Защо светът се нуждае от отрицателни емисии?

Ако целта за постигане на отрицателните CO2 емисии ще играе роля и в политиката, трябва да се направи много повече това да бъде практически постижимо

На 30 км от Рейкявик се намира геотермалната електроцентрала Hellisheiði, която е разположена насред черни валуни с обвивка от някакъв яркозелен мъх. Малко зад струите от надигаща се пара на централата пък се издигат стръмни планини отвъд иначе равнинния хоризонт. Валуните и обграждащите ги планини са направени от вулканичния камък базалт, както всъщност е около 90% от останалата част от Исландия. Като цяло островът е парче базалт с тегло 300 трилиона тона, разположен на дъното на Атлантическия океан - дъно, което само по себе си е просто обикновен базалт.

Базалтът има и друго по-различно приложение - т.нар. базалтови цилиндри, свързвани с Кари Хелгасон. Стандартно базалтът е силно надупчен с малки процепи, но в случая на Хелгасон повечето кухини са пълни с петна от бял кристал. Докато ги показва надълго и нашироко пред The Economist, той твърди, че въпросните бели петна са "предимно от калцит". Калцитът, който е форма на калциев карбонат, е често срещан материал на острова и отвъд него, обикновено известен като исландски шпат. Но този калцит, който е свързан с базалт, е рядък. Той е резултат от физическото проявление на емисиите на CO2, които се превръщат в камък.

Малките количества CO2 са интегрална част от горещите струи, излизащи от земната кора в геотермални електроцентрали като Hellisheiði. От началото на XXI век Carbfix, исландската компания, в която работи г-н Хелгасон, улавя CO2 и го изпомпва обратно под формата на газирана вода, където той реагира с калция на базалта. Проучванията показват, че 95% от този тип газ, инжектиран от Carbfix, се минерализира в рамките на две години.

Carbfix казва, че исландският базалт може да съхрани CO2 емисии, изхвърлени в продължение на цял век дори спрямо днешните темпове. Като до 2030 г. е планирано да има съоръжение за съхранение, което може да вкаменява 3 милиона тона CO2 годишно - повечето уловен в промишлените съоръжения в Европа. В началото на 2021 г. Carbfix подписа сделка с Dan-Unity CO2, датска корабна компания, за изработване на нискоемисионни танкери, които да доставят CO2, предназначен за "обезвреждане".

Идеята за улавянето и съхранението на въглерод (CCS) обаче за момента не постига желания резултат. Много са начините за съхранение на CO2 от изгорелите газове на електроцентрали и стоманени заводи, като инжектирането в базалт е само едно от различните възможни места. Други включват газови находища и подземни водохранилища. Идеята за обединяване на тези технологии съществува от десетилетия. Рамковата конвенция на ООН по изменение на климата (UNFCCC) поиска от Междуправителствената експертна група по климатичните промени (IPCC) да изготви доклад за технологията преди 20 години. Но все още няма нито една голяма електроцентрала на газ или въглища, която да улавя и съхранява своите емисии.

Един от проблемите е, че индустриите на изкопаеми горива и правителствата имат интерес да кажат, че търсят начини за CCS, но няма реална причина да го превърнат в реалност. Този род технология прави централите по-скъпи и по-малко ефективни, а когато въглеродните цени не са особено високи, на никого не му се занимава. Нещо повече - много хора въобще изключват идеята промишлените отпадъци да се разпръскват в хранилища или газови находища близо до домовете им или под земята им. Затова и исландското решение е толкова привлекателно.

Технологиите, на които разчита CCS, са фундаментални за действията в областта на климата благодарение на целите за въглеродна неутралност. Важното не е само, че се изисква за производството на декарбонизиран цимент или че имат роля за водорода (ако е от изкопаеми горива, се нуждае от CCS, за да бъде чист), а това, че в един момент този CO2 трябва да бъде изтеглен от въздуха и да се съхранява.

Махни това, което те наранява

До Carbfix в исландския град е съоръжението Orcа, построено в партньорство с швейцарска компания Climeworks. Захранвана с въздух от 96 индустриални вентилатора, швейцарската технология филтрира атмосферния CO2 и го вкарва в отпадъчните води на геотермалната централа. Orca, което отвори врати през септември, е най-голямото съоръжение за директно улавяне на въздух (DAC) в света. Неговите 11 тона въглерод, улавяни всеки ден, са предшественик на бизнес, който, ако моделите са правилни и се спазват обещанията, ще нарасне милиони пъти през следващия половин век.

Счита се, че DAC играе две роли в стабилизирането на климата. От една страна, може да се разглежда като балансьор на въглеродни емисии, въпреки че повечето емисии теоретично могат да бъдат елиминирани с помощта на съществуващи технологии, други като авиацията, корабоплаването и някои промишлени процеси остават трудни за декарбонизация. Някои емисии на парникови газове от селското стопанство пък са напълно неконтролируеми. И докато това продължават, стабилизацията ще изисква така наречените отрицателни емисии.

Другата роля на DAC е да се справи с исторически натрупания въглероден диоксид. Планът, който предполага 50% шанс за постигане на целта от 2°C, включва 3.7 трилиона тона CO2 в атмосферата. Планът за 1.5°C предполага само 2.9 трилиона тона. С вече изпуснати 2.4 трилиона тона вредни емисии това оставя на човечеството още десетилетие със сегашните темпове на замърсяване за ограничаване на глобалното затопляне до 1,5°C и може би 25 години за "2°C".

Тези ограничения биха могли да бъдат облекчени, ако част от това, което вече е "изхарчено", бъде изплатено, тоест, ако CO2 бъде изтеглен от атмосферата по-бързо, отколкото се вкарва, произвеждайки нетни отрицателни емисии. Премахването на милиард тона въглероден диоксид през 2050 г. не е съвсем същото като да не го отделяме през 1950 г., но поне нетира донякъде нещата.

Това предлага на богатите страни, които са се възползвали непропорционално от емисиите през ХХ век, начин да създадат възможност и за бедните. Но за да направят това и да има резултат, те трябва да изтеглят огромни количества CO2. Някои сценарии имат отрицателни емисии от доста над 10 гигатона годишно - но това означава глобална индустрия за изкопаеми горива да започне да работи буквално в обратна посока. DAC ще изисква огромни капиталови инвестиции и ще изразходва много чиста, възобновяема енергия в процеса.

Тази дейност обаче не би трябвало да се извършва изцяло чрез DAC, защото природата се справя сама с половината въглероден диоксид, който се причинява от хората, или чрез фотосинтеза, или чрез геохимични процеси. И двата процеса могат да се ускорят.

Когато става въпрос за фотосинтеза, засаждането просто на повече дървета е очевидно решение. Те могат да се отглеждат в големи търговски плантации, където новите дървета постоянно заместват вече порасналите, които се използват в индустрията. Или просто да се регенерират стари гори. Вторият вариант е много по-добър. Проучване от 2019 г. установи, че 80-годишен план за възстановяването на естествените гори съхранява средно 40 пъти повече въглероден диоксид на хектар, отколкото новите насаждения. Възстановяването също има по-добри резултати при опазването на биологичното разнообразие. Но плантациите правят пари и са по-рентабилни за бизнеса. Показателно е, че същото проучване установи, че 45% от ангажиментите, поети по Бонската инициатива, микс от неправителствени организации за увеличаване на горите, включват презасаждане на търговски насаждения с лошо качество.

Друг вариант е да се увеличи количеството въглероден диоксид, който бива съхраняван в земеделски земи и гори, които вече се експлоатирани с търговска цел. На пазара често се случва "да се изкупуват грехове с индулгенция", която означава фирми да обещават да отглеждат дървета или да спират на сечта, но как го правят е друг въпрос.

Схемите за компенсиране обаче, изглежда, са в състояние да осигурят "отрицателни емисии" на разумна цена. Когато Microsoft и финтех компанията Stripe потърсиха начин да изпълнят своите обещания за въглеродна неутралност, те откриха, че такива проекти са на цена от 5 до 50 долара за тон CO2. Но има три проблема с това. Единият е, че не всички схеми за компенсиране са добре управлявани или добре контролирани. В Чили правителствените субсидии са помогнали за създаването на 1.3 милиона хектара дървесни насаждения от 1986 г. насам. Но тъй като нямаше изискване това да не се случва за сметка на местните гори, крайният резултат е около 50 000 тона по-малко съхранен CO2.

Второто е, че компенсирането е малко вероятно да реши проблемите в дълбочина. Авиокомпаниите имат силни икономически стимули за ефективно използване на горивото, но не са направили технологичните промени, които са необходими, за да спрат купуването на керосин. Ако индустрията купува компенсации, за да направи своите самолети "въглеродно неутрални", както планира чрез схема, наречена CORSIA, стимулите за ефективност ще се увеличат допълнително. Но това само по себе си няма да направи по-вероятен преходът към живот без керосин. Това е една от причините, поради която организацията Science Based Targets Initiatives не приема компенсирането като път към намаляване на емисиите.

Третият недостатък е ограниченият капацитет. Това е изненадващо, тъй като по принцип възможностите за решения, основани на природата, могат да бъдат много големи. Но екип от изследователи, ръководен от Сесил Жирардин от Оксфордския университет, смята, че при радикално придържане към тази идея количеството на CO2 от човешките емисии, погълнато от биосферата, може да се удвои до 2025 г. - от 10 Gt годишно на 20 Gt годишно, което ще доведе до реална промяна. Възможно е да се постигне дори повече. Ако се добавят описаните от изследователите мерки към траектория, която в противен случай би довела до затопляне с 2°C, се получава 1,8°C; при траектория с 3°C се стига до 2,7°C.

Огромен ефект едва ли би могъл да бъде постигнат чрез разширяване на настоящите схеми за компенсиране. Планът "Оксфорд" цели да доведе до селскостопанска трансформация по целия свят, край на обезлесяването и възстановяване на естествените екосистеми на приблизително 7 млн. кв. км от земната повърхност - два пъти повече от площта на Индия. Освен това изисква горите и другите екосистеми да остават здрави и устойчиви. За съжаление изменението на климата прави това много по-трудно, като увеличава риска от пожари и дори нашествия от насекоми. Ако природно базираните решения на проблемите продължават, без паралелно да се ограничават емисиите, светът ще продължи да се затопля, а въглеродът, съхраняван в дървесината и почвата, евентуално ще започне да си проправя път в атмосферата.

Друго решение, което може да се разгледа, е минералното изветряне - реакции със скали, при което се използва разтвореният във вода CO2. Това, което се случва с базалта под исландския град Hellisheiði, е форма на изветряне, което произвежда калциеви и карбонатни йони, които продължават да се утаяват като калцит, а самото изветряване на скалите поглъща милиарди тонове CO2 годишно. Дейвид Бърлинг, изследовател от университета в Шефилд, e изчислил, че разпръскването на 3,5 милиарда тона фино смлян базалт върху 700 000 кв. км земеделска земя всяка година, което е около 50 тона на хектар, на площ колкото Тексас може да удвои скоростта на изветряне.

Ще се намери начин

За да действа изветрянето наистина оптимално, човечеството трябва да може да се обърне към океаните, където геохимичните манипулации по принцип биха могли да съхраняват трилиони тонове CO2. Ако увеличим алкалността на морската вода - например чрез добавяне на вар и калциев оксид, количеството разтворен въглерод в нея под формата на карбонатни атоми се увеличава също. Тази промяна осигурява ускорено усвояване на повече CO2, но за съжаление са необходими около 700 милиона тона вар за 1 гигатон CO2 - а за направата на вар трябва да се вложи много енергия за нагряване на варовик в пещи, които трябва да бъдат оборудвани с определени CCS системи, тъй като самият процес отделя CO2. Самият мащаб на намаляването на въглерода, който предлага алкализирането на океана, прави подобни схеми заслужаващи внимание, но в най-добрия случай те са дългосрочен процес. Техните разходи биха били огромни, въздействие върху океанските екосистеми ще се нуждае от внимателен мониторинг и ще изискват международните закони, регулиращи замърсяването на морето, да бъдат предоговорени.

По-правдоподобен краткосрочен подход за индустриално изсмукване на CO2 от атмосферата е да се монтират CCS хранилища в електроцентрали, които изгарят биомаса. Тъй като въглеродът във фотосинтезиращите растения е бил във въздуха доскоро, процесът на изгаряне на практика е кръгов процес в преноса от атмосферата към под земята. И тъй като комбинацията от биомаса с CCS (BECCS) осигурява електричество, както и отрицателни емисии, тя може да се използва за заместник на изкопаемите горива, като допълнително намалява емисиите.

Когато климатичните и икономическите модели за анализирането на емисиите първоначално започват да се прилагат към целите за отрицателни емисии, това е чрез добавяне на BECCS към тях. Това даде на технологията предимство при последващо обсъждане в IPCC, на срещата на върха в Париж и на други места. Това, че той е бил по-обсъждан от други подходи обаче, не прави BECCS по-добър. Неговото широкомащабно разгръщане изисква огромни количества земя да бъдат обърнати за отглеждане на енергийни култури, като според някои оценки ще е необходима площ, еквивалентна на до 80% от тази, която сега се използва за хранителни култури.

Такъв тип неща придават привлекателността на DAC схемите като Orca. Инсталацията е проектирана да отстрани 48 000 тона CO2 през 12-годишния си живот. Една дървесна плантация в умерен климат, способна да поеме толкова много, би трябвало да покрие около 400 хектара. Orca е с размерите на корабен контейнер, реално е нещо малко, което върши много сериозна и обхватна работа. И не само, че DAC системите изискват по-малко земя от BECCS биомаса системите, а и може да се използва такава, която не става за селско стопанство - около исландския град Hellisheiði е пълно с мъхове и камъни. В този ред на мисли слънчевите пустини далеч от всяка точка, където процесът може да се захранва от евтини слънчеви панели, биха се справили добре.

Проблемът обаче се очертава да е в цената. Climeworks казва, че струва между 600 и 800 долара да се отдели един тон CO2 от исландския въздух и да се съхрани. Компанията обаче продава на клиентите идеята, че един тон CO2 е превърнат в камък по тяхна заповед за над 1100 долара. Тъй като Orca е вълнуваща тема и капацитетът й е малък, такива компенсации са разпродадени. Но когато въглеродните компенсации със засаждане на дървета например се продават за една стотна от цената им, това не изглежда като много рентабилен бизнес.

Сериозен конкурент е канадската фирма, наречена Carbon Engineering, която твърди, че може да предложи компенсации от $300 на тон, когато отвори тексаския си завод с капацитет 1 млн. тона на година през 2025 г. Подобен анализ е правен от основателя на компанията Дейвид Кийт, който пресмята разходите за технологията в диапазона от $90-240/тон.

Нито една от компаниите обаче не се фокусира върху компенсирането като основна дейност. Carbon Engineering си партнира с петролната Occidental Petroleum и планира да изпомпва изолирания от нея CO2 в Тексас в петролни полета, за да изстисква петрол, който иначе не може да бъде добит. Тъй като CO2 остава под земята, нефтът ще се счита за гориво с ниски нива на въглеродни емисии, което може да се продава с по-висока цена благодарение на разпоредбите в Калифорния. Компанията също така разглежда възможността за комбиниране на уловения CO2 с водород, за да се произвеждат синтетични горива - дейност, към която Climeworks проявява интерес. Стартъп, наречен Prometheus Fuels, твърди, че е в състояние да направи това с по-евтина форма на DAC, но все още не е предоставил подробности.

Такива горива могат да помогнат за декарбонизацията на някои места, където електричеството не може да достигне, като например самолетите. Но най-големият потенциал на DAC се крие в промяната на цялостния въглероден бюджет. Ако се прилага в мащаби, близки до тези на днешната индустрия за производство на природен газ, той по принцип може да създаде пространство в атмосферата за стотици милиарди тонове допълнителни емисии, докато светът се отказва от изкопаемите горива и в десетилетията след това.

Подобна идея изглежда напълно фантастична. Както и огромното алкализиране на океаните и решенията, базирани на природата, или плантации BECCS в мащаби, близки до тези на малък континент. Но ако те останат такива, по всяка вероятност фантазия ще бъде и светът, в който повишаването на температурата ще остане "доста под 2°C", по думите на Парижкото споразумение.

И за съжаление фантазиите, които не се превръщат в реалност, все още могат да имат реални последици. Думата Net (мрежа в буквален превод) във фразата Net Zero условно позволява на света да си представи, че ако намаляването на емисиите не върви, отрицателните емисии ще свършат работа. Но това е вярно само ако се реализира капацитетът за огромни отрицателни емисии. Ако това остане само фантазия, резултатът може да бъде много болезнен.

2021, The Economist Newspaper Limited. All rights reserved