Биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода может масштабироваться быстрее других подходов. Однако некоторые эксперты сомневаются в её пользе для климата.
За последнее столетие большая часть предприятий целлюлозно-бумажной промышленности США сосредоточилась в юго-восточном углу страны, строя заводы посреди обширных лесов для снятия волокон с молодых деревьев ладанной, длиннохвойной и обыкновенной сосны.
Сегодня, после того как фабрики измельчают хвойную древесину и перерабатывают её в целлюлозу, оставшийся лигнин, отработанные химикаты и органические вещества образуют тёмный сиропообразный побочный продукт, известный как чёрный щёлок. Затем его концентрируют в биотопливо и сжигают, которое нагревает огромные котлы, питающие предприятие, и выбрасывает углекислый газ в атмосферу.
Microsoft, JP MorganChase и консорциум технологических компаний, в который входят Alphabet, Meta, Shopify и Stripe, недавно заключили многомиллионные сделки по выплате владельцам бумажных фабрик платы за улавливание не менее сотен тысяч тонн этого парникового газа путем установки на их предприятиях оборудования для очистки от углерода.
Уловленный углекислый газ затем будет транспортироваться по трубопроводу в соляные водоносные горизонты на глубине более мили под землей, где он должен будет навсегда изолироваться.
Крупные технологические компании неожиданно делают ставку на этот способ удаления углерода, известный как биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода (BECCS). Этот сектор также включает электростанции, работающие на биомассе, мусоросжигательные заводы и заводы по переработке биотоплива, которые устанавливают на своих объектах оборудование для улавливания углерода.
Поскольку деревья и другие растения поглощают углекислый газ в процессе фотосинтеза, а эти фабрики улавливают выбросы, которые могли бы попасть в воздух, теоретически вместе они могут удалить больше парниковых газов из атмосферы, чем было выброшено, достигая так называемых «отрицательных выбросов».
Компании, оплачивающие это удаление, могут использовать это сокращение выбросов углекислого газа для компенсации части собственного корпоративного загрязнения. На долю BECCS в настоящее время приходится почти 70% объявленных контрактов на удаление углерода, что во многом обусловлено тем, что этот метод можно применять на промышленных предприятиях, уже работающих в крупных масштабах.
«Если мы находим баланс между стоимостью, временем вывода продукции на рынок и потенциалом максимального масштабирования, BECCS предлагает действительно привлекательное ценностное предложение по всем трем параметрам», — говорит Брайан Маррс, старший директор по энергетике и удалению углерода в Microsoft, которая стала крупнейшим покупателем кредитов на удаление углерода, стремясь к концу десятилетия сбалансировать свои текущие выбросы.
Однако эксперты выразили ряд опасений по поводу различных подходов к BECCS, подчеркнув, что они могут преувеличивать климатические преимущества проектов, путать предотвращение выбросов с удалением углерода и продлевать срок службы объектов, загрязняющих окружающую среду другими способами. Это также может создать более высокие финансовые стимулы для вырубки лесов или перевода их в сельскохозяйственные угодья.
По словам Тима Серчингера, старшего научного сотрудника Принстонского университета, если источники и поглотители парниковых газов будут должным образом учтены по всем задействованным полям, лесам и заводам, будет крайне сложно добиться отрицательных выбросов при различных подходах к BECCS. Он утверждает, что это подрывает логику выделения большего количества ограниченных земель, посевов и лесов в мире на такие проекты.
«Я называю это «BECCS и переключение», — говорит он, добавляя позже: «В какой-то степени это глупость».
Логика BECCS
Для электростанции, работающей на биомассе, BECCS работает следующим образом:
Дерево поглощает углекислый газ из атмосферы по мере своего роста, сохраняя его в коре, стволе, ветвях и корнях, и выделяя кислород. Затем его срубают, превращают в древесные гранулы и доставляют на электростанцию, где древесина сжигается для производства тепла или электроэнергии.
Обычно это предприятие производит углекислый газ при сжигании древесины. Однако, согласно правилам как Европейского союза, так и США, сжигание древесины, как правило, считается углеродно-нейтральным, при условии, что лесозаготовки ведутся устойчивым образом, а различные виды деятельности соответствуют другим нормам. Аргумент заключается в том, что дерево изначально поглощало CO2 из воздуха, а рост новых растений со временем восстановит этот уровень выбросов.
Если эта же электростанция теперь будет улавливать значительную долю парниковых газов, образующихся в ходе этого процесса, и закачивать их под землю, то процесс потенциально может перейти от углеродно-нейтрального к углеродно-отрицательному.
Однако, по словам Серчингера, изначальное предположение о том, что биомасса является углеродно-нейтральной, в корне неверно, поскольку оно не учитывает в полной мере другие способы, которыми выбросы происходят в ходе процесса.
Среди прочего, при надлежащем анализе необходимо также задаться вопросом: сколько углерода осталось в корнях и ветвях на лесной подстилке, которые начнут разлагаться и выделять парниковые газы после удаления растения? Сколько ископаемого топлива было сожжено в процессе рубки, сбора и распределения биомассы? Сколько парниковых газов было произведено при переработке древесины в древесные гранулы и их доставке? И сколько времени потребуется, чтобы вырастить деревья или растения, которые в противном случае продолжали бы поглощать и накапливать углерод?
«Если вы заготавливаете древесину, получить отрицательные выбросы практически невозможно», — говорит Серчингер.
Сжигание биомассы или биотоплива, полученного из нее, может также приводить к другим формам загрязнения, которые могут нанести вред здоровью человека, включая твердые частицы, летучие органические соединения, диоксид серы и оксид углерода.
Предотвращение выбросов углекислого газа на конкретном предприятии может потребовать улавливания и некоторых других загрязняющих веществ, в частности, диоксида серы. Однако это не обязательно отфильтрует все остальные загрязнения, выбрасываемые через дымоход, отмечает Эмили Груберт, доцент кафедры устойчивой энергетической политики Университета Нотр-Дам, специализирующаяся на вопросах управления выбросами углерода и отказа от ископаемого топлива.
Повышение спроса
Идея о том, что мы можем использовать биомассу для производства энергии и поглощения углерода, возникла несколько десятилетий назад. Но по мере роста глобальной температуры и выбросов, специалисты по моделированию климата обнаружили, что потребуется всё больше BECCS или других методов удаления углерода, чтобы предотвратить превышение планетой всё более опасных порогов потепления.
Согласно докладу Климатической группы ООН за 2022 год, помимо радикального сокращения выбросов, миру, возможно, потребуется поглощать 11 миллиардов тонн углекислого газа в год к 2050 году и 20 миллиардов к 2100 году, чтобы ограничить потепление 2 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем. Это порог, который мы, скорее всего, преодолеем.
Эти тревожные климатические предупреждения вызвали растущий интерес и инвестиции в способы снижения выбросов углекислого газа из атмосферы. Появились компании, предлагающие захоронение морских водорослей, биомассы, строительство заводов по прямому улавливанию углерода в атмосфере и добавление щелочных веществ на сельскохозяйственные поля или в океаны.
Однако покупки BECCS затмили эти другие подходы.
По словам Роберта Хёглунда, соучредителя CDR.fyi, общественной корпорации, которая анализирует сектор поглощения углерода, для компаний, у которых быстро приближаются сроки выполнения обязательств по борьбе с изменением климата, BECCS является одним из немногих вариантов сокращения выбросов сотен тысяч тонн в течение следующих нескольких лет.
«Если у вас есть цель, которую вы хотите достичь к 2030 году, и вы хотите добиться долгосрочного удаления углерода, это то, что вы можете купить», — говорит он.
Это связано главным образом с тем, что эти проекты могут использовать инфраструктуру существующих предприятий. По крайней мере, пока, вам не нужно финансировать, получать разрешения и разрабатывать новые объекты.
«Их не так уж сложно построить, потому что зачастую это модернизация существующего завода», — говорит Хёглунд.
Кроме того, технология BECCS обходится покупателям значительно дешевле, чем, скажем, прямое улавливание из воздуха: средневзвешенная цена составляет 210 долларов за тонну по сравнению с 490 долларами по всем сделкам на сегодняшний день, согласно данным CDR.fyi. Это отчасти объясняется тем, что улавливание углекислого газа, например, на целлюлозно-бумажном комбинате, где он составляет около 15% дымовых газов, требует гораздо меньше энергии, чем улавливание молекул CO2 из атмосферы, где их доля составляет всего 0,04%.
Большая ставка Microsoft на BECCS
В 2020 году компания Microsoft объявила о планах стать компанией с отрицательными выбросами углерода к концу этого десятилетия, а к середине столетия полностью исключить все выбросы, которые компания генерировала напрямую и в результате использования электроэнергии за всю свою историю.
Для выполнения своих климатических обязательств компания делает особую ставку на BECCS, поскольку на эту категорию приходится 76% известных на сегодняшний день закупок по удалению углерода.
В апреле компания объявила о покупке 3,7 млн тонн углекислого газа, который целлюлозно-бумажный комбинат, расположенный в неустановленном месте на юге США, будет в конечном итоге улавливать и хранить в течение 12 лет. Сделка была заключена через CO280, стартап из Ванкувера (Британская Колумбия), который создаёт совместные предприятия с целлюлозно-бумажными комбинатами в США и Канаде для финансирования, разработки и эксплуатации проектов.
Это была самая крупная покупка по удалению углерода за всю историю наблюдений, пока четыре дня спустя Microsoft не объявила о согласии приобрести 6,75 млн тонн углеродоудаляющих технологий у AtmosClear, отмечает CDR.fyi. Эта компания строит электростанцию на биомассе в порту Большого Батон-Ружа в Луизиане, которая будет работать преимущественно на жоме сахарного тростника (побочном продукте производства сахара) и лесной щепе. AtmosClear заявляет, что установка сможет улавливать 680 000 тонн углекислого газа в год.
«Мы увидели, что многие из этих проектов BECCS оказались очень полезными, если не сказать преобразующими, для привлечения инвестиций в сельскую экономику», — говорит Маррс. «Мы рассматриваем наши соглашения BECCS в Луизиане с AtmosClear и некоторыми другими поставщиками из штатов Мексиканского залива, такими как CO280, как реальный способ поддержки экономики этих стран, одновременно продвигая методы устойчивого лесопользования».
В предыдущих кварталах Microsoft также совершила крупные покупки у компании Orsted, которая управляет электростанциями, сжигающими древесные гранулы; Gaia, которая управляет объектами, преобразующими бытовые отходы в энергию; и Arbor, чьи станции работают на «зарослях кустарника, остатках сельскохозяйственных культур и пищевых отходах».
Не позволяйте отходам пропадать зря
Примечательно, что как минимум три из этих проектов используют тот или иной вид отходов, который отличается от свежесрубленной древесины или урожая, выращиваемого для целей BECCS. Твёрдые отходы, сельскохозяйственные отходы, остатки лесозаготовок и растительный материал, удаляемый из лесов для предотвращения пожаров, представляют собой одни из самых перспективных возможностей для BECCS, а также поднимают ряд сложных вопросов учёта выбросов углерода.
В отчете Национальной академии наук за 2019 год подсчитано, что к 2040 году США смогут добиться удаления более 500 миллионов тонн углерода в год за счет BECCS, в то время как мир может превысить этот показатель в 3,5 миллиарда тонн, полагаясь только на сельскохозяйственные побочные продукты, лесозаготовительные отходы и органические отходы, — без необходимости выращивать культуры, предназначенные для получения энергии.
Роджер Эйнс, главный научный сотрудник энергетической программы Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, утверждает, что мы должны, по крайней мере, использовать эти источники, а не сжигать их или оставлять разлагаться на полях. (Эйнс был соавтором аналогичного анализа, посвященного отходам биомассы Калифорнии, и внес вклад в лабораторный отчет за 2022 год, подготовленный для Microsoft с целью оценки затрат и вариантов закупок оборудования для удаления углерода.)
Он подчёркивает, что сектор BECCS может многому научиться, используя эти отходы. Например, это должно помочь лучше понять, сработает ли углеродная математика, если больше земель, лесов и сельскохозяйственных культур будет выделено для подобных целей.
«Дело в том, что в большинстве случаев для этого не придётся выращивать новый материал, и в этом не будет необходимости ещё очень долго, потому что отходов очень много», — говорит Эйнс. «Если мы дойдём до этого момента, в далёком будущем, мы сможем решить эту проблему».
Неуклюжий бухгалтерский учет
Однако в связи с отходами возникает следующий важный вопрос: сжигали бы их или позволяли бы им разлагаться, или, может быть, часть из них использовали бы каким-то другим образом, чтобы не допустить выброса углерода в атмосферу?
Например, жом сахарного тростника используется или может использоваться для производства перерабатываемой упаковки и бумаги, биоразлагаемой упаковки для пищевых продуктов и столовых приборов, строительных материалов или почвенных добавок, которые возвращают питательные вещества сельскохозяйственным угодьям.
«Зачастую эти материалы уже используются для чего-то другого, поэтому учет очень быстро становится нестабильным», — говорит Груберт.
Некоторые опасаются, что финансовые стимулы для внедрения BECCS также могут заставить компании вырубать больше деревьев и растений, чем это действительно необходимо, скажем, для управления лесами или предотвращения пожаров, — особенно с учетом того, что все больше и больше заводов BECCS создают все больший спрос на ограниченные запасы таких материалов.
«Как только вы начинаете собирать отходы, вы создаете стимул производить отходы, поэтому нужно быть очень осторожным с порочными стимулами», — говорит Дэнни Калленворд, исследователь и старший научный сотрудник Центра энергетической политики Клейнмана при Пенсильванском университете, изучающий углеродные рынки.
Юридическая экспертиза
Как и другие крупные технологические компании, Microsoft утратила динамику в достижении своих целей по борьбе с изменением климата, во многом из-за резкого роста энергопотребления ее центров обработки данных ИИ.
Однако компания в целом заслужила репутацию компании, стремящейся к максимальному сокращению своих прямых выбросов и поиску высококачественных подходов к удалению углерода. Она активно консультировалась с критически настроенными исследователями из таких консалтинговых фирм, как Carbon Direct, и продемонстрировала готовность платить более высокую цену за поддержку более авторитетных проектов.
Маррс утверждает, что компания распространила эту проверку и на свои сделки BECCS.
«Мы хотим, чтобы каждый проект оказывал максимально положительное воздействие на окружающую среду», — говорит он.
«Мы проводим многомесячную техническую проверку совместно с командами, которые посещают объект, опрашивают заинтересованные стороны и составляют для нас отчет, который мы подробно изучаем вместе со сторонним поставщиком инженерных услуг или поставщиком технических перспектив», — добавляет он.
В последующем заявлении компания Microsoft подчеркнула, что стремится подтвердить, что каждый поддерживаемый ею проект BECCS обеспечит отрицательные выбросы, независимо от источника топлива.
«В рамках всех этих проектов мы провели тщательную комплексную проверку, чтобы гарантировать, что в противном случае сырье BECCS не будет возвращать углерод в атмосферу через несколько лет», — заявили в компании.
Аналогичным образом, Джонатан Рон, соучредитель и генеральный директор CO280, подчеркивает, что они работали с консультантами, реестрами углеродного рынка и целлюлозно-бумажными комбинатами, «чтобы убедиться, что мы применяем самые лучшие стандарты». Он говорит, что они стремятся консервативно оценивать выбросы и поглощение парниковых газов по всей цепочке поставок предприятий, с которыми работают, учитывая тип биомассы, используемой конкретным предприятием, темпы роста лесов, из которых она заготавливается, расстояние, которое грузовики проезжают для перевозки древесины или отходов лесопиления, общий объем выбросов предприятия и многое другое.
Компания Rhone заявляет, что её типичные проекты предусматривают улавливание и хранение порядка 850 000–900 000 тонн углекислого газа в год. Доля этого в общем объёме выбросов завода будет варьироваться в зависимости от того, какая часть энергии, используемой для производства энергии, поступает из побочных продуктов биомассы, а какая — из ископаемого топлива. В рамках первых проектов компания будет стремиться улавливать от 50% до 65% выбросов CO2 на целлюлозно-бумажных комбинатах, но в конечном итоге надеется превысить 90%.
В последующем электронном письме Рона сообщила, что оборудование для улавливания углерода на заводах, с которыми она сотрудничает, также предотвратит «значительные уровни» выбросов твердых частиц и диоксида серы, а также может сократить выбросы других загрязняющих веществ.
Компания ведёт активные переговоры с десятью целлюлозно-бумажными комбинатами на побережье Мексиканского залива и в Канаде. Стоимость каждого проекта по улавливанию и хранению углерода может составлять сотни миллионов долларов.
«На CO280 мы пытаемся показать и продемонстрировать, что мы можем создать стабильную, воспроизводимую схему разработки проектов с низким уровнем риска и предоставить рынку то, что он хочет, то, в чем он нуждается», — говорит Рон.
Сторонники BECCS утверждают, что мы могли бы использовать биомассу для обеспечения значительных объемов удаления углерода, если будут введены соответствующие отраслевые стандарты для предотвращения или, по крайней мере, минимизации ненадлежащего поведения.
Вопрос в том, произойдет ли это на самом деле или же по мере развития сектора BECCS он приблизится к модели рынков компенсации выбросов углерода.
Исследования и проверки неизменно показывают, что слабо регулируемые или плохо разработанные программы предоставления углеродных кредитов и компенсаций позволяют компаниям, если им этого не предлагают, значительно преувеличивать климатические преимущества посадки деревьев, сохранения лесов и аналогичных проектов.
«Мне кажется, что это можно будет контролировать, но нам придется постоянно держать это под контролем», — говорит Эйнс.
Магия
Даже при всех этих сложностях учета углерода проекты BECCS часто могут обеспечить климатические преимущества, особенно для существующих предприятий.
Добавление улавливания углерода на действующем целлюлозно-бумажном комбинате, электростанции или нефтеперерабатывающем заводе является, по крайней мере, улучшением по сравнению с существующим положением дел с точки зрения климата, поскольку предотвращает выбросы, которые в противном случае продолжались бы.
Однако амбиции BECCS уже выходят за рамки существующих установок: в прошлом году Drax, противоречивый британский энергетический гигант, объявил о планах по созданию подразделения в Хьюстоне, которому будет поручена разработка достаточного количества новых проектов BECCS для обеспечения удаления 6 миллионов тонн углерода в год в США или других странах.
В последние годы многие другие компании также построили или предложили электростанции на биомассе, с системами улавливания углерода или без них. Эти решения были частично продиктованы политикой, классифицирующей их как углеродно-нейтральные.
Но если биомасса не является углеродно-нейтральной, как утверждают Серчингер и другие, во многих сферах применения она таковой быть не может, то эти новые электростанции без фильтрации лишь увеличивают выбросы в атмосферу, а проекты BECCS не извлекают их из воздуха. И если это так, то возникают серьёзные вопросы относительно корпоративных климатических заявлений, основанных на этом, и общественных компромиссов, связанных со строительством множества новых электростанций, предназначенных для этих целей.
Это связано с тем, что выращивание культур для получения энергии требует земли, удобрений, инсектицидов и человеческого труда, которые в противном случае могли бы быть направлены на производство продовольствия для растущего населения планеты. Кроме того, растущий спрос на древесину побуждает лесную промышленность вырубать всё больше лесов по всему миру, которые и без того поглощают и хранят огромное количество углекислого газа, обеспечивая среду обитания для огромного количества растений и животных.
По мнению Серчингера, если эти проекты просто предотвращают выбросы парниковых газов в атмосферу, а не сокращают их количество, то лучше вместо этого добавить оборудование для улавливания и хранения углерода (CCS) на существующую установку по переработке природного газа.
Компании могут считать, что использование природных ресурсов для улавливания углекислого газа из атмосферы выглядит лучше, чем сокращение выбросов турбины, работающей на ископаемом топливе. Но электроэнергия от последней электростанции будет стоить значительно дешевле, система улавливания углерода сократит выбросы сильнее при том же объёме вырабатываемой энергии, и это позволит избежать дополнительной нагрузки, связанной с вырубкой деревьев, говорит он.
«Люди думают, что происходит какое-то волшебство — волшебное сочетание биомассы и улавливания и хранения углерода создаёт нечто большее, чем просто отдельные составляющие», — говорит Серчингер. «Но это не волшебство; это просто сумма двух факторов».
Источник: www.technologyreview.com
