Удаление углекислого газа ( CDR ), также известное как удаление углерода , удаление парниковых газов ( GGR ) или отрицательные выбросы , представляет собой процесс, при котором углекислый газ (CO 2 ) удаляется из атмосферы в результате преднамеренной деятельности человека и надолго сохраняется в геологических, наземных, океанских водоемах или продуктах. [3] : 2221 В контексте целевых показателей чистых нулевых выбросов парниковых газов , [4] CDR все больше интегрируется в климатическую политику как элемент стратегий по смягчению последствий изменения климата . [5] Достижение нулевых выбросов потребует как глубокого сокращения выбросов, так и использования CDR, но CDR не является текущим климатическим решением. [6] В будущем CDR, возможно, сможет компенсировать выбросы, которые технически трудно устранить, например, некоторые выбросы в сельском хозяйстве и промышленности. [7] : 114
Методы CDR включают облесение , лесовосстановление , сельскохозяйственные методы, которые улавливают углерод в почвах ( углеродное земледелие ), восстановление водно-болотных угодий и подходы «голубого углерода » , биоэнергетику с улавливанием и хранением углерода (BECCS), удобрение океана , повышение щелочности океана [8] и прямой захват воздуха. в сочетании с хранением [9] : 115 Чтобы оценить, достигаются ли отрицательные выбросы в результате конкретного процесса, необходимо выполнить комплексный анализ жизненного цикла , а также мониторинг, отчетность и проверку (MRV) процесса. [10]
По оценкам, по состоянию на 2023 год CDR будет удалять около 2 гигатонн CO 2 в год, [11] что эквивалентно 4% парниковых газов, выбрасываемых в год в результате деятельности человека. [12] : 8 Справедливое распределение CDR предполагает, что страны устранят 17% своих остаточных выбросов в 2040 году, чтобы достичь цели по снижению температуры на 1,5 °C. [13] Однако вокруг этой цифры существует значительная неопределенность, поскольку не существует установленного или точного метода количественного определения количества углерода, удаленного из атмосферы. Существует потенциал для удаления и секвестрации до 10 гигатонн углекислого газа в год с использованием существующих методов CDR, которые можно безопасно и экономично применить уже сейчас. [12]
Удаление углекислого газа (CDR) определяется МГЭИК как :
Антропогенная деятельность по удалению CO 2 из атмосферы и длительному хранению его в геологических, наземных или океанских резервуарах или в продуктах. Он включает существующее и потенциальное антропогенное усиление биологических или геохимических поглотителей, а также прямой захват и хранение воздуха, но исключает естественное поглощение CO 2 , не вызванное непосредственно деятельностью человека. [3] : 2221
Синонимы CDR включают удаление парниковых газов (GGR), [14] технологию отрицательных выбросов, [12] и удаление углерода . [15] Были предложены технологии удаления парниковых газов, не относящихся к CO 2 , таких как метан, из атмосферы, [16] но в настоящее время в больших масштабах возможно удалить только углекислый газ. [14] Таким образом, в большинстве случаев удаление парниковых газов означает удаление углекислого газа .
Термин геоинженерия (или климатическая инженерия ) иногда используется в научной литературе как для CDR, так и для SRM ( управление солнечной радиацией ), если эти методы используются в глобальном масштабе. [17] : 6–11 Термины геоинженерия или климатическая инженерия больше не используются в отчетах МГЭИК. [3]
Методы CDR можно отнести к разным категориям, основанным на разных критериях: [9] : 114.
CDR можно спутать с улавливанием и хранением углерода (CCS), процессом, при котором углекислый газ собирается из точечных источников, таких как газовые электростанции , дымовые трубы которых выделяют CO 2 в концентрированном потоке. CO 2 затем сжимается и изолируется или утилизируется. [18] При использовании для улавливания углерода на газовой электростанции CCS снижает выбросы от дальнейшего использования точечного источника, но не уменьшает количество углекислого газа, уже находящегося в атмосфере .
Использование CDR снижает общую скорость, с которой люди добавляют углекислый газ в атмосферу. [7] : 114 Температура поверхности Земли стабилизируется только после того, как глобальные выбросы сократятся до чистого нуля , [19] что потребует как агрессивных усилий по сокращению выбросов , так и внедрения CDR. [7] : 114 Невозможно свести чистые выбросы к нулю без CDR, поскольку некоторые виды выбросов технически трудно устранить. [7] : 1261 Выбросы, которые трудно устранить, включают выбросы закиси азота от сельского хозяйства, [7] : 114 авиационные выбросы, [12] : 3 и некоторые промышленные выбросы. [7] : 114 В стратегиях смягчения последствий изменения климата использование CDR уравновешивает эти выбросы. [7] : 114
После того, как будут достигнуты чистые нулевые выбросы, CDR можно будет использовать для снижения концентрации CO 2 в атмосфере , что может частично обратить вспять потепление, которое уже произошло к этому моменту. [7] Все пути выбросов, которые ограничивают глобальное потепление до 1,5 °C или 2 °C к 2100 году, предполагают использование CDR в сочетании с сокращением выбросов. [20] [21]
Зависимость от крупномасштабного развертывания CDR рассматривалась в 2018 году как «серьезный риск» для достижения цели потепления менее чем на 1,5 ° C, учитывая неопределенность в том, насколько быстро CDR может быть развернуто в больших масштабах. [22] Стратегии смягчения последствий изменения климата, которые меньше полагаются на CDR и больше на устойчивое использование энергии, несут меньший риск. [22] [23] Возможность крупномасштабного развертывания CDR в будущем была описана как моральный риск , поскольку это может привести к сокращению краткосрочных усилий по смягчению последствий изменения климата. [21] : 124 [12] В отчете NASEM за 2019 год делается вывод:
Любой аргумент в пользу отсрочки усилий по смягчению последствий, поскольку NET обеспечат поддержку, радикально искажает их текущие возможности и вероятные темпы научно-исследовательского прогресса. [12]
Когда CDR рассматривается как форма климатической инженерии , люди склонны рассматривать ее как неотъемлемо рискованную. [12] [ для проверки нужна цитата ] Фактически, CDR устраняет коренную причину изменения климата и является частью стратегий по сокращению чистых выбросов и управлению рисками, связанными с повышенным уровнем CO 2 в атмосфере . [ для проверки нужна расценка ] [24] [25]
Леса, заросли водорослей и другие формы растительной жизни поглощают углекислый газ из воздуха по мере своего роста и связывают его в биомассу. Однако эти биологические хранилища считаются летучими поглотителями углерода , поскольку долгосрочное связывание не может быть гарантировано. Например, природные явления, такие как лесные пожары или болезни, экономическое давление и изменение политических приоритетов, могут привести к выбросу секвестрированного углерода обратно в атмосферу. [26]
Биомасса, такая как деревья, может храниться непосредственно в недрах Земли. [27] Кроме того, углекислый газ, удаленный из атмосферы, может храниться в земной коре путем закачивания его в недра или в виде нерастворимых карбонатных солей. Это связано с тем, что они удаляют углерод из атмосферы и изолируют его на неопределенный срок и, предположительно, на значительный период времени (от тысяч до миллионов лет).
По оценкам, по состоянию на 2023 год CDR будет удалять около 2 гигатонн CO 2 в год, почти полностью за счет низкотехнологичных методов, таких как лесовосстановление и создание новых лесов. [11] Это эквивалентно 4% парниковых газов, выбрасываемых в год в результате деятельности человека. [12] : 8 В отчете о консенсусном исследовании, проведенном NASEM в 2019 году , оценивается потенциал всех форм CDR, кроме удобрения океана , которые могут быть применены безопасно и экономично с использованием современных технологий, и подсчитано, что они могут удалять до 10 гигатонн CO 2 в год . если оно будет полностью развернуто по всему миру. [12] В 2018 году все проанализированные пути смягчения последствий , которые могли бы предотвратить потепление более чем на 1,5 °C, включали меры CDR. [22]
Некоторые пути смягчения последствий предполагают достижение более высоких показателей CDR за счет массового внедрения одной технологии, однако эти пути предполагают, что сотни миллионов гектаров пахотных земель переводятся под выращивание культур биотоплива . [12] Дальнейшие исследования в области прямого улавливания воздуха , геологической секвестрации углекислого газа и минерализации углерода потенциально могут привести к технологическим достижениям, которые сделают более высокие показатели CDR экономически целесообразными. [12]
Ниже приводится список известных методов CDR в порядке их уровня технологической готовности (TRL). Те, что вверху, имеют высокий TRL от 8 до 9 (9 — максимально возможное значение, что означает, что технология проверена), те, что внизу, имеют низкий TRL от 1 до 2, что означает, что технология не проверена или только проверено в лабораторном масштабе. [9] : 115
Методами CDR, имеющими наибольший потенциал для вклада в усилия по смягчению последствий изменения климата согласно иллюстративным путям смягчения последствий, являются наземные биологические методы CDR (в первую очередь облесение/лесовосстановление (A/R)) и/или биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS). . Некоторые из путей также включают прямой захват и хранение воздуха (DACCS). [9] : 114
Деревья используют фотосинтез для поглощения углекислого газа и хранения его в древесине и почве. [15] Облесение – это создание леса на территории, где раньше леса не было. [7] : 1794 Лесовосстановление — это восстановление ранее вырубленного леса. [7] : 1812 Леса жизненно важны для человеческого общества, животных и видов растений. Это связано с тем, что деревья сохраняют чистоту воздуха, регулируют местный климат и обеспечивают среду обитания для многочисленных видов. [28]
По мере роста деревья поглощают CO 2 из атмосферы и сохраняют его в живой биомассе, мертвом органическом веществе и почве . Облесение и лесовосстановление – иногда называемые «лесопосадками» – облегчают этот процесс удаления углерода путем создания или восстановления лесных массивов. Лесам требуется около 10 лет, чтобы достичь максимального уровня секвестрации. [29] : 26–28
В зависимости от вида деревья достигают зрелости примерно через 20–100 лет, после чего они накапливают углерод, но не удаляют его активно из атмосферы. [29] : 26–28 Углерод может храниться в лесах неопределенно долго, но его хранение может быть гораздо более кратковременным, поскольку деревья уязвимы для вырубки, сжигания или гибели из-за болезней или засухи. [29] : 26–28 После созревания лесные продукты можно заготавливать, а биомассу хранить в долгоживущих древесных продуктах или использовать для производства биоэнергии или биоугля . Последующее возобновление роста лесов позволяет продолжить удаление CO 2 . [29] : 26–28
Риски, связанные с разведением новых лесов, включают доступность земли, конкуренцию с другими землепользователями и сравнительно длительный период времени от посадки до созревания. [29] : 26–28
Углеродное земледелие — это название различных сельскохозяйственных методов , направленных на улавливание атмосферного углерода в почве , корнях сельскохозяйственных культур, древесине и листьях. Увеличение содержания органических веществ в почве может помочь росту растений, увеличить общее содержание углерода, улучшить способность почвы удерживать воду [30] и сократить использование удобрений. [31] Методы углеродного земледелия, как правило, требуют затрат, а это означает, что фермерам и землевладельцам нужен способ получения прибыли от использования углеродного земледелия, что требует государственных программ. [32]
Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS) — это процесс извлечения биоэнергии из биомассы , а также улавливания и хранения углерода , тем самым удаляя его из атмосферы. [33] BECCS теоретически может быть « технологией отрицательных выбросов » (NET), [34] хотя ее внедрение в масштабах, рассматриваемых многими правительствами и отраслями промышленности, может «также создавать серьезные экономические, технологические и социальные проблемы осуществимости; угрожать продовольственной безопасности и права человека и риск пересечь многочисленные планетарные границы с потенциально необратимыми последствиями». [35] Углерод в биомассе поступает из углекислого газа, вызывающего парниковый эффект (CO 2 ), который извлекается из атмосферы биомассой при ее росте. Энергия («биоэнергия») извлекается в полезных формах (электричество, тепло, биотопливо и т. д.), поскольку биомасса используется посредством сжигания, ферментации, пиролиза или других методов преобразования.
Некоторая часть углерода в биомассе преобразуется в CO 2 или биоуголь , который затем может храниться путем геологической секвестрации или внесения в почву, соответственно, что позволяет удалять углекислый газ (CDR). [34]
Потенциальный диапазон отрицательных выбросов от BECCS оценивается от нуля до 22 гигатонн в год. [36] По состоянию на 2019 год пять объектов по всему миру активно использовали технологии BECCS и улавливали около 1,5 миллионов тонн CO 2 в год . [37] Широкое внедрение BECCS сдерживается стоимостью и доступностью биомассы. [38] [39] : 10 [обновлять]Биоуголь создается путем пиролиза биомассы и исследуется как метод связывания углерода . Biochar — это древесный уголь, который используется в сельскохозяйственных целях, который также способствует секвестрации углерода , улавливанию или удержанию углерода. Он создается с использованием процесса, называемого пиролизом, который по сути представляет собой нагревание биомассы при высокой температуре в среде с низким уровнем кислорода. Остается материал, известный как уголь, похожий на древесный уголь, но полученный с помощью экологически устойчивого процесса, то есть с использованием биомассы. [40] Биомасса – это органическое вещество, производимое живыми организмами или недавно жившими организмами, чаще всего растениями или растительным материалом. [41] Исследование, проведенное Британским исследовательским центром биоугля, показало, что, на консервативном уровне, биоуголь может хранить 1 гигатонну углерода в год. При больших усилиях по маркетингу и принятию биоугля выгода от удаления углерода из биочара может заключаться в хранении в почве 5–9 гигатонн в год. [42] [ нужен лучший источник ] Однако на данный момент биоуголь ограничен емкостью земного хранилища углерода, когда система достигает состояния равновесия, и требует регулирования из-за угрозы утечки. [43]
Существует несколько методов улавливания углерода из океана, при котором растворенный карбонат в форме угольной кислоты находится в равновесии с углекислым газом атмосферы. [8] К ним относятся удобрение океана , целенаправленное введение питательных веществ для растений в верхние слои океана. [46] [47] Будучи одним из наиболее хорошо изученных подходов к удалению углекислого газа, удобрение океана будет связывать углерод только в течение 10-100 лет. В то время как кислотность поверхности океана может снизиться в результате внесения питательных удобрений, тонущие органические вещества будут реминерализоваться, увеличивая кислотность глубин океана. Отчет о CDR за 2021 год показывает, что существует средне-высокая уверенность в том, что этот метод может быть эффективным и масштабируемым при низких затратах и со средними экологическими рисками. [48] По оценкам, удобрение океана способно улавливать от 0,1 до 1 гигатонны углекислого газа в год при стоимости от 8 до 80 долларов США за тонну. [8]
Повышение щелочности океана включает измельчение, диспергирование и растворение минералов, таких как оливин, известняк, силикаты или гидроксид кальция, для осаждения карбонатов, изолирующихся в виде отложений на дне океана. [49] Потенциал удаления повышения щелочности не определен и оценивается в пределах от 0,1 до 1 гигатонны углекислого газа в год при стоимости от 100 до 150 долларов США за тонну. [8]
Электрохимические методы, такие как электродиализ , позволяют удалять карбонаты из морской воды с помощью электричества. Хотя, по оценкам, такие методы, используемые изолированно, способны удалять от 0,1 до 1 гигатонны углекислого газа в год при стоимости от 150 до 2500 долларов США за тонну, [8] эти методы намного дешевле, если их применять в сочетании с обработкой морской воды, например как опреснение , при котором одновременно удаляются соль и карбонат. [50] Предварительные оценки показывают, что стоимость такого удаления углерода может быть оплачена в значительной степени, если не полностью, за счет продажи опресненной воды, получаемой в качестве побочного продукта. [51]
Стоимость CDR существенно различается в зависимости от зрелости используемой технологии, а также экономики как рынков добровольного удаления углерода, так и физического объема производства; например, в результате пиролиза биомассы образуется биоуголь, который имеет различные коммерческие применения, включая регенерацию почвы и очистку сточных вод. [52] В 2021 году стоимость DAC составит от 250 до 600 долларов за тонну по сравнению со 100 долларами за биоуголь и менее 50 долларами за природные решения, такие как лесовосстановление и облесение. [53] [54] Тот факт, что биоуголь имеет более высокую цену на рынке удаления углерода, чем природные решения, отражает тот факт, что это более долговечный поглотитель, в котором углерод удерживается в течение сотен или даже тысяч лет, в то время как природные решения представляют собой более нестабильную форму хранения, которая сопряжена с рисками, связанными с лесными пожарами, вредителями, экономическим давлением и изменением политических приоритетов. [55] В Оксфордских принципах чистой нулевой компенсации выбросов углерода говорится, что для их совместимости с Парижским соглашением: «...организации должны взять на себя обязательство постепенно увеличивать процент компенсаций за удаление углерода, которые они обеспечивают, с целью обеспечения исключительного источника выбросов углерода к середине - век». [55] Эти инициативы наряду с разработкой новых отраслевых стандартов для инженерного удаления углерода, таких как Стандарт Puro, помогут поддержать рост рынка удаления углерода. [56]
Хотя CDR не подпадает под действие разрешения ЕС с 2021 года, Европейская комиссия готовится к сертификации удаления углерода и рассматривает контракты на выбросы углерода на разницу . [57] [58] В будущем CDR также может быть добавлена в Схему торговли выбросами Великобритании . [59] По состоянию на конец 2021 года цены на выбросы углерода для обеих этих схем ограничения выбросов и торговли квотами, которые в настоящее время основаны на сокращении выбросов углерода, а не на удалении углерода, оставались ниже 100 долларов США. [60] [61]
По состоянию на начало 2023 года финансирование не соответствовало суммам, необходимым для высокотехнологичных методов CDR, которые могли бы внести значительный вклад в смягчение последствий изменения климата. Хотя имеющиеся средства в последнее время существенно увеличились. Большая часть этого увеличения произошла за счет добровольных инициатив частного сектора. [62] Например, альянс частного сектора под руководством Stripe , в состав которого входят такие известные участники, как Meta , Google и Shopify , который в апреле 2022 года открыл фонд размером почти в 1 миллиард долларов для вознаграждения компаний, способных постоянно улавливать и хранить углерод. По словам старшего сотрудника Stripe Нэн Рансохофф, фонд «примерно в 30 раз превышал рынок по удалению углерода, существовавший в 2021 году. Но он все еще в 1000 раз меньше рынка, который нам нужен к 2050 году». [63] Преобладание финансирования частного сектора вызывает обеспокоенность, поскольку исторически добровольные рынки оказались «на несколько порядков» [62] меньшими, чем те, которые были созданы государственной политикой. Однако с 2023 года правительства различных стран усилили поддержку CDR; в их число входят Швеция, Швейцария и США. Недавняя деятельность правительства США включает уведомление о намерении в июне 2022 года финансировать программу CDR на сумму 3,5 миллиарда долларов, предусмотренную Законом о двухпартийной инфраструктуре , а также подписание закона о сокращении инфляции 2022 года , который содержит налог 45-го квартала для расширения рынка CDR. [62] [64]
Хотя некоторые исследователи предложили методы удаления метана , другие говорят, что закись азота была бы лучшим объектом для исследования из-за ее более длительного срока службы в атмосфере. [65]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь )