Идея улавливать выбросы углекислого газа давно витает в воздухе (простите за каламбур). Каждый год человечество выбрасывает в атмосферу 36,8 миллиардов тонн этого газа, в результате чего его концентрация в воздухе увеличилась в полтора раза — с 278 до 420 ррm. 

Углекислый газ состоит из атомов углерода и кислорода (CO₂). Углерод — основа жизни на нашей планете. Из углеродных цепочек построены молекулы ДНК и РНК, белки, жиры и углеводы. Человек состоит из углерода на 18%, растения — до 50%. Живые организмы, почва, вода и атмосфера связаны углеродным циклом, в котором углекислый газ в воздухе играет важную роль.

В атмосферу углекислый газ попадает при разложении органики, при дыхании, при извержениях вулканов. А из атмосферы он удаляется при фотосинтезе и создании растениями органического вещества, а еще поглощается океанами. Эта система тысячелетиями находилась в балансе. Небольшая часть углерода консервировалась в виде угля, нефти и газа, но происходит это настолько медленно, что в масштабе столетий ее можно не учитывать. 

Этот баланс сохранялся до начала индустриального периода. За несколько десятилетий мы переместили в атмосферу углерод, который накапливался под землей сотни миллионов лет. Если представить атмосферу как ванну с водой, то примерно сколько в нее вливалось, столько и утекало, и поэтому уровень не менялся. Но сжигая топливо и уничтожая леса и почвы, мы как будто открыли несколько дополнительных кранов, и наша ванна скоро переполниться — уровень СО₂ дойдет до опасного уровня. 

Кончено, в первую очередь нам нужно думать о том, как прикрутить эти антропогенные краны, чтобы в атмосферу поступало меньше углекислого газа. Но было бы здорово еще и научиться откачивать воду из ванны — то есть убирать CO₂ из атмосферы назад под землю. 

Именно это и призваны сделать заводы по улавливанию углекислого газа. Но как работают такие технологии? Что делают с пойманным газом? За что их критикуют экологи? Разбираемся в новом материале. 

Ловим из труб и из воздуха

На сегодняшний день есть два основных подхода к улавливанию углекислого газа. 

Первый подход — удаление углекислого газа точечно в момент выбросов. Такие установки строят в промышленных зонах, например, на электростанциях, сжигающих природный газ или уголь. 

Эту технологию называют Carbon capture and storage (CCS) и иногда переводят как УХУ (улавливание и хранение углекислого газа). 

Рассмотрим пример УХУ из порта Томакомай, Япония. Выбросы нефтеперерабатывающего завода Idemitsu Kosan по трубам направляются на специальные установки. 

Удаление газа осуществляеся в этих трех башнях: там происходит химическая абсорбция СО₂. 

Потом СО₂ транспортируется по трубе до двух нагнетательных скважин, пробуренных с берега в морские подводные пласты глубиной 1000-3000 метров. Как будто по шприцу с огромной иглой, газ закачивается в пласт песчаника или вулканокластический слой глубоко в морском дне.

Второй тип улавливателей — это откачивание углекислого газа напрямую из воздуха. Эту технологию называют Direct air capture (DAC). 

Такие заводы выглядят как стена из вентиляторов или турбин. 

Воздух закачивается в емкости, где углекислый газ химически связывается адсорбентами. Очищенный воздух выпускается, а адсорбенты очищаются от СО₂ с помощью нагревания. Затем углекислый газ удаляется в специальные емкости, и система готова принять новую порцию воздуха. 

Например, так выглядит завод Mammoth в Исландии. Он улавливает выбросы СО₂ из воздуха и транспортирует их под землю, где они со временем будут превращаться в камень. 

Но сколько углекислого газа удается извлечь таким образом? 

О каких цифрах речь? 

Крупнейшие заводы по прямому улавливанию углекислого газа из воздуха построила компания Climeworks в Исландии. Завод Orca был построен в 2021 году. По ссылке можно посмотреть виртуальный тур по этому уникальному сооружению среди удивительных ландшафтов Исландии. Завод способен улавливать до 4000 тонн CO₂ в год. Это может звучать обнадеживающе, но на самом деле это мало — примерно как выбросы 790 автомобилей в год. Выбросы небольшой Исландии составляют 2,7 млн тонн, а улавливается от них всего 0,0014%. В 2024 году открылся Mammoth, второй завод компании, в десять раз больше предшественника. Он может улавливать 36 000 тонн углекислого газа в год, а значит, вместе эти заводы смогут поймать до 1,5% выбросов страны. 

Это большой прогресс, но при сравнении с глобальными выбросами эти цифры меркнут. Выбросы одной только компании Google составляют 14 миллионов тонн/год. 

Остальные проекты еще меньше. Однако технология постепенно масштабируется — в 2025 году должен открыться новый завод в Техасе, США, который сможет направлен удалять из воздуха 500 000 тонн CO₂ в год.

Установки улавливания на электростанциях и промышленных объектах показывают лучшие результаты, именно на них приходится большая часть всего собранного углекислого газа. В 2024 году эта технология используется на 50 объектах по всему миру. Еще 44 проекта в стадии строительства, и целых 534 проекта находятся в стадии разработки.

Например, станция улавливания в Японии собирает 300 тысяч тонн CO₂ в год. Крупнейший проект в этой области строится на угольной электростанции в Китае — установка будет улавливать 1,5 млн тонн CO₂ в год.

Сегодня обе технологии собирают около 0,1% мировых выбросов — около 45 миллионов тонн углекислого газа. Некоторые эксперты считают, что уже к 2030 году эта цифра может достичь 1 миллиарда тонн, а это уже почти 3% от глобальных выбросов. 

Почем углекислый газ? 

Представители отрасли ставят амбициозные цели. Но многие климатологи и экологи критикуют эту технологию. И причин для скепсиса хватает. 

Во-первых, пока это очень дорого. Стоимость прямого улавливания оценивается примерно в $600–1000 за тонну. Если не произойдет больших изменений, то стоимость удаления 1 тонны CO₂ из воздуха в 2050 году останется на уровне $230–540. 

Есть гораздо более дешевые способы снизить выбросы СО₂. Для сравнения, если проводить восстановление лесов, то на поглощение тонны СО₂ нужно потратить всего $30-50, или даже дешевле — всего $24. Вкладывать в возобновляемую энергетику тоже гораздо выгоднее. На то, чтобы сэкономить тонну углекислого газа нужно заплатить около $60. 

Во-вторых, извлечение углекислого газа требует довольно много энергии, а значит, косвенно оно способствуют выбросам. Заводы Исландии должны использовать энергию геотермальных источников. Но с менее чистыми источниками энергии такие заводы могут уйти в ноль — захват тонны принесет тонну выбросов. К тому же заводам нужно компенсировать выбросы, которые были спровоцированы их постройкой. 

Стоимость улавливания из труб дешевле – вероятно, около $100. Но заводам с технологиями улавливания углекислого газа при выбросах требуется больше энергии для работы, поэтому они, как правило, сжигают дополнительное ископаемое топливо и увеличивают загрязнение, вызванное добычей и транспортировкой топлива.

Так что обеим технологиям нужно не только стать дешевле, но и эффективнее и экологичнее. 

Пока это выглядит проблематичным, но, например, за последние 40 лет затраты на установку солнечных батарей снизились более чем на 90%. Может, что-то похожее ждет и эту технологию?

Зеленый пиар нефтяников? 

Еще одно обвинение, звучащее в адрес технологии, — она может давать ложную надежду. Мол, будем жить как жили, сохраняя свой уровень потребления и выбросов, но при этом чудесная установка очистит наш воздух. Большой энтузиазм к технологиям проявляют именно крупные производители нефти и газа, такие как Chevron и ExxonMobil. Такие корпорации вкладывают миллионы долларов в улавливание углекислого газа, а не в чистую энергию. Это воспринимается как оправдание для сохранения высоких уровней выбросов под предлогом того, что в будущем их можно будет убрать из воздуха.

Интересно, что на некоторых установках полученный углекислый газ используется для закачки в скважины, что помогает добыть еще больше нефти. С одной стороны, это вторичное использование, но все-таки ситуация неоднозначная. 

Конечно, не все проекты по улавливанию связаны с нефтяниками. И добыча нефти — не единственный способ использовать уловленный углекислый газ. Например, Япония нашла способ использовать его для производства бетона CO₂-SUICOM. Обычный бетон при производстве выделяет 288 килограммов CO₂ на кубический метр, а CO₂-SUICOM… поглащает 18 килограммов! Это делает его не просто углеродно-нейтральным, а даже углеродно-негативным. 

Этот бетон уже используется в различных инфраструктурных и строительных проектах.

Кроме того, углекислый газ может быть использован в производстве метанола, этанола, пластмасс и других полимеров. Коммерческий потенциал этой технологии еще не раскрыт полностью. 

Увидим ли мы прорыв в сфере улавливания углекислого газа — покажет время. Ждать от этой технологии большого вклада в решении проблемы антропогенных выбросов точно не стоит. Основные силы должны быть сосредоточены на уменьшении и предотвращении выбросов. Но человечество сейчас в такой ситуации, что нужно пробовать использовать все средства, и улавливание углекислого газа может стать одним из них. 

Автор: Екатерина Радчикова