Одной из мечтаний о зеленой экономике, в которой количество CO2 в атмосфере стабильно, а не увеличивается медленно, является возможность извлекать CO2 из атмосферы и преобразовывать его в твердую форму. Этот процесс, который часто называют улавливанием углерода, рано или поздно станет необходимым в той или иной форме, и большинство климатических прогнозов предполагают, что улавливание углерода начнется к 2050 году. В настоящее время у нас нет способа экономически и в массовом промышленном масштабе удалять значительное количество CO2 из воздуха. Например, в США есть система улавливания углерода, но на ее долю приходится всего 0,4% выбросов CO2. Она используется вблизи мест с высоким уровнем производства CO2, таких как угольные электростанции.
Но в настоящее время проводится множество исследований, в основном на стадии подтверждения концепции. Ученые из Министерства энергетики США и Брукхейвенской национальной лаборатории опубликовали метод, который, по-видимому, является многообещающим. Они могут преобразовывать CO2 в атмосфере в углеродные нановолокна, которые представляют собой твердую форму углерода, имеющую потенциальное промышленное применение. Одним из возможных применений этих нановолокон может быть использование в качестве наполнителя для бетона. Это позволит связать углерод как минимум на 50 лет, при этом бетон станет прочнее.
Чтобы перейти от CO2 к углеродным нановолокнам, они разбили процесс на два этапа. Они нашли способ, используя железо-кобальтовый катализатор, превращать монооксид углерода (CO) в углеродные нановолокна. Это термокатализационный процесс, который проводится при температуре 400 °C. Это жарко, но практично для промышленных процессов. Это также намного ниже, чем 1000 градусов по Цельсию, необходимых для метода, при котором CO2 непосредственно преобразуется в углеродные нановолокна.
Это здорово, но сначала вам нужно преобразовать CO2 в CO, и это на самом деле самая сложная часть. Они решили использовать проверенный метод, в котором используется коммерчески доступный катализатор – палладий, нанесенный на углерод. Это электрокатализационный процесс, который преобразует CO2 и H2O в CO и H2 (вместе называемые синтез-газами). Как CO, так и H2 являются высокоэнергетическими молекулами, которые очень полезны в промышленности. Водород, о котором я много писал, имеет множество применений, в том числе в производстве стали, бетона и энергии. CO является сырьем для многих полезных реакций, в результате которых образуется ряд углеводородов.
Но, как я уже сказал, преобразование CO2 и H20 в CO и H22 является сложной задачей. В течение многих лет ведутся активные исследования по созданию промышленного, экономичного и энергоэффективного процесса, и вы можете найти множество научных статей, в которых освещаются различные процессы. Похоже, что это настоящая игра, первый шаг в этом процессе, и, насколько я могу судить, это не новшество в этом исследовании, которое сосредоточено на второй части, переходя от CO к углеродным нановолокнам.
В электрокаталитическом процессе, при котором CO2 преобразуется в CO, используется электричество. Другие процессы являются термокаталитическими и могут использовать экзотермические реакции для управления процессом. Использование большого количества энергии неизбежно, потому что, по сути, мы переходим от низкоэнергетической молекулы (CO2) к молекуле с более высокой энергией (CO), которая требует добавления энергии. Это неизбежная реальность улавливания углерода в целом – CO2 высвобождается в процессе производства энергии, и если мы хотим вернуть этот CO2, нам нужно вернуть энергию обратно.
Исследователи (и почти все, кто публикует отчеты об исследованиях по преобразованию CO2 в CO) утверждают, что если бы электроэнергия вырабатывалась с помощью экологически чистого источника энергии (солнечной, ветровой, ядерной), то весь процесс сам по себе мог бы быть углеродно-нейтральным. Но именно поэтому любой способ улавливания углерода, подобный этому, в ближайшее время не будет практичным или полезным. Зачем на атомной электростанции установка для улавливания углерода, которая, по сути, улавливает углерод, выделяющийся на угольных электростанциях? Почему бы просто не подключить атомную электростанцию к сети и не остановить угольную электростанцию? Это более прямолинейно и эффективно.
Это означает, что любое улавливание углерода в промышленных масштабах будет полезно только после того, как мы переведем нашу энергетическую инфраструктуру на низкоуглеродный или нулевой уровень. Как только все электростанции, работающие на ископаемом топливе, закроются и мы будем получать всю нашу электроэнергию от ветра, солнца, атомной энергии, гидро- и геотермальной энергии, мы сможем производить дополнительную энергию, чтобы улавливать часть CO2, которая уже была выброшена. Вот почему, когда эксперты прогнозируют изменение климата на оставшуюся часть столетия, они предполагают, что улавливание углерода произойдет после 2050 года – после того, как мы уже достигнем нулевого уровня выбросов углерода в энергетике. Улавливание углерода до этого не имеет смысла, но после этого станет необходимым.
Именно по этой причине некоторые представители климатологического сообщества считают, что преждевременное стимулирование улавливания углерода является мошенничеством и отвлекающим маневром. Производители ископаемого топлива хотели бы использовать улавливание углерода как способ продолжать сжигать ископаемое топливо или “состряпать свои планы” и создать впечатление, что они загрязняют окружающую среду в меньшей степени, чем это есть на самом деле. Но вся эта концепция фатально ошибочна – зачем нужна угольная электростанция для производства электроэнергии и атомная станция для улавливания образующегося CO2, когда можно просто построить атомную станцию для производства электроэнергии?
Нет худа без добра – у нас есть время. В ближайшие 20-30 лет нам не понадобится улавливание углерода в промышленных масштабах, поэтому у нас есть время усовершенствовать технологию и сделать ее максимально эффективной. Но затем технология станет незаменимой для предотвращения самых серьезных рисков, связанных с изменением климата.
