Может ли удаление углерода из атмосферы спасти нас от климатической катастрофы?

00:50 01.12.2018

Межправительственная Группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) утверждает, что ограничение глобального потепления до 1,5 °С может предотвратить наиболее катастрофические последствия изменения климата. В своем недавнем докладе в нем изложены четыре способа достижения этого-и все они полагаются на удаление углекислого газа из атмосферы. Это потому, что даже если мы сократим большую часть наших выбросов углерода до нуля, выбросы от сельского хозяйства и воздушных перевозок будет трудно полностью устранить. И поскольку углекислый газ, который уже находится в атмосфере, может влиять на климат в течение сотен-тысяч лет, МГЭИК утверждает, что технологии удаления углекислого газа (CDR) будут иметь решающее значение для избавления от 100 до 1000 гигатонн CO2 в этом веке.

Как можно удалить углекислый газ?

Существуют различные стратегии CDR, все из которых находятся на разных стадиях развития и различаются по стоимости, выгодам и рискам. Уду подходы, которые используют деревья, растения и почвы для поглощения углерода были использованы в больших масштабах на протяжении десятилетий; другие стратегии, которые полагаются на технологии, в основном в демонстрационных или экспериментальных этапов. Каждая стратегия имеет плюсы и минусы.

Облесение и лесовозобновление.

Как растения и деревья растут, они забирают углекислый газ из атмосферы и превращать его в сахар путем фотосинтеза. Таким образом, американские леса поглощают 13 процентов нации выбросов углерода; во всем мире, лесов почти треть мировых выбросов.

Посадка дополнительных деревьев может удалить больше углекислого газа из атмосферы и хранить его в течение длительного времени, а также улучшить качество почвы на относительно низкую стоимость—$0 до $20 за тонну углерода. Облесение включает посадку деревьев там, где их ранее не было; лесовозобновление означает восстановление лесов, где деревья были повреждены или истощены.

Лесовосстановление в Южном Орегоне:

Облесение, однако, может конкурировать за землю, используемую для сельского хозяйства, так же, как производство продовольствия должно увеличиться на 70 процентов к 2050 году, чтобы прокормить растущее население мира. Это может также сказаться на биоразнообразии и экосистемных услугах.

И хотя леса могут поглощать углерод на протяжении десятилетий, они требуют многих лет для роста и могут насыщаться в течение десятилетий-столетий. Они также требуют тщательного управления, поскольку они подвержены человеческим и природным воздействиям, таким как лесные пожары, засуха и заражение вредителями.

Связывание углерода в почве.

Углерод, который растения поглощают из атмосферы при фотосинтезе, становится частью почвы, когда они умирают и разлагаются. Он может оставаться там в течение тысячелетий или он может быть выпущен быстро в зависимости от климатических условий и того, как почва управляется. Минимальная обработка почвы, покрытие посевов, севооборот и оставление остатков на поле помогают почвам хранить больше углерода.

МГЭИК, которая считает, что связывание углерода в почве способно снизить CO2 при наименьших затратах-от 0 до 100 долларов за тонну, — оценивает, что связывание углерода в почве может удалить от 2 до 5 гигатонн углекислого газа в год к 2050 году. Для сравнения, в 2017 году мировые электростанции выпустили 32,5 гигатонны CO2.

Связывание углерода в почве может быть немедленно развернуто, и это улучшит здоровье почвы и увеличит урожайность сельскохозяйственных культур; кроме того, это не усилит земельные и водные ресурсы. Но в то время как почва сохраняет большое количество углерода в начале, он может стать насыщенным после 10 до 100 лет, в зависимости от климата, типа почвы и того, как он управляется.

Биоэнергия с улавливанием и хранением углерода (BECCS).

Если мы сжигаем установки для получения энергии на электростанции и улавливаем и храним полученные выбросы, то CO2, поглощенный ранее, удаляется из атмосферы. СО2 можно после этого использовать для увеличенного спасения масла или впрыснуть в землю где он sequestered в геологохимических образованиях.

По оценкам МГЭИК, к 2050 году BECCS может удалить от 0,5 до 5 гигатонн углерода в год. Однако для того, чтобы поглотить достаточно углерода, чтобы удержать мир на уровне 2, энергетические культуры должны будут быть посеяны на площади до трехкратного размера Индии, согласно одной из оценок; и еще меньшее количество BECCS будет конкурировать с землей, необходимой для производства продуктов питания. В одном из исследований был сделан вывод о том, что крупномасштабные БЭКК могут привести к падению глобального лесного Покрова на 10% и потребуют в два раза больше воды, чем в настоящее время используется в мире для сельского хозяйства. BECCS также может оказать воздействие на биоразнообразие и экосистемные услуги, а также на выбросы парниковых газов за счет сельского хозяйства и использования удобрений.

На данный момент BECCS стоит дорого. В настоящее время в мире существует только один рабочий проект BECCS—завод по производству этанола в Декатуре, штат Иллинойс, который захватил и сохранил более 1,4 миллиона тонн C02. Так как существует несколько научно-исследовательских проектов и BECCS не тестируется в больших масштабах, он все еще находится на ранней стадии развития. В то время как текущая смета расходов для BECCS колеблется от $30 до $400 за тонну CO2, исследования предполагают, что затраты могут упасть до $100 до $200 за тонну углерода к 2050 году. Тем не менее, BECCS считается одной из наиболее потенциально эффективных стратегий удаления углекислого газа для обеспечения долгосрочного хранения углерода.

Национальные Академии наук, техники и медицины проекты, которые, учитывая то, что мы знаем сегодня, облесение и лесовозобновление, связывание углерода в почве, и BECCS, наряду с устойчивыми методами управления лесным хозяйством (такие как редеющие леса и предписанные ожоги) могут быть расширены до захвата и хранения 1 гигатонны углерода в год в США и 10 гигатонны во всем мире. Однако для этого потребуются огромные изменения в сельском хозяйстве, регулировании лесных и биомассовых отходов.

Минерализация углерода.

Эта стратегия использует естественный процесс при котором реактивные материалы как перидотит или базальтовая лава химически скрепляют с СО2, формируя твердые минералы карбоната как известняк который может хранить СО2 на миллионы лет. Реактивные материалы можно совместить с жидкостью CO2-подшипника на станциях захвата углерода, или жидкость можно нагнести в реактивные образования утеса где они естественно происходят.

Круговорот углерода в природе:

Ученые земной обсерватории Ламонт-Доэрти Института Земли работают над минерализацией углерода в течение нескольких лет, и они находят способы ускорить естественную реакцию, чтобы увеличить поглощение CO2 и постоянно хранить его. Например, профессор ламонта Голдберг и его коллеги изучают возможность хранения 50 миллионов тонн или более СО2 в базальтовых резервуарах на северо-западе Тихого океана. В течение 20 лет проект должен был ввести CO2 из промышленных источников, таких как промышленные и электростанции на ископаемом топливе, в базальт в 200 милях от берега, на восточном фланге хребта Хуан-де-Фука. Там, под 2600 метрами воды и еще 200 метрами осадка, базальтовый резервуар содержит пространства пор, которые могли бы заполниться, когда CO2 минерализуется в карбонатный известняк. В этом районе базальт быстро реагирует, и минерализация может занять всего два года или меньше. Команда голдберга проанализировала факторы, в том числе, как транспортировать CO2, как он будет реагировать химически, и как можно контролировать сайт с течением времени.

Следующий шаг — запуск там пилотного проекта по хранению 10 тысяч тонн CO2. «Пилотный проект имеет решающее значение для продвижения мяча вперед для базальтовой морской углеродной минерализации, как по техническим, так и по нормативным причинам», — сказал Голдберг. Это позволило бы исследователям экспериментировать с различными видами инъекций-например, должны ли они быть непрерывными или прерывистыми-и отвечать на такие вопросы, как » как быстро заполняется пространство пор? которые могут быть протестированы только в полевых условиях. Кроме того, пилотный проект имеет ключевое значение для понимания регулятивных последствий минерализации углерода, поскольку в настоящее время не существует никаких правил. Канада и США приступят к созданию нормативной базы только тогда, когда у них будет пилотный проект. Голдберг говорит, что они все еще ищут финансирование для пилотного проекта, но «есть большой интерес.»

Начиная с 2012 года, CarbFix, исландский проект, который тогда же работал на себя, был захват углерода и минерализации в крупнейший в стране геотермальная электростанция запущена Рейкьявик энергии. В то время как завод работает на геотермальной возобновляемой энергии, он по-прежнему выделяет небольшое количество CO2; CarbFix вводит 12 000 тонн CO2 в год в землю за 30 долларов за тонну.

Поскольку углеродная минерализация использует естественные химические процессы, она может обеспечить экономичный, нетоксичный и постоянный способ хранения огромного количества углерода. Тем не менее, все еще есть технические и экологические вопросы, на которые необходимо ответить—согласно отчету национальных академий, минерализация углерода может, возможно, загрязнить водные ресурсы или вызвать землетрясения.

Прямой захват воздуха.

Сразу захват воздуха всасывает углекислый газ из воздуха путем использование вентиляторов для того чтобы двинуть воздух над веществами которые связывают специфически к углекислому газу. (Эта концепция основана на «искусственное дерево» работа Клауса Лакнера, директора Центра по отрицательным выбросам углерода в университете штата Аризона, который в течение многих лет был директором Центра по устойчивой энергетике «Ленфест» Института Земли.) Технология использует соединения в жидком растворе или в покрытии на твердом теле, которые улавливают CO2, когда они вступают в контакт с ним; когда позже подвергаются воздействию тепла и химических реакций, они выделяют CO2, который затем может быть сжат и храниться под землей. Преимущества прямого захвата воздуха в том, что это на самом деле технология отрицательных выбросов—он может удалить углерод, который уже находится в атмосфере, в отличие от захвата новых выбросов, генерируемых—и системы могут быть расположены почти в любом месте.

На угольной установке около одной из десяти молекул в выхлопных газах составляет CO2, но CO2 в атмосфере менее концентрирован. Только одна из 2500 молекул является CO2, поэтому процесс удаления CO2 является более дорогим по сравнению с получением углерода из заводов по производству ископаемого топлива. Прямой захват воздуха начинался с $ 600 за тонну углерода; в настоящее время он стоит $100-$200 за тонну—все еще дорогой, отчасти потому, что нет экономических стимулов (таких как налог на углерод) или вторичных экологических выгод (таких как повышение качества почвы) для удаления CO2 из воздуха. Улучшение технологии, чтобы CO2 мог быть захвачен более эффективно, и / или продажа захваченного CO2 может снизить цену. Три компании-Swiss Climeworks, Canadian Carbon Engineering и American Global Thermostat—работают над этим.

Climeworks’s первый коммерческий завод близ Цюриха захватывает 1000 метрических тонн CO2 в год, который используется в теплицах для повышения урожайности на 20%. В 2017 году компания установила блок прямого захвата воздуха в качестве демонстрационной версии на Исландском заводе Reykjavik Energy для захвата небольшого количества CO2, который затем хранится под землей CarbFix.

Climeworks в настоящее время имеет 14 прямых объектов захвата воздуха, построенных или строящихся в Европе; его итальянский завод использует захваченный CO2, чтобы сделать метановое топливо для грузовиков.

Карбон Инжиниринг, который может похвастаться Билл Гейтс как инвестор, имеет завод в Западной Канаде, которые могут захватить одного миллиона тонн СО2 в год. Он прогнозирует, что в больших масштабах он может удалить CO2 за $100 до $150 за тонну. Его цель состоит в том, чтобы использовать CO2 для производства углеродно-нейтральных синтетических углеводородных топлив, что еще больше снизит его стоимость. Компания утверждает, что установка, использующая этот процесс «воздух для топлива», после расширения, может производить топливо менее чем за 1 доллар США в литр.

Глобальный термостат, который строит свой первый завод в Хантсвилле, штат Алабама, стремится сделать его цену до $50 за тонну, продавая захваченный СО2 для газировки компании. Компания будет строить небольшие «захватные заводы» на объектах содогенератора, тем самым снижая затраты на энергию и транспорт.

Одно исследование прогнозирует, что прямой захват мог отсосаться от 0,5 до 5 гигатонн СО2 в год к 2050 году, возможно, 40 гигатонн к 2100 году. Однако крупномасштабный прямой захват воздуха может в конечном итоге оказать воздействие на окружающую среду, обусловленное извлечением, переработкой, транспортировкой и удалением отходов полезных ископаемых, которые улавливают выбросы углерода.

Рендеринг завода удаления углекислого газа Инженерства широкомасштабного, который будет использовать сразу захват воздуха:

В то время как прямой захват воздуха имеет большой потенциал для удаления углекислого газа, он все еще находится на ранней стадии развития. К счастью, это становится некоторым Конгресса поддержки в форме будущего закона (дальнейшее улавливание углерода, Использование, Технология, подземное хранение, и уменьшенный поступок излучений). Закон удваивает налоговые льготы для улавливания и постоянного хранения углекислого газа в геологических формациях и использования его для повышения нефтеотдачи пластов; для компаний, которые преобразуют углерод в другие продукты, такие как цемент, химические вещества, пластмассы и топлива; и предоставляет налоговый кредит в размере 35 долларов США за тонну CO2 через прямой захват воздуха.

Улучшенное атмосферостойкость.

Утесы и почва будут выдержанными путем реагировать с СО2 в воздухе или в кислотном дожде, который естественно происходит когда СО2 в воздухе растворяет в дождевой воде. Скалы разрушаются, создавая бикарбонат, углеродный сток, который в конечном итоге переносится в океан, где он хранится. Усиленное выветривание ускоряет этот процесс, распространяя пылевидные породы, такие как базальт или оливин, на сельскохозяйственных землях или в океане. Он может быть раздавлен и распространен на полях и пляжах, и даже используется для дорожек и детских площадок.

Увеличенное выветривание смогло улучшить качество почвы, и по мере того как алкалический гидрокарбонат моет в океан, он смог помочь нейтрализовать закисление океана. Но он также может потенциально изменить рН почвы и химические свойства, а также влиять на экосистемы и грунтовые воды. Добыча, шлифование и транспортировка породы будут дорогостоящими, потребуют много энергии и производят дополнительные выбросы углерода, а также загрязнение воздуха. Из-за многочисленных переменных и того факта, что большинство оценок усиленного выветривания не были проверены на местах, смета расходов сильно разнится.

Алкалинизация океана, рассматриваемая как вид усиленного выветривания, включает в себя добавление щелочных минералов, таких как оливин, к поверхности океана, чтобы увеличить поглощение CO2 и противодействовать закислению океана. По оценкам одного из исследований, эта стратегия может охватывать от 100 метрических тонн до 10 гигатонн CO2 в год, что составляет от $14 до более $500 за тонну. Однако его экологические последствия неизвестны.

Удобрение океана.

Удобрение океана добавило бы питательные вещества, часто утюг, к океану для того чтобы пробудить водорослевые цветени, которые поглотили бы больше СО2 через фотосинтез. Однако, стимулируя рост фитопланктона-основы пищевой цепи-оплодотворение океана может повлиять на местную и региональную продуктивность продуктов питания. Обширные цветения водорослей также могут вызвать эвтрофикацию и привести к истощению мертвых зон кислорода. Помимо возможного воздействия на экосистемы, он также обладает меньшим потенциалом для улавливания углерода в долгосрочной перспективе.

Прибрежный голубой углерод.

Солончаки, мангровые заросли, морские травы и другие растения в приливных водно-болотных угодьях отвечают за более чем половину углерода, поглощенного в океане и прибрежных экосистемах. Этот голубой углерод можно хранить на протяжении тысячелетий в растениях и отложениях. Однако водно-болотные угодья разрушаются стоком и загрязнением, засухой и прибрежным развитием-футбольное поле размером с акваторию моря теряется каждые полчаса. Восстановление и создание водно-болотных угодий и более эффективное управление ими может потенциально удвоить их накопление углерода. Здоровые водно-болотные угодья также обеспечивают защиту от штормов, улучшают качество воды и поддерживают морскую жизнь.

Существует мало оценок потенциала удаления углерода голубым углеродом, но затраты будут низкими до нуля. И некоторые идеи на будущее. Y Combinator, организация, которая финансирует многообещающие стартапы, выпустила призыв к любой работе над новыми типами технологий удаления углекислого газа, ни одна из которых еще не была протестирована за пределами лаборатории. В частности, они ищут проекты в четырех областях:

Изменение генов фитопланктона позволит им поглощать углерод в районах Мирового океана, где отсутствуют питательные вещества, необходимые для фотосинтеза.
Электро-геохимия использует электричество из возобновляемых источников, чтобы разбить соленую воду для получения водорода (который может использоваться для топлива) и кислорода, который в присутствии минералов производит высокореактивный раствор. Этот раствор поглощает углекислый газ из атмосферы и превращает его в бикарбонат.
Ферментные системы ускоряют химические реакции, которые могут изменить углекислый газ в другие полезные органические соединения. Y Combinator хотел бы создать ферментные системы, которые могут сделать это за пределами живых клеток, чтобы упростить фиксацию углерода.
Последняя идея включает в себя создание 4,5 миллионов маленьких оазисов в пустынях для размещения фитопланктона, который будет поглощать CO2. Они также будут обеспечивать пресную воду и поддерживать растительность, которая может также всасывать углерод.
Что необходимо для продвижения удаления углекислого газа?

Каждая технология CDR возможна на некотором уровне, но имеет неопределенности в отношении стоимости, технологии, скорости возможного внедрения или воздействия на окружающую среду. Понятно, что ни одна из них не обеспечивает окончательное решение проблемы изменения климата.

«Удаление углекислого газа в одиночку не может этого сделать», — сказала Кейт Гордон, сотрудник Колумбийского Центра по глобальной энергетической политике. «Если есть одна вещь, которую отчет IPCC действительно подчеркивает, что нам нужен портфель-нам нужно резко сократить выбросы, нам нужно придумать больше вариантов возобновляемой энергии для замены ископаемого топлива, нам нужно электрифицировать много вещей, которые в настоящее время работают на нефти, а затем нам нужно сделать огромное количество удаления углерода.»В ближайшей перспективе она хотела бы видеть больше развертывания и наращивания испытанных и истинных стратегий, таких как посадка деревьев и более устойчивых методов ведения сельского хозяйства.

В самом деле, новые исследования установлено, что посадка деревьев и совершенствование управления пастбища, сельскохозяйственные угодья и водно-болотные угодья могут поглощать 21 процент в США годовые выбросы парниковых газов при относительно низких затратах. Развитие других удаления двуокиси углерода стратегии дальнейшего собирается предпринять значительные суммы денег.

Может ли удаление углерода из атмосферы спасти нас от климатической катастрофы?

«Сообщество климатической благотворительности действительно должно признать это как часть климатического решения—действительно важно, чтобы [CDR] стал частью этого портфеля. Создание финансовых стимулов для удаления углерода, такие как углеродный налог или штрафы за выбросы углерода будет способствовать также. Это следующий рубеж в разговоре об энергетике, климате и технологиях», — сказал Гордон. 

Источник  — Наука Х.

Напоминаю: Существование человеческой цивилизации под угрозой!

Поможем Земле вместе! Сохраним свой Мир!

Следите за погодой вместе с нами!

С Уважением, Маглипогода!

Погода в Приморском крае и городах Дальнего Востока на Windytv, а также карта погоды JMA.

На сайте функционирует система уведомления правописания. Обнаружив ошибку или неточность в тексте, выделите ее и нажмите Ctrl+Enter.

Подпишитесь на рассылку по электронной почте