Одно «механическое дерево» примерно в 1,000 раз быстрее удаляет углекислый газ из воздуха, чем натуральное дерево. Первый должен начать работу в Аризоне в 2022 году. Иллюстрация через Университет штата Аризона

Два столетия сжигания ископаемого топлива выбрасывают в атмосферу больше углекислого газа, мощного парникового газа, чем природа может удалить. По мере того, как этот CO2 накапливается, он задерживает избыточное тепло вблизи поверхности Земли, вызывая глобальное потепление. Сейчас в атмосфере так много CO2, что большинство сценариев показывают Одного прекращения выбросов будет недостаточно для стабилизации климата — человечеству также придется удалять СО2 из воздуха.

Министерство энергетики США приняло новый цель масштабировать прямой захват воздуха, технология, использующая химические реакции для улавливать CO2 из воздуха. В то время как федеральное финансирование улавливания углерода часто вызывает критику, потому что некоторые люди видят в нем оправдание для продолжения использования ископаемого топлива, удаление углерода в той или иной форме, вероятно, будет по-прежнему необходимо, показывают отчеты IPCC. Технология механического удаления углерода находится в разработке и работает в настоящее время. очень маленький масштаб, отчасти потому, что современные методы непомерно дороги и энергоемки. Но новые методы проходят испытания в этом году, что может помочь снизить потребление энергии и ее стоимость.

Мы спросили профессора Аризонского государственного университета Клаус Лакнер, пионер в области прямого улавливания воздуха и хранения углерода, о состоянии технологии и о том, куда она движется.

Что такое прямое удаление углерода и почему оно считается необходимым?

Когда я заинтересовался управлением выбросами углерода в начале 1990-х годов, меня побудило наблюдение, что углерод накапливается в окружающей среде. Это требует природы тысячи лет, чтобы удалить этот CO2, и мы на траектория к гораздо более высокому уровню CO2 концентрациях, намного превышающих все, что испытали люди.

Человечество не может позволить себе увеличивать количество избыточного углерода, плавающего в окружающей среде, поэтому мы должны вернуть его обратно.

Не все выбросы происходят из крупных источников, таких как электростанции или заводы, где мы можем улавливать CO2 по мере его поступления. Поэтому нам нужно иметь дело с другой половиной выбросов — от автомобилей, самолетов, принятия горячего душа, пока ваша газовая печь выбрасывает CO2. Это означает вытягивание CO2 из воздуха.

Поскольку CO2 быстро смешивается с воздухом, не имеет значения, где в мире удаляется CO2 — удаление оказывает такое же воздействие. Таким образом, мы можем разместить технологию прямого улавливания воздуха там, где мы планируем использовать или хранить CO2.

Также важен способ хранения. Хранить CO2 всего 60 или 100 лет недостаточно. Если через 100 лет весь этот углерод вернется в окружающую среду, все, что мы сделали, это позаботились о себе, и нашим внукам придется снова это понять. Тем временем потребление энергии в мире растет примерно на 2% в год.

Одна из претензий к прямому захвату воздуха, помимо стоимости, заключается в его энергоемкости. Можно ли уменьшить потребление энергии?

Два основных вида использования энергии при прямом улавливании воздуха — это работающие вентиляторы для всасывания воздуха и затем нагрев для удаления CO2. Существуют способы снижения потребности в энергии для обоих.

Например, мы наткнулись на материал, который притягивает CO2, когда он сухой, и выделяет его, когда он влажный. Мы поняли, что можем подвергнуть этот материал воздействию ветра, и он будет содержать CO2. Тогда мы могли бы сделать его мокрым, и это было бы выпустить CO2 способом, который требует гораздо меньше энергии, чем другие системы. Добавление тепла, создаваемого возобновляемой энергией, повышает давление CO2 еще выше, поэтому у нас есть газ CO2, смешанный с водяным паром, из которого мы можем собирать чистый CO2.

Мы можем сэкономить еще больше энергии, если захват будет пассивным — нет необходимости в вентиляторах, обдувающих воздух; воздух движется сам по себе.

Моя лаборатория создает для этого метод, который называется механические деревья. Это высокие вертикальные колонны дисков, покрытых химической смолой, около 5 футов в диаметре, с дисками на расстоянии около 2 дюймов друг от друга, как стопка пластинок. При прохождении воздуха поверхности дисков поглощают CO2. Примерно через 20 минут диски заполняются и погружаются в бочку внизу. Мы посылаем воду и пар, чтобы выпустить CO2 в закрытую среду, и теперь у нас есть смесь водяного пара и CO2 под низким давлением. Мы можем восстановить большую часть тепла, которое пошло на нагрев коробки, поэтому количество энергии, необходимое для нагрева, довольно мало.

Используя влагу, мы можем сократить потребление энергии примерно наполовину, а для остальной части использовать возобновляемые источники энергии. Это требует воды и сухого воздуха, так что не везде это будет идеально, но есть и другие методы.

Можно ли безопасно хранить CO2 в течение длительного времени и достаточно ли такого типа хранения?

Я начал работать над концепцией секвестрации полезных ископаемых в 1990-х годах, возглавляя группу в Лос-Аламосе. Мир может на самом деле избавиться от CO2 навсегда, воспользовавшись тем фактом, что это кислота, а некоторые породы являются щелочными. Когда CO2 вступает в реакцию с минералами, богатыми кальцием, образует твердые карбонаты. Durch,en минерализация CO2 вот так, мы может хранить почти неограниченное количество углерода постоянно.

Например, здесь много базальта – вулканической породы – в Исландия реагирует с CO2 и превращает его в твердые карбонаты в течение нескольких месяцев. Исландия могла бы продавать сертификаты о секвестрации углерода остальному миру, потому что она убирает CO2 для остального мира.

Есть также огромные подземные резервуары от добычи нефти в Пермском бассейне в Техасе. Имеются крупные соленые водоносные горизонты. В Северном море, в километре ниже дна океана, энергетическая компания Equinor улавливает CO2 на газоперерабатывающем заводе и хранит его. миллион тонн CO2 в год с 1996 года, избегая налог на выбросы CO2. Количество подземных хранилищ, где мы можем улавливать минералы, намного больше, чем нам когда-либо понадобится для CO2. Вопрос в том, сколько можно перевести в доказанные запасы.

.Мы также можем использовать прямой захват воздуха закрыть углеродную петлю - это означает, что CO2 повторно используется, улавливается и снова используется, чтобы не производить больше. Прямо сейчас люди используют углерод из ископаемого топлива для извлечения энергии. Вы можете преобразовать CO2 в синтетическое топливо — бензин, дизельное топливо или керосин — которые не содержат углерода, смешивая CO2 с зеленый водород создан с использованием возобновляемых источников энергии. Это топливо можно легко транспортировать по существующим трубопроводам и хранить годами, поэтому вы можете производить тепло и электричество в Бостоне зимней ночью, используя энергию, которая была собрана в виде солнечного света в Западном Техасе прошлым летом. Полный бак «синтоплива» стоит недорого, и это более рентабельно, чем батарея.

Министерство энергетики поставило перед собой новую цель: сократить расходы на удаление углекислого газа до 100 долларов США за тонну и быстро увеличить их в течение десяти лет. Что должно произойти, чтобы это стало реальностью?

Министерство энергетики пугает меня, потому что они говорят, что технология уже готова. После 30 лет пренебрежения технологиями мы не можем просто сказать, что есть компании, которые знают, как это делать, и все, что нам нужно сделать, это продвигать их вперед. Мы должны предположить, что это зарождающаяся технология.

Climeworks — крупнейшая компания, занимающаяся прямым улавливанием на коммерческой основе, и она продает CO2 по от 500 до 1,000 долларов за тонну. Это слишком дорого. С другой стороны, при 50 долларах за тонну мир мог бы это сделать. Думаю, мы сможем добраться туда.

США потребляют около 7 миллионов тонн CO2 в год в торговец CO2 — представьте, что газированные напитки, огнетушители, зернохранилища используют его для контроля порошка зерна, который представляет опасность взрыва. Средняя цена 60-150 долларов. Таким образом, ниже 100 долларов у вас есть рынок.

Что вам действительно нужно, так это нормативно-правовая база, которая говорит, что мы требуем убрать CO2, и тогда рынок перейдет от улавливания килотонн CO2 сегодня к улавливанию гигатонн CO2.

Каким вы видите развитие этой технологии через 10 лет?

Я вижу мир, который отказывается от ископаемого топлива, вероятно, постепенно, но имеет мандат на улавливание и хранение всего CO2 в долгосрочной перспективе.

Наша рекомендация заключается в том, что когда углерод выходит из-под земли, он должен быть согласован с равным удалением. Если вы производите 1 тонну углерода, связанного с углем, нефтью или газом, вам нужно отложить 1 тонну. Это не обязательно должна быть одна и та же тонна, но должно быть свидетельство о наложении ареста что гарантирует, что он был убран, и он должен длиться более 100 лет. Если весь углерод сертифицирован с момента его извлечения из земли, обмануть систему будет сложнее.

Большой неизвестностью является то, насколько сильно промышленность и общество будут стремиться стать углеродно-нейтральными. Отрадно видеть такие компании, как Microsoft и Полоса покупает углеродные кредиты и сертификаты на удаление СО2 и готовы платить довольно высокие цены.

Для проникновения новой технологии может потребоваться десятилетие или два, но если есть экономическая тяга, все может пойти быстро. Первый коммерческий самолет появился в 1951 году. К 1965 году они были повсеместно распространены.

Об авторе

Клаус Лакнер, профессор технических наук и директор Центра отрицательных выбросов углерода, Университет штата Аризона

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Будущее, которое мы выбираем: пережить климатический кризис

Кристиана Фигерес и Том Риветт-Карнак

Авторы, сыгравшие ключевую роль в Парижском соглашении об изменении климата, предлагают идеи и стратегии преодоления климатического кризиса, включая индивидуальные и коллективные действия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Необитаемая Земля: жизнь после потепления

Дэвид Уоллес-Уэллс

В этой книге исследуются потенциальные последствия неконтролируемого изменения климата, включая массовое вымирание, нехватку продовольствия и воды и политическую нестабильность.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Министерство будущего: роман

Ким Стэнли Робинсон

Этот роман представляет мир ближайшего будущего, борющийся с последствиями изменения климата, и предлагает видение того, как общество может измениться, чтобы справиться с кризисом.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Под белым небом: природа будущего

Элизабет Колберт

Автор исследует влияние человека на мир природы, включая изменение климата, и потенциал технологических решений для решения экологических проблем.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Просадка: самый всеобъемлющий план, когда-либо предлагаемый для обратного глобального потепления

под редакцией Пола Хокена

В этой книге представлен всеобъемлющий план решения проблемы изменения климата, включая решения для ряда секторов, таких как энергетика, сельское хозяйство и транспорт.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа