Второе дыхание: как изъять из атмосферы Земли избыточный углекислый газ

Согласно отчету Международного энергетического агентства (МЭА), объем антропогенных выбросов углекислого газа в 2022 году достиг 36,8 млрд тонн. Всего в атмосфере Земли, по разным оценкам, содержится от 600 до 800 млрд тонн CO₂.

Для борьбы с угрозой предложено два пути: сокращение выбросов углекислого газа (декарбонизация энергетики, промышленности, транспорта) и изъятие его из атмосферы более быстрыми темпами, чем он туда поступает. На базе второго метода зарождается целая отрасль.

Уловить и удалить

Проекты по улавливанию CO₂ можно разделить на несколько типов:

CCS (Сarbon capture and storage) – захват и хранение в подземных полостях, например в выработанных газовых месторождениях;

CCUS (Carbon capture, utilization and storage) – улавливание углекислоты для создания ценных промышленных продуктов;

CCS-EOR (Carbon capture and storage, enhanced oil recovery) – улавливание углекислого газа и закачка его в скважины для повышения нефтеотдачи.

Пару лет назад исследователи Fortune Business Insights выпустили прогноз, согласно которому объемы вложений (как частных, так и государственных) в CCS-индустрию к 2028 году достигнут $7 млрд. Компании, радеющие за дело охлаждения планеты, рапортуют о планах строительства мощностей по улавливанию CO₂. Проектов десятки, если не сотни. Масштабы впечатляют: к 2100 году предлагается удалить из атмосферы от 100 млрд до 1 трлн тонн CO₂.

Однако на деле не все так просто. Как сообщает МЭА, в настоящее время в мире эксплуатируется около 40 установок по улавливанию углекислого газа общей ежегодной мощностью порядка 45 млн тонн CO₂. Даже если удастся довести мощности до 100 млн тонн, антропогенную эмиссию только за один год (36 млрд тонн) мы будем нейтрализовать... 360 лет! Похоже на попытку вычерпать океан ложкой.

При этом в статистику, похоже, попадают все установки по захвату CO₂, в том числе те, что подключены к трубам электростанций и промышленных предприятий. Такие фильтры улавливают не только углекислоту, но и другие вредные вещества (диоксид серы, оксид азота, сажу и т. д.).

Нас же в первую очередь интересует прямой захват углерода из воздуха (Direct air capture, DAC). Впрочем, интересует он и компании, включившиеся в «антикарбоновую» гонку. Так, только в США принятый в 2021-м Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочие места (IIJA) подразумевает строительство четырех заводов DAC общей мощностью несколько миллионов тонн атмосферного СО2. Цена вопроса – $3,5 млрд.

Стоит ли DAC-овчинка выделки

«Насколько мне известно, действующие DAC-установки, а всего их в мире около 20 штук, сегодня удаляют ежегодно всего 8–9 тысяч тонн углерода, – рассказывает эксперт Российского газового общества Антон Соколов. – Причем половину работы (4 тысячи тонн в год) выполняет исландский завод Orca – совместный проект швейцарской компании Climeworks и исландской Carbfix».

Принцип работы завода следующий. Вентиляторы засасывают воздух в коллекторы (всего их восемь штук), оснащенные фильтрами с сорбентом, химически связывающим молекулы CO₂. Полученный углекислый газ смешивают с водой и закачивают в базальтовые породы на глубину 500 метров, где через пару лет он превращается в карбонатные минералы.

Говорить об экономической составляющей подобных проектов пока рано, считает Соколов. Установка создана для проверки жизнеспособности технологии DAC. «Сегодня цена тонны уловленного углерода, скажем так, заградительная, – 300–400 долларов, – говорит эксперт. – Для того чтобы сделать этот бизнес интересным для инвесторов и думать о его масштабировании, цену необходимо снизить хотя бы до 150 долларов».

С Соколовым согласен профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ Михаил Аким: «В настоящее время DAC все еще находится на стадии прототипа и не готов к полномасштабной коммерциализации. Затраты на проекты варьируются от 250 до 600 долларов за тонну CO₂ в зависимости от технологии, источника энергии и масштаба. Однако благодаря мерам господдержки и развитию рынка затраты на DAC могут упасть примерно до 150–200 долларов за тонну в течение следующих 5–10 лет». При этом ставится задача достичь гигатонного масштаба ежегодного улавливания и снизить затраты до $100 США за тонну CO₂ в течение следующего десятилетия, подчеркивает профессор.

В чем же причина такой дороговизны? «Поскольку углекислый газ находится в воздухе в небольших концентрациях, для его извлечения необходимо очень много электроэнергии. Потом захваченный CO₂ нужно сжать и перекачать по трубам в скважины или на химпредприятия, – объясняет Антон Соколов. – Почему Orca работает в непосредственной близости от геотермальной электростанции? Да потому что есть свободная мощность! Недозагруженная электростанция отдает часть энергии установке».

10 миллионов тонн воздуха

Какое количество воздуха пропускают за год фильтры станции Orca? Если принять за основу, что содержание CO₂ в атмосфере составляет 0,04% (421 ppm), то для получения 4 г углекислоты нам необходимо очистить 10 кг воздуха. Кубометр воздуха весит 1,293 кг. То есть за год Orca, чтобы получить 4000 тонн CO₂, отфильтровывает 7,7 млн кубометров, или 10 млн тонн воздуха.

Замкнутый круг

Сетуя на «огромную неопределенность» в перспективах снижения стоимости DAC, отраслевой портал Carbon Brief приводит прогноз по энергопотреблению этих установок, опубликованный в журнале Nature Communications: «Для того чтобы достичь климатических целей, к 2100 году машинам прямого улавливания понадобится четверть мировой энергии – 300 эксаджоулей в год. Сегодня это более половины мирового энергобаланса».

Широкомасштабное развертывание DAC помимо электроэнергии потребует большого количества пресной воды (27 т на тонну CO₂ в случае захоронения в старых скважинах) и промышленных мощностей для производства механизмов установок и сорбентов CO₂, что может привести к дополнительным выбросам «вредного» газа. Получается замкнутый круг. По мнению экспертов Carbon Brief, развитие отрасли возможно лишь в случае правительственной поддержки (как это происходит с солнечной энергетикой), а не только за счет совершенствования технологий.

Где использовать СО2

Куда девать уловленный газ? Если закачивать в скважины по системе CCS-EOR, то DAC-установки нужно строить рядом с добывающей инфраструктурой. Либо тянуть к скважинам газопроводы для CO₂, если «очистные сооружения» находятся в другом месте. Некоторый оптимизм внушает тот факт, что CO₂ не бросовое сырье. Его можно использовать для создания синтетического топлива и закачивать в теплицы для повышения урожайности культур. Газ также используется в сварочном деле, пищевом и химическом производствах, а чистый углерод – для получения графена.

На чем строится бизнес-модель завода Orca? Climeworks продает всем желающим углеродные единицы. Корпоративным клиентам добыча тонны CO₂ обходится в $600, частным – в $1200. Это позволяет крупным компаниям посредством системы экологических «взаимозачетов» формально выйти на нулевой уровень выбросов и вообще отказаться от декарбонизации своих предприятий. И потому противники внедрения DAC-технологий считают, что чрезмерное увлечение удалением углекислоты из атмосферы может отвлечь промышленников от усилий по немедленному сокращению выбросов.

«Система углеродных единиц, конечно, по-своему порочна, – комментирует Антон Соколов. – Но сейчас, когда не совсем понятно, как вообще финансировать развитие CCS-технологий, подойдет и она. Затраты на исследования огромны, не все компании способны их потянуть. Фактически бизнес и государство пытаются эти затраты друг на друга спихнуть». Поэтому, собственно, и зеленая повестка периодически подвисает, говорит эксперт: «Нет денег – нет технологий. Нет технологий – мы не можем DAC-решения масштабировать, сделать дешевле и доступнее. В общем, сегодня мы находимся на этапе накопления опыта».

Безопасность: сюрпризов быть не должно

Еще одна проблема, вокруг которой ведутся споры, – насколько безопасна система утилизации CO₂ в подземных резервуарах. Нет ли здесь вторичных экологических рисков? Что будет, если углекислый газ вдруг выйдет наружу через разломы в породе? Ведь CO₂ тяжелее воздуха, он стелется по земле, и последствия такой техногенной катастрофы для людей и животных, находящихся поблизости от утечки, трудно предсказать.

«При закачке в скважины для повышения их производительности CO₂ растворяется в нефти и выходит на поверхность вместе с ней, – успокаивает Антон Соколов. – Да, для закачки углекислого газа в выработанные газовые месторождения или соляные толщи приходится выбирать резервуар, отвечающий определенным требованиям с точки зрения проницаемости и способности удерживать CO₂. Впрочем, геологические особенности любого старого месторождения всегда хорошо известны, и потому тут сюрпризов быть не должно». Но в любом случае перед закачкой «вредного» газа его поведение будет тщательно смоделировано и спрогнозировано, уверяет эксперт.

Неустойчивое лесовосстановление

Есть ли альтернатива технологии DAC? Почему бы деньги, предназначенные для прямого захвата CO₂, не направить на восстановление торфяников или высадку миллионов деревьев? Ведь растения питаются углекислым газом, а лесовосстановление в пересчете на тонну удаленного CO₂ обходится всего в $50 (взрослое дерево способно удалить за год больше 100 кг CO₂).

Метод этот более естественный: ботаники заметили, что у растений при росте содержания CO₂ в атмосфере с 400 до 1000 ppm (сейчас 420 ppm, или 0,04%) начинается бурный рост. Да и само по себе увеличение концентрации CO₂ в атмосфере во многом вызвано именно варварской вырубкой лесного фонда планеты.

«С лесоразведением не всё однозначно, – рассказывает эксперт Международного социально-экологического союза Владимир Ильичев. – Само собой, в этом направлении есть подвижки. Например, недавно стартовал сахалинский проект по нейтрализации парниковых газов, первый на Дальнем Востоке – там высадят почти 30 миллионов деревьев. Но такой метод критикуется не меньше, чем другие. Это связано с вопросами качества высаживаемого леса, новыми данными о поглощении CO₂ лесами и так далее».

По мнению Антона Соколова, лесовосстановление – мероприятие из той же серии, что и торговля углеродными единицами или офсетами (от англ. offset – перенос, компенсация). «Часто получается, что компания выбрасывает углекислый газ в одном регионе, а леса восстанавливает в другом, как бы замещая свои выбросы, – объясняет эксперт. – На мой взгляд, этот не совсем справедливый механизм также требует доработки. Ну и кроме того лес – живая, где-то даже капризная система. Он долго растет, а при негативном стечении обстоятельств может просто сгореть, вернув в атмосферу с таким трудом уловленный CO₂. Не знаю, можно ли такое решение назвать устойчивым в долгосрочной перспективе».

Перспективы CCS в России

Наша страна активно поддерживает мировую зеленую повестку. РФ является участницей международных соглашений по климату, приняла ряд внутренних природоохранных актов. Несмотря на то, что в России пока нет ни одного хранилища углерода, в стадии разработки, по словам Владимира Ильичева, находятся около 10 проектов CCS. О таких начинаниях в перспективе до 2030 года заявляли «Роснефть», «Газпром нефть», «Еврохим», «Северсталь» и другие отраслевые лидеры. «Объем хранилищ CO₂ в нашей стране оценивается не менее чем в 4,6 миллиарда тонн», – отметил Ильичев.

Как уже говорилось, углекислый газ можно закачивать в нефтеносные пласты для увеличения коэффициента извлечения нефти. «Технология известна давно, США были пионерами в этой области, потому что у них есть месторождение углекислого газа, чуть ли не единственное в мире», – говорит Антон Соколов.

С точки зрения научной проработки подобные проекты и для нас не проблема, уверен эксперт. Однако в России основные добычные регионы находятся в Заполярье. А там крупных производителей углекислого газа, промышленных предприятий не так много. «Углекислый газ на месторождения придется доставлять – либо строить газопровод, либо везти цистернами, что серьезно увеличивает затраты, – признает Соколов. – В Волго-Уральском регионе с этим проще, там есть крупная промышленность, теоретически там можно организовать улавливание и закачку».

Вторая и главная проблема, которая тормозит развитие CCS в России, – отсутствие регламентации, правового обеспечения процесса, считает Антон Соколов. 1 марта 2024 года вступят в силу поправки к федеральному закону «О недрах», которые предусматривают возможность строительства подземных сооружений для размещения CO₂. «Думаю, с этого момента у отечественных CCS-проектов откроется второе дыхание», – выражает надежду эксперт.