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.

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.

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».

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.

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.

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.

В США запустили первый коммерческий объект по удалению углекислого газа (CO2) из атмосферы. Установка компании Heirloom Carbon Technologies, расположенная в городе Трейси в штате Калифорния, способен ежегодно поглощать до 1000 тонн CO2. Этот шаг подчёркивает важность технологии прямого улавливания воздуха (DAC) для властей США, несмотря на смешанные отзывы об эффективности и экономической целесообразности подобных проектов даже среди эко-активистов.

Источник изображений: heirloomcarbon.com

Технология улавливания и хранения CO2, разработанная компанией Heirloom, основана на применении известняка, который является доступным и недорогим сырьём. На первом этапе известняк подвергается термической обработке в электрической печи, работающей на возобновляемых источниках энергии. Под воздействием высокой температуры известняк разлагается на кальциевый оксид (CaO) и CO2. Этот процесс называется кальцинацией. Углекислый газ захватывается и отправляется на хранение, а полученный оксид кальция обладает свойствами, позволяющими ему действовать как «губка» для атмосферного CO2.

Далее CaO распределяется на специальных поддонах, где он активно поглощает CO2 из поступающего воздуха. Этот процесс приводит к образованию карбоната кальция (CaCO3), который представляет собой возвращение к исходному состоянию известняка. После насыщения кальциевого оксида углекислым газом материал возвращается в печь, где CO2 снова выделяется и захватывается для дальнейшего хранения, а CaO вновь становится «губкой» для поглощения CO2. Таким образом, цикл может быть повторен. Захваченный таким образом CO2 хранится в резервуарах, но в будущем планируется его закачка в безопасные подземные хранилища.

Компании Heirloom и CarbonCure Technologies заключили соглашение о сотрудничестве, целью которого является постоянное хранение атмосферного CO2 в бетоне. В данном случае CO2 используется в процессе производства бетона, где он минерализуется и навсегда встраивается в материал. Технологии CarbonCure позволяют производить бетон с меньшим количеством выбросов CO2, меньшим использованием пресной воды и меньшим количеством отходов.

Критики этой инициативы высказывают опасения относительно технологии DAC, подчёркивая её высокую стоимость и отвлечение внимания от необходимости скорейшего перехода к чистым источникам энергии. В качестве примера, крупнейшая DAC-площадка Climeworks в мире удаляет из атмосферы около 4000 тонн CO2 в год, что существенно меньше годового углеродного следа 270 американцев.

Новая установка Heirloom Carbon Technologies в Калифорнии стала первым в США объектом коммерческого уровня, предназначенным для улавливания CO2 из окружающего воздуха. При этом в США строятся и другие подобные установки, даже более крупные в Техасе и Луизиане. В 2022 году Heirloom уже привлекла $53 млн инвестиций, в том числе от Climate Innovation Fund компании Microsoft и Breakthrough Energy Ventures, основанных Биллом Гейтсом (Bill Gates). Теперь компания ставит перед собой амбициозную цель — снизить к 2030 году стоимость удаления CO2 из атмосферы до $100 за тонну, что значительно ниже текущих показателей.

Администрация президента Джо Байдена (Joe Biden) также активно поддерживает развитие технологии прямого улавливания CO2 из атмосферы. В августе Министерство энергетики США (DOE) объявило о первой волне проектов, которым будет выделена часть из $3,5 млрд на разработку DAC-хабов по всей стране. Заметим, что запущенный объект Heirloom не получил этих средств, однако компания участвует в куда более крупном проекте в штате Луизиана, нацеленном на удаление 1 млн тонн CO2 в год к концу десятилетия, и вот здесь госфинансирование пришлось очень кстати.

Экологические активисты и представители местных сообществ выражают беспокойство в связи с безопасностью таких объектов и их влиянием на окружающую среду. Основные опасения связаны с возможным использованием вредных химических веществ, высоким потреблением энергии и риском негативного воздействия на местные экосистемы. Кроме того, существует опасность, что фокус на технологии DAC может уменьшить стремление к сокращению выбросов CO2 на его непосредственных источниках, что является более эффективным методом борьбы с изменением климата.

Учёные из Мюнхенского технического университета предложили ещё один способ утилизации углекислого газа. Вместо выбросов в атмосферу, где CO₂ будет создавать парниковый эффект, открытая цепочка биохимических реакций приводит к синтезу аминокислоты, необходимой для производства кормового белка. При этом территория под комплекс для синтеза будет ощутимо меньше сельхозугодий под те же задачи. Так можно будет «накормить будущее», уверены учёные.

Источник изображения: Otto Zellmer / TUM

Для производства искусственного белка, необходимого как для кормов сельскохозяйственных животных, так и для пищи человека, например, для создания искусственного мяса, необходим ряд аминокислот. Немецкие учёные придумали реакцию для синтеза аминокислоты L-аланина и намерены разработать процессы для синтеза других необходимых аминокислот, чтобы в конечном итоге из углекислого газа синтезировать полные белковые комплексы.

В основе биохимической реакции синтеза L-аланина лежит метанол и не простой, а «зелёный» — полученный из CO₂ с использованием возобновляемой энергетики — от ветряных или солнечных ферм. Метанол необходим как промежуточный продукт, потому что напрямую аминокислоту синтезировать из углекислого газа нельзя. Получив из CO₂ метанол, учёные запускают с ним серию реакций с использованием синтетических ферментов. На выходе получается необходимая для синтеза кормового белка аминокислота. Для синтеза этой же аминокислоты природным способом необходимы земля, люди и длительные процессы по выращиванию.

В случае природного подхода ресурсные затраты и произведённые в его процессе вредные выбросы проигрывают синтетическим, уверены исследователи. К тому же, синтетический способ производства аминокислот и белков не производит вредных выбросов, если использует возобновляемую энергию. Предложенное решение поможет устранить конфликт между растущим населением Земли и производством продуктов. Еды хватит всем, и производиться она будет без ущерба для экологической обстановки.

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.

Молодая компания Air Company из Нью-Йорка подписала контракт стоимостью $65 млн с Министерством обороны США. В рамках соглашения Air Company направит полученные от военных средства на совершенствование фирменного процесса синтеза углеродно чистого авиационного топлива из углекислого газа. Авиаперевозки вносят значительный вклад в выбросы парниковых газов, и освободить их от этого считается важной задачей до 2050 года.

Источник изображения: www.techspot.com

В активе Air Company техпроцесс по превращению углекислого газа в топливные спирты и парафин. Это улучшенный классический процесс Фишера-Тропша. Углекислый газ для реакции компания получает из производства этанола, что намного проще, чем извлекать его в разреженном виде из атмосферы. Этанол получается в процессе переработки кукурузы, поэтому с этой стороны сырьё полностью экологически чистое и углеродно нейтральное, если это применимо к углекислому газу.

Для реакции с углекислым газом требуется водород. Этот газ получается в процессе электролиза воды с использованием солнечной или иной возобновляемой энергии. Кислород выбрасывается в атмосферу (хотя его тоже можно собирать и использовать по назначению, например, в системах искусственной вентиляции лёгких), а водород подаётся в реактор для смешивания с углекислым газом в присутствии катализатора. На выходе получается этанол, метанол, вода и парафин. Из этого сырья кроме углеродно чистого авиационного топлива можно изготавливать водку, парфюмерию и антисептики, чем компания Air Company занимается несколько последних лет.

О чём компания Air Company сожалеет, так это о запрете регуляторов использовать в качестве авиационного топлива чистых составов синтетического углеродно нейтрального топлива. Сегодня существует ограничительная норма в виде использования смесей с не более чем 50-процентным включением синтетического топлива. Но это не помешало военным испытать синтетическое топливо Air Company в чистом виде. Лётные испытания прошли летом 2022 года. В воздух был поднят и совершил перелёт на топливе SAF (устойчивое авиационное топливо) беспилотник ВВС США. Вероятно, успешные испытания стали тем катализатором, который привёл к подписанию контракта между Air Company и Министерством обороны.

Согласно планам компании Air Company, в этом году должно быть построено предприятие по массовому производству топлива SAF. Коммерческие поставки синтетического топлива начнутся в 2024 году. У компании уже есть контракты на поставку заметных объёмов топлива SAF компаниям Boom, JetBlue и Virgin Atlantic. Объёмы исчисляются десятками миллионов галлонов. Однако надо понимать, что один поставщик не решит проблему чистого авиационного топлива. В мировом масштабе проблему можно решить только сообща, если подобное топливо начнут выпускать все основные поставщики.

Учёные из Университета Райса, США, разработали технологию подготовки строительных древесностружечных пиломатериалов нового поколения для борьбы с глобальным потеплением. На выходе получается строительная древесина с возможностью поглощать углекислый газ из атмосферы. Технология не перевернёт мир, но сделает его немного чище.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня существует множество предложений по извлечению CO₂ из атмосферы и из продуктов горения при промышленном производстве. Некоторые проекты реализованы, и множество стоят в очереди на реализацию. Как правило, все предложения опираются на активную работу средств улавливания и поглощения, что делает их затратными и снижает эффективность. Если наделить строительную древесину свойствами пассивного улавливания атмосферного CO₂, то в итоге это может оказаться достаточно эффективно.

Сверх того, предложенная учёными технология обработки делает древесину прочнее, что позволит ей в ряде случаев заменить бетон и даже сталь. Тем самым можно сократить производство бетона и стальных изделий, что, в свою очередь, снизит вредные выбросы углекислого газа. Более прочная древесина хоть и опосредованно, но положительно повлияет на климатические изменения.

Источник изображения: Rahman et al/Cell Reports 10.1016/j.xcrp.2023.101269

В чём же заключается предложение американских учёных? Во-первых, древесину необходимо освободить от лигнина. Это природный полимер, придающий ей гибкость и окраску. Для этого древесину кипятят в специальном водном растворителе. Во-вторых, древесину с извлечённым лигнином высушивают. На третьем этапе древесина вымачивается в растворе с содержанием микроскопических частичек металлоорганического каркаса Calgary framework 20 (CALF-20) и сушится (выше на фото процесс иллюстрирован по шагам, начиная с левой стороны изображения).

Все освобождённые от лигнина полости в древесине заполняются частичками CALF-20. Это вещество обладает гидрофобными свойствами и не способно поглощать влагу из воздуха, что для строительных материалов является весомым плюсом. В то же время CALF-20 отлично поглощает углекислый газ и именно его присутствие превращает древесину в пассивный поглотитель CO₂ из атмосферы. Попутно это вещество делает древесину намного прочнее.

На следующих этапах учёные будут испытывать улучшенную древесину на прочность и подвергать другим воздействиям, что необходимо для утверждения её на роль строительных материалов в будущем. Возможно, когда-нибудь она начнёт её играть.