания настроена оптимистично и обещает, что впоследствии, такая экологичная обувь будет стоить не дороже обычной.
Тем временем базирующаяся в США фирма Air Company, уже продает парфюм, санитайзеры и — неожиданно! — водку, произведенные из углекислого газа. Для изготовления одной бутылки водки необходимо 0,2 м3 CO2 — так что теперь можно даже выпивать с заботой об атмосфере. К тому же, в такой водке нет никаких вредных примесей, вроде сивушных масел. И хотя цена продукта пока что довольно высока (65–80 долларов на сайте компании), кажется, что виной тому лишь ограниченность масштабов производства.
Из углекислого газа — а точнее из воздуха, содержащего CO2 — можно производить даже еду. Ученые из Лаппеенрантского технологического университета разработали довольно простую технологию изготовления питательной смеси в прямом смысле слова из воздуха. Смесь газов, которой мы дышим, содержит в себе все те же элементы, из которых состоит любой белок — азот, углерод, водород и кислород. Так что для производства еды нужно только электричество, с помощью которого молекулы в газах разбиваются на составные части, и немного бактерий, перерабатывающих все это в белки, жиры и углеводы.
Расчетная мощность завода, строящегося сейчас в Финляндии связанной с университетом компанией Solar Food, составляет 1 миллион тонн смеси в год, что может обеспечить едой 5 миллионов человек. Поскольку стоимость производства зависит только от стоимости электроэнергии и не требует ни доступа к воде, ни плодородных (да и любых других) почв, производство можно развернуть абсолютно в любом регионе. Эта технология способна внести свой вклад в решение проблемы голода (от которого на данный момент страдает порядка 9 процентов населения).
Полученный продукт по вкусу и консистенции похож на обычную пшеничную муку. Возможно, это не слишком привлекательно с гастрономической точки зрения, но зато его можно использовать в качестве основы для производства огромного разнообразия продуктов. К тому же, у смеси неплохой химический состав: 50–60 % белка, 20–25 % углеводом и 5–10% жиров.
На основе полученного протеина можно, например, делать тесто для пасты:
Российские разработки
А что же в России? Хотя в отечественных научных центрах, например, в Новосибирске, и ведутся разработки в области производства из CO2, практического применения они пока не находят.
Сейчас речь идет только о планах по улавливанию углекислого газа нефтегазовыми компаниями и его захоронении (вероятно, в Западной Сибири) или использовании для увеличения добычи ископаемого топлива. Например, Роснефть собирается запустить пилотный проект по улавливанию углекислого газа к 2028 году. А потенциал улавливания углерода в России, по оценкам специалистов, составляет больше 1 миллиарда тонн. И все эти тонны можно было бы использовать для производства, не отставая от других стран.
Что дальше?
Согласно данным, представленным учеными из Мичиганского университета, переработка углекислого газа в промышленных масштабах способна сократить мировую эмиссию CO2 на 10 %. Конечно, одного этого недостаточно, чтобы остановить глобальное потепление: главным способом борьбы с ним все равно должно оставаться сокращение выбросов. Но вместе с другими мерами использование углекислого газа как сырья для производства других продуктов может помочь нам не превратить нашу планету в «Необитаемую Землю».
Соларпанк: Как новый литературный жанр дарит надежду на эко-утопию
