Вуглець-негативний підхід в дії: Які є технологічні можливості вибору?
Яка різниця між вуглець-нейтральним та вуглець-негативним?
Нещодавно Microsoft оголосила, що має намір стати вуглець-негативною до 2030 року. Ба більше, компанія повідомила, що до 2050 року планує забрати з атмосфери весь вуглець, який вона викинула з моменту свого заснування у 1975 році. Це – знаменне зобов'язання окремого підприємства, воно наголошує на спроможності підходів, що використовують негативні викиди або вилучення двоокису вуглецю, відігравати важливу роль у досягненні міжнародних кліматичних цілей.
Вуглецева нейтральність або "кінцевий нуль" означає, що будь-які викиди CO2 в атмосферу в результаті людської діяльності врівноважуються еквівалентною кількістю, яку забирають. Щоб стати вуглець-негативним, необхідно, щоб компанія, сектор або країна вилучали CO2 з атмосфери більше, ніж викинули.
Досягнення амбітних міжнародних кліматичних цілей може вимагати у другій половині цього століття зниження глобальних викидів СО2 нижче нуля, досягнувши так званих негативних викидів нетто. У Cпеціальному звіті про глобальне потепління на 1,5 °C Міжурядової групи з питань зміни клімату (IPCC), опублікованому наприкінці 2018 року, майже всі проаналізовані авторами шляхи досягнення негативних викидів нетто після 2050 року певною мірою спираються на підходи з вилученням вуглецю.
Втім це не означає, що вилучення вуглецю є лише довгостроковим рішенням: технології можуть відігравати також важливу короткотермінову роль під час переходів до чистої енергії. Вони можуть нейтралізувати або компенсувати викиди, вилучити які наразі технічно складно або надмірно дорого. Це стосується деяких промислових процесів, як от виробництво сталі й цементу, а також транспорту далекого прямування, наприклад, судноплавства й авіації.
Важливо зазначити, що технології вилучення вуглецю не є альтернативою скороченню викидів або виправданням для запізнених дій. Проте вони можуть бути частиною портфеля технологій і заходів, необхідних для комплексного реагування на зміну клімату.
Як можна вилучати СО2 з атмосфери?
Існує кілька способів вилучення СО2 з атмосфери, більшість з яких підпадає під три широкі категорії: (1) природні рішення, (2) рішення, спрямовані на посилення природних процесів, та (3) технологічні рішення.
Природні рішення включають заліснення та лісовідновлення. Вони обіймають перепрофілювання землекористування шляхом заліснення там, де лісів раніше не було, або відновлення лісу, де він раніше був. Інші природні розв’язки - це відновлення прибережних та морських територій, щоб гарантувати, що вони й надалі вилучатимуть СО2 з повітря.
Посилення природних процесів охоплює підходи до управління земельними ресурсами, спрямовані на підвищення вмісту вуглецю у ґрунті за допомогою сучасних методів ведення сільського господарства. Це може бути додавання біовугілля (деревного вугілля, виготовленого з біомаси) до ґрунтів, де вуглець може зберігатись протягом сотень або тисяч років. Менш розвинуті підходи – це посилення вивітрювання для прискорення природних процесів, що поглинають СО2 (наприклад, додаючи в ґрунт дуже подрібнені мінеральні силікатні породи) або удобрювання океану, при якому до океану, щоб збільшити його спроможність поглинати CO2, додають поживні речовини. Принципи посиленого вивітрювання та удобрювання океану потребують подальшого вивчення, щоб зрозуміти їхній потенціал стосовно вилучення вуглецю, а також їхню вартість, ризики та альтернативи.
Технологічні рішення включають біоенергетику в поєднанні із вловлюванням і зберіганням вуглецю (BECCS) та пряме вловлювання з повітря, що – як випливає з назви – передбачає вловлювання СО2 безпосередньо з атмосфери. Обидва ці рішення полягають у геологічному зберіганні CO2 задля широкомасштабного вилучення вуглецю і можуть відіграти важливу роль у переході до чистої енергії. Більш докладно їх буде обговорено нижче.
В пошуках шляхів обмеження глобального потепління до 1,5 °C з незначним або відсутнім перевищенням IPCC встановила, що заходи, пов’язані з сільським господарством, лісівництвом і землекористуванням, можуть до 2050 року вилучати щорічно від одного до 11 мільярдів тонн CO2. Досі ймовірна кількість CO2, вловлюваного за допомогою BECCS, коливалась від нуля до 8 мільярдів тонн на рік. Для порівняння: у 2018 році глобальні викиди CO2, пов'язані з енергетикою, склали 33 мільярди тонн. Інші варіанти вилучення вуглецю IPCC не брала до уваги через їхню недосконалість.
Біоенергетика із вловлюванням та зберіганням вуглецю
BECCS полягає у вловлюванні та постійному зберіганні CO2 з процесів, де для отримання енергії спалюють біомасу. Це може включати електростанції, що використовують біомасу (або суміш біомаси й викопного палива); целюлозні комбінати з виробництва паперу; печі для випалювання вапна для виробництва цементу; та нафтопереробні заводи, що продукують біопаливо за допомогою бродіння (етанол) або газифікації (біогаз) біомаси.
BECCS уможливлює вилучення вуглецю, оскільки біомаса поглинає СО2 в міру зростання, і цей СО2 не вивільняють при спалюванні. Натомість його вловлюють та впорскують у глибокі геологічні формації, вилучаючи із природного циклу вуглецю.
BECCS – це один із найбільш зрілих варіантів вилучення вуглецю. Сьогодні у світі функціонує ряд агрегатів BECCS, що вловлюють CO2 з промислових процесів (наприклад, продукції етанолу) та виробництва енергії з біомаси. Наприклад, у Сполучених Штатах Іллінойський проект із вловлювання та зберігання промислового вуглецю щороку вловлює до 1 мільйона тонн СО2 на заводі з виробництва біоетанолу та зберігає його у призначеному для цього геологічному місці. У Сполученому Королівстві електростанція Drax, що працює на біомасі, розпочала пілотний проект із вловлювання власного СО2. Якщо проект увінчається успіхом, то Drax може стати першою у світі електростанцією з негативними викидами.
У певних випадках BECCS може запропонувати відносно недорогу можливість застосовувати вловлювання і зберігання вуглецю. Сюди належить виробництво біоетанолу, де вартість вловлювання СО2 може складати лише 25 доларів США за тонну CO2. Водночас BECCS стикається з проблемами розміщення, що стосуються наявності збалансованої біомаси та потреби в інфраструктурі для транспортування і зберігання CO2, чого в більшості регіонів світу немає.
Пряме вловлювання з повітря
Пряме вловлювання з повітря може забезпечити вилучення вуглецю, при якому CO2, захоплений з атмосфери, підлягає довготривалому складуванню. Вловлений СО2 також можна продати для застосування, наприклад, у виробництві продуктів харчування та напоїв або для змішування з воднем з низьким вмістом вуглецю для отримання синтетичного пального. Проте в більшості випадків вловлений CO2 при використанні знову потрапляє в атмосферу, наприклад, під час спалювання пального. В цих випадках використання вловленого CO2 може й надалі приносити вигоду для клімату, особливо де синтетичне паливо замінює традиційне викопне, наприклад. Однак це не призведе до негативних викидів.
Через низьку концентрацію СО2 в атмосфері технології прямого вловлювання з повітря натепер більш енергомісткі і дорожчі порівняно з іншими методами вловлювання вуглецю, що забирають більш концентрований СО2 з промислових об'єктів або електростанцій. Оцінки вартості прямого вловлювання з повітря в науковій літературі коливаються від 95 до 230 доларів США за тонну CO2, при цьому нижня межа відображає цільові показники витрат для майбутнього масштабного застосування.
Cьогодні в Європі, США і Канаді працює понад 10 агрегатів для прямого вловлювання з повітря. Більшість цих підприємств невеликі за розміром і продають вловлений CO2 для використання – наприклад, для газування напоїв. А втім, зараз у Сполучених Штатах в рамках партнерства між Carbon Engineering та Occidental Petroleum будують перший великий завод із прямого вловлювання з повітря. Завод буде вловлювати щороку до 1 мільйона тонн CO2, який використовуватимуть для посиленого видобутку нафти, він запрацює вже в 2023 році. В Ісландії проект CarbFix вловлює СО2 з атмосфери для подальшого впорскування і зберігання в базальтових породах.
Вилучення вуглецю може бути частиною переходу до "чистого нуля" і далі
У своєму нещодавньому повідомленні компанія Microsoft оголосила, що створює кліматичний новаційний фонд у розмірі 1 мільярд доларів США для прискорення глобального розвитку технологій скорочення, вловлювання і вилучення вуглецю. Це може забезпечити вкрай потрібний імпульс для появи нових технологій вилучення вуглецю, що буде важливо не лише для виконання амбітної обіцянки Microsoft стосовно негативних викидів вуглецю, але й ширших кліматичних цілей.
ІЕА послідовно наголошує, що глобальні енергетичні переходи вимагатимуть портфелю технологій та заходів. Немає єдиного чи простого рішення для досягнення міжнародних кліматичних цілей з одночасним гарантуванням енергетичної безпеки та розширеного доступу до енергії. Хоча скорочення викидів є невідкладним пріоритетом, створення і впровадження технологій вилучення вуглецю, таких як BECCS та пряме вловлювання з повітря, могло б відіграти важливу доповнювальну роль у зміщенні енергетичного сектору в напрямку до вуглець-нейтральності, а для деяких ключових секторів - до негативних викидів вуглецю.
ІЕА дослідить роль вилучення вуглецю та інших ключових технологій у глобальних енергетичних переходах в оновленій у 2020 році версії своєї публікації Energy Technology Perspectives.