Промышленная революция, основанная на использовании ископаемого топлива, подарила человечеству множество полезных технологий. Попутно сжигание угля, нефти и газа привело к росту концентрации СО2 в атмосфере, что усилило парниковый эффект и уже разогрело в последнее десятилетие климат Земли более чем на 1 °С по сравнению со второй половиной XIX века. Впрочем, существует мнение, что технологии же и решат эту проблему, имеются в виду технологии (а также практики, методы и подходы) удаления углерода из атмосферы (Carbon Dioxide Removal, CDR) и его последующего удержания, захоронения или утилизации (использования).
Возможно, методы CDR рано или поздно полностью решат проблему изменения климата. Однако, хотя они и необходимы для перехода к суммарным негативным эмиссиям (то есть к такому состоянию, когда антропогенное удаление СО2 из атмосферы будет превышать антропогенные эмиссии), в силу своей ограниченности не смогут заменить мер по снижению углеродоемкости современной экономики (в первую очередь энергетики и транспорта). Скорее CDR повлияют на уравновешивание тех выбросов, которые будет невозможно исключить полностью (рис. 1). Так, сценарий устойчивого развития (SSP1), который подразумевает удержание потепления на уровнях, зафиксированных в Парижском соглашении, предполагает извлечение порядка 10 Гт СО2/год в 2050 году и около 20 Гт СО2/год в 2100 году (NegEmiss, 2019).
Рис. 1. Роль CDR на различных временных горизонтах
Источник: IPCC, 2022
В целом роль будет увеличиваться, при этом большая часть отдается методам CDR, которые надо будет проводить на неуправляемых землях
По сути, технологии CDR, хоть и способствуют устойчивому развитию, но не решают проблему в целом.
Не решат ее и методы CCUS (Carbon Capture, Utilisation and Storage), которые вообще не предполагают извлечения углерода из атмосферы. Это может быть улавливание СО2 во время сжигания ископаемого топлива в трубе и его последующее захоронение тут же — в нефтяные пласты — для усиления давления на нефть. Такой метод повышения нефтеотдачи пластов использовался еще в 1950-е годы, но сейчас приобрел определенный «экологический» оттенок. Он действительно снижает общий углеродный след топливно-энергетического комплекса и хотя бы частично предупреждает попадание в атмосферу дополнительного СО2 от сжигания ископаемого топлива. Но при этом из атмосферы не выводится избыток углекислого газа, образовавшийся во время предыдущей антропогенной деятельности. Следовательно, это не является частью технологий CDR.
Исключение составляют только две разновидности CCUS — использование биоэнергетики с последующим улавливанием и захоронением углерода (Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS) и прямое улавливание углерода из атмосферы с его последующим захоронением (Direct Air Capture with Carbon Storage). В рамках данных подходов предполагается улавливать и использовать/захоранивать углерод, извлеченный непосредственно из атмосферы, — либо с помощью фотосинтеза (в случае BECCS), либо с помощью химических реакций (в случае DACCS).
Впрочем, существующих на данный момент мощностей BECCS и DACCS недостаточно. Согласно отчету IEA, по состоянию на сентябрь 2022 года в эксплуатацию введено 18 небольших заводов по прямому улавливанию углерода из атмосферы, которые улавливают около 10 тыс. тонн СО2 в год. На стадии разработки находится еще несколько десятков проектов по прямому улавливанию СО2 из атмосферы, включая крупномасштабные установки, которые могут улавливать до 1 млн тонн СО2 в год. Если все запланированные проекты реализуются, это позволит к 2030 году улавливать из атмосферы около 5,5 млн тонн углекислого газа, что в 700 раз выше современного уровня, но в 10 раз меньше уровня, который заложен в сценарии «чистого нуля». И, разумеется, это несопоставимо с объемом эмиссий: человечество выбрасывает ежегодно в атмосферу около 37 млрд тонн СО2.
С BECCS ситуация обстоит несколько лучше: согласно отчету IEA, на данный момент введенные мощности BECCS улавливают около 2 млн тонн СО2 из атмосферы, а если все заявленные на сегодняшний день планы по развитию данной технологии будут выполнены, этот показатель к 2030 году вырастет до 40 млн тонн СО2 (при этом сценарий «чистого нуля» предполагает улавливание с помощью BECCS в 2030 году 250 млн тонн СО2).
Помимо ограниченного потенциала и пока что высокой цены (за 1 тонну уловленного углерода), и BECCS, и DACCS имеют иные существенные недостатки. Так, биоэнергетика может приводить к снижению биоразнообразия, деградации экосистем, конкуренции с сельским хозяйством за занимаемые для выращивания монокультуры площади. Прямое улавливание углерода требует большого количества воды и чрезвычайно энергоемко — для улавливания одной тонны CO2 требуется 7–10 гигаджоулей.
Поэтому ученые говорят о необходимости развития разных технологий улавливания углерода из атмосферы. Так, помимо BECCS и DACCS, предлагается усиливать естественные процессы (циклы) выведения углерода из атмосферы, которые включают химическое выветривание минералов и поглощение углекислого газа океаном. Для этого необходимо увеличить добычу ряда горных пород (в первую очередь ультраосновных магматических пород, таких как оливинит, базальт и др.), дробить их в мелкую пыль и рассеивать ее над сушей или океаном. Кроме того, предлагается использовать и различные сельскохозяйственные практики, которые позволят удерживать углерод в почве. Стоит учитывать и усиление фотосинтеза — не только за счет высадки лесов, но и, например, за счет управления экосистемами в прибрежных заболоченных регионах.
Предложенные на сегодняшний день технологии обладают разным потенциалом и разной ценой внедрения, находятся на разной стадии развития (рис. 2). При этом ни одна из технологий не является окончательным решением проблемы изменения климата.
Рис. 2. Сравнение различных технологий извлечения углерода из атмосферы для потенциала смягчения изменения климата и стоимости. Цветом показана готовность технологий: от базовых принципов и концептуальных подходов к созданию технологий (красное), к полной готовности к применению и ее использованию (зеленый цвет).
Авторский рисунок, по данным IPCC, 2022.
Технологии CDR: A/R — Afforestation/Reforestation (высадка/восстановление лесов с целью сохранения углерода в лесных экосистемах), Af — Agroforestry (агролесоводство с целью сохранения углерода в почве), BC — Blue Carbon management in coastal wetlands (управление прибрежными водно-болотными угодьями и маршевыми лесами с целью улавливания углерода), Bc — Biochar (биочар, древесный уголь и его добавление в качестве удобрения), BECCS — Bioenergy and Carbon Capture and Storage (биоэнергетика с последующим улавливанием и захоронением углерода), DACCS — Direct Air Carbon Capture and Storage (прямое улавливание углерода из атмосферы и его последующее захоронение), ERW — Enhanced Rock Weathering (усиление химического выветривания минералов), IFM — Improved Forest Management (улучшение управления лесами), OAE — Ocean Alkalinity Enhancement (ощелачивание океана за счет распыления в океане измельченных силикатов), OF — Ocean Fertilization (фертилизация океана (в первую очередь железом) с целью интенсификации биопланктона), PCWR — Peatland and Coastal Wetland Restoration (восстановление болот и заболоченных прибрежных территорий), SCS — Coil Carbon Sequestration (различные сельскохозяйственные практики по секвестрации углерода в почве).
Фото на обложке: Soeren Stache / DPA
