Олег Никифоров
Системы забора двуокиси углерода из атмосферы пока выглядят фантастично. Иллюстрация Reuters
Немецкая пресса опубликовала статью известного научного журналиста Норберта Лоссау под заголовком «Адсорбция двуокиси углерода из воздуха – это не возможность, а необходимость». Эти слова принадлежат, собственно говоря, не журналистам, а исследователю Яну Минксу, руководителю группы «Прикладное исследование устойчивости» в Научно-исследовательском институте глобальных объектов всеобщего достояния и климатических изменений Меркатора, который был создан Фондом Меркатора и Потсдамским институтом по исследованию климата в 2011 году.
Он утверждает, что для удаления СО2 из атмосферы необходимо сочетание естественных и технических методов. Он говорит, что методом «побольше деревьев – поменьше парниковых газов» многого не добьешься, и главное – цели в 1,5 градуса по Цельсию потепления к концу столетия, предложенной Парижским соглашением в 2015 году.
Зачем изымать двуокись углерода
На этот вопрос попытался ответить Оливер Геден, эксперт Фонда науки и политики, специализирующийся как раз в сфере адсорбции двуокиси углерода из воздуха. В интервью газете Handelsblatt он раскритиковал наивных ученых , которые утверждают, что уже наступила эра альтернативных источников энергии. По его мнению, ряд производств делают приведение к нулю эмиссии парниковых газов просто невозможным. К ним относится, например, производство цемента, а также сельское хозяйство. В данном случае речь идет о метане и веселящем газе, или N2O, которые производят жвачные животные. Единственным методом изъятия таких парниковых газов является их изъятие из атмосферы.
Журналист Лоссау утверждает, что применение технических средств для достижения заданной цели надо увеличить в 1300 раз. Лоссау напоминает, что более 120 государств признали необходимость достижения поставленной цели в снижении температуры на планете до 1,5 градуса. Но только немногие из них предпринимают конкретные шаги по применению активных методов для снижения выбросов парниковых газов за счет изъятия СО2 из атмосферы. Более того, он считает, что при достижении поставленной цели по ограничению температуры на планете только за счет сокращения выбросов, в частности, двуокиси углерода будет недостаточно, чтобы решить данную проблему. Двуокись углерода необходимо будет техническими средствами изымать из атмосферы.
Прежде всего необходимо отметить, что в самой технологии адсорбции СО2 ничего нового сегодня нет. Улавливание углекислого газа уже давно используется для очистки воздуха на подводных лодках и космических кораблях. Схожие технологии применяют во всем мире для сокращения выбросов СО2 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 СО2.
Но должен признаться, что о возможности изъятия двуокиси углерода из атмосферы я впервые узнал из работ Кильского института мировой экономики (IfW Kiel), и после публикации материалов об этом несколько лет тому назад в «НГ-энергии» подвергся атакам рьяных защитников климата, которые усмотрели в моих публикациях угрозу своим концепциям ликвидации производств, основанных на использовании ископаемых энергоносителей и торговле сертификатами на выбросы СО2. И действительно, если допустить возможность изъятия двуокиси углерода и последующего его захоронения или использования для производства других материалов, вся «зеленая» концепция может оказаться под угрозой.
Исследователи из Института Пауля Шеррера PSI и Швейцарской высшей технической школы Цюриха выяснили, как прямой захват углекислого газа из воздуха может помочь эффективно удалить парниковые газы из атмосферы.
Прямое улавливание
Ученые пришли к выводу, что при тщательном планировании, например, в отношении местоположения и обеспечении необходимой энергией СО2 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 СО2 из воздуха и их использование в восьми разных локациях по всему миру. Общий итог: в зависимости от сочетания используемых технологий и конкретного местоположения СО2 может быть удален из воздуха с эффективностью до 97%.
Чтобы отделить СО2 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 так называемой стадии десорбции СО2 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.
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 СО2 для каждого из восьми участков. Результаты показали, что эффективность удаления парниковых газов в разных системах составляет от 9 до 97%.
«Технологии улавливания СО2 просто дополняют общую стратегию декарбонизации и не могут ее заменить», – подчеркивает Кристиан Бауэр, ученый из Лаборатории анализа энергетических систем и соавтор книги. «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».
|
| Схема забора и утилизации СО2. Инфографика: Statoil |
Сегодня концепция изъятия СО2 из атмосферы с последующим захоронением уже разделяется такими рьяными защитниками окружающей среды, как немецкие зеленые. Как сообщила программа Tagesschau Первой программы немецкого телевидения ARD, федеральный министр экономики и климата Роберт Хабек считает, что в Германии должен быть сделан следующий шаг в борьбе с изменениями климата. Речь идет о захоронении двуокиси углерода (Carbon Capture and Storage-CCS). Закон на этот счет будет принят в 2023 году. В передаче отмечается, что этот метод долгое время считался спорным и сам министр, в прошлом один из руководителей партии «Союз 90/Зеленые», был против него. Как сообщает британское агентство Reuters, «правительство изучает возможность захоронения СО2 на морском дне». До сих пор в качестве возможного варианта рассматривалась транспортировка изъятого из атмосферы СО2 в Норвегию или в Нидерланды.
В сообщении агентства указывается, что применение технологии CCS необходимо прежде всего для промышленных предприятий – для достижения полной «парниковой нейтральности» к 2045 году. И если ранее провозглашенная цель по сокращению выбросов парниковых газов на 80–95% могла быть достигнута и без применения технологии CCS, то современные анализы показывают: с применением технологий изъятия СО2 и последующего его захоронения достижение нулевой нетто-эмиссии вполне реально. Вывод гласит, что климатических целей, которые ставит федеральное правительство, можно в современных условиях достичь только с использованием технологии CCS. С поддержкой планов Хабека уже выступило и федеральное Министерство исследований. По мнению министра образования и научных исследований Беттины Штарк-Ватцингер, Германия должна допустить в краткосрочном плане возможность захоронения СО2.
Швейцарские новаторы
Технология захвата СО2 из воздуха уже отработана рядом фирм. В частности, немецкая компания Climaworks Deutschland (дочерняя компания швейцарской одноименной фирмы из Цюриха) из Кельна занимается развитием, производством, продажами и эксплуатацией установок и компонентов этих установок для поглощения двуокиси углерода из атмосферного воздуха или из промышленных выбросов, а также установок для накопления уловленного СО2, его захоронения или повторного использования. Принцип действия установки по улавливанию СО2 напоминает пылесос, который пропускает всосанный воздух через фильтры, отделяющие СО2. Понятно, что фильтры постоянно должны обновляться. Такие установки мобильны и их можно размещать там, где это технологически выгоднее.
Climeworks достаточно уникальное предприятие и пока, наверное, единственное в мире, которое производит и применяет установки по улавливанию парниковых газов на коммерческой основе.
В ноябре 2009 года Climeworks AG была основана Кристофом Гебальдом и Яном Вурцбахером при Швейцарской высшей технической школе Цюриха. Два немецких основателя были однокурсниками в области машиностроения и работали с технологиями для химического и физического СО2 в контексте своих исследований и последующих докторских диссертаций. В 2011 году Climeworks впервые получила средства от инвесторов для разработки прототипа с модульной структурой. С тех пор быстрое масштабирование привело к их нынешней модульной технологии, которая доступна с 2014 года. В ходе развития предприятия партнерство с автопроизводителем Audi удалось. Дальнейшую поддержку оказало Швейцарское федеральное управление энергетики, что позволило ускорить коммерциализацию и масштабирование технологии. Climeworks является частью нескольких европейских научно-исследовательских проектов. Это включает производство синтетического топлива из СО2. Швейцарский завод по розливу минеральной воды в Вальсе с 2018 года производит напитки с двуокисью углерода из воздуха.
Цель компании – к 2025 году отфильтровать 1% годовых глобальных выбросов СО2 из воздуха. Для этого потребуется построить 250 тыс. систем, сопоставимых с той, что находится в швейцарской коммуне Хинвиль. В мае 2017 года компания открыла первый в мире коммерческий проект по фильтрации СО2 из окружающего воздуха в Хинвиле. Он состоит из 18 модулей прямого улавливания воздуха, которые ежегодно фильтруют 900 т СО2 , затем они продаются оператору теплицы для использования в качестве удобрения.
Например, первые свои крупные установки захвата СО2 Climeworks разместила в Исландии. Это связано с тем, что в этой стране имеется возможность использовать геотермическую энергию для приведения установок в действие и там имеются пустоты в горных образованиях для захоронения добытого СО2. 8 сентября в 30 км от Рейкьявика заработал крупнейший в мире завод по очищению воздуха от углекислого газа. Предприятие, получившее название Orca, с конца 2020 года строили швейцарская компания Climeworks и исландский проект Carbfix, которые специализируются на улавливании и хранении СО2.
Завод работает по технологии direct air capture (DAC), или «прямого захвата» углекислого газа из воздуха. Это значит, что углекислый газ с помощью специальных установок извлекается непосредственно из атмосферы, а затем разными способами хранится или перерабатывается. Например, используется для создания синтетического топлива или газированных напитков.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), в 2020 году в мире насчитывалось 15 DAC-установок, которые в общей сложности улавливали около 9 тыс. т углекислого газа в год. Orca, по словам его создателей, будет удалять из атмосферы 4 тыс. т ежегодно и увеличит глобальные мощности по очищению атмосферы от СО2 более чем на 40%.
Однако даже эти 13 тыс. т составляют лишь 1% годовых выбросов одной угольной электростанции, а глобальные выбросы углекислого газа в 2020 году достигли 31,5 млрд т. Сооснователь Climeworks Ян Вурцбахер признал, что объемы переработки Orca – крупица в сравнении с 33 млрд т выбросов, которые МЭА прогнозирует в 2021 году. По его словам, завод – демонстрация жизнеспособности технологии его работы.
Понятно, что установленные в Исландии агрегаты изымают ежегодно 2 тыс. т СО2. И это немного – к примеру, в Швейцарии ежегодно выбрасывается в атмосферу до 45 млн т СО2.
Но фирма намерена к 2030 году создать установку, которая сможет изымать из атмосферы объемы СО2 в миллионы тонн. По оценке экспертов фирмы, для достижения климатической нейтральности к 2050 году необходимо изымать из атмосферы от 1 до 3 млрд т СО2 ежегодно. В настоящее время Climeworks работает над тем, чтобы снизить стоимость изъятия тонны СО2 с нынешних более 500 швейцарских франков за тонну до 100–150. Таким образом, по стоимости цена изъятия равнялась бы нынешней цене сертификата на выброс этого количества двуокиси углерода в европейской эмиссионной торговле. С точки зрения уже упоминавшегося Оливера Гедена, это реалистические цели. Но для их достижения необходимы как улучшение технологии фильтрации, так и подвод энергии к установке по адсорбции.
Конечно, пока технология адсорбции СО2 из воздуха дороже имеющихся так называемых технологий негативной эмиссии, к которым, в частности, относится восстановление лесов. Но, как считает Геден, в эти технологии необходимо инвестировать и улучшать их.
Константин Ремчуков 