При достаточных инвестициях и стратегическом развертывании удаление и хранение диоксида углерода могут сыграть ключевую роль в поддержании глобального потепления до уровня, с которым мы можем жить.

У Клауса Лакнера есть представление о будущем в его голове, и это выглядит примерно так: коробки размером с полуприцеп размером 100 миллиметров, каждая из которых заполнена бежевой тканью, сконфигурированной на то, что выглядит как ковер shag, чтобы максимизировать площадь поверхности. Каждый ящик тянет воздух, как будто он дышит. Как и в случае с этим, ткань поглощает углекислый газ, который впоследствии высвобождается в концентрированной форме, превращается в бетон или пластик или под водой, находясь под землей, что эффективно отменяет его способность вносить вклад в изменение климата.

Хотя эта технология еще не работает, она «на грани выхода из лаборатории, поэтому мы можем показать, как она работает в небольших масштабах», - говорит Лакнер, директор Центра отрицательных выбросов углерода в Университете штата Аризона. Когда он решит все проблемы, он рассчитывает, что в совокупности сеть ящиков может улавливать, возможно, 100 миллионов метрических тонн (110 миллионов тонн) CO2 в день при затратах 30 долларов США за тонну, что создает заметную вмятину в вызывающий нарушение климата переизбыток CO2, накопившийся в воздухе с тех пор, как люди начали всерьез сжигать ископаемое топливо 150 лет назад.

Лакнер - один из сотен, если не тысяч ученых по всему миру, которые работают над способами удаления CO2 из атмосферы, улавливая углерод из атмосферы с помощью растений, горных пород или искусственных химических реакций и храня его в почве, таких продуктах, как бетон. и пластик, камни, подземные резервуары или глубокое синее море.

«Мы не можем просто обезглавить нашу экономику, иначе мы не сможем достичь нашей углеродной цели». Ноа Деич

Некоторые из стратегий, известных в совокупности с удалением диоксида углерода или с помощью технологий отрицательных выбросов, - это просто мерцания в глазах их зрителей. Другие - низкотехнологичные схемы, такие как посадка большего количества лесов или оставление растительных остатков в полевых условиях или более высокотехнологичные установки «негативных выбросов», такие как CO2-захватывающая установка для производства биомассы, которая вышла в эфир прошлой весной в Декейтере, штат Иллинойс, уже ведутся. Их общая цель: помочь нам избавиться от изменения климата, в который мы вошли.

«Мы не можем просто обезглавить нашу экономику, или мы не сможем достичь нашей углеродной цели», - говорит Ной Дейч, соучредитель и исполнительный директор Центр по удалению углерода в Окленде, штат Калифорния. «Мы должны пойти дальше, чтобы очистить углерод от атмосферы. ... [И] нам нужно срочно начать, если у нас есть реальные рынки и реальные решения, доступные для нас, которые безопасны и экономичны для 2030 ».

Многие подходы

Практически все эксперты по изменению климата согласны с тем, что для предотвращения катастрофы мы должны прежде всего приложить все усилия для сокращения выбросов CO2. Но все больше людей говорят, что этого недостаточно. Они утверждают, что если мы хотим ограничить атмосферное потепление до уровня, ниже которого необратимые изменения станут неизбежными, нам также необходимо будет активно удалять CO2 из воздуха в довольно больших количествах.

«Практически невозможно, чтобы мы нанесли 2 ° C, а тем более 1.5 [° C], без какой-либо технологии с отрицательными выбросами», - говорит Пит Смит, председатель Института растений и почвоведения Университета Абердина, и один из в мире лидеры в области смягчения последствий изменения климата.

Фактически, ученые из разных стран мира, которые недавно составили «дорожная карта» к будущему, которое дает нам хорошие шансы сохранить потепление ниже порога 2 ºC сильно полагаться на сокращение выбросов углерода за счет полного отказа от ископаемого топлива, но также требует, чтобы мы активно удаляли CO2 из атмосферы. Их схема предусматривает улавливание 0.61 метрических гигатонн (гигатонна, сокращенно Гт, представляет собой миллиард метрических тонн или 0.67 миллиарда тонн) CO2 в год к 2030 году, 5.51 к 2050 году и 17.72 метрических гигатонны к 2100 году. Выбросы CO2 в результате деятельности человека составили около 40 Гт. в 2015 г. согласно Национальному управлению океанических и атмосферных исследований.

«Почти невозможно, чтобы мы нанесли 2 ° C, а тем более 1.5, без какой-либо технологии отрицательных выбросов». -Pete Smith

Периодически появляются отчеты, указывающие на то, что тот или иной подход не собирается сокращать его: деревья могут хранить углерод, но они конкурируют с сельским хозяйством за землю, почва не может хранить достаточно, машины, подобные тем, которые Лакнер предполагает, потребляют слишком много энергии, мы надеваем У инженеров не было доказательств для подземного хранения.

Вероятно, это правда, что ни одно решение не является исправлением, у всех есть плюсы и минусы, и у многих есть ошибки, которые нужно исправить, прежде чем они будут готовы к использованию в прайм-тайм. Но в правильном сочетании и с некоторыми серьезными исследованиями и разработками они могут иметь большое значение. И в качестве недавно международная команда ученых по климату, чем раньше, тем лучше, потому что задача сокращения парниковых газов станет только более крупной и более сложной, чем дольше мы задержимся.

Смит предлагает разделить многие подходы на две категории - относительно низкотехнологичные «без сожаления» стратегии, которые готовы пойти, такие как лесовосстановление и совершенствование сельскохозяйственной практики, а также расширенные варианты, требующие значительных исследований и разработок, чтобы стать жизнеспособными. Затем он предлагает развернуть бывшие и работать над последним, Он также выступает за то, чтобы свести к минимуму недостатки и максимизировать выгоды, тщательно подобрав правильный подход с нужным местоположением.

«Вероятно, есть хорошие способы и плохие способы сделать все, - говорит Смит. «Я думаю, нам нужно найти хорошие способы сделать это».

Дейч также поддерживает одновременное выполнение нескольких вариантов. «Мы не хотим технологии, мы хотим много дополнительных решений в более широком портфеле, который часто обновляется по мере появления новой информации о решениях ».

Имея это в виду, вот краткий обзор некоторых из основных рассматриваемых подходов, включая приблизительный прогноз, основанный на текущих знаниях о потенциале хранения СО2, полученного из различных источников, включая предварительные результаты исследования Мичиганского университета как ожидается, будет выпущен позднее в этом году, а также резюме преимуществ, недостатков, зрелости, неопределенностей и мыслей об обстоятельствах, при которых каждый из них может быть наилучшим образом применен.

Облесение и лесовосстановление

Оплатите вступительный взнос, пройдите по извилистой дороге через национальный парк Секвойя в Калифорнии, походьте на полмили в лес, и вы окажетесь у ног генерала Шермана, самого большого в мире дерева. С некоторыми 52,500 кубических футов (1,487 кубических метров) древесины в стволе, бегемот имеет больше, чем 1,400 метрических тонн (1,500 тонн) СО2 только в его стволе.

Хотя его размер явно исключительный, Генерал дает представление о способности деревьев поглощать CO2 из воздуха и накапливать его в древесине, коре, листьях и корнях. Фактически, по оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата, один гектар (2.5 акра) леса может потреблять от 1.5 до 30 метрических тонн (1.6 и 33 тонны) CO2 в год, в зависимости от видов деревьев и возраста. они такие, климат и тд.

Мировые леса в настоящее время секвестрируются по порядку 2 Gt CO2per year. Согласованные усилия по выращиванию деревьев в новых местах (облесение) и пересадке обезлесенных площадей (восстановление леса) могут увеличить это на гигатон или более, в зависимости от видов, моделей роста, экономики, политики и других переменных. Практика лесопользования, в которой особое внимание уделяется хранению углерода и генетической модификации деревьев и других лесозаготовительных предприятий, чтобы повысить их способность принимать и хранить углерод, может повысить эти цифры.

Еще один способ повысить способность деревьев накапливать углерод - это делать из них долговечные продукты - деревянные каркасные дома, книги и так далее. Использование богатой углеродом древесины для строительства, например, могло бы расширить возможности хранения деревьев за пределами лесов, с объединением хранения древесины и облесения, что потенциально может привести к 1.3–14 Гт CO2 в год, согласно Институту климата, Австралийская исследовательская организация.

Углеродное хозяйство

Большинство фермерских хозяйств предназначено для производства чего-либо, собираемого с земли. Углеродное земледелие - противоположное. Он использует заводы для захвата CO2, а затем стратегически использует такие методы, как сокращение посевов, посадка более длинных сельскохозяйственных культур и включение органических материалов в почву чтобы побудить захваченный углерод переместиться в - и остаться в - почве.

«В настоящее время многие сельскохозяйственные, садоводческие, лесохозяйственные и садовые почвы являются чистым источником углерода. То есть, эти почвы теряют больше углерода, чем они секвестрируют », - отмечает Кристин Джонс, основатель некоммерческой организации в Австралии Удивительный углерод. «Потенциал обращения вспять чистого перемещения CO2 в атмосферу за счет улучшения управления растениями и почвами огромен. Действительно, управление растительным покровом таким образом, чтобы повысить способность почвы улавливать и хранить большие объемы атмосферного углерода в стабильной форме, предлагает практическое и почти немедленное решение некоторых из наиболее сложных проблем, с которыми в настоящее время сталкивается человечество ».

Углеродная способность почвы может стать еще выше, если исследовательские инициативы Агентство перспективных исследований-Энергия, правительство США, которое оказывает исследовательскую поддержку инновационным энергетическим технологиям, и другие, направленные на улучшение урожайности сельскохозяйственных культур для переноса углерода в почву, являются успешными. И, указывает Эрик Тоенсмайер, автор решения Carbon Farming, способность сельскохозяйственных угодий для хранения углерода может быть значительно увеличена за счет включения деревьев в уравнение.

«Как правило, это методы, которые включают деревья, которые имеют наибольшее количество углерода [хранилище], - часто от двух до 10 раз больше углерода на гектар, что довольно сложно», - говорит Тоенсмайер.

Другая растительность 

Хотя леса и сельскохозяйственные угодья привлекают наибольшее внимание, другие виды растительности - лугопастбищные угодья, прибрежная растительность, торфяники - также занимают и хранят CO2, и усилия по повышению их способности сделать это могут способствовать возникновению накопления углерода во всем мире.

Прибрежные растения, такие как мангровые заросли, водоросли и растительность, населяющая приливные соляные болота, лучше улавливают CO2 - значительно больше на площадь, чем наземные леса, по словам Мередит Мут, международного менеджера по программам с Национальным управлением океанических и атмосферных исследований.

«Это невероятно богатые углеродом экосистемы, - говорит Эмили Пиджон, Международный союз охраны природы старший директор по стратегическим морским инициативам. Это потому, что бедная кислородом почва, в которой они растут, препятствует выбросу CO2 обратно в атмосферу, поэтому вместо того, чтобы возвращаться в атмосферу, углерод просто накапливается слой за слоем на протяжении веков. С участием мангровые заросли, содержащие примерно 1,400 метрические тонны (1,500 тонн) на гектар (2. 5 акров); солончаки, метрические тонны 900 (1,000 тонн); и водорослей, 400 метрических тонн (400 тонн), восстановление потерянной прибрежной растительности и расширение прибрежных местообитаний имеет потенциал для секвестрации значительного углерода. И исследователи рассматривают такие стратегии, как сокращение загрязнения и управление заставить эти экосистемы поглощать еще больше CO2.

И, добавляет Пиджон, такая растительность обеспечивает двойную выгоду от климата, поскольку она также помогает защитить береговые линии от эрозии, поскольку потепление приводит к повышению уровня моря.

«Это идеальная экосистема изменения климата, особенно в некоторых из наиболее уязвимых мест», - говорит она. «Он обеспечивает штормовую защиту, контроль эрозии, поддерживает местный промысел. Что касается изменения климата, то это очень ценно, будь то смягчение или адаптация к разговору ».

Биоэнергетика и Бери

Помимо использования способности растений накапливать СО2 в частях растений и почве, люди могут усилить связывание, поглощая углерод, поглощаемый растениями, другими способами. А US $ 208 миллионов электростанций, которые начали работу в начале этого года в сердце штата Иллинойс страна является осязаемым примером такого подхода и то, что в настоящее время широко рассматривается как самая многообещающая технологическая стратегия для удаления большого количества углерода из воздуха: улавливания и хранения углерода биоэнергии или BECCS.

BECCS обычно начинается с преобразования биомассы в полезный источник энергии, такой как жидкое топливо или электричество. Но тогда это занимает один из ключевых шагов. Вместо того, чтобы посылать CO2 во время процесса в воздух, как это делают обычные объекты, он захватывает и концентрирует его, а затем захватывает его в материале, таком как бетон или пластик, или, как это имеет место для завода Decatur, - вводит его в скальные образования, которые задерживают углерод далеко ниже поверхности Земли.

В соответствующей стратегии предлагается использовать океанские растения, такие как ламинария, а не наземные растения. Это уменьшит необходимость конкурировать с производством продуктов питания и сохранением ареалов на земле. Однако этот вариант не был исследован так же, как наземные BECCS, поэтому число неизвестных еще выше.

В конце концов, многие из предложенных технологий все еще находятся в концепции или на раннем этапе развития. Но если правильно разработать, подход «потенциально получил значительное влияние», - говорит Смит из Университета Абердина.

Биоуголь 

Другим способом повышения способности растений хранить углерод является частичное сжигание материалов, таких как вырубка ловушек или отходы сельскохозяйственных культур, чтобы получить богатое углеродом вещество с медленным разложением, известное как биоуголь, который затем может быть похоронен или распространен на сельскохозяйственных угодьях. Biochar использовался на протяжении веков, чтобы обогатить почву для сельского хозяйства, но в последнее время уделяет повышенное внимание своей способности секвестрировать углерод - о чем свидетельствует тот факт, что три из финалистов 10 в US $ 25 million Земная задача запущенный Virgin в 2007, примените этот подход.

Оплодотворение океана 

Растения и подобные растениям организмы, обитающие в океане, ежегодно поглощают неизмеримые количества CO2, и их способность делать это ограничивается только наличием железа, азота и других питательных веществ, необходимых для роста и размножения. Поэтому исследователи изучают стратегии удобрения океана или доставки питательных веществ из глубин, чтобы гипердвигать способность растений улавливать и накапливать углерод.

Около десятилетия назад компании начали формироваться, чтобы сделать именно это, с планом получения вознаграждений от скоро появляющегося глобального углеродного рынка. Такие планы в значительной степени оставались на чертежной доске, что было вызвано существенной неопределенностью в отношении того, как поставить ценник на углерод, проблемы в отношении нарушения рыболовства и океанических экосистем в более общем плане, а также высокие энергетические потребности и затраты, которые, вероятно, будут задействованы. Кроме того, у нас нет четкого представления о том, сколько из захваченного углерода фактически останется в океане, а не возвратится в атмосферу.

Rock Solutions

CO2 естественным образом удаляется из атмосферы каждый день в результате реакции между дождевой водой и камнями. Некоторые климатологи предлагают усилить этот процесс - и, таким образом, увеличить удаление СО2 из атмосферы - с помощью искусственных мер, таких как дробление горных пород и их воздействие на них СО2 в реакционной камере или их распространение на большие площади суши или океана, увеличивая площадь поверхности реакции могут произойти.

Как это представляется в настоящее время, стратегии увеличения накопления углерода путем реакции CO2 с горными породами являются дорогостоящими и энергоемкими из-за необходимости транспортировки и обработки больших количеств тяжелых материалов. Некоторые из них также требуют обширного землепользования и, следовательно, могут конкурировать с другими потребностями, такими как производство продуктов питания и защита биоразнообразия. Исследователи ищут о способах использования шахтных отходов и в противном случае уточнить стратегию сокращения издержек и повышения эффективности.

Прямой захват и хранение воздуха

Контейнеры для улавливания углерода из Лакнера в Аризонском государственном университете, а также другие проекты, такие как Climeworks - только что открытое устройство улавливания углерода в Швейцарии, представляют собой одну из наиболее широко обсуждаемых технологий улавливания и хранения парниковых газов, предлагаемых сегодня. Известный как прямой захват и хранение воздуха, этот подход использует химические вещества или твердые вещества для захвата газа из воздуха, а затем, как и в случае BECCS, хранит его для долгого подвала или в длинных материалах.

По словам Лакнера, уже используемый на подводных лодках под поверхностью океана и в космических аппаратах далеко над ним, прямой захват воздуха теоретически может удалить CO2 из воздуха в тысячу раз эффективнее, чем растения.

Однако технология находится в зачаточном состоянии. А поскольку для этого нужно извлекать молекулы CO2 из всего остального, что есть в воздухе, это огромная энергия. С другой стороны, этот подход имеет большое преимущество в том, что его можно развернуть в любой точке планеты.

Куда отсюда? 

Если что-то и ясно из этого резюме, так это две вещи: во-первых, существует большой потенциал для увеличения усилий по сокращению выбросов CO2 за счет стратегий по увеличению удаления CO2 из атмосферы. Во-вторых, предстоит проделать большую работу, прежде чем мы сможем сделать это в значительном масштабе и таким образом, чтобы не только закрыть углеродный пробел, но также защитить окружающую среду и удовлетворить более насущные потребности человека.

«Основываясь на существующих технологиях, в настоящее время нет никакой комбинации технологий отрицательных выбросов, которые могли бы использоваться в достаточных масштабах, чтобы помочь достичь цели ниже 2 ° C без действительно значительных воздействий», - говорит Питер Фрумхофф, директор по науке и политике и главный ученый с Союз обеспокоенных ученых, «В принципе мы можем внедрять технологии негативных выбросов, но у нас нет понимания или политики для этого в достаточных масштабах».

С необходимостью сделать что-то все более актуальным, исследователи начинают более внимательно изучать плюсы, минусы и потенциал различных возможностей и вместе научно-исследовательские программы продвигать самые перспективные в нужном месте в нужное время. В мае 2017 открылась исследовательская группа Национальной академии наук серию стратегических сессий для определения приоритетов исследований для продвижения вперед.

«Наша работа в этом комитете состоит в том, чтобы рекомендовать программу исследований для решения многих из этих проблем, снизить издержки, повысить эффективность программы, преодолеть барьеры для расширения масштабов и осуществления и управления, и особенно проверки и мониторинг ", председатель кафедры Стивен Пакала, профессор экологии и эволюционной биологии в Принстонском университете, сказал в видео, описывающее инициативу.

Тем не менее, важно помнить, что технология не может быть ограничивающим фактором в долгосрочной перспективе.

В конце концов, накопление углерода не дешево, признает Смит, но, отмечает он, также не происходит изменения климата.

«Я не думаю, что это технический вызов, - говорит Дейч. «Я думаю, что это готовность платить и готовность получать четкие, последовательные и справедливые правила в отношении этих решений». Иными словами, в конечном счете, накопление углекислого газа в конечном итоге связано с созданием рынков и / или политик, которые его вознаграждают, а также учитывать социальные и экологические аспекты. «Это не обязательно:« Могут ли эти вещи масштабироваться? » Это: «Есть ли кто-то, кто готов заплатить за них, чтобы получить масштаб?»

Наиболее очевидным способом сделать это было бы цена на углерод, что принесло бы финансовую выгоду для того, чтобы откупорить ее.

В конце концов, накопление углерода не дешево, признает Смит, но, отмечает он, также не происходит изменения климата.

Путь, который Лакнер ставит, заключается в следующем: мы едем с высокой скоростью вниз по гору в машине, приближающейся к повороту шпильки, и речь идет не только о том, попали ли мы в ограждение, насколько мы можем замедлить работу так что, когда мы это делаем, мы отскакиваем, а не катапультируем на него в забвение.

«Я не могу гарантировать, что это сработает», - говорит он о своих устройствах захвата CO2. «Я оптимист, но я, вероятно, не могу этого гарантировать. Тот факт, что это может не сработать, возможность того, что это может не сработать, само по себе не является оправданием, чтобы не пытаться. Если мы не сделаем это, я очень уверен, что мы будем в очень тяжелые времена ». 

Эта статья первоначально появилась на Ensia

Об авторе

Мэри Хофф является главным редактором Ensia. Будучи отмеченным наградами научным коммуникатором, она имеет опыт более двух десятилетий, помогая улучшить понимание, оценку и управление нашей средой через печатные и интернет-СМИ. Она имеет степень бакалавра в области зоологии из Университета Висконсина и степень магистра в области массовой коммуникации с акцентом на научную коммуникацию из Университета Миннесоты. Свяжитесь с ней по адресу mary (at) ensia (dot) com.

Похожие книги:

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon