Прямой захват воздуха: плюсы и минусы

При смягчении последствий климатического кризиса основное внимание уделяется прежде всего предотвращению попадания парниковых газов в атмосферу. Количество углекислого газа (CO2), образующегося при сжигании ископаемого топлива, по мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), является крупнейшим антропогенным фактором потепления на планете с 1700-х годов. Поскольку последствия изменения климата становятся все более разрушительными для человека и природных систем, необходимость поиска нескольких путей замедления потепления становится все более насущной. Одним из инструментов, который обещает помочь в этих усилиях, является технология прямого захвата воздуха (англ. Direct air capture, или DAC) (1).

Хотя технология DAC в настоящее время полностью функциональна, ряд проблем затрудняют ее широкое внедрение. Такие ограничения, как затраты и потребности в энергии, а также возможность загрязнения окружающей среды, делают DAC менее желательным вариантом для сокращения выбросов CO2. Его больший след на земле по сравнению с другими стратегиями смягчения последствий, такими как системы улавливания и хранения углерода (CCS), также ставит его в невыгодное положение. Однако насущная потребность в эффективных решениях проблемы атмосферного потепления, а также возможность технологических достижений для повышения его эффективности могут сделать DAC полезным долгосрочным решением.

Что такое прямой захват воздуха?

Прямой захват воздуха – это метод удаления углекислого газа непосредственно из атмосферы Земли посредством ряда физических и химических реакций. Затем вытянутый CO2 улавливается геологическими образованиями или используется для производства долговечных материалов, таких как цемент или пластмассы. Хотя технология DAC не получила широкого распространения, она потенциально может стать частью инструментария методов смягчения последствий изменения климата.

Преимущества прямого захвата воздуха

Как одна из немногих стратегий удаления CO2, который уже был выпущен в атмосферу, DAC имеет ряд преимуществ перед другими технологиями.

DAC снижает выбросы CO2 в атмосферу

Одним из наиболее очевидных преимуществ DAC является его способность уменьшать количество CO2, уже находящегося в воздухе. CO2 составляет всего около 0,04% атмосферы Земли, но, будучи мощным парниковым газом, он поглощает тепло, а затем снова медленно выделяется. Хотя он не поглощает столько тепла, как другие газы, такие как метан и оксид азота, он оказывает большее влияние на нагревание из-за своей стойкости в атмосфере (2, 3).

По данным климатологов NASA, последнее измерение CO2 в атмосфере составило 416 миллионных долей (ppm). Быстрый рост концентрации CO2 с начала индустриальной эпохи и особенно в последние десятилетия заставил экспертов МГЭИК предупредить о необходимости принятия решительных мер, чтобы Земля не нагрелась более чем на 2 градуса по Цельсию. Очень вероятно, что такие технологии, как DAC, должны быть частью решения, чтобы предотвратить опасное повышение температуры (4, 5).

Его можно использовать в самых разных местах

В отличие от технологии CCS, установки DAC могут быть развернуты в большем количестве мест. DAC не нужно подключать к источнику выбросов, например, электростанции, для удаления CO2. Фактически, размещение объектов DAC близко к местам, где захваченный CO2 затем может храниться в геологических образованиях, устраняет необходимость в обширной трубопроводной инфраструктуре. При отсутствии протяженной сети трубопроводов вероятность утечки CO2 значительно снижается (6).

DAC требует меньшей занимаемой площади

Требования к землепользованию для систем DAC намного меньше, чем методы секвестрации углерода, такие как биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS). BECCS – это процесс превращения органического материала, такого как деревья, в энергию, такую как электричество или тепло. CO2, который выделяется при преобразовании биомассы в энергию, улавливается и затем сохраняется. Поскольку этот процесс требует выращивания органического материала, он использует большое количество земли для выращивания растений, вытягивающих CO2 из атмосферы. В настоящее время площадь землепользования, необходимая для BECCS, составляет от 880 до 5360 квадратных метров на каждую 1 тонну CO2 в год. С другой стороны, установкам DAC требуется всего от 0,15 до 4,5 квадратных метров (7, 8).

Его можно использовать для удаления или переработки углерода

После улавливания CO2 из воздуха процессы DAC предусматривают либо хранить газ, либо использовать его для создания долгоживущих или недолговечных продуктов. Строительная изоляция и цемент являются примерами продуктов с долгим сроком службы, которые могут удерживать уловленный углерод в течение длительного времени. Использование CO2 в долгоживущих продуктах считается одной из форм удаления углерода. Примеры короткоживущих продуктов, созданных с помощью уловленного CO2, включают газированные напитки и синтетическое топливо. Поскольку CO2 хранится в этих продуктах только временно, это считается формой рециркуляции углерода (9).

DAC может достичь нулевого или отрицательного выбросов

Преимущество создания синтетического топлива из уловленного CO2 заключается в том, что это топливо может заменить ископаемое топливо и по существу создать нулевые чистые выбросы углерода. Это не снижает количество СО2 в атмосфере, но удерживает общий баланс СО2 в воздухе от увеличения. Когда углерод улавливается и хранится в геологических образованиях, цементе или глубоком океане, уровни CO2 в атмосфере снижаются. Это может создать сценарий с отрицательными выбросами, когда количество улавливаемого и хранимого СО2 превышает количество выбрасываемого.

Недостатки прямого захвата воздуха

Хотя есть надежда, что основные препятствия на пути широкого внедрения DAC можно быстро преодолеть, у использования этой технологии есть несколько существенных недостатков, включая стоимость и потребление энергии.

DAC требует большого количества энергии

Чтобы пропустить воздух через ту часть установки DAC, которая содержит сорбирующие материалы, улавливающие CO2, используются большие вентиляторы. Эти вентиляторы требуют большого количества энергии для работы. Высокие энергозатраты также необходимы для производства материалов, необходимых для процессов DAC, и для нагрева сорбирующих материалов для повторного использования. Ученые из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы в Саудовской Аравии подсчитали, что количество жидкого или твердого сорбента, необходимого DAC для достижения целей по сокращению выбросов углерода в атмосфере, установленных МГЭИК, составит от 45% до 191% от общего мирового энергоснабжения. Если для обеспечения этой энергии используется ископаемое топливо, то DAC будет труднее стать углеродно-нейтральным или углеродно-отрицательным (10, 11).

В настоящее время это очень дорого

По состоянию на 2021 год стоимость удаления метрической тонны CO2 составляет от 250 до 600 долларов. Различия в стоимости зависят от того, какой тип энергии используется для запуска процесса DAC, от того, используется ли технология жидкого или твердого сорбента, а также от масштаба операции. Трудно предсказать будущую стоимость DAC, потому что необходимо учитывать множество переменных. Поскольку CO2 не очень концентрирован в атмосфере, его удаление требует большого количества энергии и, следовательно, этот процесс становится очень дорогим. А поскольку сейчас очень мало рынков, желающих покупать CO2, возмещение затрат является проблемой (12).

Экологические риски

CO2 из DAC необходимо транспортировать, а затем закачивать в геологические образования для хранения. Всегда существует риск утечки в трубопроводе, загрязнения грунтовых вод в процессе закачки или того, что нарушение геологических образований во время закачки вызовет сейсмическую активность. Кроме того, жидкий сорбент DAC использует от 1 до 7 тонн воды на каждую тонну улавливаемого СО2, в то время как процессы твердого сорбента используют около 1,6 тонн воды на тонну уловленного СО2 (13).

Прямой захват воздуха может обеспечить повышение добычи нефти

Для увеличения добычи нефти используется CO2, который закачивается в нефтяную скважину, чтобы помочь откачать недосягаемую нефть. Для того чтобы повышенная нефтеотдача считалась углеродно-нейтральной или углеродно-отрицательной, используемый CO2 должен поступать из DAC или от сжигания биомассы. Если количество закачанного СО2 не меньше или равно количеству СО2, которое будет высвобождено при сжигании извлеченной нефти, то использование СО2 для увеличения нефтеотдачи может в конечном итоге принести больше вреда, чем пользы (14).

Источник