Ограничение глобального потепления до 2 градусов Цельсия потребует не только сокращения выбросов углекислого газа, но и активного удаления углекислого газа из атмосферы. Этот вывод Межправительственной группы экспертов по изменению климата вызвал повышенный интерес к «технологиям с отрицательными выбросами».
Новое исследование, опубликованное 25 июня в Nature Climate Change, оценивает потенциал недавно описанных методов улавливания углекислого газа из атмосферы с помощью «электрогеохимического» процесса, который также генерирует газообразный водород для использования в качестве топлива и создает побочные продукты, которые может помочь противодействовать закислению океана.
Первый автор Грег Рау, исследователь Института морских наук Калифорнийского университета в Санта-Крузе и приглашенный научный сотрудник Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса, сказал, что эта технология значительно расширяет возможности для производства энергии с отрицательными выбросами.
В процессе используется электричество из возобновляемого источника энергии для электролиза соленой воды для получения водорода и кислорода, в сочетании с реакциями с участием всемирно распространенных минералов для получения раствора, который сильно поглощает и удерживает углекислый газ из атмосферы. Рау и другие исследователи разработали несколько связанных методов, каждый из которых включает электрохимию, соленую воду и карбонатные или силикатные минералы.
«Это не только снижает содержание углекислого газа в атмосфере, но и повышает щелочность океана, так что это двустороннее преимущество», - сказал Рау. «Процесс просто превращает углекислый газ в растворенный минеральный бикарбонат, который уже в изобилии содержится в океане и помогает противостоять закислению."
Подход с отрицательными выбросами, которому до сих пор уделялось наибольшее внимание, известен как «энергия биомассы плюс улавливание и хранение углерода» (BECCS). Это включает в себя выращивание деревьев или других биоэнергетических культур (которые поглощают углекислый газ по мере роста), сжигание биомассы в качестве топлива для электростанций, улавливание выбросов и захоронение концентрированного углекислого газа под землей.
«BECCS является дорогим и энергетически затратным. Мы считаем, что этот электрохимический процесс производства водорода обеспечивает более эффективный и более производительный способ производства энергии с отрицательными выбросами», - сказал Рау.
Он и его соавторы подсчитали, что электрогеохимические методы могут в среднем увеличить выработку энергии и удаление углерода более чем в 50 раз по сравнению с BECCS при эквивалентных или меньших затратах. Он признал, что BECCS продвинулась дальше с точки зрения внедрения, поскольку некоторые электростанции, работающие на биомассе, уже находятся в эксплуатации. Кроме того, BECCS производит электричество, а не менее широко используемый водород.
«Вопросы заключаются в том, как обеспечить достаточное количество биомассы, а также в стоимости и риске, связанных с размещением концентрированного углекислого газа в земле и надеждой, что он останется там», - сказал Рау.
Электрогеохимические методы были продемонстрированы в лаборатории, но для их масштабирования необходимы дополнительные исследования. Технология, вероятно, будет ограничена участками на побережье или в открытом море с доступом к соленой воде, обильным возобновляемым источникам энергии и полезным ископаемым. Соавтор Хизер Уиллауэр из Исследовательской лаборатории ВМС США возглавляет самый передовой проект такого типа - модуль электролитического катионного обмена, предназначенный для производства водорода и удаления углекислого газа путем электролиза морской воды. Вместо того, чтобы затем объединять углекислый газ и водород для получения углеводородного топлива (главный интерес ВМФ), процесс можно модифицировать, чтобы преобразовать и сохранить углекислый газ в виде океанского бикарбоната, таким образом достигнув отрицательных выбросов..
«Технологии отрицательных выбросов только начинаются, и нам нужно непредвзято относиться к возможным вариантам», - сказал Рау. «Нам также нужна политика, которая будет способствовать появлению этих технологий».