После нескольких лет, в течение которых глобальные выбросы, по крайней мере, стагнировали, они снова несколько выросли в 2017 и 2018 годах. Германия также явно не достигла своих климатических целей. Чтобы удержать глобальное потепление ниже 2 градусов Цельсия, к 2050 году в атмосферу может быть выброшено всего около 1100 гигатонн CO2. А чтобы ограничить глобальное потепление 1,5 градусами, во всем мире может быть выброшено всего чуть менее 400 гигатонн CO2. К 2050 году выбросы должны упасть даже до нуля. Однако в настоящее время каждый год добавляется 42 гигатонны CO2.
Почти все различные сценарии требуют «отрицательных выбросов»
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) провела численное моделирование различных сценариев. Только в самом оптимистичном сценарии климатическая цель может быть достигнута за счет незамедлительных и радикальных мер во всех секторах (транспорт, сельское хозяйство, строительство, энергетика и т. д.). В менее оптимистичных сценариях мировое сообщество должно будет принять дополнительные меры, начиная с 2030 г. или самое позднее к 2050 г.: нам придется реализовать «отрицательные выбросы» путем удаления больших количеств CO2из атмосферы и хранить их постоянно, чтобы сбалансировать углеродный баланс. Одним из примеров отрицательных выбросов является крупномасштабное лесонасаждение - леса связывают CO2 в древесине до тех пор, пока он позже не используется в качестве топлива. Но CO2 также можно удалить из атмосферы и связать с помощью искусственного фотосинтеза.
Физики рассчитали, как это может работать. Доктор Матиас Мэй из Института солнечного топлива HZB является экспертом в области искусственного фотосинтеза. Доктор Кира Рефельд - физик-эколог из Гейдельбергского университета, изучающая климат и изменчивость окружающей среды.
Естественный фотосинтез: площадь поверхности размером с Европу должна быть покрыта лесами
В среднем сценарии, по крайней мере, 10 гигатонн CO2 в год необходимо удалять из атмосферы, начиная примерно с 2050 года, чтобы сбалансировать баланс углерода в климате. Однако лесонасаждение и выращивание биомассы для сокращения выбросов CO2 конкурируют за те же площади, которые необходимы для сельского хозяйства. Таким образом, только с большим количеством биомассы трудно достичь такого масштаба, поскольку естественный фотосинтез не является особенно эффективным процессом. Листья способны использовать максимум два процента света для преобразования CO2 и воды в новые химические соединения. Два физика утверждают, что для того, чтобы связать 10 гигатонн CO2 в год в лесу, около 10 миллионов квадратных километров плодородных земель на Земле должны быть засажены новым лесом. Это соответствует площади континентальной Европы (до Урала!).
При искусственном фотосинтезе может хватить площади размером с землю Бранденбург
Исследуемые в настоящее время системы материалов для искусственного фотосинтеза могут связывать CO2 со значительно большей эффективностью. Уже сегодня в лабораторных масштабах фотоэлектрохимические системы, изготовленные из полупроводниковых материалов и оксидов, могут использовать около девятнадцати процентов света, например, для расщепления воды и, таким образом, реализовать часть процесса фотосинтеза. Однако материальная система, предложенная Мэем и Рефельдом, предназначена не для производства водорода с помощью солнечного света, а для связывания молекул CO2 и превращения их в стабильные химические соединения. «Однако это относительно похожая проблема с точки зрения физической химии», - говорит Мэй.
Предварительным условием, однако, является то, что к 2050 году можно будет разработать крупномасштабные долговечные модули, использующие солнечную энергию для преобразования атмосферного CO2 в другие соединения. Необходимую площадь для этого решения можно рассчитать. Если предположить, что эффективность системы составляет девятнадцать процентов и пятьдесят процентов потерь, около 30 000 квадратных километров модулей может быть достаточно для ежегодного извлечения 10 гигатонн CO2 из атмосферы. Это соответствует приблизительной площади немецкой федеральной земли Бранденбург.
"Такие модули можно размещать в несельскохозяйственных регионах, например, в пустынях. В отличие от растений, для работы им почти не требуется вода, и их эффективность не снижается при интенсивном солнечном излучении. ", - объясняет Мэй. Экстрагированный CO2 может быть преобразован в муравьиную кислоту, спирт или оксалат и объединен с другими соединениями (такими как хлорид кальция) с образованием твердых минералов, которые можно хранить или даже использовать в виде пластик как строительный материал.
Сосредоточьтесь на развитии, а не на чудесах
Даже если Мэй и Рефельд убеждены, что такие решения следует рассматривать более внимательно, они предостерегают от упования на технические чудеса. Это связано с тем, что такие системы по-прежнему функционируют только в наименьшем масштабе, они дороги и нестабильны в долгосрочной перспективе. Изменение этого требует больших инвестиций в исследования и разработки.
Возможно, такие модули можно разработать, но даже если бы мы смогли их построить, по нашим оценкам, конверсия будет стоить не менее 65 евро за тонну CO2 Таким образом, добыча 10 гигатонн CO2 приводит к затратам в размере 650 млрд евро в год. Кроме того, отрицательные выбросы могут быть лишь последним средством для замедления драматических климатических изменений. немедленно резко сократить выбросы - это было бы безопаснее и намного дешевле», - говорит Мэй.