В усилиях по борьбе с катастрофическими последствиями глобального потепления мы должны ускорить усилия по сокращению выбросов углекислого газа и быстро масштабировать стратегии по удалению углекислого газа (CO 2 ) из атмосферы и океанов. Технологии сокращения выбросов углекислого газа уже разработаны; те, которые направлены на удаление углерода из окружающей среды, не являются таковыми и нуждаются в мощной поддержке со стороны правительств и частного сектора.
Только 45 процентов выбросов углекислого газа остается в атмосфере; оставшаяся часть поглощается в ходе двух циклов: 1) биологический углеродный цикл сохраняет CO 2 в растительном веществе и почве и 2) водный углеродный цикл поглощает CO 2 из атмосферы в океаны. На каждый из этих циклов приходится 25 и 30 процентов выбросов CO 2 соответственно.
CO 2 , растворяющийся в океанах, реагирует с образованием химических веществ, которые повышают кислотность океанов . Растворение минералов из горных пород вдоль береговой линии уравновешивает эту кислотность в процессе, называемом геологическим выветриванием, но чрезвычайное увеличение скорости и объема выбросов CO 2 , особенно за последние 60 лет, намного превысило скорость геологического выветривания, что привело к 30-процентному увеличению кислотности океана.
По мере закисления океанов миллионы морских видов и целые экосистемы, особенно коралловые рифы, не смогут адаптироваться.
Мы подавляем естественные системы восстановления баланса Земли и при этом наносим вред ее экосистемам. Наша недавняя работа в Университете Макмастера и Университете Торонто, поддержанная инициативой «Углерод в море», попыталась решить эти проблемы.
Задача впереди
Хорошей новостью является то, что можно восстановить баланс pH океанов, используя процесс, называемый повышением щелочности океана (OAE). Более того, это изменение баланса также будет способствовать поглощению дополнительного количества CO 2 из атмосферы. Тщательно и постоянно восстанавливая щелочность океана, можно одновременно решить проблему закисления океана и избыточной концентрации CO 2 в атмосфере.
Наиболее очевидным подходом было бы добавление в океан мелкоизмельченных щелочных минералов , чтобы напрямую снизить кислотность воды. Однако масштабы, в которых эти процессы должны быть реализованы, ошеломляют.
Например, по нашим оценкам, для достижения целей МГЭИК по выбросам в океаны каждый год, начиная с середины столетия, необходимо будет добавлять в океаны эквивалентную массу примерно восьми тысяч зданий Эмпайр-стейт-билдинг. Очевидно, что этот метод не может быть единственным решением.
Мы считаем, что электрохимический подход, основанный на декарбонизированной энергии, является одним из лучших способов борьбы с закислением океана. С помощью процесса, называемого биполярным мембранным электродиализом (BMED) , кислотность морской воды удаляется напрямую, без добавления других веществ. Для этой технологии требуется только морская вода, электричество и специальные мембраны.
Простота и модульность, присущие технологии BMED, позволяют создать гибкий, масштабируемый и потенциально экономически эффективный метод удаления углекислого газа.
Масштабное строительство
В 2015 году вместе с командой исследователей из Исследовательского центра Пало-Альто и компании X Development мы создали и протестировали небольшую систему BMED. Эта система показала хорошие результаты и подает большие надежды в сочетании с существующими объектами, такими как опреснительные установки.
Мы определили его основные технологические ограничения, но в 2015–2017 годах углеродных кредитов и стимулов для технологий изменения климата было недостаточно, и проект был отложен. Теперь экономический и физический климат изменился.
На экономическом фронте как налоговые льготы, предоставляемые Законом о сокращении инфляции (IRA) в Соединенных Штатах, так и постоянно растущий нейтральный для доходов налог на выбросы углерода в Канаде усиливают экономическую жизнеспособность технологий сокращения выбросов углекислого газа.
Кроме того, недавние экстремальные климатические явления, произошедшие в прошлом году, от масштабных лесных пожаров в Канаде до самых жарких месяцев за всю историю наблюдений и самой высокой температуры моря, когда-либо измеренной, шокируют людей, открывая для них вопиющую реальность изменения климата и повышая потребность в реальных решениях. Технология BMED является одним из таких решений.
Технология BMED частично ограничена специализированными мембранами, которые имеются в продаже. Более того, на эти мембраны приходится значительная часть (около 30 процентов) капитальных затрат, и они имеют короткий срок службы, поскольку подвержены разрушению .
Наша работа направлена на разработку масштабируемых ультратонких мембран для использования в модифицированном процессе BMED, а также на определение эффективных рабочих условий, оптимальных промышленных соединений и идеальных глобальных мест для экономически эффективного внедрения этой технологии OAE по всему миру.
Ультратонкие мембраны будут извлекать кислоту более эффективно, чем существующие коммерческие мембраны, а технология их производства и оптимальное использование значительно снизят их производственные и эксплуатационные затраты.
Разработка экономически эффективных систем BMED откроет путь к экономически жизнеспособному ОАЭ.
Осторожный оптимизм
Недавно было создано несколько стартапов , таких как Ebb Carbon , SeaO2 и Vesta , которые нацелены на удаление углекислого газа из океана с помощью ОАЭ.
Мы поощряем открытое общение о прогрессе и проблемах, с которыми сталкиваются ОАЭ, с общественностью, исследовательскими институтами , правительствами и частным сектором, чтобы ускорить решение проблем ОАЭ.
В частности, мы должны оценить влияние изменения щелочности морской воды на морские экосистемы, одновременно разрабатывая и внедряя надежные системы для измерения, отчетности и проверки чистого количества удаленной кислотности и углерода.
Наряду с этим мы также должны определить оптимальные места крупномасштабного развертывания, где OAE может быть безопасно и эффективно реализовано.
Эти соображения исследуются различными группами, но для быстрой проверки и масштабирования этой технологии требуется гораздо больше поддержки.
Чтобы преодолеть технологические проблемы и экологическую неопределенность, поддержка со стороны правительства, промышленности, некоммерческих организаций и венчурного капитала должна быть широко масштабирована и направлена на тщательное и ответственное подтверждение широкомасштабного внедрения технологий ОАЭ по всему миру.
