Гарвардский физик улавливает CO2 из атмосферы на деньги Билла Гейтса
Разработкой технологии стартап Дэвида Кита Carbon Engineering занимается в Канаде
В Глазго начинает работу открывшаяся вчера 26-я климатическая конференция ООН (COP26, 31 октября – 12 ноября).
Занимающая 4-е место по выбросам парниковых газов Россия предложит на саммите концепцию, что уголь, нефть и газ можно потреблять в одном месте, а связывать парниковые газы в другом, приводит The Bell прогноз Bloomberg. Огромный потенциал для этого есть у российских лесов, которые занимают 20% территории страны. Создание лесных карбоновых ферм и продажа углеродных кредитов позволит продлить использование ископаемого углеводородного топлива.
В марте тот же Bloomberg отмечал, что Канада с ее 3-м местом в мире по площади лесов и экономикой, в значительной степени базирующейся на добыче ископаемого топлива, также создает рынок углеродных кредитов, но система будет работать параллельно с усилиями по достижению углеродной нейтральности к середине века.
Канадский стартап Carbon Engineering собирается в промышленных масштабах извлекать CO2 из атмосферы и перерабатывать его в синтетическое топливо для автомобилей и кораблей. Компания не одинока в своих разработках. В Швейцарии над похожей технологией трудится стартап Climeworks, в США – Global Thermostat, а в Великобритании при Дэвиде Кэмероне была целая госпрограмма, но незадолго до его ухода в 2016 г. с поста премьер-министра ее финансирование стали сворачивать, и теперь пилотная установка CCS на угольной электростанции Феррибридж заброшена.
Carbon Engineering значительно опережает конкурентов, утверждает интернет-издание Canadian Business (до 2016 г. – печатный деловой журнал, издававшийся с 1927 г.). Экспериментальная установка стартапа работает с 2015 г. в окрестностях канадского города Сквомиш. В 2024 г. в Пермском нефтегазоносном бассейне в юго-западной части США начнет работу завод, который ежегодно будет извлекать из воздуха 1 млн т CO2. Проектируется и завод на 0,5–1 млн т на северо-западе Шотландии.
Небо в алмазах
Есть два типа геоинженерных решений для борьбы с потеплением, объяснял основатель Carbon Engineering в интервью на сайте Гарвардского университета. Первый – долгосрочные проекты по удалению CO2 из окружающей среды. Это не только технология Carbon Engineering, сюда же относится идея искусственно повысить содержание железа в Мировом океане, чтобы спровоцировать размножение планктона.
Второй – гораздо более быстродействующие проекты по созданию щита, который блокирует попадание части солнечного света на Землю. Эту идею изучали в том числе советские ученые из Института дождя профессора Оболенского в Ленинграде. Как сделать щит, подсказывает сама природа. В июле 1816 г. британская газета The Morning Post успокаивала читателей, что не они одни страдают от холодного лета: оно поразило почти всю Европу. В том же году писательница Мэри Шелли жаловалась в Женеве в своем дневнике, что холод и дождь держат их с мужем в четырех стенах. Они гостили на вилле лорда Байрона и коротали время за написанием историй о сверхъестественных явлениях – именно тогда Шелли выдумала Франкенштейна. Причиной такой погоды было извержение годом ранее вулкана Тамбора в Индонезии.
Три составляющие
Установка Кита выглядит как мешанина труб, гигантских блоков от кондиционеров, резервуаров и насосов. Как следует из описания Canadian Business, используя гидроксид кальция (гашеная известь), установка забирает CO2 с эффективностью 70–80%. То есть если во входящем воздухе 0,04% углекислого газа, то на выходе – около 0,01%. В ходе реакций на выходе снова получается гашеная известь (которая многократно используется для улавливания CO2) и чистый CO2.
Экспериментальная установка в окрестностях канадского города Сквомиш действует с 2015 г. В день она собирает около тонны углекислого газа. Поначалу его выбрасывали обратно в атмосферу. Затем стали утилизировать.
С CO2 можно делать три вещи. Закачивать в подземное хранилище. Закачивать в нефтяные или газовые скважины для повышения эффективности добычи. Или делать то, чем в последние годы занимается Carbon Engineering: получать синтетическое топливо с помощью реакции углекислого газа с водородом. Этот процесс в компании назвали A2F – аir to fuels («воздух в топливо»). Как говорил Дэвид Кит Vox, себестоимость производства 1 л такого топлива – примерно $1, т. е. оно проигрывает в цене не только топливу из полезных ископаемых, но и многим видам биотоплива. 70% себестоимости приходится на водород. Его Carbon Engineering получает с помощью возобновляемых источников энергии. Но Кит надеется, что благодаря развитию технологий зеленой электроэнергетики к 2025 г. стоимость производства водорода снизится минимум на 25%.
В апреле 1991 г. схожий эффект запустил вулкан Пинатубо на Филиппинах, который выбросил миллиарды тонн серы, приведшей к появлению облаков с повышенным отражением солнечного света. По оценкам ученых, это временно снизило среднюю глобальную температуру на 0,5 ˚C, пишет Christian Science Monitor. Вместо вулкана вполне хватит пары переоборудованных самолетов Gulfstream, раз в год распыляющих серную кислоту на высоте 20 км в районе экватора, уверял Кит журналистов MIT Technology Review. После соединения с водяным паром образуется сульфатный аэрозоль – частицы диаметром менее микрона. Ветер рассеет его по всему земному шару вплоть до полюсов. Аэрозоль будет отражать около 1% солнечных лучей.
Государственное управление космических исследований Швеции думало провести подобный эксперимент в ограниченном масштабе – распылить столько кислоты, чтобы только хватило для научных наблюдений. Но в апреле этого года отказалось от идеи под давлением местных общин и экологов. Одним из главных аргументов активистов было то, что фундаментальное исследование возможностей этой технологии может подорвать волю политиков к борьбе против выбросов парниковых газов.
Упоминалось, конечно, и что сера – это загрязнитель атмосферы, разрушающий озоновый слой. Поэтому Кит говорил, что лучше всего было бы распылять измельченные алмазы. Но и этим вряд ли кто-то рискнет заняться. Вопрос не только в стоимости. Дело в том, что алмазная пыль рано или поздно упадет на землю и окажется в почве и в воде. Никто не в силах предсказать, будет ли это представлять опасность для природы и человека.
Меньшее из зол
Кит отнюдь не приверженец светоотражающих щитов. В интервью журналу Canadian Geographic он предостерегал: «Не надо спешить. Мы еще не знаем, как управлять планетой. И у нас нет ни институтов, ни властных структур для этого». Но вполне вероятно, что скоро, по его выражению, «человечество установит такие щиты и начнет вращать регулирующие их ручки». Потому что щит будет выглядеть меньшим из зол.
«Даже если мы сократим выбросы [парниковых газов] до нуля уже завтра, у нас все равно будет большая проблема с климатом», – говорил Кит Christian Science Monitor. Дело в том, что повышенная концентрация CO2 в атмосфере сохранится в течение десятилетий. Даже с нулевыми выбросами потепление будет продолжаться по инерции (по некоторым теориям, до 1000 лет).
Кита нельзя причислить к фанатичным борцам с потеплением. Он старается рассматривать проблему с разных сторон, и часто его высказывания вызывают бурю негодования у экологического сообщества. Canadian Geographic приводит два примера. «С экономической точки зрения не ясно, является ли глобальное потепление негативным фактором, – говорил Кит в 2006 г. – Кое-кто уже прикидывает, как его компания станет бурить нефтяные скважины [за Полярным кругом], когда потеплеет арктическое лето. То же относится и к [более южным] регионам Канады. Людям нравится там, где тепло, и вы дурак, если думаете, что для мест вроде Канады нет никаких преимуществ в том, что постепенно становится теплее».
А еще раньше Кит опубликовал в журнале PNAS Национальной академии наук США статью о возможном вреде для природы ветрогенераторов. Его исследование, проведенное вместе с коллегами, показало, что их массовое использование меняет характер ветров, а это, в свою очередь, меняет местный климат и даже климат больших регионов, поскольку изменяется количество переносимых ветрами тепла и влаги. В статье Кит задавался вопросом, насколько климатическая выгода от ветроэнергетики перевешивает климатические потери. Его ответ: возможно, вред отнимает пятую часть пользы. Но Кит призывал не отказываться от ветровой энергии, а просто тщательно исследовать ее побочные эффекты.
Моржи и птицы
На стене рабочего кабинета Кита в Гарварде висит бейдж, который его отец носил на конференции ООН по проблемам окружающей среды в 1972 г. в Стокгольме. И увлечение природой у него от отца-канадца. Кит родился в 1964 г. в Висконсине (США), где его отец учился в аспирантуре. Когда единственному ребенку исполнилось два года, семья переехала в Оттаву, где отец стал биологом канадской Службы охраны дикой природы. Мать Кита преподавала историю в Карлтонском университете в Оттаве, а мачеха была биологом.
Вместе с отцом и мачехой Кит путешествовал по диким уголкам Канады. Вместе с дядей, который был одним из основателей Американской ассоциации птицеводов, наблюдал за птицами США и Канады. А коллега отца, изучавший белых медведей, был частым гостем в их доме. Сам Кит в 23 года на четыре месяца отправился на необитаемый остров Девон в составе Канадского Арктического архипелага, чтобы поработать помощником биолога. «Мы жили в маленькой фанерной хижине с видом на морскую гладь, – воспоминал он в интервью Canadian Geographic. – С помощью гидрофонов мы пытались различать моржей по их крикам. А чтобы идентифицировать их, наблюдая в бинокль, мы ставили на них метки». Кит сохранил увлечение природой – он отдыхает, сплавляясь по канадской реке Йеллоунайф, отправляясь в поход по острову Холмен или катаясь на лыжах по морскому льду в окрестностях эскимосского поселения Иглулик. Во время одной из таких вылазок на природу он познакомился с будущей женой, с которой у него двое детей – и с ними то ходят в поход по Скалистым горам, то едут в ливийскую пустыню, чтобы наблюдать солнечное затмение.
Однако работа биолога его не привлекала. Кит решил изучать физику. С учебой поначалу не складывалось. Дэвид не умел читать до третьего класса (позже у него диагностировали дислексию). Порой он получал плохие оценки на контрольных, потому что знал ответы, но не успевал их написать в отведенное время. «Вплоть до аспирантуры у меня чередовались очень плохие и очень хорошие отметки, – продолжал воспоминания Кит в разговоре с Canadian Geographic. – Даже сейчас моя орфография настолько плоха, что мне неловко, когда приходится писать от руки, без помощи компьютерной проверки правописания».
Но знания Кит всегда усваивал легко и умел их применять. На экзамене по физике в восьмом классе учитель поставил ему 99 баллов вместо максимальных 100 за то, что Кит уверял, что лучи света изгибаются под действием силы притяжения. Пожилой учитель просто не поверил, что это правда. А дома Кит собрал компьютер и написал для него собственную оперативную систему.
Помощь, а не панацея
Когда Дэвид учился в старших классах, друг семьи физик Пол Коркум три лета подряд брал его поработать в своей лазерной лаборатории. Вот почему Кит решил изучать физику. В 1986 г., учась в Университете Торонто, он занял 1-е место на всеканадском экзамене студентов-третьекурсников по физике. Коркум посоветовал ему продолжить обучение в MIT – и в 1991 г. Кит защитил там докторскую.
В MIT Кит руководил группой, создавшей первый атомный интерферометр (интерферометры применяются для измерения и исследования звуковых и электромагнитных волн). Это был очень громкий проект для аспиранта, про него написало немало научных журналов, включая американский Science и британский Nature. Но сам Кит был разочарован: «Во время этой работы не возникло ни одного вопроса о природе, на который мы бы не знали ответа». Область, в которой для человечества было полно белых пятен, Кит обнаружил в совместном курсе MIT и Гарварда по геоинженерии. «У нас была необычная учебная группа – мы знали больше, чем наши профессора», – говорил он Christian Science Monitor.
В 1992 г., будучи научным сотрудником Университета Карнеги Меллон, Кит совместно с профессором Хади Довлатабади опубликовал в американском журнале Eos статью «Серьезный взгляд на геоинженерию», где рассматривал способы борьбы с изменением климата. Как пишет Christian Science Monitor, тогда солнечная геоинженерия считалась уделом фриков от науки – широко обсуждать эту тему стали лишь в последнее десятилетие. А статья Кита и Довлатабади была одной из первых серьезных работ в этой области.
После этого Кит отправился в Гарвард, где шесть лет трудился в исследовательской группе известного ученого-климатолога Джеймса Андерсона. Затем снова работал в Университете Карнеги Меллон, а в 2004 г. вернулся в родную Канаду, в Университет Калгари.
Там, в Калгари, в 2005 г. и был проведен эксперимент – пятиметровая установка улавливала CO2 из воздуха и закачивала его в подземное хранилище. В 2009 г. Кит решил коммерциализировать эти исследования и основал в Канаде Carbon Engineering. Средства дали благотворительные фонды Билла Гейтса и канадского нефтяного магната Нормана Мюррея Эдвардса. В 2011 г. Кит уволился из Университета Калгари и переехал в США, чтобы работать в Гарварде, где и числится поныне.
Обычно фильтры для выбросов монтируют в трубах заводов. Но поскольку углекислый газ присутствует повсюду, то по замыслу Кита заводы могут ставить оборудование Carbon Engineering в любом месте. Главное, чтобы мощность оборудования превосходила объем выбросов углекислого газа заводом. Кит, однако, не устает повторять, что его технология хотя и помогает бороться с потеплением, но сама по себе не панацея: без сокращения выбросов парниковых газов человечеству все равно не обойтись.