Методы супрамолекулярной химии позволяют создавать причудливые молекулярные связи из сложных молекул. Только настройка реакций для синтеза сложна и непредсказуема. Однако в случае удачи можно добиться невероятного результата, который, например, получила группа химиков из Великобритании и Китая, создавшая первую в своём роде молекулу для эффективного поглощения парниковых газов и не только.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Свою молекулу учёные из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге назвали «клеткой из клеток». Это своего рода каркас из каркаса, сборка которого происходит сама собой в ходе серии последовательных химических реакций. Сначала собираются молекулы, по виду напоминающие призмы, а затем эти «призмы» собираются в тетраэдры. Получается глубоко пористый материал, молекулы которого способны организовывать устойчивые связи с молекулами углекислого газа и, в принципе, с другими летучими органическими соединениями.

Например, новый материал показал способность абсорбировать «запах» синтетики от новых вещей, что предотвратит появление не всем приятных запахов от нового салона автомобиля или телевизора. Но больше всего учёных поразила способность синтезированной молекулы поглощать гексафторид серы (SF₆). Этого парникового газа сравнительно мало в атмосфере, но он способен накапливаться где угодно и сохраняться там свыше 3 тыс. лет. За 100 лет, например, парниковый эффект от SF₆ будет в 23 500 раз сильнее, чем от выбросов CO₂.

Источник изображения: Nature Synthesis

«Это захватывающее открытие, — поясняют учёные, — потому что нам нужны новые пористые материалы, которые помогут решить самые большие проблемы общества, такие как улавливание и хранение парниковых газов».

Синтезированная молекула, что важно, не боится влаги, что позволит новому материалу абсорбировать парниковые газы непосредственно из промышленных выбросов, часто представляющих собой водяной пар или стоки. Открытое вещество хорошо показало себя в лаборатории, но когда оно выйдет на простор коммерческого использования — это отдельный и не до конца понятный вопрос, а полный текст статьи в журнале Nature Synthesis можно найти по ссылке.

Mammoth, крупнейший промышленный объект для удаления углекислого газа (CO₂) из атмосферы начал работу в Хеллишейди, Исландия. Предприятие использует метод прямого захвата углекислого газа из воздуха (Direct Air Capture, DAC). Объектом управляет швейцарская компания Climeworks, занимающаяся климатическими технологиями, в число клиентов которой входят JPMorgan Chase, Microsoft, Stripe и Shopify.

Источник изображений: Climeworks

Метод DAC, который применяет Climeworks, использует компрессорные установки, закачивающие атмосферный воздух в коллектор, где содержащийся в воздухе CO₂ поглощается специальным фильтром. После насыщения фильтра коллектор автоматически закрывается и нагревается до 100 °C, высвобождая собранный CO₂, который затем смешивается с водой и закачивается в горные породы, где постепенно минерализуется. Предполагается, что DAC станет эффективным способом борьбы с изменением климата, хотя масштабируемость этого процесса пока находится под вопросом.

Разработка DAC началась в 2009 году, когда при Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zürich) была основана компания Climeworks. За последние пару лет крупные компании, такие как Microsoft, Stripe и Shopify, авансом оплатили Climeworks будущие услуги по удалению углекислого газа, чтобы помочь зарождающейся безуглеродной индустрии. Помимо привлечения корпоративных клиентов, Climeworks получила средства на развитие в размере более $780 млн от широкого круга независимых инвесторов.

В 2017 году Climeworks стала первой компанией, приступившей к сбору CO₂ из воздуха для дальнейшей его реализации в качестве продукта, используемого в газированных напитках и теплицах. В 2021 году компания сделала большой шаг вперёд, открыв в Исландии объект Orca — первое предприятие по улавливанию углекислого газа по методу DAC.

На данный момент на предприятии Mammoth функционирует 12 модульных установок, до конца года их количество возрастёт до 72. Когда Mammoth выйдет на запланированную мощность, он сможет улавливать почти в 10 раз больше CO₂, чем Orca, — около 36 тыс. тонн углекислого газа в год. Эта впечатляющая цифра на самом деле сравнительно не велика, учитывая, что только выбросы Microsoft составили около 13 миллионов (!) тонн углекислого газа в 2022 году.

На сегодняшний день Mammoth — крупнейший из действующих объектов такого профиля. Но, по сравнению с находящимися в разработке глобальными проектами, его можно считать лишь демонстратором технологий. Деятельность Climeworks в Исландии была призвана показать жизнеспособность и эффективность процесса DAC. Теперь компании предстоит выход на растущий рынок США с гораздо более масштабными инициативами.

Компании, занимающиеся климатическими технологиями, получают заметную политическую и финансовую поддержку в США — к настоящему моменту $3,5 млрд федеральных средств направлено на развитие как минимум четырёх предприятий, работающих по методу DAC. Достоверно известно о двух крупных проектах, в которые будет инвестировано $1,2 млрд — это предприятие в штате Луизиана, использующее технологии DAC от Climeworks и калифорнийский стартап Heirloom Carbon Technologies. Каждый центр, финансируемый из федерального бюджета, должен улавливать не менее миллиона тонн CO₂ в год. Microsoft стала одним из первых клиентов центра в Луизиане.

Важно понимать, что Climeworks использует для своей деятельности в Исландии практически бесплатную «зелёную» геотермальную энергию и природные подземные хранилища в Хеллишейди. Это кардинально снижает затраты и позволяет избежать строительства большой сети трубопроводов для транспортировки CO₂. Совершенно другая ситуация в США, где любые планы по строительству предприятий DAC ставятся под сомнение в связи с опасениями по поводу высоких затрат и загрязнения окружающей среды. Компании также придётся столкнутся с противодействием строительству трубопроводов со стороны жителей близлежащих районов.

Компания Infinium, в которую инвестировал Билл Гейтс (Bill Gates), за три года создала в Техасе производство синтетического топлива, которое на 95 % более экологично по сравнению с топливом из нефти. Экологически чистый дизель идёт на заправку грузовиков компании Amazon и через два года начнёт поступать для заправки самолётов компании American Airlines. Однако перспективы такого бизнеса всё ещё туманны.

Источник изображения: Infinium

Первое в США производство Infinium расположено в окрестностях города Корпус-Кристи, штат Техас. Этот штат является крупнейшим в США поставщиком сырой нефти. Также в регионе добывается природный газ и происходит переработка нефти и газа. На этом строится бизнес Infinium. Компания покупает у добывающих и перерабатывающих заводов сопутствующий производству углекислый газ и синтезирует с его помощью «электронное» топливо: керосин, дизель и растворители.

Топливо считается электронным по той причине, что для реакций расщепления воды на кислород и водород, а также для питания реакторов по синтезу топлива из водорода и CO₂ используется энергия из возобновляемых источников — солнечная и ветряная. Это позволяет компании утверждать, что её топливо на 95 % чище ископаемых аналогов. Некоторые специалисты с этим не согласны, ведь при сгорании е-топлива в воздух всё равно будет выбрасываться углекислый газ, который туда улетел бы без всего этого сложного и дорогого производства.

По-настоящему полезным синтез е-топлива станет только в том случае, если компания сможет получать или самостоятельно улавливать ранее выброшенный в атмосферу углекислый газ. Однако пока эти технологии слишком неэффективны и требуют огромных расходов, поэтому производства Infinium более-менее оправданы лишь в местах, где есть сосредоточение нефтегазопереработки и нефтехимии в сочетании с источниками возобновляемой энергии. Таких мест, на самом деле, не так много. Специалисты Infinium, в надежде развить проект, насчитали во всём мире не более 200 наиболее эффективных для этого точек, для 13 из которых они начали создавать бизнес-планы.

Глава компании не стал раскрывать стоимость производимого первым заводом Infinium е-топлива. Также он отказался назвать стоимость покупаемого углекислого газа и объёмы расхода воды. Было лишь подчёркнуто, что вода используется предельно эффективно. В то же время аналитики считают, что стоимость e-топлива как минимум в четыре раза выше стоимости ископаемого дизеля или керосина.

В сутки завод Infinium в Корпус-Кристи производит 8300 литров е-топлива без уточнения долей того или иного его вида. В основном поставки производятся компании Amazon для заправки грузовиков. Этого объёма за год производства хватит, чтобы один 20-тонный грузовик совершил 190 рейсов вокруг Земли по экватору. Недавно заключённый с компанией American Airlines контракт предполагает, что будет создано новое производство по синтезу е-керосина, поставки которого начнутся в 2026 году.

Грузовой транспорт вносит наибольший вклад в выбросы CO₂ в атмосферу. Это самолёты, грузовики, поезда и суда. Переход на е-топливо может снизить вклад этих транспортных средств в углеродный след Земли. Однако без серьёзных стимулов со стороны властей и желания компаний, достичь этих целей будет сложно не только к 2030 году, но также к середине века и даже позже. Таких производств как Infinium должно быть не много, а очень много, тогда как сейчас их можно пересчитать по пальцам одной руки. Также стоимость производства е-топлива должна снижаться более быстрыми темпами, чего пока не предвидится. В то же время переход на е-топливо позволяет прямо здесь и сейчас без перестройки инфраструктуры и всего остального начать снижать выбросы углекислого газа, связанные с использованием большегрузного транспорта.

Свежие исследования показывают, что гидроэлектростанции недооценили, когда исследовали их воздействие на окружающую среду. Детальный анализ показал, что ГЭС вырабатывают самый вредный из парниковых газов — метан. Вместе с пресноводными водоёмами электростанции ежегодно выбрасывают в воздух 3 млрд т метана из 51 млрд т всех парниковых выбросов. Это те числа, с которыми необходимо считаться и которые необходимо сокращать, пока климат не перешёл черту.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Всем нам известен эффект газировки, когда в герметично закрытой ёмкости мы видим спокойную жидкость. Но стоит взболтать ёмкость или открыть крышку, внутри всё буквально вскипает от выделяющихся из жидкости пузырьков растворённых газов. Такой же процесс происходит на ГЭС при проходе воды через турбины и во время сброса. Растворённый в речной воде или воде из водохранилища метан начинает интенсивно выделяться в атмосферу, когда агрегаты электростанции входят в контакт с водой.

По данным Международного энергетического агентства, метан ответственен примерно за 30 % глобального потепления со времён промышленной революции. Поэтому метану уделено соответствующее внимание в программах краткосрочных действий по борьбе с изменением климата. Около 150 стран присоединились к Глобальному обязательству по метану, целью которого является сокращение к 2030 году выбросов метана в результате деятельности человека на 30 % по сравнению с уровнем 2020 года.

«Примерно через 12 лет метан может окислиться и превратиться в углекислый газ, поэтому, если вы сократите выбросы метана сегодня, вы сможете повлиять на глобальное потепление в течение своей жизни», — сказала Луиза Парлонс Бентата (Louise Parlons Bentata), исполнительный директор и соучредитель Blue Metane.

Компания Blue Metane одна из тех, кто пытается поставить добычу растворённого в воде метана из разных источников на коммерческие рельсы. Ведь если процесс нельзя устранить, его надо возглавить. Растворённый в воде метан — это неископаемое биотопливо. На ГЭС и в озёрах с мёртвой органикой на дне можно обнаружить места и участки, где метан можно отделять с коммерческой выгодой. Именно на это направлена работа многих стартапов.

Сегодня это в основном эксперименты. К сожалению, спутниковая система наблюдения за очагами выделения метана плохо работает, а проводить замеры на месте — это очень дорого. Поэтому пока приходится полагаться на математические модели и искать возможность более точно определять наиболее сильные источники выброса метана. В этом надежда молодых компаний. Борьба с потеплением и возможность использовать метан в качестве биотоплива позволяют рассчитывать на поток инвестиций и, в конечном итоге, на появление зрелой и коммерчески выгодной технологии извлечения метана из воды.

Более того, метана в окружающей нас воде может оказаться ещё больше. Заметные концентрации метана есть в питьевой воде, в водах очистных сооружений (его там оказалось в два раза больше, чем ожидали), в воде рисовых плантаций и везде, где присутствует органика и микробная деятельность без доступа кислорода. Во всех случаях есть участки, где концентрация растворённого метана в воде наивысшая. Пока начались работы по попыткам получать значительные объёмы метана на ГЭС как наиболее простое и лежащее на виду решение. Но это только первый шаг. В борьбе с выбросами метана нельзя останавливаться.

Опубликованный Еврокомиссией отчёт говорит о том, что практические сценарии использования подзаряжаемых от электрической сети гибридных транспортных средств очень далеки от сертификационных, и в результате они загрязняют окружающую среду своими выбросами гораздо сильнее, чем заявлено в паспортных данных.

Источник изображения: Volvo Cars

Во всяком случае, для рынков Европы и США подобная картина характерна, как заявили исследователи, изучавшие статистику в двух указанных регионах по заказу Еврокомиссии. Выбросы углекислого газа, которые заявлены при испытаниях по циклу WLTP, оказываются на практике в несколько раз выше при эксплуатации гибридных транспортных средств на базе ДВС с возможностью подзарядки тяговой батареи от электрической сети. Теоретически, владельцы таких машин могут регулярно ездить на электротяге, используя ДВС лишь от случая к случаю при отсутствии возможности зарядиться. В действительности же наличие альтернативного источника тяги или энергии для подзарядки тяговой батареи в виде ДВС настолько расслабляет автовладельцев, что они нередко используют машины в том же режиме, что и обычные автомобили с одним только ДВС, редко заряжая батарею для движения на одной лишь электротяге.

Источник изображения: Еврокомиссия

Как отмечают авторы исследования, у подзаряжаемых гибридов с дизельными двигателями разбег сертификационных значений выбросов углекислого газа с реальными выражен сильнее всего и измеряется сотнями процентов разницы. Подзаряжаемые гибриды с бензиновыми двигателями на этом фоне выглядят чуть лучше, но ведь дизельные гибриды за счёт более высокой экономичности изначально должны расходовать меньше топлива и меньше выбрасывать углекислого газа, но на практике всё оказывается наоборот.

На столь неприглядную картину накладывает свой отпечаток и специфика рынков отдельных стран. В Германии, например, компании охотно приобретают в корпоративные парки подзаряжаемые гибриды, поскольку это поощряется разного рода льготами, но никто не следит, как они потом эксплуатируются. Не желая тратить время на зарядку от электросети, водители таких машин просто ездят, используя в качестве источника энергии преимущественно углеводородное топливо. Проблема разницы между реальными объёмами выбросов и паспортными значениями существует и для машин, оснащённых исключительно ДВС, поскольку методика стендовых измерений всё же далека от жизни, но в этом случае можно говорить о разрыве не более 20 %. Подзаряжаемые гибриды в этом смысле гораздо сильнее подводят авторов методик проведения таких замеров.

Идея извлечения углекислого газа прямо из атмосферы витала в воздухе уже много лет, но интерес к ней возрос после выхода в 2022 году доклада Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата, который подчеркнул перспективность такого подхода. AirMyne представила запатентованную жидкость для поглощения CO₂ и технологию последующего извлечения из неё углерода нагревом до температур 100–130 °C при помощи геотермального тепла.

Сам по себе метод использования специализированных жидкостей для поглощения CO₂ не нов, но в большинстве случаев для последующего высвобождения газа требуются высокие температуры. Процесс, предлагаемый AirMyne, может оказаться менее эффективным, чем высокотемпературный подход, но соучредитель и главный операционный директор Марк Сиффка (Mark Cyffka) подчёркивает гибкость и широкие возможности масштабирования своей технологии.

«Это гибко. Теперь вы можете использовать низкотемпературное тепло от [переработки] промышленных отходов и геотермальной энергии», — утверждает Сиффка. Сейчас компания тестирует различные конфигурации своей системы. Коллекторы, скорее всего, будут модульными, и из них жидкость будет поступать в большую централизованную колонну для регенерации, аналогичную той, что используется на крупных химических заводах, разработкой которых Сиффка занимался ранее, работая в BASF. По его словам, в настоящее время компания тестирует около 30 прототипов.

Согласно патентам, полученным компанией, ключевым компонентом жидкости AirMyne является один или несколько вариантов соединений четвертичного аммония. Четвертичный аммоний (аммоний-катионы) — это класс соединений, которые широко используются в самых разных областях, включая дезинфицирующие средства для рук, средства по уходу за волосами и кондиционеры для белья. Интерес к ним как к сорбентам CO₂ в последнее время резко возрос, потому что они широко доступны, относительно стабильны и не требуют сильного нагрева для выделения уловленного углекислого газа. Они также способны выделять CO₂ при влажности, близкой к точке насыщения, что потенциально даёт ещё один способ контролировать регенерацию жидкости.

Использование AirMyne низкотемпературного тепла может открыть двери для использования этой технологии на самых разных объектах: от геотермальных установок до химических нефтеперерабатывающих предприятий и пивоваренных заводов. Жидкостная система потребует большого количества воды — от одной до семи тонн на тонну уловленного углерода, — поскольку некоторая её часть неизбежно испаряется при контакте с атмосферой. Это может помешать использованию технологии в засушливых регионах. Тем не менее, спрос на улавливание углерода будет постоянно и быстро расти, что поможет AirMyne занять свою нишу на этом рынке.

Сейчас AirMyne сотрудничает с Fervo, объединяя свою систему улавливания углерода с передовым геотермальным проектом этого стартапа в штате Юта. Образцы CO₂, извлечённые компанией из атмосферы в лаборатории, были отправлены CarbonBuilt, компании по производству низкоуглеродистого цемента, и Rubi, которая производит текстиль из CO₂. В 2026 году AirMyne планирует внедрить свою технологию улавливания углерода с последующим закачиванием в подземные хранилища в штате Калифорния. Недавно компания привлекла инвестиции в размере $6,9 млн.

Согласно годовому отчёту Международного энергетического агентства (IEA), в 2023 году выбросы парниковых газов достигли рекордно высокого уровня, несмотря на подъём чистой энергетики. Развитые страны показали экономический рост на фоне снижения выбросов, но страны с развивающейся экономикой не смогли отойти от модели роста за счёт наращивания выбросов от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Анализ показал, что годовой прирост выбросов в 2023 году составил 1,1 % или 410 млн т, что в сумме дало новое рекордное значение на уровне 37,4 млрд т. Главными причинами произошедшего назвали засухи и растущую потребность стран в энергии. Очевидно, что всё это идёт вразрез с климатическими планами сократить к 2030 году выбросы на 45 %. В данный момент повышение средней температуры Земли по сравнению с доиндустриальным периодом составило 1,1 °C, тогда как Парижское соглашение по климату предписывает удержать этот рост на уровне не выше 1,5 °C.

США и страны ЕС сократили выбросы в прошлом году, но Индия и Китая с лихвой компенсировали их старания. При этом нельзя сказать, что Китай и Индия не занимаются вопросами перехода на чистую энергетику. Однако экономика этих стран растёт быстрее и обгоняет возможности ввода в строй мощностей с чистой основой. Впрочем, в МЭА считают, что в долгосрочной перспективе всё не так плохо. По мнению специалистов агентства, связанные с энергетикой выбросы благодаря росту использования чистых источников энергии, таких как ветряные турбины и солнечные батареи, «структурно замедлились».

Более того, если бы последние пять лет мир не занимался вводом чистых источников энергии, выбросов было бы примерно в три раза больше, чем регистрируется в настоящее время.

Общий уровень выбросов включает выбросы от сжигания ископаемого топлива для получения энергии, а также выбросы от промышленных процессов, таких как производство цемента и сжигание нефти и попутного газа в факелах. К тому же на уровень выбросов оказала серьёзное влияние погода, а именно — засухи, которая резко сократила выработку гидроэлектростанций в США, ЕС, Индии и Китае. Взамен этих чистых источников энергии пришлось жечь уголь, газ и нефть, что привело к увеличению выбросов углекислого газа примерно на 170 млн т или примерно на 40 % от общего увеличения выбросов в прошлом году.

Только в Китае по причине засухи пришлось увеличить выбросы от сжигания ископаемых ресурсов на 5,2 % в год. Тем не менее в стране быстро развивались более чистые источники энергии. На долю Китая, например, пришлось около 60 % созданных во всём мире новых мощностей солнечных и ветряных электростанций. Однако этого оказалось недостаточно, чтобы покрыть увеличение на 6,1 % спроса на энергию, поскольку экономика Китая росла за счёт множества секторов, включая строительство.

В США, напротив, выбросы от производства энергии от сжигания ископаемого топлива сократились на 4,1 %, несмотря на рост экономики на 2,5 %, поскольку низкие цены на газ помогли стране выработать больше электроэнергии из газа, а не угля. Выбросы от производства энергии в ЕС сократились почти на 9 %, тогда как экономический рост составил 0,7 %. Прирост выработки энергии в Европе произошёл преимущественно благодаря силе ветра.

Производство электроэнергии из угля и газа в ЕС упало на 27 % и 15 % соответственно, сообщили в МЭА, добавив, что впервые их обогнала энергия ветра.

«Пандемия, энергетический кризис и геополитическая нестабильность — всё это потенциально могло подорвать усилия по созданию более чистых и безопасных энергетических систем, — резюмировали в агентстве. — Вместо этого мы наблюдаем обратное во многих экономиках». Но расслабляться рано — это факт.

Руководство климатической инициативы Frontier от имени группы компаний с участием Alphabet, Stripe, Shopify и других гигантов сообщило о заключении сделки стоимостью свыше $57 млн по удалению из атмосферы Земли свыше 158 тыс. т CO₂ к 2028 году. Удалять углекислый газ будет стартап Lithos Carbon с помощью разбрасывания базальтовой крошки по сельскохозяйственным землям. Считается, что эта горная порода при выветривании связывает CO₂ на тысячи лет.

Разбрасывание базальтовой крошки на полях. Источник изображения: Frontier

Горные породы при естественном выветривании связывают атмосферный углекислый газ, переводя его в плохорастворимые соединения. Но это крайне медленный процесс. Гораздо быстрее связывание происходит, если порода измельчена до состояния крошки и даже пыли. Тогда химические реакции идут быстрее и CO₂ «минерализуется» завидными темпами. Искусственные процессы ускоренного выветривания назвали «усиленным выветриванием» и включили его в список потенциальных инструментов для борьбы с климатическими изменениями.

Впрочем, благая идея затормозилась почти сразу. Во-первых, это дорого. По самым оптимистичным оценкам стоимость связывания тонны CO₂ базальтом составит около $200. Компания Lithos Carbon собирается брать за это ещё больше — $370 за тонну. И это ещё недорого, говорят в стартапе, ссылаясь на практику прямого извлечения CO₂ из атмосферы, которая стоит сегодня $600 за тонну.

Но главным препятствием на пути реализации идеи ускоренного выветривания с помощью базальтовой крошки — это эфемерность показателей. Надёжных методик для оценки объёма поглощения CO₂ в результате деятельности стартапа, нет. Им можно верить только на слово и на кое-какие расчеты учёных. Компания обещает, что будет точно знать, сколько углекислого газа поглотит базальтовая крошка, поскольку будет регулярно измерять кислотность почв и проводить другие химические экспертизы в местах ускоренного выветривания. Однако специалисты сомневаются, что покупатели услуг будут получать точные данные. Скорее всего, сетуют они, показатели будут завышенными, поскольку надёжных методик проверки эффективности метода нет.

Тем не менее, Stripe, Alphabet, Shopify и McKinsey Sustainability. Autodesk, H&M Group, JPMorgan Chase, Workday, Zendesk, Canva и Boom Supersonic и ряд других компаний подписали соглашение по поглощению CO₂ из воздуха с Lithos Carbon. Стартап берёт базальт в открытом карьере, измельчает его и раздаёт местным фермерам, которые с помощью внесения крошки в почву поддерживают её щелочной баланс. В почве крошка под воздействием влаги и воздуха связывает CO₂ и грунтовыми водами выносит минералы в реки и моря, где порода будет удерживать углекислый газ в минеральных соединениях не меньше 10 тыс. лет.

Компания Lithos Carbon обещает проследить за сохранением плодородия почв и качеством воздуха в регионе своей ответственности, ведь базальтовая пыль, поднятая в атмосферу, вряд ли добавит кому-то здоровья.

В США запустили первый коммерческий объект по удалению углекислого газа (CO2) из атмосферы. Установка компании Heirloom Carbon Technologies, расположенная в городе Трейси в штате Калифорния, способен ежегодно поглощать до 1000 тонн CO2. Этот шаг подчёркивает важность технологии прямого улавливания воздуха (DAC) для властей США, несмотря на смешанные отзывы об эффективности и экономической целесообразности подобных проектов даже среди эко-активистов.

Источник изображений: heirloomcarbon.com

Технология улавливания и хранения CO2, разработанная компанией Heirloom, основана на применении известняка, который является доступным и недорогим сырьём. На первом этапе известняк подвергается термической обработке в электрической печи, работающей на возобновляемых источниках энергии. Под воздействием высокой температуры известняк разлагается на кальциевый оксид (CaO) и CO2. Этот процесс называется кальцинацией. Углекислый газ захватывается и отправляется на хранение, а полученный оксид кальция обладает свойствами, позволяющими ему действовать как «губка» для атмосферного CO2.

Далее CaO распределяется на специальных поддонах, где он активно поглощает CO2 из поступающего воздуха. Этот процесс приводит к образованию карбоната кальция (CaCO3), который представляет собой возвращение к исходному состоянию известняка. После насыщения кальциевого оксида углекислым газом материал возвращается в печь, где CO2 снова выделяется и захватывается для дальнейшего хранения, а CaO вновь становится «губкой» для поглощения CO2. Таким образом, цикл может быть повторен. Захваченный таким образом CO2 хранится в резервуарах, но в будущем планируется его закачка в безопасные подземные хранилища.

Компании Heirloom и CarbonCure Technologies заключили соглашение о сотрудничестве, целью которого является постоянное хранение атмосферного CO2 в бетоне. В данном случае CO2 используется в процессе производства бетона, где он минерализуется и навсегда встраивается в материал. Технологии CarbonCure позволяют производить бетон с меньшим количеством выбросов CO2, меньшим использованием пресной воды и меньшим количеством отходов.

Критики этой инициативы высказывают опасения относительно технологии DAC, подчёркивая её высокую стоимость и отвлечение внимания от необходимости скорейшего перехода к чистым источникам энергии. В качестве примера, крупнейшая DAC-площадка Climeworks в мире удаляет из атмосферы около 4000 тонн CO2 в год, что существенно меньше годового углеродного следа 270 американцев.

Новая установка Heirloom Carbon Technologies в Калифорнии стала первым в США объектом коммерческого уровня, предназначенным для улавливания CO2 из окружающего воздуха. При этом в США строятся и другие подобные установки, даже более крупные в Техасе и Луизиане. В 2022 году Heirloom уже привлекла $53 млн инвестиций, в том числе от Climate Innovation Fund компании Microsoft и Breakthrough Energy Ventures, основанных Биллом Гейтсом (Bill Gates). Теперь компания ставит перед собой амбициозную цель — снизить к 2030 году стоимость удаления CO2 из атмосферы до $100 за тонну, что значительно ниже текущих показателей.

Администрация президента Джо Байдена (Joe Biden) также активно поддерживает развитие технологии прямого улавливания CO2 из атмосферы. В августе Министерство энергетики США (DOE) объявило о первой волне проектов, которым будет выделена часть из $3,5 млрд на разработку DAC-хабов по всей стране. Заметим, что запущенный объект Heirloom не получил этих средств, однако компания участвует в куда более крупном проекте в штате Луизиана, нацеленном на удаление 1 млн тонн CO2 в год к концу десятилетия, и вот здесь госфинансирование пришлось очень кстати.

Экологические активисты и представители местных сообществ выражают беспокойство в связи с безопасностью таких объектов и их влиянием на окружающую среду. Основные опасения связаны с возможным использованием вредных химических веществ, высоким потреблением энергии и риском негативного воздействия на местные экосистемы. Кроме того, существует опасность, что фокус на технологии DAC может уменьшить стремление к сокращению выбросов CO2 на его непосредственных источниках, что является более эффективным методом борьбы с изменением климата.

«Ведомости» сообщили, что Госкомиссия по запасам полезных ископаемых оценила потенциал России по хранению углекислого газа (CO₂). В стране можно захоронить до 4,6 гигатонн (Гт) этого парникового газа. Это позволит не только утилизировать собственные выбросы CO₂, но также поможет странам-партнёрам использовать такие ресурсы в своих целях. В конечном итоге это также поможет России стать углеродно нейтральной к 2060 году, на что нацелены власти страны.

Источник изображения: Pixabay

Регулятор призывает развивать не только проекты по улавливанию и хранению углекислого газа (carbon capture and storage technology, CCS), но также уделять внимание программам по его последующей утилизации (CCUS). По данным на октябрь 2022 года, в России запущены 10 новых проектов по изучению возможностей улавливать и хранить углекислый газ. До 2030 года часть из них планируют реализовать «Роснефть», «Газпром нефть», «Лукойл», «Новатэк», «Еврохим», «Северсталь» и другие российские компании из разных секторов.

Указанные компании намерены сокращать углеродный след в производственных процессах, модернизируя оборудование и улучшать техпроцессы, а также собираются воплощать в жизнь проекты, не связанные непосредственно с производством. Например, «Северсталь» планирует реализовать в Вологодской области проект по обводнению ранее осушенных болот. Восстановленные болота смогут «улавливать» до 12 млн т углекислого газа в год, а это почти половина выбросов Череповецкого металлургического комбината.

К таким мерам по «озеленению» производства компании подталкивают международные законодательные инициативы и решения властей России. В частности, на Сахалине начат эксперимент, в рамках которого уже определены штрафы за превышение квот на выбросы парниковых газов. В Европейском союзе будет введён трансграничный углеродный налог на импорт в страны ЕС углеродоёмкой продукции. Его начнут взимать с 1 января 2026 года. Налог будет касаться поставок в Евросоюз стали, труб, цемента, алюминия, удобрений и электроэнергии. Ранее Минэкономразвития оценил потери России от введения этого налога на уровне $7,6 млрд, но введённые в 2022 году против России санкции внесли коррективу в эти опасения.

На ближайшие годы для России опасность трансграничного углеродного налога на импорт в ЕС потеряла свою актуальность. Поставки переориентировались на Китай и страны глобального Востока. Но в перспективе Китай и другие страны Юго-Восточной Азии потенциально способны также ввести трансграничный углеродный налог на импорт, поэтому России необходимо готовиться к этому заранее.

Одними из первых по-настоящему масштабные проекты по улавливанию углекислого газа из атмосферы начали реализовать в США. Промышленность России, по некоторым оценкам, ежегодно выбрасывает в атмосферу до 1,7 Гт углекислого газа. Международная торговля заставляет изменить отношение к этой практике и чем раньше это будет сделано, тем меньше потерь понесёт экономика Российской Федерации.

Международная группа учёных исследовала так называемые «пузыри eRosita» — газовые образования размером 36 тыс. световых лет, которые вырываются из центральной части нашей галактики Млечный Путь — и обнаружила их неизвестные до настоящего момента свойства.

Источник изображения: roscosmos.ru

Эти пузыри, названные в честь рентгеновского телескопа eRosita, с помощью которого их открыли — не единственные, что произрастают из диска нашей галактики. Есть также «пузыри Ферми», открытые при помощи одноимённого гамма-телескопа, но они, несмотря на схожую форму, имеют в два раза меньшие размеры, и менее энергетичны. Эти структуры простираются сквозь газ, окружающий нашу галактику. Астрономы надеются, что изучение этих структур поможет раскрыть новые механизмы звездообразования и объяснить, как собираются вместе галактики вроде нашей.

Открытия были сделаны на основе наблюдений, которые производились с 2005 по 2014 гг. Ранее считалось, что пузыри нагреваются ударными волнами газа, которые выбрасываются из Млечного Пути, но исследователи установили, что температура газа внутри пузырей не отличается от температуры газа вне них. Яркость же им придаёт не температура, а высокая плотность вещества.

Астрономы до сих пор не уверены в том, как появились галактические пузыри: одна из гипотез предполагает, что они «выдуваются» в результате активности расположенной в центре галактики сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А*; но присутствие в них некоторых элементов указывает, что причиной скорее послужило интенсивное звездообразование в центре Млечного Пути. Дополнительную информацию о «пузырях eRosita» учёные надеются получить при помощи наблюдений в рамках новых космических миссий.

Учёные из Мюнхенского технического университета предложили ещё один способ утилизации углекислого газа. Вместо выбросов в атмосферу, где CO₂ будет создавать парниковый эффект, открытая цепочка биохимических реакций приводит к синтезу аминокислоты, необходимой для производства кормового белка. При этом территория под комплекс для синтеза будет ощутимо меньше сельхозугодий под те же задачи. Так можно будет «накормить будущее», уверены учёные.

Источник изображения: Otto Zellmer / TUM

Для производства искусственного белка, необходимого как для кормов сельскохозяйственных животных, так и для пищи человека, например, для создания искусственного мяса, необходим ряд аминокислот. Немецкие учёные придумали реакцию для синтеза аминокислоты L-аланина и намерены разработать процессы для синтеза других необходимых аминокислот, чтобы в конечном итоге из углекислого газа синтезировать полные белковые комплексы.

В основе биохимической реакции синтеза L-аланина лежит метанол и не простой, а «зелёный» — полученный из CO₂ с использованием возобновляемой энергетики — от ветряных или солнечных ферм. Метанол необходим как промежуточный продукт, потому что напрямую аминокислоту синтезировать из углекислого газа нельзя. Получив из CO₂ метанол, учёные запускают с ним серию реакций с использованием синтетических ферментов. На выходе получается необходимая для синтеза кормового белка аминокислота. Для синтеза этой же аминокислоты природным способом необходимы земля, люди и длительные процессы по выращиванию.

В случае природного подхода ресурсные затраты и произведённые в его процессе вредные выбросы проигрывают синтетическим, уверены исследователи. К тому же, синтетический способ производства аминокислот и белков не производит вредных выбросов, если использует возобновляемую энергию. Предложенное решение поможет устранить конфликт между растущим населением Земли и производством продуктов. Еды хватит всем, и производиться она будет без ущерба для экологической обстановки.

На днях в Колорадо была запущена демонстрационная установка компании Global Thermostat по прямому удалению углекислого газа из атмосферы. Правда, запущенная система призвана лишь продемонстрировать технологии, и полученный газ она выбрасывает обратно в воздух. Задача проекта — отработать технологию и привлечь потенциальных клиентов. Разработчики рассчитывают, что технология будет проста как конструктор Лего и может быть освоена широким кругом заказчиков.

Демонстрационная установка компании в Колорадо. Источник изображения: Global Thermostat

Компания Global Thermostat возникла в 2010 году и сразу наделала шуму. Она считалась одной из немногих, кто предложил более-менее осуществимую стратегию прямого удаления из атмосферы углекислого газа — пособника повышения температуры на Земле. В 2019 году известный авторитет и визионер Билл Гейтс включил Global Thermostat в перечень компаний, ответственных за одну из десяти прорывных технологий ближайшего десятилетия. В 2021 году компанию Global Thermostat потряс этический скандал с генеральным директором, и параллельно были обнаружены финансовые нарушения.

Новый директор — Пол Нахи (Paul Nahi) — пришёл из бизнеса по продажам солнечных установок и направил бизнес Global Thermostat в новое русло. До него работа Global Thermostat строилась по тому же принципу, что у конкурентов, таких как швейцарская компания Climeworks или американская CarbonCapture. Все они самостоятельно создавали и продвигали проекты мощных установок по прямому удалению CO₂ из атмосферы. Это значит, что каждая из этих компаний должна была решать массу вопросов от выбора площадки, создания инфраструктуры и решений по утилизации захваченного углекислого газа. Это огромный комплекс работ, в котором можно завязнуть. Новый директор Global Thermostat понял, что это не его путь.

Основываясь на собственном опыте продаж солнечных панелей, новый директор Global Thermostat предложил продвигать модульные конструкции установок по улавливанию углекислого газа. Они должны легко масштабироваться и быть эффективными — это прежде всего. Сегодня стоимость добычи каждой тонны CO₂ из атмосферы примерно равна $600. Компания Global Thermostat обещает сократить эту цифру вдвое за два года. Для этих целей послужит новый полигон в Колорадо, который также станет витриной компании.

Активисты «зелёной повестки» обвиняют Global Thermostat в сотрудничестве с нефте- и газодобывающими компаниями. И действительно, у компании есть закрытые для разглашения финансовые сделки с ExxonMobil и Tokyo Gas. Таким образом, добывающие компании могут замыливать общественности глаза вместо того, чтобы просто взять и прекратить добычу ископаемых.

«Я не думаю, что кто-то верит в то, что внезапно мир перестанет использовать нефть и газ. Я был бы рад, если бы это произошло, но это просто неосуществимо», — сказал Нахи изданию The Verge. Иначе говоря, он принимает неизбежное, но участвует в переменах к лучшему.

Для Global Thermostat и других компаний, которые включились в процесс по прямому удалению CO₂ из атмосферы, наступили хорошие времена. Администрация Байдена дала толчок развитию технологий удаления углерода, приняв Закон о снижении инфляции, который более чем в три раза увеличил налоговые льготы для проектов прямого улавливания и хранения углекислого газа.

Кроме того, подписанный в 2021 году двухпартийный Закон об инфраструктуре предусматривает $12 млрд на улавливание и хранение CO₂. При финансовой поддержке Министерства энергетики инженерно-строительная компания Black & Veatch начала работу с Global Thermostat над проектированием установки прямого улавливания CO₂ мощностью 100 000 тонн в год. Демонстрационная установка компании в Колорадо, для справки, улавливает всего 1000 т CO₂ в год. Масштабный проект поможет сделать её лучше и эффективнее. На это надеются все.

Молодая компания Air Company из Нью-Йорка подписала контракт стоимостью $65 млн с Министерством обороны США. В рамках соглашения Air Company направит полученные от военных средства на совершенствование фирменного процесса синтеза углеродно чистого авиационного топлива из углекислого газа. Авиаперевозки вносят значительный вклад в выбросы парниковых газов, и освободить их от этого считается важной задачей до 2050 года.

Источник изображения: www.techspot.com

В активе Air Company техпроцесс по превращению углекислого газа в топливные спирты и парафин. Это улучшенный классический процесс Фишера-Тропша. Углекислый газ для реакции компания получает из производства этанола, что намного проще, чем извлекать его в разреженном виде из атмосферы. Этанол получается в процессе переработки кукурузы, поэтому с этой стороны сырьё полностью экологически чистое и углеродно нейтральное, если это применимо к углекислому газу.

Для реакции с углекислым газом требуется водород. Этот газ получается в процессе электролиза воды с использованием солнечной или иной возобновляемой энергии. Кислород выбрасывается в атмосферу (хотя его тоже можно собирать и использовать по назначению, например, в системах искусственной вентиляции лёгких), а водород подаётся в реактор для смешивания с углекислым газом в присутствии катализатора. На выходе получается этанол, метанол, вода и парафин. Из этого сырья кроме углеродно чистого авиационного топлива можно изготавливать водку, парфюмерию и антисептики, чем компания Air Company занимается несколько последних лет.

О чём компания Air Company сожалеет, так это о запрете регуляторов использовать в качестве авиационного топлива чистых составов синтетического углеродно нейтрального топлива. Сегодня существует ограничительная норма в виде использования смесей с не более чем 50-процентным включением синтетического топлива. Но это не помешало военным испытать синтетическое топливо Air Company в чистом виде. Лётные испытания прошли летом 2022 года. В воздух был поднят и совершил перелёт на топливе SAF (устойчивое авиационное топливо) беспилотник ВВС США. Вероятно, успешные испытания стали тем катализатором, который привёл к подписанию контракта между Air Company и Министерством обороны.

Согласно планам компании Air Company, в этом году должно быть построено предприятие по массовому производству топлива SAF. Коммерческие поставки синтетического топлива начнутся в 2024 году. У компании уже есть контракты на поставку заметных объёмов топлива SAF компаниям Boom, JetBlue и Virgin Atlantic. Объёмы исчисляются десятками миллионов галлонов. Однако надо понимать, что один поставщик не решит проблему чистого авиационного топлива. В мировом масштабе проблему можно решить только сообща, если подобное топливо начнут выпускать все основные поставщики.

Учёные из Университета Райса, США, разработали технологию подготовки строительных древесностружечных пиломатериалов нового поколения для борьбы с глобальным потеплением. На выходе получается строительная древесина с возможностью поглощать углекислый газ из атмосферы. Технология не перевернёт мир, но сделает его немного чище.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня существует множество предложений по извлечению CO₂ из атмосферы и из продуктов горения при промышленном производстве. Некоторые проекты реализованы, и множество стоят в очереди на реализацию. Как правило, все предложения опираются на активную работу средств улавливания и поглощения, что делает их затратными и снижает эффективность. Если наделить строительную древесину свойствами пассивного улавливания атмосферного CO₂, то в итоге это может оказаться достаточно эффективно.

Сверх того, предложенная учёными технология обработки делает древесину прочнее, что позволит ей в ряде случаев заменить бетон и даже сталь. Тем самым можно сократить производство бетона и стальных изделий, что, в свою очередь, снизит вредные выбросы углекислого газа. Более прочная древесина хоть и опосредованно, но положительно повлияет на климатические изменения.

Источник изображения: Rahman et al/Cell Reports 10.1016/j.xcrp.2023.101269

В чём же заключается предложение американских учёных? Во-первых, древесину необходимо освободить от лигнина. Это природный полимер, придающий ей гибкость и окраску. Для этого древесину кипятят в специальном водном растворителе. Во-вторых, древесину с извлечённым лигнином высушивают. На третьем этапе древесина вымачивается в растворе с содержанием микроскопических частичек металлоорганического каркаса Calgary framework 20 (CALF-20) и сушится (выше на фото процесс иллюстрирован по шагам, начиная с левой стороны изображения).

Все освобождённые от лигнина полости в древесине заполняются частичками CALF-20. Это вещество обладает гидрофобными свойствами и не способно поглощать влагу из воздуха, что для строительных материалов является весомым плюсом. В то же время CALF-20 отлично поглощает углекислый газ и именно его присутствие превращает древесину в пассивный поглотитель CO₂ из атмосферы. Попутно это вещество делает древесину намного прочнее.

На следующих этапах учёные будут испытывать улучшенную древесину на прочность и подвергать другим воздействиям, что необходимо для утверждения её на роль строительных материалов в будущем. Возможно, когда-нибудь она начнёт её играть.