Модуль прямого улавливания диоксида углерода из воздуха с башенным охладителем на геотермальной электростанции Хедлисхейди в Исландии. Фото: Climeworks
Человечеству никак не удаётся снизить выбросы парниковых газов и остановить спираль разогрева планеты из-за парникового эффекта. Политики договариваются хотя бы удержать количество CO? на нынешнем уровне, чтобы спасти планету от самых разрушительных последствий глобального потепления. Но у них не слишком получается: последние 200 лет углекислый газ продолжает накапливаться в атмосфере со скоростью примерно 4 гигатонны в год. Накопление не останавливается. Более того, оно грозит принять необратимый характер, когда выделения газа из почвы начнут расти с ростом температуры, ещё больше раскручивая спираль. Сейчас растения и растения Земли не в силах переработать, а мировой океан — растворить то количество CO?, которое выбрасывают земные ТЭС и транспорт на ДВС.
Некоторые учёные считают, что нужно не только полагаться на природу, но и вносить активный вклад в очистку воздуха, иначе природа не справится: сейчас растения и деревья перерабатывают в разные годы от 20 до 80% выбросов CO?. Так вот, учёные предлагают активнее вводить в строй модули прямого улавливания диоксида углерода из воздуха. Они связывают атмосферный CO? и откладывают его в базальтовую породу, то есть загоняют под землю, откуда он и появился.
В мае 2017 года компания Climeworks — производитель модулей прямого улавливания диоксида углерода из воздуха (DAC, Direct Air Capture) — объявила о коммерческом запуске первого в мире завода по добыче CO? из атмосферы. Это коммерческое предприятие в Швейцарии добывает CO? с себестоимостью не более $600 за тонну и продаёт удобрения на близлежащие фермы, а также компоненты для изготовления топлива. Ежегодно завод будет извлекать из атмосферы 900 тонн диоксида углерода, а себестоимость планируют снизить до $100 за тонну. Такая же цель у конкурентов из компании Carbon Engineering, а вот другой конкурент Global Thermostat нацеливается на себестоимость $50 за тонну. Все эти стартапы производят установки DAC для коммерческой добычи CO? из атмосферы.
Таким образом, добыча по 10 гигатонн CO?, чтобы очистить атмосферу, обойдётся в $500 млрд ежегодно.
Сейчас Climeworks реализовала ещё один необычный проект. На этот раз модули DAC установили на одно из крупнейших в мире ГеоТЭС Хедлисхейди в Исландии. Эта ГеоТЭС производит около 300 мегаватт электричества и 130 мегаватт тепла для Рейкьявика, который находится в 25 км к северо-западу от станции.
ГеоТЭС Хедлисхейди в Исландии. Фото: Climeworks
ГеоТЭС Хедлисхейди стала первой в мире электростанцией, которая не выбрасывает углекислый газ в атмосферу, а поглощает его — и производит минерализацию карбонатов в базальтовой породе. Пока что станция добывает из атмосферы всего 50 тонн углекислого газа в год (это крохотное количество: такая доля выбросов приходится только на одну американскую семью). Но это лишь начало пилотного проекта.
Минерализация карбонатов в базальтовой породе
В данном случае система работает следующим образом. Воздух проходит через фильтр, пропитанный аминами — органическими соединениями, производными аммиака. Они связывают углекислый газ из атмосферы. Потом CO? извлекают из фильтра нагревом от геотермального источника тепла и растворяют в воде (27 кг воды на каждый килограмм газа). Газированную воду закачивают под землю на глубину более 700 метров. Там она реагирует с базальтовой породой, а CO? преобразуется в твёрдый минерал (см. научную статью 2016 года с описанием химической реакции). Так происходит минерализация углекислого газа.
Процесс извлечения углекислого газа из воздуха и его дальнейшей минерализации под землёй. Иллюстрация: Climeworks
Этот проект под названием CarbFix2 можно продублировать на других геотермальных станциях, которые построены на базальтовом фундаменте. По словам разработчиков системы, CarbFix2 дублирует процессы, которые происходят в живой природе, но многократно ускоряет их. Перед проектом CarbFix2 поставлена амбициозная задача к 2025 году добывать и превращать в твёрдую форму 1% всех мировых выбросов углекислого газа. Один процент — это очень много, если учитывать миллионы тонн ежегодных выбросов CO? от промышленности и транспорта.
Проект CarbFix2 реализует энергетическая компания Reykjavik Energy, получившая финансирование от Евросоюза в рамках исследовательской и инновационной программы Horizon 2020.
Только активными действиями, извлекая лишний CO? из атмосферы, можно попробовать остановить разогрев планеты. По мнению некоторых учёных, простого ограничения на выбросы недостаточно. Человечеству будут необходимы технологии по извлечению CO? из атмосферы уже в 2030-е годы, чтобы просто удержать температуру Земли в пределах 1,5 °C относительно доиндустриального уровня.
Для извлечения CO? из атмосферы предлагают использовать вышеупомянутые установки DAC на чистой электроэнергии, а дополнительно высадить лес на больших территориях суши с дальнейшей минерализацией под землёй добытого углерода.
Кроме того, некоторые специалисты высказывают опасение, что продвижение дорогих систем «с отрицательным значением выбросов CO?» отвлекает от главного и необходимого шага — снижения выбросов углекислого газа прямо сейчас.
Комментарии (80)
Gnuava
15.10.2017 16:11+127 кг воды на каждый килограмм газа
Одно лечим, другое калечим?Garbus
15.10.2017 17:55Гораздо интереснее было бы взглянуть на расчеты. Сколько СО2 получилось бы «сэкономить» направив ту же геотермальную энергию на генерацию электричества? А главное, не волнует ли их такая «мелочь», что закачивают они туда заодно немалое количество кислорода?
Почему бы не поискать растений (водорослей) эффективно поглощающих этот самый СО2, и не выращивать их на пустынных территориях, позволяя уменьшить потребность в ископаемых видах топлива?parakhod
15.10.2017 21:37Не богохульствуйте, может быть вам ещё и расчёты "парникового эффекта" показать которые не нарушают половину законов физики?
А водоросли эти и без нас прекрасно живут себе в океане, просто никто никогда серьёзно не занимался исследованием поглощения ими углекислого газа — оценки расходятся на порядки.coturnix19
15.10.2017 23:20Парниковый эффект законов физики в основном не нарушает, и уж тем более половину из них
Garbus
16.10.2017 03:37Да уж, с такой стороны не подумал. :)
Все же одно дело абстрактные «все водоросли в океане», а другое конкретная установка с вполне себе известными характеристиками.Lennonenko
17.10.2017 00:16и дело не только в водорослях — сам океан при колебаниях температуры растворяет и выделяет газы, и у СО2 растворимость очень хорошая
правда, тут обратная связь получается положительной
а ещё есть разнообразнейшая живность, которая углекислоту из воды связывает в карбонаты и потом благополучно тонет, целиком или после употребления, получаем некоторый отрицательный вклад в углеродный баланс
pda0
15.10.2017 22:21Пустынные территории обычно пустынны, потому что там нет воды. Если бы их можно было легко оросить — там бы уже что-нибудь выращивали.
Ваш дежурный Кэп.arheops
15.10.2017 22:51Неа, например територия Синая и вообще большая часть побережья северной Африки — пустыня. А воды там полно, но она соленая и чуток дальше(в море).
И да, территория Синая сейчас активно орошается(отели в Шарме) за счет подьема подземных вод, стекавших раньше ниже уровня моря.pda0
15.10.2017 23:52Видимо одного Кэпа тут мало. Вот второй:
Опреснение воды или подъём подземных вод в промышленных масштабах — далеко не бесплатные операции. Они требуют строительства электростанций или прокладки линий электропередач; строительства инфраструктуры; развод и орошение территорий; обеспечение персонала. Всё вместе это не то чтобы невозможно, но достаточно сложно чтобы закрыть вопрос «а чего вы это не делаете везде и на полную катушку». Где могут — делают.
Garbus
16.10.2017 13:01На заметку дежурному кэпу. Водоросли спокойно растут в море, где налита явно не пресная, а соленая вода. Почему не ставить «солнечные панели» с морской водой, где содержание углекислоты повышено специально для наилучшего их роста?
pda0
16.10.2017 13:33Серьёзно? Т.е. «Почему бы так не делать, ведь это так легко» — застроить всю Сахару баками с морской водой и выращивать водоросли? Не смотря на то, что водоросли выращивают искусственно, там, где это возможно.
И что вы, кстати, предлагаете делать с водорослями? Растение не превращает углекислый газ в кислород магией, а забирает углерод в свою массу. Когда растение погибает или съедается — процесс запускается в обратную сторону. Деревья полезно сажать, потому что они консервируют углерод на десятилетия, а то и века. Будем захоранивать водоросли в шахтах?Wolframium13
16.10.2017 14:59И через пару миллионов (миллиардов?) лет получим шахту с нефтью, красота!
pda0
16.10.2017 17:35Сотню миллионов. Каменным углем.
P.S. Не в курсе, кто делает стартап по этому направлению? Предлагаю вложиться. :)
darthmaul
16.10.2017 20:44И что вы, кстати, предлагаете делать с водорослями
Солярку, мазут и твёрдое топливо. Гуглим «third generation biofuels». Да, углекислота вернётся в атмосферу, но зато мы сэкономим выбросы за счёт того что заменим биотопливом ископаемые топлива. Плюc биотопливо в отличии от модных солнечных панелей и электроавтомобилей реально работает с позитивным EROEI в разном климате и вписывается в существующую инфраструктуру.pda0
16.10.2017 23:22Да не вопрос. Осталось только прикинуть сколько баков надо поставить, как прокачивать через них морскую воду, во сколько обойдётся завод по переработке. Сколько стоить будет проект и когда окупится. Или с какими дотациями хотя бы взлетит…
darthmaul
16.10.2017 23:24Самая интересная итерация этой технологии предлагает выращивать водоросли прямо в море. Остаётся угроз неконтролируемого распространенния этих водорослей но думаю вопрос решимый. Зато площади условно бесконечные и бесплатные, можно собрать явно больше топлива, чем нужно человечеству.
pda0
16.10.2017 23:56До… Бесконечные. :) Водоросли не растут где попало. (Если конечно вы не планируете возиться с фитопланктоном.) Споры водорослей крепятся к дну. Плюс ограничения по свету, температуре, скорости течения воды… В целом сам факт того, что для выращивания искусственных водорослей уже сегодня делают искусственные рифы намекает на то, что площади вовсе не бесконечные. И уже не бесплатные.
darthmaul
17.10.2017 00:26Я имею ввиду что-то наподобии этого:
www.nasa.gov/centers/ames/research/OMEGA/index.html
Обычный по сути пластиковый «рукав», плавающий на поверхности океана, в который подают углекислый газ и сточные воды. В рукаве растут водоросли (насколько я понял — таки фитопланктон), их перерабатывают на топливо. На мой взгляд самая большая сложность — материал рукава, а именно, разрушение полимеров солнечным светом и механический износ от волн. Если решить эту проблему, можно покрывать моря и океаны в огромных масштабах. Сточные воды и углекислоту можно будет заменить морской водой и обычным воздухом (само собой, водоросли также другие) — эффективность на единицу площади ниже, зато можно строить вдали от берега. И предвижу вопрос «как подавать воздух вдали от берега». Моя идея — автономный плавучий буй, оснащенный солнечными батареями, аккумуляторами и компрессором. Ну а фотобиореакторы и им подобные изобретения так и будут нишевыми, слишком высокая у них себестоимость топлива.
UPD. А вот собственно мешки с водорослями. Думал это лишь концепт, а они и прототип сделали
www.nasa.gov/centers/ames/news/features/2009/clean_energy_042209.html
Droid_paranoid
15.10.2017 21:35Воду будет производить другой завод. И при этом немного выбрасывать СО2.
Slann
16.10.2017 10:23Вы хоть абзац дочитайте.
Газированную воду закачивают под землю на глубину более 700 метров. Там она реагирует с базальтовой породой, а CO? преобразуется в твёрдый минерал (см. научную статью 2016 года с описанием химической реакции). Так происходит минерализация углекислого газа.
И объясните теперь, каким образом этот процесс кого-то калечит.Gnuava
16.10.2017 12:37А пресной воды у нас неограниченные объемы, чтобы ее вот так расходовать?
ice938
16.10.2017 19:54А кто говорил про пресную? Это раз, а во вторых- эта вода из-под земли хлещет, в виде кипятка из сильно минерализированной, не пригодной для питья воды. Ее просто обратно закачивают после того, как теплом воспользовались.
pfa
15.10.2017 17:05При стоимости даже $600 за тонну, 10 мегатонн дают 600 * 10^7 = 6 миллиардов, что, в общем-то, семечки для современных развитых экономик. Откуда взялось 500 миллиардов при стоимости в $50 за тонну?
GrigoryPerepechko
15.10.2017 22:23Ага, а еще позабавил расчет в котором 50 тонн CO2 в год генерирует одна семья в США.
Выходит что все штаты генерируют ну скажем 50*50 000 000 = 2.5 гигатонны в год.
А чуть выше по тексту сказано что CO2 накапливается со скоростью 4 мегатонны в год.Alvander
16.10.2017 07:47Меня улыбнула другая оценка:
сейчас растения и деревья перерабатывают только 20-80% ежегодных выбросов CO?.
Могли бы не заморачиваться и 0-100% насчитать :)
Как, при такой точности оценки можно вообще строить прогнозы последствий парникового эффекта?zackM
16.10.2017 16:56Могли бы не заморачиваться и 0-100% насчитать :)
Как, при такой точности оценки можно вообще строить прогнозы последствий парникового эффекта?
это не точность оценки, а количество переработанного в различные годы, в один год температура океана была выше — фитопланктона развилось больше; температура воздуха была выше — фауна «проснулась» раньше. Гот фотосинтетической активности был длиннее и интенсивнее. Ну это если грубо говорить.
batja84
15.10.2017 17:13+1чтобы спасти планету от самых разрушительных последствий глобального потепления
vassabi
первая мысль: О! какой-то исландец решил хайпануть на всемирном потеплении, и рекламирует деньги из воздуха.
вторая мысль: да ведь это же, можно сказать, заря направленного терраформирования планеты. Т.е. не просто установка, которая делает, скажем, кирпичи, и как-то там побочно — влияет на окружающую среду. А устройство, целевым назначением которого является именно это влияние!
Gryphon88
Обижате, «решил хайпнуть», ха, рынок карбон-кредитов очень развит и продолжает расти.