Главное Меню

Предотвращение изменения климата: 5 технологий удаления углекислого газа из атмосферы

В статье, недавно опубликованной в журнале IEEE Spectrum, инженеры Google объясняют почему компания прекратила научно-исследовательскую деятельность в области возобновляемых источников энергии. В 2007 году Google запустил амбициозный проект RE<C с целью развития технологий возобновляемой энергетики, способных производить электроэнергию дешевле угольных электростанций. Компания рассчитывала значительно уменьшить концентрацию углекислого газа (СО2) в атмосфере, тем самым способствуя предотвращению катастрофического изменения климата. В 2011 году компания поняла, что RE<C не сможет достичь поставленных целей и закрыла проект. Исследователи Google пришли к следующему выводу:

‘’Даже если Google и другие компании перейдут к масштабному использованию возобновляемой энергии, это не приведет к значительному сокращению выбросов углекислого газа. Изменение климата невозможно предотвратить с помощью существующих технологий возобновляемой энергетики. Мы должны найти для этого принципиально иной подход.’’

Согласно Google, даже при наилучшем сценарии развития возобновляемой энергетики, изменение климата будет продолжаться нынешними темпами. Главной причиной этого является растущее использование ископаемого топлива, а также существующий предельно-допустимый объем углекислого газа в атмосфере, который будет повышать температуру на планете, даже если все электростанции перестанут работать.

‘’В 2008 году исследование Джеймса Хансена, бывшего директора Института космических исследований NASA и одного из ведущих мировых экспертов в области изменения климата, показало всю серьезность сложившейся ситуации. В своем исследовании Хансен ставил задачу определить максимально допустимый уровень содержания СО2 в атмосфере, сохраняющий климатические условия, при которых развивалось человечество и к которым адаптировалась живая природа на Земле. Модели Хансена показали, что превышение содержания СО2 в атмосфере 350 миллионных долей (ppm) может привести к началу серьезных климатических изменений. При этом, уже в 2013 году содержание углекислого газа в атмосфере Земли впервые в истории человечества превысило отметку в 400 ppm. Данная ситуация особенно проблематична, так как жизненный цикл СО2 в атмосфере составляет более ста лет. Поэтому даже если предположить, что все тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе будут закрыты, существующий объем углекислого газа в атмосфере будет способствовать увеличению температуры на планете.

Мы решили совместить наш наиболее благоприятный сценарий развития энергетических технологий с климатической моделью Хансена для того, чтобы понять сможет ли сокращение выбросов углекислого газа на 55% к 2050 году привести к снижению его концентрации в атмосфере до порогового уровня в 350 ppm. Наши расчеты показали, что даже если все существующие технологии возобновляемой энергетики будут развиваться и внедряться в глобальном масштабе по самому оптимистичному сценарию, то уровень СО2 в атмосфере все равно продолжит стремительно расти, главным образом из-за увеличивающегося использования ископаемого топлива. Таким образом, наш наилучший сценарий, основанный на самых оптимистичных прогнозах развития возобновляемой энергетики, предполагает серьезные изменения климата, которые могут привести к таким катастрофическим последствиям, как смещение климатических зон, окисление океана и нехватка пресной воды. На наш взгляд, изменение данной ситуации потребует создания кардинально новых ‘’зеленых’’ источников энергии, а также технологий извлечения СО2 из атмосферы и секвестрации углерода. ‘’

Из выводов исследователей Google можно выделить две основные идеи:

  • Существующие технологии возобновляемой энергетики не смогут справиться с глобальными климатическими изменениями ;
  • Даже если мир перейдет к масштабному использованию возобновляемых источников энергии, то этого будет недостаточно для того, чтобы решить проблему глобального потепления.

Несмотря на критические выводы Google, стоит отметить, что технологии возобновляемой энергетики стремительно развиваются. Сегодня во всем мире прикладываются большие усилия для создания новых, более эффективных экологически чистых источников энергии и оптимизации энергопотребления. В отличие от Google, такие международные корпорации, как GE и Siemens, а также большое количество более мелких производителей энергетического оборудования, продолжают активно инвестировать в исследовательские проекты, связанные с возобновляемыми источниками энергии.

В тоже время, в отличие от всеобщего внимания к развитию возобновляемой энергетики, технологии извлечения углекислого газа из атмосферы еще малознакомы широкой публике. При этом, удаление СО2 из атмосферы не менее важно, чем развитие технологий возобновляемой энергетики. Согласно выводам исследователей Google, удаление критической части исторических выбросов углекислого газа является одним из ключевых моментов в предотвращении изменения климата. В данном контексте я бы хотел представить краткий обзор пяти стартапов, работающих над созданием инновационных технологий прямого удаления углекислого газа из воздуха.

Carbon Engineering

Канадская компания Carbon Engineering разрабатывает технологию, которая позволит удалять углекислый газ прямо из воздуха и использовать его в различных промышленных приложениях, включая производство топлива с ультра-низким содержанием углерода. Данная технология включает в себя следующие два процесса:

  • Углекислый газ улавливается с помощью созданного компанией устройства, названного воздушным контактором (aircontactor). Данный модуль содержит химический раствор, который абсорбирует молекулы СО2.
  • Раствор, содержащий углекислый газ проходит цикл регенерации, в результате которого выделяется чистый СО2 и исходный химический раствор, используемый в процессе улавливания. Для осуществления данного цикла используется природный газ, либо энергия возобновляемых источников.

Извлеченный из атмосферы углекислый газ впоследствии смешивается с СО2, выделившимся при сгорании природного газа. Данная смесь очищается, компримируется и отправляется под высоким давлением для дальнейшего промышленного использования.

CEФото: Carbon Engineering

Climeworks

Climeworks является спин-офф компанией Высшей технической школы Цюриха. Climeworks коммерциализирует инновационную технологию извлечения углекислого газа из воздуха, в основе которой лежит циклический процесс адсорбции/десорбции на высокоэффективном сорбенте (модифицированном диаминами силикагеле). Во время адсорбции, молекулы содержащегося в атмосферном воздухе СО2 притягиваются к поверхности сорбента. На стадии десорбции, насыщенный сорбент нагревают до 95°C, что приводит к извлечению газообразного СО2 высокой чистоты. При этом 90% энергии, потребляемой данным процессом может быть обеспечено за счет низкотемпературного тепла.

В начале 2014 года немецкий автомобильный концерн Audi объявил о сотрудничестве с компанией Climeworks в разработке процесса производства синтетического дизельного топлива (e-diesel). Двумя основными компонентами данного топлива являются водород и углекислый газ. При этом, водород будет производиться путем электролиза воды, с использованием электроэнергии, полученной с помощью возобновляемых источников. Углекислый газ будет производиться из воздуха, благодаря технологии Climeworks. В итоге, при сжигании одного литра данного топлива будет выделяться столько же углекислого газа, сколько удаляется из атмосферы для производства этого литра.

COAWAY

Американская компания COAWAY разработала технологию, позволяющую захватывать большие объемы СО2 из воздуха, а также из таких точечных источников, как тепловые электростанции. Компания разработала инновационный способ удаления СО2, используя для этого поток атмосферного воздуха существующих охладительных башен (градирен) ТЭЦ.На входе подачи воздуха охладительных башен устанавливаются разработанные COAWAY устройства, способные обрабатывать большое количество воздуха за короткое время. В данных устройствах происходит химическая реакция абсорбции СО2, детали которой компания не раскрывает. Далее, суспензия, содержащая извлеченный углекислый газ помещается в нагревательную камеру, где термически разделяется на чистый СО2 и абсорбент, используемый в устройстве улавливания. По данным COAWAY использование существующих градирен позволит существенно снизить затраты извлечения СО2.

Kilimanjaro Energy

Другая американская компания Kilimanjaro Energy работает над созданием уникальной технологии удаления СО2 из атмосферы. Компания была основана Клаусом Лакнером – профессором Колумбийского университета и одним из пионеров в области прямого удаления углекислого газа из атмосферы. Профессор Лакнер разработал технологию ‘’искусственного дерева’’, листья которого впитывают углекислый газ в тысячу раз эффективней, чем листья настоящих деревьев. ‘’Искусственные листья’’ представляют собой полоски пластика, покрытые смолой, содержащей карбонат натрия, который абсорбирует углекислый газ из воздуха и сохраняет его в виде бикарбоната натрия (пищевой соды) на поверхности листа. Для того, чтобы удалить абсорбированный СО2, листья промываются водой в вакуумной камере. Выделенный СО2 компримируется и передается для промышленного использования, или секвестрации. Профессор Лакнер считает, что десять миллионов ‘’искусственных деревьев’’ cмогут за год удалить около 3,6 млрд. тонн СО2, что будет соответствовать снижению концентрации углекислого газа в атмосфере на 0,5 ppm.

LacknerФото: Justin Strauss / thecityatlas.org

Global Thermostat

Компания Global Thermostat была основана в 2010 году с целью коммерциализации инновационной технологии прямого улавливания углекислого газа из воздуха. Созданная технология интегрируется в другие промышленные процессы, такие как производство электроэнергии, и использует их технологическое тепло для своей работы. Демонстрационная установка Global Thermostat представляет собой прямоугольную башню, в которой мощные вентиляторы прогоняют воздух через контакторы, состоящие из керамических, сотообразных пластин, покрытых аминовым сорбентом. Пластины абсорбируют молекулы СО2, после чего контакторы поднимаются вверх по башне, где поочередно освобождаются от углекислого газа под воздействием промышленного пара. Использование промышленного тепла для десорбции СО2 значительно снижает стоимость процесса, делая установку более рентабельной. Технология Global Thermostat может также работать, используя технологическое тепло возобновляемых источников энергии. Например, удаление СО2 из воздуха может быть осуществлено с помощью тепла, полученного от солнечных панелей.

Технологии прямого удаления углекислого газа из воздуха могут способствовать стабилизации концентрации парниковых газов в атмосфере. Тем не менее, данные технологии смогут найти широкое применение, только будучи экономически выгодными. На сегодняшний день существуют различные мнения о стоимости удаления углекислого газа в промышленном масштабе. При этом, оценки варьируются от $20 до $1000 за тонну удаленного СО2. По мнению Клауса Лакнера, основателя Kilimanjaro Energy, технология ‘’искусственных деревьев’’ сможет удалять СО2 из воздуха за $200. В тоже время, ученый полагает, что данная цена может снизиться до $30 в случае масштабном внедрении технологии. Грасьела Чичилински, генеральный директор Global Thermostat, считает, что ее компания в будущем сможет производить чистый СО2 за $20 за тонну. Однако, по мнению других экспертов, данные оценки кажутся слишком оптимистичными. Например, согласно оценкам Американского физического общества, реальная стоимость удаления одной тонны СО2 из атмосферы составит $600.

В условиях свободного рынка, удаление углекислого газа из воздуха становится экономически целесообразным начиная от $100 за произведенную данным способом тонну СО2. $100 – это цена, которую согласны платить нефтяные компании за тонну сжиженного СО2, используемого для заполнения истощённых пластов с целью повышения нефтеотдачи. При снижении стоимости производства, извлеченный из воздуха СО2 может обеспечить не только нефтяную отрасль, но и различные другие секторы. Например, СО2 используется при производстве пластмасс и биотоплива, а также для выращивания овощей и фруктов в тепличных хозяйствах. Одним из способов сокращения расходов, может стать размещение установок удаления углекислого газа в регионах с дешевой рабочей силой, низкими затратами на строительство и, в идеале, с высоким спросом на СО2. Так как углекислый газ рассеян по всей планете, он может быть удален в любом ее месте. Например, углекислый газ, выброшенный в атмосферу на угольной электростанции в США может быть удален с помощью установок, находящихся в Индии или Бразилии. Другим фактором, который может способствовать крупномасштабному внедрению технологий удаления углекислого газа из атмосферы, является законодательство. Так как технологии удаления углекислого газа могут внести важный вклад в предотвращение изменения климата, правительства могут субсидировать часть затрат на их реализацию. С точки зрения международного климатического регулирования, стоимость отрицательных выбросов может стать основой для рационального расчета квот на выбросы СО2 в мировом масштабе. В этой связи могут быть установлены международные требования, обязывающие компании внедрять технологии удаления углекислого газа из атмосферы, либо осуществлять выплаты, эквивалентные стоимости удаления.

,

Одно сообщение на Предотвращение изменения климата: 5 технологий удаления углекислого газа из атмосферы

  1. Виктор Родин July 16, 2015 at 4:52 pm #

    Несколько технологий, которые я ввёл в свои программы.
    Статистика: «Один гектар взрослого леса поглощает ежегодно до 6,5 тонн углекислого газа и выделяет 5 тонн кислорода». 1000 га уберут из атмосферы шесть с половиной тысяч тонн углекислоты, миллион – шесть с половиной миллионов, и так далее, и так каждый год. Готовая технология по выводу из атмосферы углекислого газа и устранения потепления.
    Ещё. «Один гектар зеленых насаждений поглощает 60 тонн пыли и очищает от вредных примесей 18 миллионов кубометров воздуха». Это на 70% готовые очистные сооружения! Все лёгкие соединения уберёт Природа, человеку останется убрать тяжёлые.
    Ещё. «Производит порядка 2 тонн фитонцидов – эфирных масел, смол, ароматических веществ, бальзама и прочих мало исследованных лечебных эфирных соединений». Это природная Фабрика Здоровья для Человека, и особенно воспроизводящей части сообщества – Женщин и Детей».

Оставить Сообщение