Углекислый газ как избавиться

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

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

Как поймать углекислый газ: дайджест эко-номики № 13

Тема недели: Что делать с CO₂

Глобальный переход на экологически чистые виды энергии займет не один год, а снизить выбросы парниковых газов необходимо уже сейчас. В этом может помочь технология улавливания углекислого газа.

Способ придумали достаточно давно: первый завод, который начал работать с этой технологией, построили в США в 1972 году. По данным исследовательского центра Global CCS Institute за 2019 год, в мире работает всего 19 предприятий, которые улавливают CO₂, еще 32 находятся на разных стадиях строительства. Их так мало потому что подобные проекты стоили очень дорого.

Благодаря научно-техническому прогрессу сегодня эта технология стала более доступной, и в мире ее начинают применять более масштабно. Например, правительство Норвегии планирует потратить $2,6 млрд на развитие программы «Northern Lights». В первую очередь проект затронет мусоросжигающие заводы и цементные фабрики, потому что их производственный цикл сложно сделать более экологичным. CO₂, который выбрасывают эти предприятия, планируют собирать и сжижать. После этого углекислый газ будут «закапывать» на морском дне — например, по трубам отправлять в отработанные нефтяные месторождения. Там он вступит в реакцию с минералами и осадочными породами и в форме карбоната сможет тысячи лет оставаться на морском дне.

Ученые из проекта «Веста» (Project Vesta) тоже предлагают хранить углекислый газ в океанах. Они хотят связывать CO₂ при помощи химических реакций, распространенных в природе. Дождевая вода, которая содержит в себе углекислый газ, особенно сильно взаимодействует с минералами, богатыми кремнием, кальцием и магнием. Продукты этих реакций затем попадают в океан, а морские организмы перерабатывают их и строят свои панцири. В естественной среде такой процесс длится долго, и ученые хотят его ускорить. Они предлагают делать пляжи из оливина — минерала, который содержит магний и кремний и легко разрушается. Так продукты химической реакции будут попадать в море быстрее, а значит, получится собрать больше CO₂. При этом участники проекта указывают на низкую стоимость решения — 1 т углекислого газа можно переработать всего за $10.

Как пишет в своем докладе консалтинговая компания McKinsey, CO₂ способен принести пользу в разных сферах промышленности. Так, с помощью углекислого газа можно эффективнее добывать нефть, а также производить из него бетонные блоки для строительства и создавать новые виды топлива, материалов и удобрений. В результате уровень выбросов CO₂ может не только снизиться до нуля, но и стать отрицательным.

Одной строкой

Дискуссия недели

Джонатан Кузель — основатель некоммерческой эко-организации Sierra Institute for Community and Environment. Он живет в штате Калифорния и много раз сталкивался с последствиями лесных пожаров — дважды они напрямую угрожали его жизни. Кузель уверен, что распространению огня способствуют старые и больные деревья, который легко воспламеняются. Во время пожара в воздух выбрасывается столько же углекислого газа, сколько в год производят 750 тыс. автомобилей. Кузель считает, что древесину необходимо перерабатывать и использовать в качестве топлива. Тогда пожаров и выбросов станет меньше.

С ним согласны не все. Многие ученые указывают на то, что производители биотоплива часто увлекаются и используют не только старые деревья, но и молодые и здоровые. По данным природоохранной организации Dogwood Alliance, с 2002 года на юге США вырубили 40 млн акров смешанного леса (примерно 160 тыс. км²) и засадили эту территорию соснами. Из-за этого многие виды животных и насекомых вымерли. К тому же фабрики, которые сжигают биомассу, производят в 1,5 раза больше углекислого газа, чем угольные заводы.

Что посмотреть: Документальный фильм «2040: Будущее ждет», в котором австралийский актер и режиссер Дэймон Гамо рассказывает своей четырехлетней дочери о том, как сохранить мир при помощи эко-технологий.

Что послушать

В новом эпизоде подкаста речь пойдет о том, что делать с ненужной одеждой, чем опасен текстиль на свалках и что такое свопы. Объем отходов модной индустрии в мире достигает 92 млн т в год, большая часть из них выбрасывается. На свалках одежда тлеет десятилетиями, выделяя метан и провоцируя пожары.

Чтобы этого избежать, необходимо перерабатывать ненужные вещи или отдавать их тем, кому они необходимы. О том, куда сдать текстиль, чтобы он не попал на свалку, расскажет Дарья Алексеева из фонда «Второе дыхание», который известен своими пунктами приема одежды и сетью магазинов Charity Shop.

Во второй части выпуска со-основательница проекта Swap it and never buy Наиля Гольман расскажет о свопах — еще одном способе подарить новую жизнь ненужным вещам.

Что почитать

В своей книге «Новая великая миграция» (The Next Great Migration) журналистка Соня Шах рассказывает, почему перемещения людей и живых существ по планете «могут быть ключом к тому, чтобы поддержать биоразнообразие и жизнеспособность общества». Она, в частности, пишет о том, как изучение природы и климатические изменения приводят к появлению новых видов. Книга пока доступна только на английском языке.

Больше информации и новостей о том, как «зеленеет» бизнес, право и общество в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

Источник