В апреле СМИ сообщили, что концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за три миллиона лет, а 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».
.jpeg "Электростанция Drax")
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.
