Радикальное решение или косметическое улучшение? Проекты по улавливанию углерода реализуются на практике

Давно обсуждаемые, но редко реализуемые проекты по улавливанию и хранению углерода, которые предусматривают депонирование и хранение CO2 под землей, набирают популярность во всем мире. Некоторые ученые рассматривают эту технологию как необходимый инструмент для сокращения выбросов, однако другие говорят, что она просто увековечивает сжигание ископаемого топлива.

Фото: Этот строящийся терминал в Ойгардене, Норвегия, будет принимать отработанный CO2 и направлять его в подводное хранилище по трубопроводу

Этим летом норвежская компания Northern Lights (Северное Сияние) будет бурить вторую линию скважины в
водоносном горизонте на глубине примерно на 8500 футов уровня моря, чтобы подготовить его к приему сжиженных отходов CO2. Проект станет первым в Европе, предназначенным для сбора парниковых газов, выбрасываемых рядом промышленных ппроизводств, – от производителей цемента до заводов по переработке отходов в энергию, и отправлять их для захоронения на дно моря. Производство по улавливанию парниковых газов нового покаления планируется запустить в 2024 году. Согласно расчетов, при выходе на полную мощность ежегодно будет улавливаться и депанироваться 7 миллионов метрических тонн CO2.

Идея улавливания выбросов CO2 в промышленности и их хранения под землей не нова. Норвежская государственная нефтяная компания Equinor (ранее Statoil) десятилетиями занималась улавливанием и хранением углерода ( carbon capture and storage CCS), удепанируя около миллиона тонн в год. Но в глобальном масштабе CCS в течение долгого времени был чрезвычайно ограничен — главным образом потому, что это дорогвя технология без какой-либо реальной компенсации затрат в виде товарного продукта. По состоянию на середину 2021 года в мире действовало всего около 30 крупномасштабных проектов, ежегодно улавливающих около 40 миллионов тонн CO2 — всего 0,1 процента глобальных выбросов.

С появлением таких проектов, как «Северное сияние», ситуация начинает меняться. Благодаря росту цен на углерод в Европе, налоговым льготам для CCS в Соединенных Штатах, национальным целям по нулевому выбросу вредных веществ и все более настоятельной необходимости сократить глобальные выбросы, CCS испытывает новый подъем, в том числе среди нового поколения клиентов в отраслях, где снизить выбросы наиболее сложно. В 2021 году количество запланированных проектов CCS во всем мире резко возросло: если все пойдет пойдет по плану, то их реализация позволит увеличить улавливание углерода почти в четыре раза. И это может быть только начало.

Сторонники CCS считают его единственным реальным способом быстрого достижения нулевого уровня выбросов, особенно полезным в цементной и сталелитейной промышленности.

В то время как последний отчет Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) предполагает, что потепление может оставаться на уровне ниже 2 градусов по Цельсию без улавливания углерода, большинство будущих сценариев этого отчета предусматривают большие объемы технологии его улавливания и подземного хранения (CCS).

Почти 100 оцененных МГЭИК сценариев, позволяющих удержать потепление на уровне ниже 1,5 градусов по Цельсию, к 2100 году улавливается и хранится в среднем 665 000 миллионов метрических тонн CO2. Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цели нулевого выброса углерода потребуют к 2030 году улавливания и хранения ошеломляющих 1150 миллионов метрических тонн CO2 в год, по сравнению с 40 миллионами тонн в год сегодня.

Некоторые аналитики аплодируют таким новаторам, как «Северное сияние». Сторонники CCS видят в этой технологии единственный жизнеспособный способ быстро достичь нулевого уровня выбросов, и их воодушевляет новый всплеск интереса к блокированию выбросов от печально известных грязных производств, таких как производство цемента и стали. «Это неотъемлемая часть самых доступных решений », — говорит Найл Мак Доуэлл, инженер по энергетическим системам из Имперского колледжа Лондона. «Существует очень много инициатив по улавливанию углерода. Насколько я могу судить, каждая страна на планете сейчас что-то делает в этом направлении. Это хорошая новость».

Однако есть и другие эксперты, которые с тревогой наблюдают за тенденцией расширения CCS , отмечая, что подавляющее большинство подобных проектов до сих пор давало нефтяным компаниям стимул добывать больше нефти, что приводило к увеличению чистых выбросов. В июле прошлого года Центр международного экологического права опубликовал разоблачающий отчет, в котором осудил технологию задержки обезуглероживания, а также другие экологические грехи. В январе этого года сотни канадских ученых подписали письмо протеста, обратившись к своему правительству с просьбой не вводить налоговую льготу для CCS, опасаясь простого субсидирования дальнейшего использования ископаемого топлива. «[CCS] использовался с момента его создания именно таким образом, чтобы отсрочить действия по отказу от ископаемого топлива», — говорит Мэтью Патерсон, исследователь политики изменения климата в Манчестерском университете, и подписавший письмо протеста — Я не вижу на этом пути никаких положительных сдвигов ».

Идея CCS проста: улавливать CO2, когда он выбрасывается в результате какого-то промышленного процесса, концентрировать его, сжимать и закачивать в естественную дыру в земле, где покрывающие породы предотвратят его утечку обратно. По иронии судьбы некоторые отходы необходимо очищать, чтобы CO2 был достаточно чистым для утилизации; слишком много азота в выбросах может сделать его слишком разбавленным для сжатия и блокировки.

Все это стоит денег, и до недавнего времени особого стимула это делать не было. «Ни одна из компаний, использующих CCS, не является благотворительной, — говорит Мак Доуэлл. Причина, по которой Equinor была запущена несколько десятилетий назад, заключалась в том, что Норвегия была одной из первых стран в мире, которая ввела налог на выбросы углерода, что сделало дешевле закапывать CO2, чем выбрасывать его. Подавляющее большинство проектов CCS до сих пор осуществлялось в США для повышения нефтеотдачи: компании снижают выбросы CO2, чтобы вытеснить больше ископаемого топлива, предоставляя денежный стимул (и, что спорно, создавая больше выбросов из-за еще большего количества нефти).

Новые налоговые льготы в США и рост цен на углерод в рамках Европейской торговой схемы дают новые стимулы для проектов CCS.

Теперь новые стимулы приходят онлайн. В США введена новая налоговая льгота для CCS в размере до 50 долларов за тонну. Федеральная цена на углерод в Канаде сейчас составляет около 40 долларов за тонну. А в Европе с 2017 года цена на углерод в Европейской торговой схеме выросла до максимума около 100 долларов за тонну. Эти цифры близки к стоимости использования технологии CCS, которая может стоить от нескольких десятков долларов до более чем 100 долларов за тонну, в зависимости от таких факторов, как объем CO2, который необходимо очистить, и расстояние, на которое его необходимо транспортировать. Это означает, что CCS выглядит всё более жизнеспособным решением для многих отраслей.

Возьмем, к примеру, цемент. Огромное количество бетона, необходимого для строительства дорог и зданий, делает его вторым наиболее потребляемым продуктом на Земле после чистой воды. Промышленность несет единоличную ответственность за 6,5 процента глобальных выбросов. Отчасти это происходит из-за сжигания ископаемого топлива для обеспечения процесса производства. Эту часть выбросов ожно компенсировать за счет использования альтернативных источников энергии, в первую очередь сжигания бытовых отходов. Но большая часть выбросов CO2 при производстве цемента связана с разложением известняка, из которого он был изготовлен, а этого гораздо труднее избежать, отмечает Пол Феннелл, инженер-химик из Имперского колледжа Лондона.

Хотя есть несколько новых альтернативных цементов, в которых используются совершенно другие ингредиенты, они не ведут себя так же, как обычный цемент. Для того, чтобы их применять , потребуется полное переписывание строительных норм и правил. Таким образом, по словам Феннелла, улавливание углерода — лучший способ обеспечить производство цемента с нулевым уровнем выбросов в течение следующих нескольких десятилетий. МГЭИК соглашается, называя CCS «важнейшим вариантом смягчения последствий» как для цементного, так и для химического производства.

Ведутся работы по применению CCS при производстве цемента. В рамках проекта Европейского союза по производству извести и цемента с низкой интенсивностью выбросов (LEILAC) в настоящее время испытывается модернизированная конструкция печи. Эта простая настройка отделяет выбросы образуемые при сгорании топлива, т более чистых выбросов CO2 от известняка. Поэтому последние вывозить для захоронения без лишних затрат. Одним из первых клиентов Northern Lights стала компания Norcem, которая в настоящее время работает над установкой к 2024 году системы улавливания углерода на своем цементном заводе в Бревике, Норвегия.

Производство стали — еще одна грязная отрасль, созревшая в качестве клиента для CCS. На его долю приходится 7 процентов глобальных выбросов, в основном благодаря использованию угля для расщепления железных руд. Феннел говорит, что существуют многообещающие новые технологии, которые могут значительно сократить это количество, в частности, заменив уголь водородом. Но улавливание углерода, по его словам, дает возможность избавиться от оставшихся выбросов. Он отмечает, что один сталелитейный завод в Саудовской Аравии успешно использует CCS с 2016 года.

Еще одним кандидатом на CCS является энергоемкое производство топлива будущего, такого как водород и аммиак. По прогнозам, они будут играть огромную роль в энергетическом секторе, особенно в транспортном секторе, включая судоходство. И водород, и аммиак можно производить без углерода, заменяя воду возобновляемой электроэнергией, полученной от ветра или солнца, для получения «зеленых» продуктов. Это становится все более экономически целесообразным. Но в то же время многие аналитики предвидят большое количество так называемых «голубых» продуктов в смеси. Речь идет о водороде или аммиаке, получаемых из ископаемого топлива, но с использованием CCS для хранения выбросов CO2. Многие подобные проекты, находятся в стадии реализации, в том числе крупные заводы по производству голубого аммиака в Абу-Даби и Луизиане.

«По поводу использования CCS для поддержки предприятий, работающих на ископаемом топливе, должно быть сказано твердое «нет», — говорит канадский ученый.

Феннелл считает, что в будущем будут созданы кластеры новых эффективных промышленных предприятий, построенных бок о бок, чтобы их выбросы можно было отводить вместе. Великобритания объявила о создании нескольких таких кластеров в 2021 году. Нидерланды стремятся собирать промышленные выбросы и захоранивать их в Северном море в рамках своего проекта Porthos CCS. И проект Northern Lights надеется добиться того же эффекта. Его план состоит в том, чтобы забирать сжиженный CO2 на кораблях от клиентов, на северном побережье Германии и Франции, Исландия, Ирландия и Финляндия, доставлять весь объем в порт приписки в Норвегии, а затем перекачивать на берег в единый резервуар.

На первом этапе работы Northern Lights 80 процентов финансирования поступает от правительства Норвегии, что позволяет компаниям бесплатно собирать и утилизировать выбросы CO2. Эта правительственная поддержка «разрушила ситуацию курицы и яйца, в которой мы находились в течение многих лет», — говорит директор по коммуникациям Northern Lights Ким Бай Бруун. «Грязные прозводствам не видели смысла улавливать выбросы, а к хранилищам не было смысла строить трубопроводы», — говорит он. Сейчас все меняется, хотя не все гладко. «Есть проблемы. Они естественны. Все, что мы делаем, делается впервые. Новые контракты. Новый рынок», — говорит Бруун. «Это требует много работы».

CCS имеет свои собственные экологические проблемы, от воды, необходимой для очистки разбавленных потоков CO2, до ущерба, который может быть нанесен прокладкой трубопроводов через чувствительные земли и возможности утечек.

В недавнем специальном выпуске Международного журнала по контролю за парниковыми газами сделан вывод о том, что геологические утечки маловероятны. Они могут быть своевременно обнаружены и устранены. Это делает долгосрочное хранение под землей более безопасным, чем, скажем, долгосрочное хранение в древесине растущего леса, который может быть уничтожены лесными пожарами, говорит Мак Дауэлл. Но даже небольшие утечки могут вызвать местные проблемы со здоровьем, поскольку CO2 — это газ тяжелее воздуха, который может задушить людей и сбить их с толку: в феврале 2020 года утечка из трубопровода CO2 в Миссисипи отправила в больницу 49 человек.

Но главный вопрос более философский. Для многих идеальное видение чистого нуля предполагает глубокую и быструю декарбонизацию, избавляющую человечество от зависимости от ископаемого топлива. При резко падающих ценах на энергию ветра и солнца стимулировать технологию удаления отходов, которая продлевает использование нефти или угля, кажется шагом назад. Центр международного экологического права пишет, что даже для отраслей, трудно поддающихся декарбанизации, « CCS не является решением», прежде всего потому, что улавливание выбросов в этих отраслях может потребовать дорогостоящих модификаций, которые делают его несостоятельным. Критики утверждают, что всякий раз, когда доступны более экологичные варианты — например, зеленый водород (производимый с использованием возобновляемых источников энергии) в отличие от синего — они должны быть первым или единственным приоритетом. «На использование CCS для поддержки отраслей, связанных с ископаемым топливом, в том числе для голубого водорода, должно быть твердое «нет», — говорит Эмили Итон, изучающая проблему в Университете Реджайны, Саскачеван, и также подписавшая письмо протеста. «Наука однозначно говорит нам, что необходимо прямо сейчас начать постепенно отказываться от производства ископаемого топлива, а не просто снижать его выбросы».

«Независимо от того, как вы относитесь к дебатам по CCS, улавливание и хранение углерода должны, по крайней мере, быть частью обсуждения», — говорит группа защищающая данный подход.

Для других, включая Мака Доуэлла, нет никаких моральных проблем с CCS, даже когда он используется для ископаемого топлива: выбросы не попадают в воздух, и это снижает финансовые потери от некоторых переходов на твердую энергию. И важно помнить, говорит Мак Доуэлл, что возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнечная энергия, имеют свои собственные проблемы, от детского и принудительного труда до загрязнения окружающей среды в результате добычи полезных ископаемых. «Я полагал, что нам нужны различные продуманные и надежные источники энергии, не наносящие вреда окружающей среде», — говорит он. Это не означает, что декорбанизация методом CCS имеет приоритет.

Группа по защите климата Extinction Rebellion, например, признает обе точки зрения разумными: «Независимо от вашего отношения к дебатам по CCS, улавливание и хранение углерода должны, по крайней мере, быть частью обсуждения», — заключаютеё представители.

Как показывает проект «Северное сияние», для запуска подобных проектов требуется множество политических инструментов, от грантов до налоговых льгот и регулирования цен на выбросы углерода; неясно, достаточно ли для расширения CCS до масштабов, предусмотренных многими прогнозами МГЭИК. . Мак Дауэлл, например, на это надеется.

«Хорошо, теперь у нас есть эти нулевые цели, но что нам нужно делать? говорит он. Ответ простой нам надо раьотать по всем направлениям, причем так быстро, как только возможно. -Многое мы должны были сделать ещё вчера».

Никола Джонс — независимый журналист из Пембертона, Британская Колумбия, недалеко от Ванкувера. Имея опыт работы в области химии и океанографии, она пишет о физических науках, чаще всего для журнала Nature. Она также сотрудничала с журналами Scientific American, Globe and Mail и New Scientist и работает научным журналистом в Университете Британской Колумбии.