В то время как космические телескопы заглядывают в эпоху зарождения Вселенной, а в лабораториях воспроизводят явления квантового мира, оказалось, что мы пропустили кое-что важное у себя под носом. Неожиданный эксперимент показал, что свет оказался способен испарять воду без передачи тепла и делает это с большей эффективностью, чем нагрев. Это может привести к появлению лучших опреснителей воды и даже способно изменить климатические модели Земли.

Источник изображения: Pixabay

Как всем известно ещё со школы, испарение воды происходит, когда молекулы у поверхности жидкости поглощают достаточно энергии, чтобы улетучиться в воздух в газообразной форме — в виде водяного пара. Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) выяснили, что тепло вовсе необязательно использовать для испарения. Испарять воду можно с помощью света, причём даже более эффективно, чем с помощью тепла.

К исследованию этого вопроса подтолкнули многочисленные наблюдения последних лет, когда эксперименты с гидрогелями показали несоответствие скорости испарения и используемого для этого тепла. На практике испарение происходило заметно интенсивнее, чем допускал нагрев. С физикой процесса что-то явно шло не так, и учёные заинтересовались скрытыми механизмами этого, казалось бы, досконально изученного за сотни лет явления.

Базовые эксперименты показали, что причиной интенсивного испарения воды может быть свет, а не переносимое им тепло (энергия). При этом вода прозрачна для видимого света, что противоречит наблюдаемому результату. Для проверки гипотезы учёные поместили образец гидрогеля в контейнер на весах и последовательно облучали его светом с разными длинами волн, в процессе чего измеряли количество массы, которую он терял со временем в результате испарения. Образец был тщательно изолирован от оборудования и ламп для предотвращения передачи тепловой энергии воде.

Измерения показали, что вода действительно испарялась со скоростью, значительно превышающей допустимую по тепловому пределу. Степень испарения также зависела от длины волны света, достигая максимума при длине волны, соответствующей зелёному свету. Эта зависимость от цвета дополнительно подтверждает, что скорость испарения не связана с передачей тепла.

Этот же эксперимент был повторен в темноте с подогревом образца гидрогеля электричеством. Сила тока и мощность в итоге была такой же, как при облучении образца светом. В этот раз известная нам физика не подвела — объём испарённой воды остался в пределах известной нам со школы термодинамики и он был заметно ниже того, который испарился при облучении одним лишь светом.

Авторы исследования назвали новое явление «фотомолекулярным эффектом» и предположили, что фотоны света могут как бы отщеплять кластеры молекул воды у поверхности жидкости. Вероятно, нечто подобное происходит в природе, хотя физики никогда не подозревали о таком процессе. Тем самым наши климатические модели могут неправильно оценивать воздействие солнечных лучей на океаны и облачный покров. Интенсивность испарения может оказаться выше, и это будет иметь свои последствия.

Доказавшие эффект учёные получили грант на дальнейшие исследования явления. У него есть также практические перспективы. Например, таким образом можно создать более энергоэффективные опреснители, чем уже имеющиеся на основе теплового испарения.

Международное энергетическое агентство опубликовало свежий прогноз по темпам потребления в мире угля, нефти и газа до 2030 года. Установлено, что пик глобального спроса на эти ископаемые ресурсы придётся на конец текущего десятилетия с последующим выходом на ровные показатели в течение десятилетий. Этот прогноз конфликтует с прогнозом ОПЕК, ожидающей роста спроса на газ и нефть до 2045 года.

Источник изображения: Pixabay

«Переход на экологически чистую энергию происходит во всем мире, и его невозможно остановить, — заявил Фатих Бироль (Fatih Birol), исполнительный директор Международного энергетического агентства. — Это не вопрос "если", это вопрос "как скоро" — и чем скорее, тем лучше для всех нас».

Аналитики агентства подчёркивают, что нынешний энергетический кризис в корне отличается от нефтяного кризиса 70-х. Тогда не было альтернатив — солнечной и ветряной энергетики, электромобилей и практики удалённой работы. Сегодня всё это есть и последствия кризиса будут преодолеваться с меньшими издержками, несмотря на разгорающийся новый конфликт на Ближнем Востоке в дополнение к кризису в Европе.

ОПЕК считает опасным давать призрачную надежду на возобновляемую энергетику. Это выльется в недофинансирование нефте- и газодобычи и приведёт к энергетическому хаосу. В агентстве согласны, что потребность в нефти, угле и газе не исчезнет в одночасье. Но трансформация рынков и сознания уже началась и выход спроса на ископаемые ресурсы для энергетики на плато уже к 2030 году — это реальность. После этого развитые станы начнут сокращать потребление ископаемых ресурсов, а развивающие будут увеличивать спрос, но не выше среднего показателя в глобальном масштабе.

Согласно проведенному анализу, к 2030 году на дорогах может появиться в 10 раз больше электромобилей, чем сегодня, а возобновляемые источники энергии, такие как солнце, ветер и гидроэнергия, смогут обеспечивать 50 % мировой электроэнергии по сравнению с 30 % сегодня. Тепловые насосы и другие электрические системы отопления могут превзойти отопление от сжигания газа и мазута. Глобальные инвестиции в морские ветряные электростанции могут превысить инвестиции в угольные и газовые электростанции.

Если всё это произойдет, то в ближайшие три десятилетия спрос на нефть и газ, скорее всего, будет находиться на плато, несколько превышающем сегодняшний уровень, увеличиваясь в развивающихся странах и сокращаясь в странах с развитой экономикой. Спрос на уголь, самое грязное из ископаемых видов топлива, начнёт снижаться, хотя и может колебаться из года в год, если, например, угольные электростанции будут вынуждены работать чаще во время аномальной жары или засухи.

Крупнейшие американские нефтегазодобывающие компании почему-то не воспринимают прогноз агентства всерьёз. В последние месяцы в США они скупают мелких добытчиков, явно ожидая роста спроса на нефтепродукты. Так, в понедельник компания Chevron объявила о планах покупки компании Hess за $53 млрд, что произошло всего через две недели после того, как Exxon Mobil заявила о намерении приобрести Pioneer Natural Resources за $59,5 млрд. В результате обеих сделок нефтяные гиганты приобрели крупные запасы сланцевой нефти в таких регионах, как Техас и Северная Дакота.

В своём почти 400-страничном докладе аналитики Международного энергетического агентства тщательно объяснили пагубность подобных решений и порекомендовали нефтедобытчикам узнать нужды и планы рынка возобновляемой энергетики, что должно вернуть их на землю.

«У меня есть мягкое предложение к руководителям нефтяных компаний: они общаются только между собой, — сказал г-н Бирол в интервью. — Им следует поговорить с производителями автомобилей, с производителями тепловых насосов, с производителями возобновляемых источников энергии, с инвесторами — и узнать, каким они все видят будущее энергетики».

«Пик спроса на ископаемое топливо будет значительным, но для достижения наших климатических целей потребуется его резкое сокращение в таких масштабах и темпах, которых мы еще не видели», — резюмировал Бордофф. В противном случае нам не удастся обуздать климатические изменения и это скажется на всём человечестве.

Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало новые планы для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Агентство больше не делает ставку на непроверенные технологические решения в виде широкого использования водородного топлива и улавливания углекислого газа. Вместо них эксперты рекомендуют умножить усилия по переходу на возобновляемую энергетику и ускорить отказ от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: Hugo Herrera / The Verge

Согласно представленным в 2021 году планам МЭА, чтобы удержать рост средней температуры на Земле на уровне 1,5 °C от доиндустриального уровня, необходимо отказаться от инвестиций в новые проекты по добыче и использованию ископаемого топлива. Среди ряда шагов для достижения углеродной нейтральности к 2050 году, наряду с переходом на возобновляемые источники энергии рекомендовалось переходить на водородное топливо и создавать системы для улавливания углекислого газа в процессах производства.

За прошедшие с момента публикации плана два года планета нагрелась на 1,2 °C и обещает нагреться к 2050 году выше критического уровня в 1,5 °C, установленного Парижским соглашением по климату. За это же время водородные технологии и перспективные решения по улавливанию углерода показали себя малоперспективными и не способными развиться до зрелого уровня. Стало очевидно, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе они не смогут спасти Землю от глобального потепления и делать ставку на них больше нельзя. И если до этого МЭА ожидало от новых технологий сокращения выбросов до 50 %, то теперь ожидания снижены до 35 %.

Так, в докладе сказано, что «производство водорода является скорее климатической проблемой, чем решением климатических проблем». Водород, напомним, должен снизить выбросы тяжёлого транспорта, который загрязняет атмосферу наиболее сильно — это авиация, судоходство, железнодорожный транспорт и грузовики. Для производства водорода в основном в мире используется природный газ, что ведёт также к росту выбросов в атмосферу парниковых газов.

Благие намерения уничтожаются современными технологиями производства водорода. Пока это не изменится, экологическая польза водородного топлива достаточно сомнительна и эксперты решили это признать. Поэтому в новых планах МЭА прогноз по доле большегрузного автомобильного транспорта на топливных ячейках на дорогах в 2050 году снижен по сравнению с планами 2021 года на 40 %.

Аналогичным образом на 40 % снижены предсказания по улавливанию выбросов углерода при производстве энергии. «До сих пор история [улавливания углерода] была в основном историей неоправдавшихся ожиданий», — сказано в новом докладе МЭА. Министерство энергетики США (DOE) потратило сотни миллионов долларов на неудачные проекты по улавливанию углерода в основном из-за «факторов, влияющих на их экономическую жизнеспособность», как было сказано в одном из отчётов федерального регулятора.

«Извлечение углерода из атмосферы обходится очень дорого. Мы должны сделать всё возможное для того, чтобы перестать выбрасывать его в атмосферу», — заявил в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль. Эти технологии могут быть использованы лишь в критических случаях, когда не будет другого выхода.

Вместо непроверенных технологий МЭА рекомендует утроить мощности возобновляемых источников энергии в мире, чтобы в первую очередь прекратить генерировать загрязнение, приводящее к потеплению планеты. Расходы на экологически чистую энергетику должны увеличиться более чем в два раза: с $1,8 трлн в этом году до $4,5 трлн к началу следующего десятилетия. Энергоэффективность также должна удвоиться в те же сроки, а наиболее богатые страны мира должны достичь нулевого уровня выбросов за несколько лет до достижения глобальной цели в 2050 году.

Будет ли услышан голос экспертов? В США активно осваивают бюджетные средства на технологии улавливания углекислого газа из атмосферы и газов, сопутствующих производству. В России также готовы следовать этому курсу, и уже оценили потенциал ресурсов для хранения CO₂ из промышленных источников, к чему подталкивает введение климатических налогов на выбросы.

В рамках заключённого ещё в феврале этого года соглашения компания IBM и NASA создали и открыли доступ к открытой ИИ-платформе для геопространственного анализа спутниковых снимков. В основе инструмента лежат спутниковые снимки (гармонизированные данные) из базы NASA, собранные европейским спутником Sentinel-2. Новый ИИ-инструмент облегчит анализ геоданных и поможет учёным лучше понимать климатические изменения и перспективы.

Источник изображения: IBM

«Никогда еще не была так очевидна важная роль технологий с открытым исходным кодом для ускорения таких важнейших областей открытий, как изменение климата, — сказал Шрирам Рагхаван (Sriram Raghavan), вице-президент IBM Research AI. — Объединив усилия IBM по созданию гибких, многократно используемых систем ИИ с хранилищем спутниковых данных NASA и сделав их доступными на ведущей платформе ИИ с открытым исходным кодом HuggingFace, мы сможем использовать силу сотрудничества для более быстрого и эффективного внедрения решений, которые улучшат состояние нашей планеты».

Данные NASA — это собранные за прошедший год мультиспектральные изображения со спутника с разрешением 30 м на пиксель — обрабатываются моделью IBM watsonx.ai. На сайте HuggingFace можно обнаружить всё необходимое для начала использования этого инструмента. Платформа поможет решить не только прогностические задачи, связанные с климатом планеты, но также позволит давать ответы на насущные вопросы, связанные с землепользованием, вырубками, пожарами, наводнениями и тому подобными проблемами.

Можно ожидать, что появление «разумного» интерфейса в таком деле, как анализ мультиспектральных спутниковых снимков, где неспециалисту ни за что не разобраться, подтолкнёт науку и приведёт к появлению практических решений для экономики, сельского хозяйства, строительства и многих других областей, зависящих от прихотей погоды.

Астроном Иштван Сапуди (István Szapudi) из Института астрономии Гавайского университета опубликовал расчёты, согласно которым климатические изменения на Земле можно остановить потенциально доступным способом. Для этого между Землёй и Солнцем надо разместить что-то вроде зонтика, например, полотно из графена. Но изюминка идеи заключается в другом. В качестве якоря для зонтика учёный предложил использовать астероид, припаркованный в точке Лагранжа L₁.

Источник изображения: Brooks Bays/UH Institute for Astronomy

Идея борьбы с глобальным потеплением с помощью поглощения части солнечного света не нова и, в общем-то, всегда лежала на поверхности. К счастью или нет, власти ведущих стран Земли не спешат реализовывать тот или иной проект. Последствия плохо просчитанных действий на этом направлении могут накликать на наши головы другие проблемы, а мы и с текущими пока не очень-то справляемся.

Главная идея Иштвана Сапуди заключается в том, что в космос не нужно будет доставлять с Земли неимоверный по тяжести груз для удержания зонтика. Якорь можно будет найти в космосе, благо NASA уже испытало возможность ударного воздействия на астероиды для изменения их траектории. Достаточно будет найти подходящий астероид и направить его в точку Лагранжа L₁ между Землёй и Солнцем. Размещение астероида в L₁ в качестве противовеса уменьшит общую массу полезной нагрузки (собственно экрана) до 35 тыс. т. Вся конструкция вместе с якорем будет весить 3,5 млн т. Но это примерно в 100 раз легче, чем если бы зонтик свободно летал в пространстве без привязи.

Сегодня с технической точки зрения такой проект неосуществим. Однако предложенная астрономом версия уже на шаг ближе к реализации, поскольку на несколько порядков снижает ограничения по массе выводимой в космос полезной нагрузки. Прорыв в производстве графена и относительно небольшая затенённость, которая нужна для предотвращения глобального потепления (поглощение от 1 % до 2 % солнечного света), могут дать нам шанс смягчить последствия изменения климата, пока мы не получим иное и более надёжное средство для решения этой проблемы.

Белый дом опубликовал отчёт о проблемах солнечной геоинженерии, работа над которым была заложена Конгрессом в бюджет 2022 года. В отчёте рекомендовано глубже изучить проблему искусственного вмешательства в солнечную активность на нашей планете, чтобы проблема глобального потепления не превратилась в проблему недостатка освещения для растений и в сокращение флоры и фауны. Чиновники ЕС солидарны с выводами и рекомендуют не спешить.

Источник изображения: Pixabay

Отдельно Белый дом подчёркивает, что действующая администрация не собирается запускать комплексную исследовательскую программу по вопросам модификации солнечного излучения (solar radiation modification, SRM). В представленном докладе излагаются аргументы в пользу того, как должна выглядеть такая исследовательская программа и почему она может быть полезной.

Основной темой доклада стало рассмотрение солнечной геоинженерии по принципу «риск против риска», чтобы риски вмешательства не превысили риски, связанные с бездействием и с соответствующим изменением климата (потеплением). Есть целый ряд факторов, которые могут негативно повлиять на экосистему Земли, если нам вдруг удастся уменьшить интенсивность падающего на планету солнечного света. Необходим сложный научный анализ каждого из них и оценка совокупного их влияния на климат, чтобы принять взвешенное решение, а это очень и очень сложно, а сегодня и вовсе невозможно.

В то же время последствия изменения климата становятся всё более очевидными и не сулят человечеству ничего хорошего в будущем. Это переносит проекты солнечной геоинженерии из области фантастики в область научного и, возможно, практического интереса. Климатические вмешательства могут быть менее опасными, чем глобальное потепление, которое произошло бы без них.

В докладе Белого дома основное внимание уделяется двум методам солнечной геоинженерии. Во-первых, это использование стратосферных аэрозолей, например, диоксида серы. Во-вторых, это осветление (увеличение отражательной способности) облаков над морскими и океаническими акваториями за счёт внесения морской соли в восходящие потоки воздуха. Поскольку в ряде федеральных агентств уже ведутся исследования в области модификации солнечного излучения (правда, фрагментарно) и, в частности, изучение влияния вулканов на климат, то тема аэрозольного вмешательства обещает получить фундаментальную поддержку.

В докладе выражено сожаление, что исследования в области управления солнечной радиацией ограничены и не скоординированы, что оставляет существенные пробелы. Наличие плана исследований поможет Соединенным Штатам подготовиться к внедрению модификации солнечной радиации другим правительством или частным структурам.

Преимуществом управления солнечной радиацией является быстрота. «SRM даёт возможность значительно охладить планету в течение нескольких лет», — говорится в докладе.

Источник изображения: Pixabay/jplenio

При этом эксперты перечисляют потенциальные риски вмешательства в интенсивность инсоляции. Например, аэрозоли в стратосфере могут разрушить озоновый слой. Может измениться структура осадков со всеми вытекающими для растений и животных последствиями, включая повышение уровня моря и гибель экосистем, а также стагнация сельского хозяйства. Одним словом, риски необходимо изучить вплоть до количественных оценок каждого и только тогда принимать решение о модификации солнечного излучения.

Также в докладе говорится, что даже запуск программ SRM не отменяет главной стратегии — сокращения вредных выбросов в атмосферу от деятельности человека. Программа исследований по модификации солнечного излучения будет соседствовать с «основополагающими элементами смягчения последствий выбросов парниковых газов и адаптации к ним», как сказано в докладе. Тем самым программа по модификации солнечного света не является постоянным решением, а лишь вспомогательная и обратимая мера на пути к смягчению климатических опасностей.

Европейский союз также официально выступил против солнечной геоинженерии, выложив в публичное пространство соответствующий документ. «Она не является решением проблемы климата и для её внедрения недостаточно понимания последствий такого вмешательства», — сказано в докладе.

«В нынешнем состоянии развития преднамеренное вмешательство в природные системы Земли, такое как развертывание модификации солнечной радиации (SRM), представляет собой неприемлемый уровень риска для людей и окружающей среды», — резюмируют европейские законодатели. В то же время ЕС будет поддерживать международные коллективные исследования по этой теме.

На днях на Берлинском саммите инициативы Earth Virtualization Engines генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг (Jensen Huang) рассказал специалистам по цифровому моделированию климата об инструментах и методах, которые компания предлагает в этой области, с которыми им придётся работать в ближайшие годы. Иллюстрацией прорыва в климатологии стал сгенерированный в облаке платформы NVIDIA «мультик» виртуального полёта с уровня выше облаков на улицы Берлина.

Источник изображений: NVIDIA

Не секрет, что NVIDIA готовит предсказательную климатологическую платформу и, в целом, создаёт цифрового двойника Земли в проекте Earth-2. Для компании было бы удачным, если бы другие аналогичные проекты использовали её аппаратное и программное обеспечение. Дженсен Хуанг уверен, что международная инициатива Earth Virtualization Engines получит значительный импульс в развитии, если воспользуется тремя «чудесами» NVIDIA: высокой скоростью моделирования климата с разрешением порядка 2 км²; способностью предварительной обработки «огромного» количества данных; и возможностью интерактивной визуализации данных на платформе NVIDIA Omniverse.

Данные надо подать в максимально понятной и простой форме, уверяет глава NVIDIA, чтобы политики, бизнесмены, компании и исследователи могли строить свои стратегии на основе чёткого понимания проблемы. Графические процессоры NVIDIA и соответствующие климатологические платформы компании это обеспечивают.

Все три объявленных «чуда» возможны в скором времени на масштабируемой аппаратной платформе с использованием ускорителей NVIDIA GH200 Grace Hopper. Они обеспечивают до 10 раз более высокую производительность для приложений, работающих с терабайтами данных. Массовое производство процессоров стартовало около месяца назад и приведёт к появлению готовых решений в течение года.

В качестве примера компания показала моделирование температуры в Северной Африке. Глобальная модель прогнозирования погоды FourCastNet компании на основе данных была запущена на фреймворке NVIDIA Modulus с открытым исходным кодом для создания, обучения и тонкой настройки моделей машинного обучения на основе физики. Платформа смогла рассчитать 21-дневные погодные траектории для 1000 отдельных компонентов за десятую часть времени, которое ранее требовалось для расчёта каждого компонента, и с в 1000 раз меньшим потреблением энергии.

«Для участников саммита Хуанг продемонстрировал потрясающую интерактивную визуализацию глобальных климатических данных в облаке с высоким разрешением, увеличивая масштаб от вида земного шара до детального вида Берлина. По словам Хуанга, этот подход может работать для прогнозирования климата и погоды в таких разных местах, как Берлин, Токио и Буэнос-Айрес», — говорится в блоге компании.

«Эти новые типы суперкомпьютеров только появляются, — сказал Хуанг. — Это настолько свежая вычислительная технология, насколько вы можете себе представить».

Портал «Глобальная энергия» со ссылкой на аналитиков Ember сообщил, что по итогам 2022 года выбросы парниковых газов в энергетике достигли нового исторического максимума — 12,43 млн т эквивалента CO₂. К счастью, эксперты отмечают снижение удельной углеродоёмкости генерации — это означает, что энергетика понемногу «зеленеет».

Источник изображения: НИТУ МИСИС

В период с 2021 по 2022 год выбросы парниковых газов в энергетике выросли на 1,3 %. За тот же период удельная углеродоёмкость генерации снизилась на 1,1 % или до 436 г эквивалента CO₂ на каждый кВт•ч выработки. Подобную картину специалисты наблюдают в течение последних 20 лет. Один параметр растёт (к сожалению, довольно быстро), а другой — снижается. Так, с 2000 года по 2022 год выбросы парниковых газов в мире выросли на 78 %. На этом фоне за тот же период средний объём выбросов при выработке 1 кВт•ч электроэнергии снизился на 6 % или с 466 до 436 г CO₂-эквивалента.

За указанный период прирост потребления электроэнергии в мире вырос на 90 %, что и стало причиной увеличения выбросов, ведь главный упор был на быстрое получение электричества, что возможно только в случае использования дешёвого ископаемого топлива. Особенно проявил себя Азиатско-Тихоокеанский регион, где бурный рост экономик породил волну строительства, прежде всего, угольных электростанций. Так, только на долю Китая и Индии в период с 2000 по 2022 годы пришлось 81 % общемирового ввода мощностей угольных электростанций (1221 из 1500 ГВт).

Сегодня в Азиатско-Тихоокеанском регионе ежегодная потребность в электричестве достигает внушительных 13 546 ТВт•ч. Это сопоставимо с приростом потребления электроэнергии во всём мире за последние 20 лет.

США тоже не отставали в вопросе наращивания генерации от ископаемых источников, но в основном строили электростанции на газе. Потребление электричества в США с 2000 по 2022 годы выросло на 13 % (до 4338 ТВт•ч). За это время в стране ввели в эксплуатацию мощности объёмом 179 ГВт, что составило 19% от мирового объёма. В Китае, для сравнения, за то же время ввели в строй 107 ГВт мощностей или 11 % от общемирового объёма. Тем самым выбросы парниковых газов в США выросли к 2022 году с 301 млн т CO₂-эквивалента в 2000 году до 828 млн т в 2022 году.

Снижение углеродоёмкости, которое шло параллельным курсом, произошло за счёт введения чистой энергетики от ветряков и солнечных ферм до гидроэлектростанций и генерации с помощью других чистых или возобновляемых ресурсов. В 2000 году на ветровые и солнечные фермы приходилось 0,2 % глобальной выработки электроэнергии, в 2022 году — уже 12 %. В целом доля низкоуглеродных источников за это время выросла с 35,8 % до 39,1 %, а доля генерации на ископаемом топливе упала с 64,2 % до 60,9 %.

Из представленной отчётности можно заключить, что мир медленно и неуверенно идёт к цели стать углеродонейтральным к 2050 году или около того. В этой связи специалисты начинают бить тревогу — мы не успеваем решить проблему, и это станет катастрофой для следующих поколений.

«Мировое сообщество не имеет реальных возможностей для ограничения роста температуры в пределах 2,0 °С и тем более 1,5 °С; эти возможности не станут доступными, если рост населения мира не будет приостановлен в течение жизни текущего или следующего поколения», — утверждает Александр Клименко, соавтор исследования, академик РАН, профессор, д.т.н., ведущий эксперт центра компетенций НИТУ МИСИС. Но это уже другая, хотя и довольно пугающая история.

Созданный учёными из Калтеха стартап Captura собирается построить в порту Лос-Анджелеса опытный комплекс по прямому улавливанию углекислого газа из океанской воды. Пилотный проект позволит оценить все плюсы и минусы технологии, а также даст время решить, что делать с добытым таким образом CO₂. Экологи опасаются, что всё это поддерживается добывающими углеводороды компаниями только для отвода глаз.

Проект станции по извлечению CO₂ из океанской воды. Источник изображения: Caltech

Власти США назвали технологии улавливания углекислого газа одними из перспективных для борьбы с углеродным следом. На эти цели на ближайшие годы будут выделены миллиарды долларов. Большие и маленькие компании разрабатывают уникальные проекты и строят установки. Правда, часто уловленный такими установками CO₂ приходится выпускать обратно в воздух, объясняя это отладкой процессов. Как и каким образом утилизировать уловленный углекислый газ или превращать его в продукцию или химическое сырьё — на это пока однозначного ответа нет.

Стартап Captura, который публично заявил о себе в этом году, был основан два года назад и сумел в 2022 году выиграть денежный приз на конкурсе XPrize, учреждённом Илоном Маском для ряда инновационных областей, куда также входит тема борьбы с потеплением климата. Стартап смог запустить свой первый пилотный проект в августе прошлого года в Ньюпорт-Бич, Калифорния. Мощность установки позволяла извлекать из морской воды до 1 т CO₂ в год. Установка в государственно-частном исследовательском центре AltaSea в порту Лос-Анджелеса, которую вскоре начнут создавать, сможет извлекать из морской воды уже до 100 т CO₂ в год.

Установка по прямой добыче CO₂ из морской воды (мощность — 100 т CO₂ в год). Источник изображения: Captura

Новые заявленные объёмы извлечения углекислого газа из океанской воды тоже небольшие — это выбросы всего 22 автомобилей в течение года. Новая установка призвана выявить все положительные стороны проекта, а также все его недостатки, что более важно учесть перед созданием более масштабных объектов. Например, остаётся открытым вопрос качества фильтрации морской воды — технология запросто может убить планктон, а это кормовая база морских обитателей. Также планктон сам поглощает CO₂.

В процессе работы установка Captura будет забирать определённый объём морской воды и небольшую часть из этого объёма — менее 1 % — подвергнет процедуре электродиализа. Это ещё сильнее закислит воду, в процессе чего будет выделена условно кислота и базовый бессолевой раствор. Кислота добавляется в основную массу закачанной воды, где с её участием начинают происходить химические реакции с активным выделением CO₂. Углекислый газ улавливается, а освобождённая от него вода с добавленным бессолевым раствором возвращается обратно в океан.

Основная идея в этом проекте — это позволить Земле с помощью океанов самоочищаться от избытка CO₂. Океанские воды легко поглощают избытки углекислого газа из воздуха и ежегодно освобождают атмосферу на 6 млрд т CO₂ или около того. Улавливая CO₂ из морской воды мы очищаем этот природный фильтр и позволяем ему работать лучше. Также мы снижаем кислотность океанских вод, что положительно действует на множество морских экосистем от моллюсков до коралловых рифов.

Надо отметить, что одним из главных спонсоров Captura в новом проекте является крупнейшая в США добывающая компания Southern California Gas. Другими инвесторами стартапа называются нефтегазовые гиганты Aramco и Equinor. Всё это даёт повод подозревать добывающие компании в желании создать видимость борьбы с выбросами парниковых газов вместо того, чтобы сократить или вовсе прекратить добычу ископаемых, в чём уверены многие экологи.

И все же множество компаний, особенно крупных технологических, обращаются к разработкам, направленным на прямую фильтрацию CO₂ из воздуха и воды, чтобы компенсировать часть своих выбросов. Так, Captura заключила контракт с группой Frontier, созданной компаниями Stripe, Alphabet, Meta✴, Shopify и McKinsey. Эта группа и инициатива намерены облегчить другим компаниям компенсацию выбросов с помощью новых технологий удаления углерода. Через Frontier компания Captura намерена продавать углеродные кредиты, которые представляют собой тонны CO₂, извлеченные из океана. Кредиты, скорее всего, будут получены от ещё одного экспериментального завода, который стартап планирует построить в следующем году. Это не первый такой проект и, очевидно, не последний. Не исключено, что что-то из этого даст ощутимый результат.

Специалисты Массачусетского технологического института провели углублённое моделирование сценариев загрязнения воздуха в США и его влияния на здоровье и жизни граждан. Рассматривались три сценария работы энергосистемы страны: как есть, с расширенным использованием возобновляемых источников в паре с АЭС и без атомных электростанций, но с ТЭЦ на угле и газе, а также с возобновляемыми источниками. Оказалось, что полный отказ от АЭС приведёт к загрязнению воздуха и погубит тысячи жизней.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня США имеют больше всего активных ядерных реакторов в мире: 92 штуки. АЭС вырабатывают около 20 % электрической энергии в стране. Проблема в том, что подавляющему большинству реакторов свыше 50 лет и их вскоре надо либо останавливать, либо сертифицировать для продления сроков эксплуатации. Сейчас это вопрос острой дискуссии в обществе и в политике. Учёные из MIT решили с цифрами в руках оценить тот или иной выбор и сделать это наиболее наглядным образом: как изменения повлияют на здоровье и жизни людей.

Компенсировать нехватку электричества в случае полной остановки АЭС можно только за счёт сжигания угля, нефти или газа. Это приведёт к дополнительным выбросам парниковых газов и, в целом, к загрязнению атмосферы. Загрязнение и изменение климата приведёт к 5200 преждевременным смертям каждый год с момента полного отказа от атомной энергетики. Особенно это коснётся Восточного побережья, где сейчас много АЭС и работу которых придётся заменять электростанциями на ископаемом топливе. Остроту проблеме придаёт тот факт, что вблизи электростанций на ископаемом топливе в основном проживают афроамериканцы и умирать они начнут первыми.

Если стране удастся к 2030 году достичь ранее поставленных климатических целей и, в частности, довести выработку энергии из возобновляемых источников до значительных величин, то остановка АЭС хотя и ухудшит ситуацию, то не так сильно и не во всех регионах страны. В таком случае уровень преждевременных смертей в отдельных районах США будет достигать 260 человек в год. Эти смерти по-прежнему будут обусловлены электростанциями на ископаемом топливе, которые будут компенсировать нехватку электричества с закрытием АЭС.

«В дебатах о сохранении атомных электростанций, качество воздуха не было в центре внимания, — говорят авторы исследования. — Мы обнаружили, что загрязнение воздуха от электростанций, работающих на ископаемом топливе, настолько пагубно, что всё, что его увеличивает, например, остановка атомной станции, будет иметь существенные последствия, причем для некоторых людей в большей степени, чем для других».

На днях в Колорадо была запущена демонстрационная установка компании Global Thermostat по прямому удалению углекислого газа из атмосферы. Правда, запущенная система призвана лишь продемонстрировать технологии, и полученный газ она выбрасывает обратно в воздух. Задача проекта — отработать технологию и привлечь потенциальных клиентов. Разработчики рассчитывают, что технология будет проста как конструктор Лего и может быть освоена широким кругом заказчиков.

Демонстрационная установка компании в Колорадо. Источник изображения: Global Thermostat

Компания Global Thermostat возникла в 2010 году и сразу наделала шуму. Она считалась одной из немногих, кто предложил более-менее осуществимую стратегию прямого удаления из атмосферы углекислого газа — пособника повышения температуры на Земле. В 2019 году известный авторитет и визионер Билл Гейтс включил Global Thermostat в перечень компаний, ответственных за одну из десяти прорывных технологий ближайшего десятилетия. В 2021 году компанию Global Thermostat потряс этический скандал с генеральным директором, и параллельно были обнаружены финансовые нарушения.

Новый директор — Пол Нахи (Paul Nahi) — пришёл из бизнеса по продажам солнечных установок и направил бизнес Global Thermostat в новое русло. До него работа Global Thermostat строилась по тому же принципу, что у конкурентов, таких как швейцарская компания Climeworks или американская CarbonCapture. Все они самостоятельно создавали и продвигали проекты мощных установок по прямому удалению CO₂ из атмосферы. Это значит, что каждая из этих компаний должна была решать массу вопросов от выбора площадки, создания инфраструктуры и решений по утилизации захваченного углекислого газа. Это огромный комплекс работ, в котором можно завязнуть. Новый директор Global Thermostat понял, что это не его путь.

Основываясь на собственном опыте продаж солнечных панелей, новый директор Global Thermostat предложил продвигать модульные конструкции установок по улавливанию углекислого газа. Они должны легко масштабироваться и быть эффективными — это прежде всего. Сегодня стоимость добычи каждой тонны CO₂ из атмосферы примерно равна $600. Компания Global Thermostat обещает сократить эту цифру вдвое за два года. Для этих целей послужит новый полигон в Колорадо, который также станет витриной компании.

Активисты «зелёной повестки» обвиняют Global Thermostat в сотрудничестве с нефте- и газодобывающими компаниями. И действительно, у компании есть закрытые для разглашения финансовые сделки с ExxonMobil и Tokyo Gas. Таким образом, добывающие компании могут замыливать общественности глаза вместо того, чтобы просто взять и прекратить добычу ископаемых.

«Я не думаю, что кто-то верит в то, что внезапно мир перестанет использовать нефть и газ. Я был бы рад, если бы это произошло, но это просто неосуществимо», — сказал Нахи изданию The Verge. Иначе говоря, он принимает неизбежное, но участвует в переменах к лучшему.

Для Global Thermostat и других компаний, которые включились в процесс по прямому удалению CO₂ из атмосферы, наступили хорошие времена. Администрация Байдена дала толчок развитию технологий удаления углерода, приняв Закон о снижении инфляции, который более чем в три раза увеличил налоговые льготы для проектов прямого улавливания и хранения углекислого газа.

Кроме того, подписанный в 2021 году двухпартийный Закон об инфраструктуре предусматривает $12 млрд на улавливание и хранение CO₂. При финансовой поддержке Министерства энергетики инженерно-строительная компания Black & Veatch начала работу с Global Thermostat над проектированием установки прямого улавливания CO₂ мощностью 100 000 тонн в год. Демонстрационная установка компании в Колорадо, для справки, улавливает всего 1000 т CO₂ в год. Масштабный проект поможет сделать её лучше и эффективнее. На это надеются все.

В четверг 30 марта марсоход NASA Perseverance («Настойчивость») начал сбор образцов пород в рамках старта новой научной программы — Delta Top Campaign. Предыдущая программа Delta Front Campaign привела к подготовке в общей сложности 22 контейнеров с образцами. Десять из них сброшены на открытую площадку-хранилище, а остальные будут храниться на борту марсохода. Новая программа предусматривает сбор образцов в верховьях дельты древней реки.

Источник изображения: NASA/JPL-Caltech/ASU/MSSS

Каждая новая научная программа ориентирована на сбор образцов в одной конкретной зоне. Всего на борту марсохода 43 титановых пробирки-контейнера. Каждый раз производится два забора породы или керна. Один образец будет помещён в хранилище на поверхности Марса, а другой останется на борту марсохода. Если ровер не сможет вернуть образцы к месту отправки на Землю (а с ним может многое что произойти за следующие 7 с лишним лет ожидания), то роверы или вертолёты миссии по возвращению образцов сами подберут пробы с поверхности планеты.

Первый керн по новой программе взят 30 марта. Это была 16-я проба в виде керна. Марсоход в рамках первой программы взял для образцов пыль с поверхности и сделал забор атмосферы Марса. Последующие керны ровер будет брать по мере продвижения к верхней точке дельты древней реки. Эта область перспективна по двум причинам. Наносы породы могли быть принесены издалека, что расширяет зону исследований, а вторая причина — это изобилие карбонитов в образцах. На Земле карбониты содержат признаки биологической жизни, которую также мечтают обнаружить в пробах с Марса.

Также карбониты примечательны тем, что минералы образуются в присутствии жидкой воды. Изучение их образцов позволит восстановить историю воды на Марсе. Это важно не только для понимания климатической истории Красной планеты. Нам крайне необходимо построить надёжную климатическую модель Земли, а для этого требуются данные по планетам и климатам в широчайшем диапазоне. Изучение атмосфер экзопланет, кстати, из той же серии — это даёт нам богатые данные для прогнозирования климата нашей планеты. Впрочем, это уже другая история.

Стартап Make Sunsets сообщил о запуске в небо США трёх воздушных шаров с аэрозолем диоксида серы (SO₂). Этот бесцветный газ естественным образом возникает во время вулканической деятельности. При значительных концентрациях в верхних слоях атмосферы это соединение отражает солнечные лучи обратно в космос и предотвращает нагревание земной поверхности. Искусственное распыление SO₂ теоретически способно сдержать рост глобального потепления.

Источник изображения: Make Sunsets

Научное сообщество не исключает возможности сдержать повышение глобальной температуры на Земле с помощью распыления диоксида серы. Подобная программа, например, включена в рамки подготовленного ООН Монреальского протокола. Предыдущие наблюдения за вулканической деятельностью однозначно указывают на связь выбросов диоксида серы в атмосферу со снижением средней глобальной температуры на Земле. В частности, после массивного извержения в 1991 году вулкана Пинатубо на Филиппинах в среднем глобальная температура Земли понизилась примерно на 0,4 °C. Изучение геологических отложений также указывает на связь между извержениями и климатом.

Стартап Make Sunsets пытается совместить борьбу с глобальным потеплением и коммерцию. В будущем он обещает зарабатывать на услугах по охлаждению Земли, продавая «кредиты на охлаждение». Уже сейчас до начала масштабной деятельности Make Sunsets смогла привлечь к проекту 58 клиентов и продать им 2790 «кредитов». Для развития этого направления необходимы акции и запуск воздушных шаров в небо над США можно считать одним из таких шагов.

Каждый из трёх запущенных в Неваде шаров (метеозондов) содержал 10 граммов диоксида серы. Это безвредный объём вещества и он, конечно же, никак не мог помочь в охлаждении Земли. Ранее подобные зонды компания запустила в Мексике, но после публикаций в СМИ власти этой страны запретили деятельность Make Sunsets на своей территории. Главная претензия к компании в том, что за её деятельностью не прослеживается научная работа, а последствия бездумного распыления SO₂ в воздухе могут привести к кислотным дождям, разрушению озонового слоя и респираторным заболеваниям. Никто не захочет иметь с таким дело.

Во время запуска шаров в США с ранчо вблизи Рино в штате Невада компания Make Sunsets соблюдала требования FAA к запуску подобных объектов. Два шара были оборудованы системами слежения, а один камерой. Федеральное управление гражданской авиации США требует, чтобы за воздушными шарами следили и предупреждали о траектории полёта и снижения.

Компания Make Sunsets всего этого придерживалась, и ей не было запрещено поднимать в воздух воздушные шары. Был ли распылён газ в атмосфере, не уточняется. Но он распыляется автоматически, если шар лопается по мере подъёма. Так что, скорее всего, диоксид серы был распылён в небе над США, но без какого-либо осязаемого результата и последствий, разве что для укрепления медийной репутации компании Make Sunsets. Кто-то же должен начинать это первым?

Группа учёных из Университета Юты создала ряд моделей искусственного охлаждения Земли с помощью рукотворных облаков космической пыли. Наука и общество обеспокоены проблемой глобального потепления на нашей планете, и вопрос её решения остаётся открытым. Пыль в достаточных объёмах способна рассеивать свет Солнца и уменьшит объём падающей на Землю энергии, что даст человечеству отсрочку для решения проблемы глобального потепления.

Источник изображения: Постнаука

Учёные подчёркивают, что они не владеют вопросами добычи и доставки пыли в требуемом объёме в нужную точку космического пространства для создания рукотворного пылевого экрана. Они лишь рассматривают наиболее выгодную стратегию для возможного решения и её осуществимость в принципе.

Расчёты показали, что доставка 10 млн т пыли в точку Лагранжа L₁ ослабит падающий на Землю солнечный свет на 1,8 %. Это будет эквивалентно примерно шести дням в году без Солнца. Причём эффект от такого действия будет временным, поскольку солнечный ветер и даже силы гравитации развеют пылевое облако в течение считанных дней. Нахождение пылевого щита в относительно гравитационно-устойчивой точке Лагранжа L₁ не сильно поможет для его удержания в стабильном состоянии.

Доставка 10 млн т пыли на платформу в точку L₁ для последующего распыления будет очень и очень дорогой затеей. Поэтому учёные разработали и проверили другую модель, согласно которой выбросы пыли совершаются с Луны. Это значительно снизит расходы на создание пылевого щита, поскольку надобность в специальной платформе отпадёт, запасы пыли всегда под рукой, а дальность доставки значительно меньше, чем если делать это с Земли.

«Мы не являемся экспертами в области изменения климата или ракетной техники, необходимой для перемещения массы из одного места в другое. Мы просто исследуем различные виды пыли на различных орбитах, чтобы понять, насколько эффективным может быть этот подход. Мы не хотим упустить возможность изменить ситуацию для решения столь важной проблемы», — говорят авторы работы.

Группа китайских учёных из лаборатории SinoProbe Lab Пекинского университета в Школе наук о Земле и космосе сообщила об «удивительных наблюдениях», согласно которым ядро Земли прекратило своё вращение и может обернуть его вспять. Если это подтвердится, многие необъяснимые феномены в поведении планеты, от изменения продолжительности суток до колебаний климата и уровня океана могут получить простые объяснения.

Источник изображения: Argonne National Laboratory/flickr

Впервые более-менее убедительные данные о переменной скорости вращения внутреннего ядра Земли были получены в 90-х годах прошлого века. Не все учёные с ними согласны, но эта теория имеет множество сторонников. В частности, при изучении распространения сейсмических волн через регион ядра были обнаружены изменяющиеся со временем временные сдвиги в принимаемых данных. К этому могли привести как аномалии на границе раздела внутреннего и внешнего ядра, так и феномен вращения внутреннего «железного» ядра во внешнем «жидком» ядре.

Исследователи склоняются к тому, что внутреннее ядро из сплава железа и никеля вращается под комплексным воздействием магнитных и гравитационных сил. Этому способствуют неоднородность внутреннего ядра и мантийного слоя. Иначе говоря, есть точки приложения сил как со стороны гравитации, так и магнитного поля. И если эти две силы не уравновешивают друг друга, ядро Земли будет или ускоряться, или замедляться.

Для поиска новых доказательств этой теории учёные проанализировали сейсмические данные с 60-х годов прошлого века и ещё сильнее утвердились в теории переменного вращения внутреннего ядра Земли.

Согласно новым данным, период вращения внутреннего ядра составляет от 60 до 70 лет. Скорость вращения ядра Земли сегодня такая же, как и в 70-х годах прошлого века. Более того, сейчас ядро Земли практически остановилось и может начать вращаться в обратную сторону. Минимум вращения был определён по данным из 2009 года. Если эта теория найдёт больше доказательств, то с её помощью можно будет объяснить как изменение скорости вращения Земли, так и глобальные климатические изменения.

На основе полученных данных учёные не берутся связать скорость и направление внутреннего ядра Земли с наблюдаемыми геоклиматическими явлениями, но намерены создать рабочие модели для поиска таких связей.