Одне «механічне дерево» видаляє вуглекислий газ з повітря приблизно в 1,000 разів швидше, ніж натуральне дерево. Перший має почати працювати в Арізоні у 2022 році. Ілюстрація через Університет штату Арізона
Два століття спалювання викопного палива вилили в атмосферу більше вуглекислого газу, потужного парникового газу, ніж природа може видалити. Оскільки CO2 накопичується, він затримує зайве тепло поблизу поверхні Землі, що спричиняє глобальне потепління. Зараз в атмосфері так багато CO2, що показують більшість сценаріїв Одного лише припинення викидів буде недостатньо для стабілізації клімату – людству також доведеться видалити CO2 з повітря.
Міністерство енергетики США має нову мета масштабувати прямий захоплення повітря, технологія, яка використовує хімічні реакції захоплювати CO2 з повітря. У той час як федеральне фінансування уловлювання вуглецю часто викликає критику, оскільки деякі люди бачать у цьому привід для продовження використання викопного палива, видалення вуглецю в тій чи іншій формі, ймовірно, буде все ще потрібно, свідчать звіти IPCC. Технологія механічного видалення вуглецю розробляється та працює дуже малий масштаб, частково тому, що сучасні методи є надзвичайно дорогими та енергоємними. Але нові методики цього року проходять випробування, які можуть допомогти знизити попит на енергію та її вартість.
Ми запитали професора Університету штату Арізона Клаус Лакнер, піонер у прямому захопленні повітря та накопиченні вуглецю, про стан технології та напрямок її розвитку.
Що таке пряме видалення вуглецю і чому воно вважається необхідним?
Коли на початку 1990-х я зацікавився управлінням викидами вуглецю, мною підштовхнуло спостереження, що вуглець накопичується в навколишньому середовищі. Це займає природа тисячі років, щоб видалити цей CO2, і ми на а траєкторію до значно вищого CO2 концентрації, які значно перевищують усе, що відчували люди.
Людство не може дозволити собі мати все більшу кількість надлишкового вуглецю, що плаває в навколишньому середовищі, тому ми повинні витягти його назад.
Не всі викиди з великих джерел, наприклад електростанції або фабрики, де ми можемо вловлювати CO2, коли він виходить. Тому нам потрібно мати справу з іншою половиною викидів – від автомобілів, літаків, прийняття гарячого душу, поки ваша газова піч виділяє CO2. Це означає витягування CO2 з повітря.
Оскільки CO2 швидко змішується в повітрі, не має значення, де в усьому світі буде видалено CO2 – видалення має той самий вплив. Тому ми можемо розмістити технологію прямого уловлювання повітря там, де плануємо використовувати або зберігати CO2.
Важливий і спосіб зберігання. Зберігання CO2 лише 60 або 100 років недостатньо. Якщо через 100 років весь цей вуглець знову потрапить у навколишнє середовище, все, що ми робили, це подбали про себе, і нашим онукам доведеться з’ясувати це знову. Тим часом світове споживання енергії зростає приблизно 2% на рік.
Однією з претензій до прямого захоплення повітря, крім вартості, є те, що він енергоємний. Чи можна зменшити споживання енергії?
Два великих використання енергії при прямому захопленні повітря – це вентилятори, які затягують повітря, а потім нагрівають для вилучення CO2. Існують способи зменшити потребу в енергії для обох.
Наприклад, ми натрапили на матеріал, який притягує CO2, коли він сухий, і виділяє його, коли він мокрий. Ми зрозуміли, що можемо піддати цей матеріал впливу вітру, і він буде завантажуватися CO2. Тоді ми могли б зробити його вологим, і це буде вивільнити CO2 таким чином, що вимагає набагато менше енергії, ніж інші системи. Додавання тепла, створеного з відновлюваної енергії, підвищує тиск CO2 ще вище, тому ми маємо газ CO2, змішаний з водяною парою, з якого ми можемо збирати чистий CO2.
Ми можемо заощадити ще більше енергії, якщо захоплення буде пасивним – не обов’язково мати вентилятори, які обдувають повітря; повітря рухається самостійно.
Моя лабораторія створює для цього метод, названий механічні дерева. Це високі вертикальні колони дисків, покритих хімічною смолою, приблизно 5 футів в діаметрі, з дисками приблизно на 2 дюйми один від одного, як стос платівок. Коли повітря продувається, поверхні дисків поглинають CO2. Приблизно через 20 хвилин диски заповнюються, і вони опускаються в бочку нижче. Ми відправляємо воду і пару, щоб випустити CO2 в закрите середовище, і тепер у нас є суміш водяної пари та CO2 під низьким тиском. Ми можемо відновити більшу частину тепла, яке пішло на нагрівання коробки, тому кількість енергії, необхідної для нагрівання, досить мала.
Використовуючи вологу, ми можемо уникнути приблизно половини споживання енергії і використовувати відновлювані джерела енергії для решти. Для цього потрібна вода і сухе повітря, тому не скрізь буде ідеальним, але є й інші методи.
Чи можна безпечно зберігати CO2 протягом тривалого часу, і чи достатньо такого типу зберігання?
Я почав працювати над концепцією секвестрації мінералів у 1990-х роках, керуючи групою в Лос-Аламосі. Світ насправді може назавжди викинути CO2, скориставшись тим фактом, що це кислота, а деякі породи є основою. Коли CO2 реагує з мінералами, багатими кальцієм, він утворює тверді карбонати. По мінералізація СО2 ось так, ми може зберігати майже необмежену кількість вуглецю постійно.
Наприклад, там багато базальту – вулканічної породи Ісландія, яка реагує з CO2 і перетворює його на тверді карбонати протягом кількох місяців. Ісландія могла б продавати сертифікати секвестрації вуглецю решті світу, оскільки це відкладає CO2 для решти світу.
Також є величезні підземні резервуари з видобутку нафти в Пермському басейні в Техасі. Є великі солоні водоносні горизонти. У Північному морі, за кілометр нижче дна океану, енергетична компанія Equinor збирає CO2 з газопереробного заводу та зберігає мільйон тонн CO2 на рік з 1996 року, уникаючи Норвегії податок на викиди CO2. Обсяг підземного сховища, де ми можемо проводити секвестрування корисних копалин, набагато більше, ніж нам коли-небудь знадобиться для CO2. Питання в тому, скільки можна конвертувати в доведений резерв
.Ми також можемо використовувати пряме захоплення повітря щоб замкнути вуглецеву петлю – це означає, що CO2 використовується повторно, захоплюється та повторно використовується, щоб уникнути збільшення виробництва. Зараз люди використовують вуглець з викопного палива для видобутку енергії. Ви можете перетворити CO2 на синтетичне паливо – бензин, дизельне паливо або гас – без вуглецю, змішавши CO2 з зелений водень створений за допомогою відновлюваної енергії. Це паливо можна легко транспортувати по існуючих трубопроводах і зберігати роками, тож ви можете виробляти тепло та електрику в Бостоні взимку, використовуючи енергію, яка була зібрана як сонячне світло в Західному Техасі минулого літа. Повний бак «синпалива» коштує не так багато, і це дешевше, ніж акумулятор.
Міністерство енергетики поставило нову мету знизити витрати на видалення вуглекислого газу до 100 доларів США за тонну та швидко збільшити її протягом десяти років. Що має статися, щоб це стало реальністю?
DOE лякає мене, тому що вони кажуть, ніби технологія вже готова. Після того, як 30 років нехтували технологією, ми не можемо просто сказати, що є компанії, які знають, як це робити, і все, що нам потрібно зробити, це просувати це вперед. Ми повинні припустити, що це нова технологія.
Climeworks є найбільшою компанією, яка займається прямим уловом у комерційних цілях, і вона продає CO2 за приблизно від 500 до 1,000 доларів за тонну. Це занадто дорого. З іншого боку, за 50 доларів за тонну світ міг би це зробити. Я думаю, ми можемо туди потрапити.
США споживають близько 7 мільйонів тонн CO2 на рік торговець CO2 – подумайте, що газовані напої, вогнегасники, силоси для зерна використовують його для контролю зернового порошку, який є небезпекою вибуху. Середня ціна 60-150 доларів. Отже, нижче 100 доларів у вас є ринок.
Вам дійсно потрібна нормативна база, яка стверджує, що ми вимагаємо, щоб CO2 було видалено, і тоді ринок перейде від кілотонн СО2 сьогодні до вловлювання гігатонн CO2.
Куди ви бачите розвиток цієї технології через 10 років?
Я бачу світ, який відмовляється від викопного палива, мабуть, поступово, але має мандат уловлювати й зберігати весь CO2 в довгостроковій перспективі.
Наша рекомендація полягає в тому, що коли вуглець виходить із землі, його слід узгоджувати з рівним видаленням. Якщо ви виробляєте 1 тонну вуглецю, пов’язаного з вугіллям, нафтою або газом, вам потрібно відкласти 1 тонну. Це не обов’язково має бути та сама тонна, але має бути свідоцтво про секвестр це гарантує, що його прибрали, і він має прослужити більше 100 років. Якщо весь вуглець сертифікований з моменту його виходу з землі, обдурити систему важче.
Велика невідомість полягає в тому, наскільки сильно промисловість і суспільство будуть намагатися стати вуглецевими нейтральними. Це обнадійливо бачити компанії, як Microsoft та Stripe купує вуглецеві кредити і сертифікати на видалення CO2 і готові платити досить високі ціни.
Для проникнення нової технології може знадобитися десятиліття або два, але якщо є економічна тяга, все може йти швидко. Перший комерційний літак був доступний у 1951 році. До 1965 року вони були повсюдно поширені.
про автора
Клаус Лакнер, професор техніки та директор Центру негативних викидів вуглецю, Університет штату Арізона
Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.
Схожі книги:
Майбутнє, яке ми обираємо: виживання кліматичної кризи
Крістіана Фігерес і Том Ріветт-Карнак
Автори, які відіграли ключову роль у Паризької угоді про зміну клімату, пропонують ідеї та стратегії подолання кліматичної кризи, включаючи індивідуальні та колективні дії.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
Нежитлова Земля: життя після потепління
Девід Уоллес-Уеллс
У цій книзі досліджуються потенційні наслідки нестримної зміни клімату, включаючи масове вимирання, дефіцит їжі та води та політичну нестабільність.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
Міністерство майбутнього: роман
Кім Стенлі Робінсон
Цей роман уявляє світ найближчого майбутнього, що бореться з наслідками зміни клімату, і пропонує бачення того, як суспільство може змінитися, щоб подолати кризу.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
Під білим небом: природа майбутнього
автор: Елізабет Колберт
Автор досліджує вплив людини на світ природи, включаючи зміну клімату, і потенціал технологічних рішень для вирішення екологічних проблем.
Натисніть, щоб дізнатися більше або замовити
Недолік: Найбільш всеосяжний план, який пропонувався змінити глобальне потепління
під редакцією Пола Хокена
У цій книзі представлено комплексний план боротьби зі зміною клімату, включаючи рішення для багатьох секторів, таких як енергетика, сільське господарство та транспорт.
