Заслуживающие внимания концепции удаления углерода были встречены как похвалой, так и спорами.
На этой неделе все думают об изменении климата, поскольку мировые лидеры собираются на конференции ООН по изменению климата COP26 2021 года в Глазго.
Есть много отраслевых разговоров о том, применяются ли технологии и методы борьбы с углеродом, такие как хранение углерода, улавливание углерода, преобразование углерода, а секвестрация углерода может оказать значительное влияние на удаление углекислого газа, наиболее распространенного парникового газа. сегодня.
Вот краткий обзор того, что означают эти термины, текущее состояние технологий и то, как они будут выглядеть на практике.
[Связанный: Краткое руководство по климатическому жаргону, который вы услышите на COP26]
Улавливание углерода
Улавливание углерода чаще всего относится к процессу удаления углекислого газа из различных источников, таких как дымовые трубы электростанции, работающие на ископаемом топливе, таком как уголь, нефть или газ, а также от производства и производства удобства.
Улавливание также относится к удалению углекислого газа непосредственно из атмосферы, что называется удалением углекислого газа (CDR) или прямым захватом воздуха (DAC).
Однако дымовой газ, выходящий из дымовой трубы электростанции или промышленного объекта, содержит гораздо большее количество углерода, примерно от 10 до 15 процентов углекислого газа. Между тем, концентрация углекислого газа в общей атмосфере составляет от 400 до 450 частей на миллион (частей на миллион), или около 0,04 процента.
[Связанный: Джона Керри раскритиковали за заявление о технологии резки углерода. Он прав?]
«В атмосфере у нас есть углекислый газ, о котором мы беспокоимся и который важен с точки зрения воздействия на радиационное воздействие и потепление климата. Но это очень размыто с точки зрения захвата», — говорит Гарри Этуотер, профессор прикладной физики и материаловедения Калифорнийского технологического института. «Поэтому люди должны разработать оригинальные методы улавливания, а затем концентрирования углекислого газа в виде чистого потока».
Швейцарская компания Климворкс, например, является одной из ведущих компаний в области улавливания углерода. По всей Европе существует более дюжины установок прямого захвата воздуха, в которых используются вентилятороподобные машины для отфильтровать углекислый газ из воздуха, а затем нагреть захваченные молекулы, чтобы прокачать их метро.
Другая компания, например Углеродная инженерияраспылите основное химическое вещество, такое как гидроксид калия, чтобы связать и вытянуть углекислый газ (кислотный) из воздуха.
«Существует несколько технологий для прямого захвата воздуха, которые разрабатываются. Там также улавливание углекислого газа из океанов", - говорит Этуотер, как Проект АРПА-Э он работает над которым получил финансирование от Министерства энергетики.
Несколько Национальные академии отчеты показывают, что технологии, которые активно удаляют углекислый газ из атмосферы нужно серьезно подумать как одно из многих решений по борьбе с изменением климата.
[Связанный: Улавливание углерода может сдержать глобальное потепление — вот как это работает]
«Было много работы над тем, как отделить этот углекислый газ от других газов», — говорит Питер Келемен, профессор наук о земле и окружающей среде Колумбийского университета. «Если он у вас есть, конечно, вы должны его где-то хранить».
Улавливание и хранение углерода
С точки зрения Келемен, хранение и секвестрация «в значительной степени синонимы», за исключением того, что секвестрация используется, когда хранение двуокиси углерода является «по существу постоянным» с помощью таких методов, как геологические хранилище. Норвежский Слейпнер Проект Келемен говорит, что в Северном море, например, плотный флюид углекислого газа хранится под давлением в порах под морским дном.
Однако у секвестрации углерода под землей есть один существенный недостаток. крупный рынок потому что технология находится в улучшенное восстановление ископаемого топлива, отмечает Этуотер, когда компании хотят закачивать углекислый газ под давлением в существующие масло и газовые резервуары, чтобы получить больше продукта.
Например, кто-то из индустрии усовершенствованного гидроразрыва может заявить, что у них чистый выброс углерода, потому что технически они берут углекислый газ из воздуха и закачивают его под землю. «Но, конечно же, то, что они делают, также способствует извлечению метана, который является парниковым газом, а затем углекислого газа», — говорит он. Поэтому важный вопрос, который следует всегда задавать, заключается в том, является ли весь процесс, который использует компания, отрицательным, положительным или нейтральным.
Исландия использует комбинированную технологию от Climeworks и КарбФикс чтобы не только улавливать углекислый газ и закачивать его под землю, но и постоянно хранить его в виде твердых веществ. Эти углеродсодержащие минералы, которые в основном представляют собой «карбонаты», такие как кальцит и магнезит, могут хранить углекислый газ в течение тысяч лет.
[Связанный: Вулканы могут стать нашими пламенными союзниками в борьбе с выбросами углерода]
«Если есть благоприятные слои, которые позволяют преобразовать секвестрированный углекислый газ в твердую форму, то это делает его гораздо более геологически стабильна, и мы можем сказать, что она была безопасно изолирована без особого страха или опасения, что она снова будет выброшена наружу». говорит Этуотер. «CarbFix удалось понять реакцию между закачиваемым углекислым газом в минеральных пластах для создания устойчивых карбонатов».
По словам Этуотера, просто размещать дополнительный углерод под землей менее целесообразно, чем секвестрировать углекислый газ в товарный продукт, имеющий экономическую ценность. К счастью, многие компании и ученые отказались от этого пути. Многие исследователи рассматривали возможность включения твердых форм углерода в строительные материалы, такие как сталь и цемент, ан уже выбросы-тяжелая промышленность, — говорит Этуотер. «Что, если бы мы могли на самом деле взять углекислый газ, выделяемый в результате всего прошлого синтеза строительных материалов, а затем превратить его обратно в материалы, которые мы могли бы использовать, такие как композиты из углеродного волокна и другие формы более щадящего хранения углерода», — сказал он. добавляет. «Это будет бессрочная форма хранения».
В отличие от твердого хранения углерода, существует другой тип менее неопределенной формы хранения углерода: в качестве топлива.
[Связанный: Если мы собираемся улавливать наши выбросы углерода, мы могли бы также использовать их]
Ископаемое топливо, такое как бензин (разновидность жидкого углеводорода), соединяется с кислородом, чтобы вступить в реакцию сгорания в наших автомобилях с образованием углекислого газа и воды. Многие ученые искали способы запустить эту реакцию в обратном направлении, забирая углекислый газ и воду и превращая их обратно в топливо и кислород.
Atwater и Caltech являются частью спонсируемого Министерством энергетики Альянс жидкого солнечного света чья цель состоит в том, чтобы выяснить, как использовать солнечную энергию, чтобы повернуть вспять эту реакцию образования топлива. Большим преимуществом этого метода будет возможность повторного использования топлива для таких сложных для обезуглероживания отраслей, как авиаперевозки, судоходство и производство стали.
«Это может быть реактивное топливо, которое можно перерабатывать [а затем] повторно использовать в самолете. Это будет нулевой углерод в том смысле, что вы уравновесите превращение углекислого газа в топливо со сгоранием топлива в углекислый газ», — говорит Этуотер. «Это был бы способ производства возобновляемого авиационного топлива, и это то, в чем заинтересованы многие авиакомпании».
Эта идея уже активно развивается. Компания, базирующаяся в районе залива, называется Двенадцать (названный в честь атомной массы углерода в периодической таблице) работает над преобразованием углекислого газа обратно в топливо. Немецкая компания под названием Атмосферная ярмарка также производит синтетическое топливо для реактивных двигателей, нейтральное по отношению к двуокиси углерода, путем объединения водорода, вырабатываемого ветряными турбинами, с захваченным углекислым газом (его первый клиент Люфтганза).
Стоимость углерода
В течение следующих нескольких лет экспертам предстоит взвесить все «за» и «против» некоторых имеющихся у нас вариантов очистки атмосферы от углекислого газа.
Даже традиционные методы как посадка лесов и создание естественной биомассы для хранения углерода могут быть сложными для реализации и поддержания. «Восстановление лесов в развивающихся странах является политически и этически проблематичным, потому что люди, которые вырубали деревья, делали это по какой-то причине и могут владеть землей», — говорит Келемен. «Облесение и производство биотоплива проблематичны, потому что они конкурируют с производством продуктов питания за пахотные земли».
Кроме того, новые леса удаляют значительное количество углерода только тогда, когда растет лес или лес водорослей в океане, объясняет Келемен. «Как только они достигают «устойчивого состояния» (например, зрелого леса), скорость поглощения углекислого газа из-за роста невелика. больше, чем скорость выбросов углекислого газа из-за дыхания живых растений и разложения «мертвой» биомассы».
Чтобы поддерживать большой поглотитель углерода в лесу, необходимо постоянно собирать растения и защищать их от гниения.
Между тем, огромной проблемой для технологий улавливания и секвестрации углерода является цена. «Если вы просто собираетесь улавливать углерод, для этого потребуются граждане и лидеры передовых промышленных общества согласиться в основном облагать себя налогом, чтобы покрыть стоимость хранения этого углерода», — говорит Этуотер. «В настоящее время нет согласованной во всем мире цены на углерод за тонну, что является одной из проблем».
Пока рынки углеродных кредитов появляются в корпоративном секторе, прямо сейчас существует разрыв между спросом и емкостью для методологий хранения. «У нас просто не хватает технологий, чтобы удовлетворить спрос. Мы переживаем странный момент», — говорит Этуотер. «Спрос на углеродные кредиты буквально гигатонны, а мощности всего килотонны».
Большинство антиуглеродных технологий находятся в зачаточном состоянии. Также отсутствует масштабная инфраструктура, поддерживающая их рост и расширение. «Углеродоотрицательные технологии, если только вы не собираетесь просто закачивать углекислый газ под землю, который вы захватили, им придется создавать новые продукты, такие как топливо, специальные химикаты и материалы», — говорит Этуотер. «Большие рынки существуют для таких вещей, как топливо, цемент и сталь. Это то, что мы производим в гигатонном масштабе».
Эти методы иногда окутаны спорами, а именно потому, что многие утверждают, что улавливание и хранение позволяет компаниям, занимающимся ископаемым топливом, избавиться от гигантского углеродного следа. Этуотер говорит: «Чтобы достичь нашего состояния устойчивого уровня углерода в атмосфере ниже нашего нынешнего уровня и вернуться к доиндустриальному уровню, нам нужно будет обезуглерожить и электрифицировать все, что мы можем». Но для отраслей, которые «практически невозможно обезуглерожить», хранение открывает возможность обратить эти выбросы в нужное русло. использовать.