Сегодня удаление сколько-нибудь значимых объёмов углекислого газа из атмосферы (главного катализатора парникового эффекта) является неподъёмной задачей как по стоимости процесса, так и по его эффективности. Учёные из США смогли оптимизировать процесс, создав чудо-порошок с рекордным уровнем поглощения CO₂, коммерческое использование которого может начаться через пару лет.

Источник изображений: UC Berkeley

Над открытием группа учёных из Калифорнийского университета в Беркли работала больше 30 лет. Они изучали соединения, относящиеся к так называемым ковалентным органическим каркасам, имеющими пористую структуру и поэтому обладающим огромной площадью поглощения.

Разработанная учёными структура на основе аминных связей, активных при захвате молекул углекислого газа, оказалась удачнее предыдущих решений. Всего 200 граммов порошка COF-999 способны абсорбировать из воздуха 20 кг CO₂. На такое сегодня не способен ни один материал. Для сравнения, примерно столько углекислого газа за год поглощает среднестатистическое дерево.

Каркасное строение порошка, молекулы углекислого газа показаны красным и синим

Для ряда предыдущих методов прямого улавливания углекислого газа из атмосферы также использовались амины (полиамины), но в виде жидких растворов. Также подобное требовало нагрева для лучшей реакции. Материал COF-999, как заявляют учёные, работает при комнатной температуре в сухом порошке, что делает его эксплуатацию удобной. Последующий нагрев порошка до 60 °C высвобождает CO₂ и позволяет порошку снова его захватывать. Так можно делать до 100 раз с каждой порцией COF-999. Высвобожденный газ можно захоронить или пустить в производство. Также порошок COF-999, по признанию учёных, поглощает CO₂ из воздуха в 10 раз быстрее других аналогичных по назначению веществ.

Учёные рассчитывают, что новый материал поступит в эксплуатацию примерно через два года, если они смогут повысить его абсорбирующую способность и количество рабочих циклов.

Google заключила сделку по удалению углекислого газа из атмосферы по крайне выгодной цене: $100 за тонну CO₂ — этой цены стремятся добиться стартапы в области климатических технологий по всему миру, потому что при ней решения становятся коммерчески жизнеспособными.

Источник изображений: theholocene.co

Поисковый гигант заключил соглашение с Holocene — стартапом с короткой историей, который уже привлёк некоторых именитых инвесторов. Если Holocene действительно сможет улавливать углекислый газ из воздуха по цене значительно ниже, чем у конкурентов, которые сейчас взимают за эту услугу $600 и выше за тонну, появятся доказательства, что существуют технологии, способные помочь и борьбе с изменением климата. Но пока проект находится на ранней стадии, а создаваемое Google углеродное загрязнение продолжает расти.

Когда соучредитель и гендиректор Holocene Анка Тимофте (Anca Timofte) училась в бизнес-школе Стэнфорда, она наткнулась на исследование Национальной лаборатории Оук-Ридж по новой химии для улавливания CO₂ из воздуха — оно заложило основу для технологии, которую компания применяет сегодня. Holocene появилась в 2022 году, и к настоящему моменту она привлекла в качестве источников финансирования Министерство энергетики США, компанию Xprize Carbon Removal Илона Маска (Elon Musk), а также инвестиционную фирму в области климата Breakthrough Energy Билла Гейтса (Bill Gates). Ранее Тимофте и её коллега-соучредитель работали в Climeworks — одной из первых компаний в области улавливания углерода. Сегодня это крупный игрок в данной области, который сотрудничает, в частности, с Microsoft и JPMorgan Chase. К 2030 году Climeworks намеревается довести стоимость улавливания углекислого газа из воздуха до $250–$350 за тонну, что выше установленного Министерством энергетики порога в $100, при котором технология становится финансово оправданной.

Holocene заявляет, что её технология более эффективна, чем другие, поскольку она включает два непрерывных химических цикла: первый предусматривает забор CO₂ из воздуха, второй — подачу чистого потока углекислого газа, который можно передавать в подземные хранилища. В ходе первого цикла воздух пропускается через воду, которая содержит аминокислоты, притягивающие CO₂. Далее в смесь добавляется гуанидин, который при реакции с CO₂ образует твёрдый кристалл. Твёрдые частицы отделяются от жидкости, и она разогревается до 70–100 °C для высвобождения концентрированного потока парникового газа. Для сравнения, Climeworks предусматривает работу с твёрдыми фильтрами, которые улавливают из воздуха углекислый газ и высвобождают его при нагревании — другими словами, этот метод включает лишь один материал, который требует прекратить загрузку для начала выгрузки, а решение Holocene позволяет делать всё одновременно.

Сейчас у Holocene есть лишь одна небольшая пилотная установка в Ноксвилле (США, шт. Теннеси) — за год она способна улавливать из воздуха всего 10 т CO₂. К 2032 году компания, согласно сделке с Google, должна будет производить забор 100 тыс. т газа. Поисковый гигант уже заплатил «значительную часть» от общей суммы в $10 млн авансом, чтобы помочь воплотить планы партнёра в жизнь. На следующем этапе Holocene построит установку, которая будет забирать 5000 т парникового газа в год, а затем появится и коммерческая установка, которая будет извлекать уже 500 тыс. т. Пока по всему миру работают 27 установок с общей мощностью всего 10 тыс. тонн в год. Мощность в 100 тыс. т примерно эквивалентна уходу с дорог общего пользования 20 тыс. автомобилей с ДВС — при этом сама Google из-за внедрения энергоёмких систем искусственного интеллекта произвела в минувшем году 14,3 млн т углекислого газа.

Ожидается, что бум центров обработки данных приведёт к тому, что объёмы выбросов углекислого газа в индустрии к концу десятилетия вырастут до 2,5 млрд тонн. И это ускорит инвестиции в декарбонизацию, пишет информационное агентство Reuters со ссылкой на данные исследования Morgan Stanley.

Источник изображения: Weichao Deng/unsplash.com

В сообщении сказано, что крупнейшие технологические компании, такие как Google, Microsoft, Meta✴ Platforms и Amazon, стимулируют быстрое развитие энергоёмких центров обработки данных для расширения возможностей технологий искусственного интеллекта и облачных вычислений. В это же время компании выполняют данные ранее обещания по сокращению объёма выбросов CO₂ до 2030 года.

«Это создаёт большой рынок для решений по декарбонизации», — говорится в отчёте Morgan Stanley, который был составлен по итогам проведённого исследования. Там также сказано, что объём выбросов парниковых газов в глобальной индустрии центров обработки данных составляет примерно 40 % от общего объёмы выбросов в США за год.

Исследование показало, что появление крупных центров обработки данных способствует увеличению инвестиций в развитие экологически чистой энергетики, энергоэффективное оборудование и так называемые «зелёные» строительные материалы. Ожидается, что технологии улавливания, хранения и использования углерода (CCUS) и технологии удаления углекислого газа из атмосферы также получат импульс к развитию, поскольку крупные технологические компании пытаются сдержать данные ранее обещания по сокращению выбросов вредных веществ.

Компания Google сообщила о значительном росте выбросов парниковых газов за последние пять лет, что ставит под угрозу её обязательство достичь «чистого нуля», то есть нулевого баланса выбросов к 2030 году. Основной причиной увеличения выбросов стало расширение центров обработки данных, необходимых для развития систем искусственного интеллекта.

Охлаждающие трубы в центре обработки данных Google. Источник изображения: Arstechnica.com

Согласно недавнему экологическому отчёту, выбросы парниковых газов компании Google в 2023 году достигли 14,3 млн тонн углеродного эквивалента. Это на 48 % больше, чем в 2019 году, и на 13 % больше по сравнению с предыдущим годом, сообщает издание Ars Technica.

Директор по устойчивому развитию Google Кейт Брандт (Kate Brandt) подтвердила приверженность компании цели достижения нулевого баланса выбросов к 2030 году, но признала её «чрезмерно амбициозный» характер. «Мы по-прежнему ожидаем, что наши выбросы продолжат расти, но до определённого момента», — заявила Брандт.

Отмечается, что основной причиной роста выбросов стало увеличение потребления электроэнергии центрами обработки данных, которые необходимы для работы систем искусственного интеллекта. В 2023 году выбросы, связанные с энергетикой, выросли на 37 % и составили четверть от общего объёма выбросов парниковых газов компании.

Google также сообщила о росте выбросов в цепочке поставок на 8 %, что составляет 75 % от общего объёма выбросов компании. Ожидается, что эта тенденция сохранится в ближайшем будущем из-за расширения инфраструктуры, необходимой для работы систем ИИ. Компания признала, что «будущее воздействие ИИ на окружающую среду сложно и трудно предсказать». Однако Google продолжает работать над сокращением выбросов, в том числе путём подписания соглашений о чистой энергии.

Эксперты по климату, в целом, выражают обеспокоенность по поводу воздействия энергоёмких систем ИИ на окружающую среду. Так, аналитики Bernstein прогнозируют, что ИИ может удвоить темпы роста спроса на электроэнергию в США в ближайшие годы, поскольку такие крупные технологические гиганты, как Google, Amazon и Microsoft, объявили о планах инвестировать десятки миллиардов долларов в ИИ. В частности Microsoft признала, что её выбросы выросли почти на треть с 2020 года во многом из-за строительства центров обработки данных. При этом Билл Гейтс одновременно высказывает мнение, что ИИ сможет не сегодня так завтра найти решение климатических проблем.

Несмотря на трудности, Google продолжает идти к своей цели использования безуглеродной энергии к 2030 году, хоть и признаёт, что некоторые проекты в области чистой энергии были прекращены в 2023 году, что привело к сокращению доступа к возобновляемым источникам энергии.

Швейцарская компания Climeworks, занимающаяся промышленными системами прямого улавливания углекислого газа из атмосферы, представила установку третьего поколения, которая в два раза эффективнее актуальных решений. После ввода новых мощностей в строй, что произойдёт в ближайшие годы, стоимость улавливания каждой тонны CO₂ снизится с нынешних $600 до $250–350. Это приблизит мир к коммерчески выгодному предложению по добыче CO₂ из воздуха за $100 за тонну.

Художественное представление установки Direct Air Capture третьего поколения. Источник изображения: Climeworks

В мае этого года Climeworks ввела в строй самую мощную в мире установку по добыче CO₂ из атмосферы. Это предприятие «Мамонт» (Mammoth) в Исландии. За счёт дармовой геотермальной энергии извлекать углекислый газ из атмосферы можно по относительно низкой цене. Установка Climeworks содержит фильтры, которые абсорбируют CO₂. Затем фильтры нагреваются до 100 °C, и газ улетучивается из них. Газ можно смешивать с водой и прятать в естественных подземных резервуарах, где он включится в процесс минерализации, либо использовать для производства, например, газировки.

Как сообщили сегодня в Climeworks, фильтры установки третьего поколения обладают гораздо большей поглощающей способностью, что даёт возможность извлекать из воздуха и связывать больше углекислого газа при тех же затратах энергии. Также в компании разработали более оптимальную конструкцию установки — кубическую, которая также повышает эффективность процессов прямого улавливания CO₂ из воздуха.

Установка «Мамонт» в Исландии

Тестирование новых фильтров велось последние пять лет в Швейцарии. В июне этого года дело дошло до полномасштабной проверки технологии. Первыми новые фильтры получат мощности компании в США, где администрация Байдена выделила $3,5 млрд на проекты такого рода. Теперь технологией Climeworks заинтересовались в Австралии. Также проекты разрабатываются для Норвегии, Кении и Канады.

Хотя Tesla заявляет, что работает над тем, чтобы как можно скорее достичь нулевых выбросов парниковых газов, похоже, что компания в настоящее время движется в другом направлении. Согласно последнему её отчёту, выбросы парниковых газов в прошлом году составили более 50 млн тонн — примерно на 20 % больше, чем 42 млн тонн в 2022 году. Нужно отметить, что значительная часть выбросов Tesla связана с её поставщиками, а не с заводами компании.

Источник изображений: Tesla

Ранее в этом месяце Tesla подала в суд на экологическую некоммерческую организацию, обвинившую компанию в нарушении федерального закона США о чистом воздухе из-за выбросов на её заводе во Фримонте, штат Калифорния. Согласно жалобе, Tesla подвергла жителей близлежащих городов, а также рабочих завода воздействию чрезмерного количества оксида азота, мышьяка, кадмия и других вредных химикатов, в первую очередь через покрасочный цех.

«По мере развития правил управления выбросами парниковых газов нам, возможно, придётся осуществить дальнейшие капитальные вложения, которые отличаются от существующих планов, — заявили в компании. — Изменения в политике могут повлиять на определённые методы или инфраструктуру, потенциально сокращая производственные мощности, поскольку используемые технологии, такие как литье под давлением или покрасочный цех, не могут быть полностью обезуглерожены».

Tesla утверждает, что прилагает огромные усилия к переходу на возобновляемые источники энергии, а произведённые компанией электромобили в прошлом году помогли предотвратить выбросы 20 млн тонн CO₂.

Сеть зарядных станций Tesla на сегодняшний день является самой крупной в мире. По информации на сайте компании, в 2023 году 100 % энергии в её зарядной сети получено от возобновляемых источников энергии, а аптайм (время непрерывного функционирования) сети составил внушительные 99,97 %.

Углеродный след Tesla по-прежнему меркнет по сравнению с некоторыми из её конкурентов. Например, углеродный след Ford в 2023 году составил 386 млн тонн CO₂ — более чем в семь раз больше, чем у Tesla.

Microsoft также недавно сообщила о росте выбросов на 29 %, во многом из-за «новых технологий, включая генеративный искусственный интеллект». Во отчёте об устойчивом развитии Microsoft отмечается, что «мир не находится на пути к достижению важнейших климатических целей, и мы видим, что многие мировые проблемы отражены в нашей ситуации».

Учёные придумали множество реакций по превращению углекислого газа в топливо или химреактивы, но все они имеют недостатки и далеки от 100-% эффективности. Такие реакции ведут к побочным продуктам в виде водорода или карбонатов и зря расходуют энергию. Но учёные из США придумали техпроцесс, в ходе которого происходит абсолютно эффективное преобразование CO₂ в топливо или химические реактивы с использованием дешёвого цинкового катализатора, что меняет всё.

Источник изображения: Nature

Открытие сделали исследователи из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (UChicago Pritzker School of Molecular Engineering). Рецензируемая публикация по работе вышла в журнале Nature. Учёные поставили перед собой цель создать условия для высочайшего контроля молекул воды в растворе, чтобы каждый протон в электрохимическом процессе преобразования CO₂ во что-то полезное расходовался не на пустышки типа образования газообразного водорода или карбонатов, а вовлекался в синтез синтетического топлива или химических реактивов: этанола, метилового спирта, муравьиной кислоты и других соединений.

«Представьте, что мы можем получать экологически чистое электричество от солнца и ветра, а затем использовать это электричество для преобразования любого углекислого газа обратно в топливо», — поделился своей мечтой первый автор статьи Реджи Гомес (Reggie Gomes).

Исследователи не стали изобретать велосипед, а воспользовались хорошо известной реакцией электрохимического восстановления диоксида углерода (CO₂R, electrochemical carbon dioxide reduction). В ходе этой реакции углекислый газ в присутствии воды разлетается на атомы углерода, кислорода и водорода как бильярдные шары после первого удара. Задача состоит в том, чтобы в итоге собрать необходимые молекулы без образования побочных продуктов. Учёные решали её с помощью получения контроля над поведением молекул воды в растворе. Для этого они игрались с его кислотностью и регулировали электрохимические и электростатические связи молекул.

Наилучший результат был получен в присутствии катализаторов из золота, серебра и платины. Эти металлы наиболее эффективно подавляли реакции образования водорода в процессе электрохимической реакции. Но для массового производства химреактивов и синтетического топлива это не годится — они получатся буквально золотыми. Поиск привёл к катализаторам из обычного цинка, которого в земных недрах более чем достаточно и по бросовой цене.

«На данный момент лучший способ сделать это [преобразовать CO₂] электрохимически при комнатной температуре — это использовать драгоценные металлы. Золото и серебро могут немного подавлять реакцию выделения водорода, — поясняют авторы работы. — Благодаря нашему открытию мы теперь можем использовать распространенный на Земле металл цинк, потому что у нас теперь есть отдельный способ контроля воды».

Методы супрамолекулярной химии позволяют создавать причудливые молекулярные связи из сложных молекул. Только настройка реакций для синтеза сложна и непредсказуема. Однако в случае удачи можно добиться невероятного результата, который, например, получила группа химиков из Великобритании и Китая, создавшая первую в своём роде молекулу для эффективного поглощения парниковых газов и не только.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Свою молекулу учёные из Университета Хериот-Ватт в Эдинбурге назвали «клеткой из клеток». Это своего рода каркас из каркаса, сборка которого происходит сама собой в ходе серии последовательных химических реакций. Сначала собираются молекулы, по виду напоминающие призмы, а затем эти «призмы» собираются в тетраэдры. Получается глубоко пористый материал, молекулы которого способны организовывать устойчивые связи с молекулами углекислого газа и, в принципе, с другими летучими органическими соединениями.

Например, новый материал показал способность абсорбировать «запах» синтетики от новых вещей, что предотвратит появление не всем приятных запахов от нового салона автомобиля или телевизора. Но больше всего учёных поразила способность синтезированной молекулы поглощать гексафторид серы (SF₆). Этого парникового газа сравнительно мало в атмосфере, но он способен накапливаться где угодно и сохраняться там свыше 3 тыс. лет. За 100 лет, например, парниковый эффект от SF₆ будет в 23 500 раз сильнее, чем от выбросов CO₂.

Источник изображения: Nature Synthesis

«Это захватывающее открытие, — поясняют учёные, — потому что нам нужны новые пористые материалы, которые помогут решить самые большие проблемы общества, такие как улавливание и хранение парниковых газов».

Синтезированная молекула, что важно, не боится влаги, что позволит новому материалу абсорбировать парниковые газы непосредственно из промышленных выбросов, часто представляющих собой водяной пар или стоки. Открытое вещество хорошо показало себя в лаборатории, но когда оно выйдет на простор коммерческого использования — это отдельный и не до конца понятный вопрос, а полный текст статьи в журнале Nature Synthesis можно найти по ссылке.

Mammoth, крупнейший промышленный объект для удаления углекислого газа (CO₂) из атмосферы начал работу в Хеллишейди, Исландия. Предприятие использует метод прямого захвата углекислого газа из воздуха (Direct Air Capture, DAC). Объектом управляет швейцарская компания Climeworks, занимающаяся климатическими технологиями, в число клиентов которой входят JPMorgan Chase, Microsoft, Stripe и Shopify.

Источник изображений: Climeworks

Метод DAC, который применяет Climeworks, использует компрессорные установки, закачивающие атмосферный воздух в коллектор, где содержащийся в воздухе CO₂ поглощается специальным фильтром. После насыщения фильтра коллектор автоматически закрывается и нагревается до 100 °C, высвобождая собранный CO₂, который затем смешивается с водой и закачивается в горные породы, где постепенно минерализуется. Предполагается, что DAC станет эффективным способом борьбы с изменением климата, хотя масштабируемость этого процесса пока находится под вопросом.

Разработка DAC началась в 2009 году, когда при Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH Zürich) была основана компания Climeworks. За последние пару лет крупные компании, такие как Microsoft, Stripe и Shopify, авансом оплатили Climeworks будущие услуги по удалению углекислого газа, чтобы помочь зарождающейся безуглеродной индустрии. Помимо привлечения корпоративных клиентов, Climeworks получила средства на развитие в размере более $780 млн от широкого круга независимых инвесторов.

В 2017 году Climeworks стала первой компанией, приступившей к сбору CO₂ из воздуха для дальнейшей его реализации в качестве продукта, используемого в газированных напитках и теплицах. В 2021 году компания сделала большой шаг вперёд, открыв в Исландии объект Orca — первое предприятие по улавливанию углекислого газа по методу DAC.

На данный момент на предприятии Mammoth функционирует 12 модульных установок, до конца года их количество возрастёт до 72. Когда Mammoth выйдет на запланированную мощность, он сможет улавливать почти в 10 раз больше CO₂, чем Orca, — около 36 тыс. тонн углекислого газа в год. Эта впечатляющая цифра на самом деле сравнительно не велика, учитывая, что только выбросы Microsoft составили около 13 миллионов (!) тонн углекислого газа в 2022 году.

На сегодняшний день Mammoth — крупнейший из действующих объектов такого профиля. Но, по сравнению с находящимися в разработке глобальными проектами, его можно считать лишь демонстратором технологий. Деятельность Climeworks в Исландии была призвана показать жизнеспособность и эффективность процесса DAC. Теперь компании предстоит выход на растущий рынок США с гораздо более масштабными инициативами.

Компании, занимающиеся климатическими технологиями, получают заметную политическую и финансовую поддержку в США — к настоящему моменту $3,5 млрд федеральных средств направлено на развитие как минимум четырёх предприятий, работающих по методу DAC. Достоверно известно о двух крупных проектах, в которые будет инвестировано $1,2 млрд — это предприятие в штате Луизиана, использующее технологии DAC от Climeworks и калифорнийский стартап Heirloom Carbon Technologies. Каждый центр, финансируемый из федерального бюджета, должен улавливать не менее миллиона тонн CO₂ в год. Microsoft стала одним из первых клиентов центра в Луизиане.

Важно понимать, что Climeworks использует для своей деятельности в Исландии практически бесплатную «зелёную» геотермальную энергию и природные подземные хранилища в Хеллишейди. Это кардинально снижает затраты и позволяет избежать строительства большой сети трубопроводов для транспортировки CO₂. Совершенно другая ситуация в США, где любые планы по строительству предприятий DAC ставятся под сомнение в связи с опасениями по поводу высоких затрат и загрязнения окружающей среды. Компании также придётся столкнутся с противодействием строительству трубопроводов со стороны жителей близлежащих районов.

Компания Infinium, в которую инвестировал Билл Гейтс (Bill Gates), за три года создала в Техасе производство синтетического топлива, которое на 95 % более экологично по сравнению с топливом из нефти. Экологически чистый дизель идёт на заправку грузовиков компании Amazon и через два года начнёт поступать для заправки самолётов компании American Airlines. Однако перспективы такого бизнеса всё ещё туманны.

Источник изображения: Infinium

Первое в США производство Infinium расположено в окрестностях города Корпус-Кристи, штат Техас. Этот штат является крупнейшим в США поставщиком сырой нефти. Также в регионе добывается природный газ и происходит переработка нефти и газа. На этом строится бизнес Infinium. Компания покупает у добывающих и перерабатывающих заводов сопутствующий производству углекислый газ и синтезирует с его помощью «электронное» топливо: керосин, дизель и растворители.

Топливо считается электронным по той причине, что для реакций расщепления воды на кислород и водород, а также для питания реакторов по синтезу топлива из водорода и CO₂ используется энергия из возобновляемых источников — солнечная и ветряная. Это позволяет компании утверждать, что её топливо на 95 % чище ископаемых аналогов. Некоторые специалисты с этим не согласны, ведь при сгорании е-топлива в воздух всё равно будет выбрасываться углекислый газ, который туда улетел бы без всего этого сложного и дорогого производства.

По-настоящему полезным синтез е-топлива станет только в том случае, если компания сможет получать или самостоятельно улавливать ранее выброшенный в атмосферу углекислый газ. Однако пока эти технологии слишком неэффективны и требуют огромных расходов, поэтому производства Infinium более-менее оправданы лишь в местах, где есть сосредоточение нефтегазопереработки и нефтехимии в сочетании с источниками возобновляемой энергии. Таких мест, на самом деле, не так много. Специалисты Infinium, в надежде развить проект, насчитали во всём мире не более 200 наиболее эффективных для этого точек, для 13 из которых они начали создавать бизнес-планы.

Глава компании не стал раскрывать стоимость производимого первым заводом Infinium е-топлива. Также он отказался назвать стоимость покупаемого углекислого газа и объёмы расхода воды. Было лишь подчёркнуто, что вода используется предельно эффективно. В то же время аналитики считают, что стоимость e-топлива как минимум в четыре раза выше стоимости ископаемого дизеля или керосина.

В сутки завод Infinium в Корпус-Кристи производит 8300 литров е-топлива без уточнения долей того или иного его вида. В основном поставки производятся компании Amazon для заправки грузовиков. Этого объёма за год производства хватит, чтобы один 20-тонный грузовик совершил 190 рейсов вокруг Земли по экватору. Недавно заключённый с компанией American Airlines контракт предполагает, что будет создано новое производство по синтезу е-керосина, поставки которого начнутся в 2026 году.

Грузовой транспорт вносит наибольший вклад в выбросы CO₂ в атмосферу. Это самолёты, грузовики, поезда и суда. Переход на е-топливо может снизить вклад этих транспортных средств в углеродный след Земли. Однако без серьёзных стимулов со стороны властей и желания компаний, достичь этих целей будет сложно не только к 2030 году, но также к середине века и даже позже. Таких производств как Infinium должно быть не много, а очень много, тогда как сейчас их можно пересчитать по пальцам одной руки. Также стоимость производства е-топлива должна снижаться более быстрыми темпами, чего пока не предвидится. В то же время переход на е-топливо позволяет прямо здесь и сейчас без перестройки инфраструктуры и всего остального начать снижать выбросы углекислого газа, связанные с использованием большегрузного транспорта.

Свежие исследования показывают, что гидроэлектростанции недооценили, когда исследовали их воздействие на окружающую среду. Детальный анализ показал, что ГЭС вырабатывают самый вредный из парниковых газов — метан. Вместе с пресноводными водоёмами электростанции ежегодно выбрасывают в воздух 3 млрд т метана из 51 млрд т всех парниковых выбросов. Это те числа, с которыми необходимо считаться и которые необходимо сокращать, пока климат не перешёл черту.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Всем нам известен эффект газировки, когда в герметично закрытой ёмкости мы видим спокойную жидкость. Но стоит взболтать ёмкость или открыть крышку, внутри всё буквально вскипает от выделяющихся из жидкости пузырьков растворённых газов. Такой же процесс происходит на ГЭС при проходе воды через турбины и во время сброса. Растворённый в речной воде или воде из водохранилища метан начинает интенсивно выделяться в атмосферу, когда агрегаты электростанции входят в контакт с водой.

По данным Международного энергетического агентства, метан ответственен примерно за 30 % глобального потепления со времён промышленной революции. Поэтому метану уделено соответствующее внимание в программах краткосрочных действий по борьбе с изменением климата. Около 150 стран присоединились к Глобальному обязательству по метану, целью которого является сокращение к 2030 году выбросов метана в результате деятельности человека на 30 % по сравнению с уровнем 2020 года.

«Примерно через 12 лет метан может окислиться и превратиться в углекислый газ, поэтому, если вы сократите выбросы метана сегодня, вы сможете повлиять на глобальное потепление в течение своей жизни», — сказала Луиза Парлонс Бентата (Louise Parlons Bentata), исполнительный директор и соучредитель Blue Metane.

Компания Blue Metane одна из тех, кто пытается поставить добычу растворённого в воде метана из разных источников на коммерческие рельсы. Ведь если процесс нельзя устранить, его надо возглавить. Растворённый в воде метан — это неископаемое биотопливо. На ГЭС и в озёрах с мёртвой органикой на дне можно обнаружить места и участки, где метан можно отделять с коммерческой выгодой. Именно на это направлена работа многих стартапов.

Сегодня это в основном эксперименты. К сожалению, спутниковая система наблюдения за очагами выделения метана плохо работает, а проводить замеры на месте — это очень дорого. Поэтому пока приходится полагаться на математические модели и искать возможность более точно определять наиболее сильные источники выброса метана. В этом надежда молодых компаний. Борьба с потеплением и возможность использовать метан в качестве биотоплива позволяют рассчитывать на поток инвестиций и, в конечном итоге, на появление зрелой и коммерчески выгодной технологии извлечения метана из воды.

Более того, метана в окружающей нас воде может оказаться ещё больше. Заметные концентрации метана есть в питьевой воде, в водах очистных сооружений (его там оказалось в два раза больше, чем ожидали), в воде рисовых плантаций и везде, где присутствует органика и микробная деятельность без доступа кислорода. Во всех случаях есть участки, где концентрация растворённого метана в воде наивысшая. Пока начались работы по попыткам получать значительные объёмы метана на ГЭС как наиболее простое и лежащее на виду решение. Но это только первый шаг. В борьбе с выбросами метана нельзя останавливаться.

Опубликованный Еврокомиссией отчёт говорит о том, что практические сценарии использования подзаряжаемых от электрической сети гибридных транспортных средств очень далеки от сертификационных, и в результате они загрязняют окружающую среду своими выбросами гораздо сильнее, чем заявлено в паспортных данных.

Источник изображения: Volvo Cars

Во всяком случае, для рынков Европы и США подобная картина характерна, как заявили исследователи, изучавшие статистику в двух указанных регионах по заказу Еврокомиссии. Выбросы углекислого газа, которые заявлены при испытаниях по циклу WLTP, оказываются на практике в несколько раз выше при эксплуатации гибридных транспортных средств на базе ДВС с возможностью подзарядки тяговой батареи от электрической сети. Теоретически, владельцы таких машин могут регулярно ездить на электротяге, используя ДВС лишь от случая к случаю при отсутствии возможности зарядиться. В действительности же наличие альтернативного источника тяги или энергии для подзарядки тяговой батареи в виде ДВС настолько расслабляет автовладельцев, что они нередко используют машины в том же режиме, что и обычные автомобили с одним только ДВС, редко заряжая батарею для движения на одной лишь электротяге.

Источник изображения: Еврокомиссия

Как отмечают авторы исследования, у подзаряжаемых гибридов с дизельными двигателями разбег сертификационных значений выбросов углекислого газа с реальными выражен сильнее всего и измеряется сотнями процентов разницы. Подзаряжаемые гибриды с бензиновыми двигателями на этом фоне выглядят чуть лучше, но ведь дизельные гибриды за счёт более высокой экономичности изначально должны расходовать меньше топлива и меньше выбрасывать углекислого газа, но на практике всё оказывается наоборот.

На столь неприглядную картину накладывает свой отпечаток и специфика рынков отдельных стран. В Германии, например, компании охотно приобретают в корпоративные парки подзаряжаемые гибриды, поскольку это поощряется разного рода льготами, но никто не следит, как они потом эксплуатируются. Не желая тратить время на зарядку от электросети, водители таких машин просто ездят, используя в качестве источника энергии преимущественно углеводородное топливо. Проблема разницы между реальными объёмами выбросов и паспортными значениями существует и для машин, оснащённых исключительно ДВС, поскольку методика стендовых измерений всё же далека от жизни, но в этом случае можно говорить о разрыве не более 20 %. Подзаряжаемые гибриды в этом смысле гораздо сильнее подводят авторов методик проведения таких замеров.

Идея извлечения углекислого газа прямо из атмосферы витала в воздухе уже много лет, но интерес к ней возрос после выхода в 2022 году доклада Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата, который подчеркнул перспективность такого подхода. AirMyne представила запатентованную жидкость для поглощения CO₂ и технологию последующего извлечения из неё углерода нагревом до температур 100–130 °C при помощи геотермального тепла.

Сам по себе метод использования специализированных жидкостей для поглощения CO₂ не нов, но в большинстве случаев для последующего высвобождения газа требуются высокие температуры. Процесс, предлагаемый AirMyne, может оказаться менее эффективным, чем высокотемпературный подход, но соучредитель и главный операционный директор Марк Сиффка (Mark Cyffka) подчёркивает гибкость и широкие возможности масштабирования своей технологии.

«Это гибко. Теперь вы можете использовать низкотемпературное тепло от [переработки] промышленных отходов и геотермальной энергии», — утверждает Сиффка. Сейчас компания тестирует различные конфигурации своей системы. Коллекторы, скорее всего, будут модульными, и из них жидкость будет поступать в большую централизованную колонну для регенерации, аналогичную той, что используется на крупных химических заводах, разработкой которых Сиффка занимался ранее, работая в BASF. По его словам, в настоящее время компания тестирует около 30 прототипов.

Согласно патентам, полученным компанией, ключевым компонентом жидкости AirMyne является один или несколько вариантов соединений четвертичного аммония. Четвертичный аммоний (аммоний-катионы) — это класс соединений, которые широко используются в самых разных областях, включая дезинфицирующие средства для рук, средства по уходу за волосами и кондиционеры для белья. Интерес к ним как к сорбентам CO₂ в последнее время резко возрос, потому что они широко доступны, относительно стабильны и не требуют сильного нагрева для выделения уловленного углекислого газа. Они также способны выделять CO₂ при влажности, близкой к точке насыщения, что потенциально даёт ещё один способ контролировать регенерацию жидкости.

Использование AirMyne низкотемпературного тепла может открыть двери для использования этой технологии на самых разных объектах: от геотермальных установок до химических нефтеперерабатывающих предприятий и пивоваренных заводов. Жидкостная система потребует большого количества воды — от одной до семи тонн на тонну уловленного углерода, — поскольку некоторая её часть неизбежно испаряется при контакте с атмосферой. Это может помешать использованию технологии в засушливых регионах. Тем не менее, спрос на улавливание углерода будет постоянно и быстро расти, что поможет AirMyne занять свою нишу на этом рынке.

Сейчас AirMyne сотрудничает с Fervo, объединяя свою систему улавливания углерода с передовым геотермальным проектом этого стартапа в штате Юта. Образцы CO₂, извлечённые компанией из атмосферы в лаборатории, были отправлены CarbonBuilt, компании по производству низкоуглеродистого цемента, и Rubi, которая производит текстиль из CO₂. В 2026 году AirMyne планирует внедрить свою технологию улавливания углерода с последующим закачиванием в подземные хранилища в штате Калифорния. Недавно компания привлекла инвестиции в размере $6,9 млн.

Согласно годовому отчёту Международного энергетического агентства (IEA), в 2023 году выбросы парниковых газов достигли рекордно высокого уровня, несмотря на подъём чистой энергетики. Развитые страны показали экономический рост на фоне снижения выбросов, но страны с развивающейся экономикой не смогли отойти от модели роста за счёт наращивания выбросов от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Анализ показал, что годовой прирост выбросов в 2023 году составил 1,1 % или 410 млн т, что в сумме дало новое рекордное значение на уровне 37,4 млрд т. Главными причинами произошедшего назвали засухи и растущую потребность стран в энергии. Очевидно, что всё это идёт вразрез с климатическими планами сократить к 2030 году выбросы на 45 %. В данный момент повышение средней температуры Земли по сравнению с доиндустриальным периодом составило 1,1 °C, тогда как Парижское соглашение по климату предписывает удержать этот рост на уровне не выше 1,5 °C.

США и страны ЕС сократили выбросы в прошлом году, но Индия и Китая с лихвой компенсировали их старания. При этом нельзя сказать, что Китай и Индия не занимаются вопросами перехода на чистую энергетику. Однако экономика этих стран растёт быстрее и обгоняет возможности ввода в строй мощностей с чистой основой. Впрочем, в МЭА считают, что в долгосрочной перспективе всё не так плохо. По мнению специалистов агентства, связанные с энергетикой выбросы благодаря росту использования чистых источников энергии, таких как ветряные турбины и солнечные батареи, «структурно замедлились».

Более того, если бы последние пять лет мир не занимался вводом чистых источников энергии, выбросов было бы примерно в три раза больше, чем регистрируется в настоящее время.

Общий уровень выбросов включает выбросы от сжигания ископаемого топлива для получения энергии, а также выбросы от промышленных процессов, таких как производство цемента и сжигание нефти и попутного газа в факелах. К тому же на уровень выбросов оказала серьёзное влияние погода, а именно — засухи, которая резко сократила выработку гидроэлектростанций в США, ЕС, Индии и Китае. Взамен этих чистых источников энергии пришлось жечь уголь, газ и нефть, что привело к увеличению выбросов углекислого газа примерно на 170 млн т или примерно на 40 % от общего увеличения выбросов в прошлом году.

Только в Китае по причине засухи пришлось увеличить выбросы от сжигания ископаемых ресурсов на 5,2 % в год. Тем не менее в стране быстро развивались более чистые источники энергии. На долю Китая, например, пришлось около 60 % созданных во всём мире новых мощностей солнечных и ветряных электростанций. Однако этого оказалось недостаточно, чтобы покрыть увеличение на 6,1 % спроса на энергию, поскольку экономика Китая росла за счёт множества секторов, включая строительство.

В США, напротив, выбросы от производства энергии от сжигания ископаемого топлива сократились на 4,1 %, несмотря на рост экономики на 2,5 %, поскольку низкие цены на газ помогли стране выработать больше электроэнергии из газа, а не угля. Выбросы от производства энергии в ЕС сократились почти на 9 %, тогда как экономический рост составил 0,7 %. Прирост выработки энергии в Европе произошёл преимущественно благодаря силе ветра.

Производство электроэнергии из угля и газа в ЕС упало на 27 % и 15 % соответственно, сообщили в МЭА, добавив, что впервые их обогнала энергия ветра.

«Пандемия, энергетический кризис и геополитическая нестабильность — всё это потенциально могло подорвать усилия по созданию более чистых и безопасных энергетических систем, — резюмировали в агентстве. — Вместо этого мы наблюдаем обратное во многих экономиках». Но расслабляться рано — это факт.

Руководство климатической инициативы Frontier от имени группы компаний с участием Alphabet, Stripe, Shopify и других гигантов сообщило о заключении сделки стоимостью свыше $57 млн по удалению из атмосферы Земли свыше 158 тыс. т CO₂ к 2028 году. Удалять углекислый газ будет стартап Lithos Carbon с помощью разбрасывания базальтовой крошки по сельскохозяйственным землям. Считается, что эта горная порода при выветривании связывает CO₂ на тысячи лет.

Разбрасывание базальтовой крошки на полях. Источник изображения: Frontier

Горные породы при естественном выветривании связывают атмосферный углекислый газ, переводя его в плохорастворимые соединения. Но это крайне медленный процесс. Гораздо быстрее связывание происходит, если порода измельчена до состояния крошки и даже пыли. Тогда химические реакции идут быстрее и CO₂ «минерализуется» завидными темпами. Искусственные процессы ускоренного выветривания назвали «усиленным выветриванием» и включили его в список потенциальных инструментов для борьбы с климатическими изменениями.

Впрочем, благая идея затормозилась почти сразу. Во-первых, это дорого. По самым оптимистичным оценкам стоимость связывания тонны CO₂ базальтом составит около $200. Компания Lithos Carbon собирается брать за это ещё больше — $370 за тонну. И это ещё недорого, говорят в стартапе, ссылаясь на практику прямого извлечения CO₂ из атмосферы, которая стоит сегодня $600 за тонну.

Но главным препятствием на пути реализации идеи ускоренного выветривания с помощью базальтовой крошки — это эфемерность показателей. Надёжных методик для оценки объёма поглощения CO₂ в результате деятельности стартапа, нет. Им можно верить только на слово и на кое-какие расчеты учёных. Компания обещает, что будет точно знать, сколько углекислого газа поглотит базальтовая крошка, поскольку будет регулярно измерять кислотность почв и проводить другие химические экспертизы в местах ускоренного выветривания. Однако специалисты сомневаются, что покупатели услуг будут получать точные данные. Скорее всего, сетуют они, показатели будут завышенными, поскольку надёжных методик проверки эффективности метода нет.

Тем не менее, Stripe, Alphabet, Shopify и McKinsey Sustainability. Autodesk, H&M Group, JPMorgan Chase, Workday, Zendesk, Canva и Boom Supersonic и ряд других компаний подписали соглашение по поглощению CO₂ из воздуха с Lithos Carbon. Стартап берёт базальт в открытом карьере, измельчает его и раздаёт местным фермерам, которые с помощью внесения крошки в почву поддерживают её щелочной баланс. В почве крошка под воздействием влаги и воздуха связывает CO₂ и грунтовыми водами выносит минералы в реки и моря, где порода будет удерживать углекислый газ в минеральных соединениях не меньше 10 тыс. лет.

Компания Lithos Carbon обещает проследить за сохранением плодородия почв и качеством воздуха в регионе своей ответственности, ведь базальтовая пыль, поднятая в атмосферу, вряд ли добавит кому-то здоровья.