Поддержание глобальных температур в пределах, которые Межправительственная группа экспертов по изменению климата считает безопасными, означает нечто большее, чем сокращение выбросов углерода. Это означает обратить их вспять.
«Если мы хотим приблизиться к этим пределам [1,5 или 2 C], то к 2050 году мы должны стать углеродно-нейтральными , а затем — углеродно-отрицательными», — говорит Матей Печ, геолог и специалист по развитию карьеры Виктора П. Старра. Доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах (EAPS).
Переход к отрицательным значениям потребует поиска способов радикально увеличить мировую способность улавливать углерод из атмосферы и размещать его там, где он не будет просачиваться обратно. Проекты по улавливанию и хранению углерода уже ежегодно поглощают десятки миллионов метрических тонн углерода. Но сокращение выбросов будет означать улавливание еще многих миллиардов метрических тонн. Сегодня люди ежегодно выбрасывают около 40 миллиардов тонн углерода во всем мире, в основном за счет сжигания ископаемого топлива.
Из-за потребности в новых идеях , когда речь идет о хранении углерода, Печ разработал предложение для конкурса MIT Climate Grand Challenges — смелого и масштабного усилия Института по поддержке исследований и инноваций, меняющих парадигму, для решения климатического кризиса. Предложение его команды, получившее название Advanced Carbon Mineralization Initiative , направлено на то, чтобы объединить геологов, химиков и биологов, чтобы сделать постоянное хранение углерода под землей пригодным для использования в различных геологических условиях. Это означает поиск способов ускорить процесс превращения выкачиваемого под землю углерода в горную породу или минерализацию.
«Это то, что может предложить геология», — говорит Печ, руководитель проекта, вместе с Эдом Бойденом, профессором биологической инженерии, мозга и когнитивных наук, медиаискусства и науки, и Йогешем Сурендранатом, профессором химии. «Вы ищете места, где можно безопасно и постоянно хранить эти огромные объемы CO 2 ».
Предложение Печа является одним из 27 финалистов, отобранных из пула почти 100 предложений «Большой климатической проблемы», представленных сотрудниками со всего Института. Каждая команда-финалист получила по 100 000 долларов на дальнейшую разработку своих исследовательских предложений. В апреле будет объявлено несколько финалистов, составивших портфель многолетних «флагманских» проектов, получающих дополнительное финансирование и поддержку.
Создание отраслей промышленности, способных стать углеродно-отрицательными, сопряжено с огромными технологическими, экономическими, экологическими и политическими проблемами. Во-первых, дорого и энергоемко улавливать углерод из воздуха с помощью существующих технологий, которые «адски сложны», говорит Печ. Большая часть улавливания углерода в настоящее время сосредоточена на более концентрированных источниках, таких как электростанции, работающие на угле или газе.
Также трудно найти геологически подходящие места для хранения. Чтобы удержать его в земле после захвата, углерод необходимо либо поместить в герметичные резервуары, либо превратить в камень.
Одним из лучших мест для улавливания и хранения углерода (CCS) является Исландия, где уже запущен ряд проектов CCS. Вулканическая геология острова помогает ускорить процесс минерализации, поскольку углерод, закачиваемый под землю, взаимодействует с базальтовой породой при высоких температурах. В этих идеальных условиях, говорит Печ, 95 процентов углерода, закачиваемого под землю, минерализуется всего за два года — геологическая вспышка.
Но геология Исландии необычна. В других местах требуется более глубокое бурение для достижения подходящих пород при подходящей температуре, что увеличивает затраты на и без того дорогие проекты. Кроме того, говорит Печ, нет полного понимания того, как различные факторы влияют на скорость минерализации.
Предложение Peč’s Climate Grand Challenge будет изучать, как углерод минерализуется в различных условиях, а также исследовать способы ускорить минерализацию путем смешивания углекислого газа с различными жидкостями перед закачкой его под землю. Другая идея — и причина, по которой в команде есть биологи, — учиться у различных организмов, умеющих превращать углерод в кальцитовые оболочки, те самые вещества, из которых состоит известняк.
Два других предложения по управлению выбросами углерода, возглавляемые Сесилом из EAPS и профессором Идой Грин Брэдфордом Хагером, также были выбраны в качестве финалистов Climate Grand Challenge. Они сосредоточены как на технологиях, необходимых для улавливания и хранения гигатонн углерода, так и на логистических проблемах, связанных с таким масштабным предприятием.
Это включает в себя все: от выбора подходящих площадок для хранения до вопросов регулирования и охраны окружающей среды, а также того, как объединить разрозненные технологии для улучшения всего конвейера. В предложениях особое внимание уделяется системам CCS, которые могут питаться от возобновляемых источников и могут динамично реагировать на потребности различных отраслей промышленности, которые трудно обезуглерожить, таких как производство бетона и стали.
«Нам нужна отрасль в масштабах нынешней нефтяной промышленности, которая не будет ничего делать, кроме как закачивать CO 2 в резервуары для хранения», — говорит Печ.
Для решения проблемы, связанной с улавливанием огромного количества газов из атмосферы и хранением их под землей, неудивительно, что исследователи EAPS так вовлечены. Науки о Земле могут предложить «все», говорит Печ, включая хорошие новости о том, что на Земле более чем достаточно мест, где может храниться углерод.
«По сути, Земля очень, очень большая», — говорит Печ. «Доступные места, близкие к континентам, хранят где-то от десятков тысяч до сотен тысяч гигатонн углерода . Это на порядки больше, чем нам нужно вернуть».
