Как избавиться от co2

Спасут ли планету технологии удаления СО2 из атмосферы

По данным ученых, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за три миллиона лет.

Неделю назад канадский стартап предложил закачивать углекислый газ под землю в Техасе, чтобы добывать нефть.

Почему мы все больше говорим про СО2, как он связан с ПИР и какие технологии позволяют удалить его из атмосферы?

Предлагаем вам сокращенный перевод материала портала химической и строительной индустрии cen.acs.org.

Климатические изменения

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), бездействие человечества приведет к тому, что к 2030 году температура Земли повысится на 1,5 °C, к 2050 — на 2°C. И продолжит расти дальше.

Рост температуры, по мнению специалистов МГЭИК, приведет к катастрофическим последствиям: уровень моря повысится до рекордной отметки, мир ждут новые наводнения, лесные пожары, погодные катаклизмы, голод, пострадает среда обитания диких животных. Особенно сильно изменение климата ударит по бедным слоям населения.

Кажется, ничего с этим не сделать. Человечество производит так много углекислого газа, метана и других парниковых газов, что сократить выбросы в таком масштабе, чтобы избежать худшего сценария, почти невозможно.

Новые технологии

И здесь на сцену выходят «технологии отрицательных выбросов» или NET (negative-emissions technologies). NET позволяют удалить CO2 или другие газы из атмосферы физическим или химическим путем. Сегодня благодаря нескольким технологиям ученые научились улавливать CO2 еще до того, как он достигнет атмосферы. Цель NET — извлекать CO2 или другие газы непосредственно из воздуха, изменять методы землепользования, чтобы высаживать деревья и растения, которые секвестируют углекислый газ. Также NET будет использовать природные системы для удаления CO2 из окружающей среды.

NET не избавит мир от необходимости уменьшать количество выбросов, но, вероятно, поможет достичь нулевых выбросов к 2050 году. Именно в этом случае, согласно расчетам специалистов Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, удастся не допустить глобального повышения температуры выше 2°C. Именно такая цель, два градуса, зафиксировано в Парижском соглашении об изменении климата.

По словам Стивена Пакала, профессора экологии и биологии окружающей среды в Принстонском университете, сокращение выбросов и NET — это «два инструмента из одного набора». Стивен возглавлял исследование NET в 2018 году в Национальной академии наук, инженерии и медицины США. «Оба подходы необходимы и могут использоваться совместно очень долго», — считает ученый.

Существующие сегодня технологии позволяют извлекать CO2 из воздуха, но эти технологии надо использовать в масштабе всей планеты.

Улавливание углекислого газа уже давно используется для очистки воздуха на подводных лодках и космических кораблях. Схожие технологии используются во всем мире для сокращения выбросов CO2 на угольных электростанциях, заводах по переработке природного газа, на производствах удобрений и биотоплива и в других отраслях промышленности у источников СО2. Эта технология успешно сочетается с подземной закачкой и секвестрацией CO2.

Эффективность под вопросом

Однако в масштабах планеты эти технологии не дают достаточного эффекта: речь идет не о миллиардах, а всего лишь о миллионах тонн в год. И углекислый газ улавливают только в местах его концентрации, а не из атмосферы, в которой он растворяется

Стоимость захвата CO2 на электростанции или у других источников составляет от 50 до более 100 долларов за тонну. Но концентрация CO2 в атмосфере на несколько порядков ниже по сравнению с выбросами из трубы электростанции. И если извлекать CO2 из атмосферы с помощью имеющихся технологий, то затраты составят от 600 до 1000 долларов за тонну.

Несколько компаний работают над увеличением производительности и снижением стоимости систем извлечения CO2 из атмосферы, также называемых прямым захватом воздуха, чтобы сделать их коммерчески жизнеспособными. К таким компаниям относятся Carbon Engineering, Climeworksи Global Thermostat. Climeworks, базирующаяся в Швейцарии, направляет захваченный CO2 в теплицы, чтобы увеличить рост овощей и других растений.

По словам Кристофера Джонса, профессора-химика из Технологического института Джорджии, консультанта по разработке технологий для Глобального термостата и бывшего члена исследовательского комитета Национальной академии, основные принципы технологии захвата точечного источника и извлечения CO2 в атмосферу одинаковы. Поток воздуха направляется через жидкий или твердый сорбент, который собирает CO2. Затем сорбент нагревают, CO2 выделяется в концентрированной форме, чтобы изолировать и использовать в качестве сырья для топлива или других продуктов.

Технология прямого захвата может использоваться непосредственно у точки выброса или там, где CO2 пригодится в качестве исходного сырья. Таким образом можно обойтись без сложных систем трубопроводов. Больше всего стоимость технологии зависит от количества энергии, необходимого для нагрева сорбента и выделения захваченного CO2.

Джонс и другие исследователи разрабатывают сорбирующие материалы, которые позволят осуществить спонтанное поглощение и низкотемпературную десорбцию CO2. По словам Джонса, Climeworks и Global Thermostat работают с твердыми материалами на основе амина, а Carbon Engineering экспериментирует с раствором гидроксида калия. Результаты пилотных исследований показывают, что стоимость процесса можно снизить до 200 долларов за тонну CO2. И тогда технология станет коммерчески жизнеспособной. По словам Джоунса, масштабирование и снижение затрат — «серьезная, но не нерешаемая задача».

Невидимой руки рынка недостаточно

Специалисты Национальной академии полагают, что на сегодняшний день в мире не сформирован рынок достаточного объема для поддержки инноваций, с помощью которых можно было бы изучить и разработать новые химические процессы и создать оборудование для снижения затраты на извлечение CO2 из воздуха.

Сторонники прямого захвата воздуха надеются на долгосрочные государственные инвестиции, налог на углекислый газ, местные или федеральные налоговые льготы, другие стимулы, похожие на те, которые подстегнули разработку солнечных батарей или добычу ископаемого топлива посредством гидравлического разрыва пласта. Именно такие меры привели к принципиальному качественным рывкам в технологиях производства энергии и ископаемого топлива.

Как мы знаем, ПИР также делается из полиола и изоцианата. Полиолы же изначально производились из нефтепродуктов, а сегодня появляются новые технологии получения его из органических материалов, например, растительных масел, или из углекислого газа, СО2.

Илья Евдокимов, заведующий Научно-исследовательским центром «ПрофХолода» согласен, что технология пока не отработана и актуальна только в местах выброса СО2: «С одной стороны, мы боремся с выбросами. С другой стороны, чтобы технология стала эффективной, необходимо централизовать производства, которые выбрасывают существенные объемы СО2. Сейчас предприятия размещены на огромных расстояниях друг от друга, и количество СО2, которое образуется на одном, даже очень крупном заводе, недостаточно, чтобы окупить технологию. А вот если размещать новые производства рядом друг с другом, то система улавливания углекислого газа будет сокращать выбросы в атмосферу и использовать его, чтобы создавать новые продукты».

Организация такого процесса потребует расчетов, прогнозирования, а самое главное, мотивации для владельцев производств. Которым предстоит озаботиться не только получением прибыли, но и состоянием окружающей среды.

Источник

Швейцарские ученые описали эффективный способ удаления из атмосферы и удержания углерода

Исследователи из Института Пауля Шеррера PSI и Швейцарской высшей технической школы Цюриха выяснили, как прямой захват углекислого газа (CO2) из ​​воздуха может помочь эффективно удалить парниковые газы из атмосферы.

Схема прямого улавливания и хранения углерода в воздухе

Они выяснили, что при тщательном планировании, например, в отношении местоположения, и обеспечении необходимой энергией CO2 можно удалить без вреда для климата.

Прямое улавливание и хранение углерода в воздухе (DACCS) — сравнительно новая технология удаления углекислого газа из атмосферы. Потенциально она позволит снизить парниковый эффект. Исследователи изучили, насколько эффективно технологию можно реализовать в различных конфигурациях. Для этого они проанализировали в общей сложности пять конфигураций для улавливания CO2 из воздуха и их использование в восьми разных локациях по всему миру. Общий итог: в зависимости от сочетания используемых технологий и конкретного местоположения CO2 может быть удален из воздуха с эффективностью до 97 %.

Чтобы отделить CO2 от атмосферы, воздух сначала пропускается через так называемый абсорбент с помощью вентиляторов. Это связывает углекислый газ до тех пор, пока не исчерпается его способность поглощать парниковый газ. Затем на второй, так называемой стадии десорбции, CO2 снова высвобождается из абсорбента. В зависимости от используемого вещества это происходит при сравнительно высоких температурах до 900 градусов по Цельсию, либо при довольно низких температурах, около 100 градусов по Цельсию. Но помимо энергии, необходимой для производства и установки оборудования, работа вентиляторов и выработка необходимого тепла, опять же, приводят к выбросам парниковых газов.

Границы применения DACCS

«Использование этой технологии имеет смысл только в том случае, если данные выбросы значительно ниже, чем количество СО2, которое она помогает удерживать», — говорит Том Терлоу, который проводит исследования в Лаборатории анализа энергетических систем PSI и является первым автором исследования.

Исследователи сосредоточили свое внимание на системе швейцарской компании Climeworks, которая работает с низкотемпературным процессом. Они проанализировали использование этой технологии в восьми странах по всему миру: в Чили, Греции, Иордании, Мексике, Испании, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Для каждого местоположения были рассчитаны общие выбросы парниковых газов за весь жизненный цикл завода. Исследователи сравнили эффективность процесса, когда необходимое электричество вырабатывается за счет солнечной энергии или поступает из существующей электросети. В качестве источников необходимой тепловой энергии они брали солнечные тепловые станции, отходящее тепло промышленных процессов или тепловые насосы. Для исследования было составлено пять различных схем улавливания атмосферного CO2 для каждого из восьми участков. Результаты показали, что эффективность удаления парниковых газов в разных системах составляет от 9 до 97 %.

Выбросы парниковых газов и эффективность их удаления по системе DACCS в разных средах

«Технологии улавливания CO2 просто дополняют общую стратегию декарбонизации и не могут ее заменить», — подчеркивает Кристиан Бауэр, ученый из Лаборатории анализа энергетических систем и соавтор книги. изучение. «Однако они могут быть полезны в достижении целей, определенных в Парижском соглашении об изменении климата, потому что определенных выбросов, например, от сельского хозяйства, избежать невозможно».

Источник

Возможно, атмосферу все же получится очистить от углекислоты

Многие специалисты по охране окружающей среды считают, что опасности ускорения процесса глобального потепления можно избежать, если снизить концентрацию углекислого газа в атмосфере. Но некоторые эксперты утверждают, что если это даже и так, то реализовать идею сложно — уж слишком дорогим получается процесс.

Тем не менее, сейчас появляются и другие мнения. В частности, результаты анализа процесса извлечения диоксида углерода из атмосферы, опубликованные в журнале Joule, показывают, что цена не так уж и высока. По мнению авторов исследования, цена тонны углерода, извлеченного из воздуха составит от $94 до $232 за тонну. Причем технологии, которые требуются для очистки атмосферного воздуха, уже существуют и нужно лишь сделать их коммерчески пригодными.

Ранее другие исследователи утверждали, что цена тонны углекислого газа, «добытого» из воздуха, будет очень высокой — $1000 или даже больше. Соответствующее исследование было опубликовано в издании Proceedings of the National Academies.

Насколько можно судить, извлечение CO₂ из воздуха вполне можно сделать коммерчески выгодным процессом. При условии, правда, определенной модификации всей цепочки извлечения газа из атмосферы, чтобы получение углекислого газа было максимально недорогим. Извлеченный CO₂ планируется закачивать в огромные подземные хранилища, а затем — использовать для различных целей.

Здесь главное помнить, что цель всего проекта — все же помощь окружающей среде, а не получение денег. Если текущие темпы выброса углекислого газа в атмосферу будут такими же, как сейчас или даже более высокими, то температура повысится более, чем на 1,5 градуса Цельсия. И вскоре процесс может стать необратимым, если еще не стал. Снижение концентрации парниковых газов в атмосфере — весьма актуальная задача для ближайшего будущего. В противном случае парниковый эффект окажет очень сильное влияние на планету, эффект будет продолжительным, тысячи лет и более.

Дэвид Кейт, профессор физики из Гарварда и глава исследования, утверждает, что уже сейчас можно построить необходимые системы, технологии существуют.

Ученый знает, о чем говорит — он занимается изучением вопроса снижения концентрации углекислоты в атмосфере долгое время. Он же является основателем компании Carbon Engineering, которая около девяти лет работает над созданием промышленной установки «высасывания» углекислого газа из атмосферы. Сейчас тестовый агрегат построен в Британской Колумбии. Проект частично финансируется Министерством энергетики США.

Кейт надеется, что его проект покажет мировому сообществу способ, позволяющий обратить вспять или хотя бы приостановить глобальное потепление, хотя бы в отдаленной перспективе.

Стоимость высасывания CO₂ из атмосферы с последующим складированием уловленного газа просчитывалась немногими учеными. Основное влияние на мнение научного сообщества о стоимости процесса оказали две работы, опубликованные в 2011 году.

Тем не менее, авторы работы, где говорилось о $1000 за тонну углекислого газа, при его «добыче» из атмосферы, готовы с радостью принять и результаты расчетов других ученых. Но некоторые ученые выказывают сомнения в том, что углекислый газ удастся извлекать по цене в $100 или даже $200. Они считают, что модель — это хорошо, но если построить реальную фабрику по получению CO₂ из воздуха, затраты будут гораздо выше. По мнению специалистов, неизбежно проявятся дополнительные затраты.

«До того момента, пока вы не сможете показать затраты промышленного объекта, вы не можете считать свои выводы реалистичными. Я считаю, что реальная стоимость технологии выше в несколько раз», — заявил Говард Герцог, автор исследования, где указывалась цена в $1000.

Все же пространство для маневра у энтузиастов извлечения CO₂ есть — если что-то получается слишком дорогим, можно найти альтернативу. Вместо вертикального использовать горизонтальное хранилище, использовать более дешевую энергию и т.п.

Компания Carbon Engineering планирует создавать топливо нового типа, соединяя пойманный углерод с водородом. Представители компании заявляют, что они уже создали технологию получения такого топлива и все работает так, как и задумывалось. Правда, синтетическое топливо получается более дорогим, чем обычный бензин. Так что вопрос рынка сбыта остается открытым.

На данный момент компания Carbon Engineering получила около $30 млн на свои исследования. Сейчас она ищет дополнительные источники финансирования, надеясь построить более крупную фабрику по «ловле CO₂».

Источник