Объединение природы и технологий для климатических решений

Один из районов оманской пустыни покрыт породой, обладающей ненасытной способностью поглощать бесцветный и без запаха газ, жизненно важный для Земли. Этот газ — CO₂, и при реакции с перидотитом, породой, обильной в мантии Земли, он поглощается, образуя твердый карбонат, подобный известняку.

Оманский перидотит в настоящее время поглощает, по оценкам, от 10 000 до 100 000 тонн углекислого газа в год. Однако, по мнению ученых, с небольшим человеческим вмешательством этот процесс можно ускорить до уровня, способного поглощать одну восьмую от 38 миллиардов тонн CO₂, ежегодно выбрасываемых при сжигании ископаемого топлива в мире. CO₂, парниковый газ, накапливается в атмосфере Земли, где удерживает тепло и повышает глобальную среднюю температуру, усиливая экстремальные погодные явления. Текущая концентрация CO₂ составляет около 400 ppm — самый высокий уровень как минимум за последние 800 000 лет.

Хотя это лишь один из типов пород со свойствами поглощения CO₂ и лишь один из методов снижения воздействия выбросов, перидотит может помочь смягчить надвигающиеся риски, связанные с изменением климата.

Пионеры в исследовании перидотита, геологи Питер Келемен и Юрг Маттер из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета, обнаружили его свойство поглощать CO₂ в лаборатории, определяя возраст породы. Осознав, что реакция произошла относительно недавно, они начали концептуализировать масштабирование этого процесса.

Исследователи предлагают закачивать CO₂ в богатую перидотитом мантию Земли с помощью процесса, подобного гидроразрыву пласта. Это может открыть гигантское хранилище для газа, не зависящее от местоположения, но требующее тщательного учета экологических последствий.

Решения, основанные на природе

Геологи давно знают, что горные породы являются важным поглотителем углерода. Выветривание пород происходит, когда CO₂ растворяется в каплях дождевой воды, добавляя кислотность, необходимую для растворения минералов. Ежегодно за счет выветривания из атмосферы удаляется около миллиарда тонн CO₂.

Понимание этих естественных химических процессов может привести к прорывам, позволяющим использовать и ускорять процессы, снижающие уровень CO₂ в атмосфере. Методы, подобные этим, сегодня считаются стандартными технологиями, хотя в прошлом воспринимались как научная фантастика.

Промышленные решения

Компании ищут технологии, которые технически осуществимы и могут снизить выбросы. Например, компания NetPower использует CO₂ в качестве рабочего тела для привода турбины, генерирующей электроэнергию без выбросов. Система также производит CO₂ трубопроводного качества, который можно хранить или использовать в промышленных процессах. В марте 2016 года NetPower начала строительство демонстрационной электростанции мощностью 50 мегаватт в Ла-Порте, Техас.

Другая компания, LanzaTech, разработала биологический процесс, в котором микроб преобразует промышленные выбросы в полезное топливо и химикаты. После запуска двух опытных заводов в Китае, компания планирует открыть первый крупномасштабный коммерческий завод в Шанхае в конце 2017 года. LanzaTech также сотрудничает с крупнейшим в мире производителем стали ArcelorMittal.

Гонка за «солнечным нефтеперерабатывающим заводом»

Исследования в области «солнечного топлива» или «искусственного фотосинтеза» активно ведутся по всему миру. Этот процесс имитирует природный фотосинтез, используя солнечный свет, воду и CO₂ для производства высокоэффективного топлива. Хотя самая высокая зарегистрированная эффективность искусственного фотосинтеза составляет всего 10%, энергетическая плотность получаемого топлива примерно в 100 раз выше, чем у лучших аккумуляторов. Такое топливо также решает проблему хранения энергии от прерывистых возобновляемых источников, таких как солнце и ветер.

Глобальное сотрудничество

Для решения сложных задач, таких как создание коммерчески жизнеспособной системы производства солнечного топлива, необходима междисциплинарная коллаборация. Энергетический исследовательский центр ANSER и Институт солнечного топлива (SOFI), основанный в 2013 году, объединяют более 60 исследователей и партнеров из университетов и промышленности по всему миру (включая Shell и Total) для разработки фундаментальных основ и демонстрации полных рабочих систем. В 2016 году ученым SOFI в лабораторных условиях удалось успешно произвести метанол.