Как российская промышленность отвечает на таяние многолетней мерзлоты

Проблема таяния многолетней мерзлоты не уникальна для России. С этим вызовом сталкиваются в арктических регионах всего мира, например на Аляске, в Канаде и Норвегии, говорит профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ Михаил Аким. Инфраструктура, водоснабжение, энергоснабжение многих городов оказываются под угрозой, поясняет он. При этом, по мнению Акима, сложность прогнозирования скорости таяния мерзлоты приводит к большим экологическим, экономическим и финансовым рискам. «Очевидно, что климатическая неопределенность также затрудняет привлечение рыночного финансирования к арктическим проектам», – отмечает эксперт.

Конкретные масштабы ущерба от подобных явлений описывает Михаил Юлкин, основатель и гендиректор компании «КарбонЛаб». «В последнее время был опубликован ряд оценок экономического ущерба от изменения климата в арктических регионах», – рассказывает он. По словам Юлкина, только для промышленности и энергетики РФ это может составить до 5 трлн руб. в год – причем речь не об упущенной выгоде, а о прямых потерях, связанных с повреждениями инфраструктурных объектов.

«Две трети площади России занимает зона вечной мерзлоты. У нас находится 30% территории мировой криолитозоны», – рассказывал директор ФАНУ «Востокгосплан» Михаил Кузнецов на заседании комитета по развитию Дальнего Востока и Арктики Госдумы. По его словам, за последние 50 лет температура воздуха в Арктике выросла почти на два градуса по Цельсию – это самый высокий темп изменения климата на планете. Складывается опасная ситуация для значительной части зданий и сооружений: в Арктической зоне РФ (АЗРФ) расположено множество капитальных строений. «На 70% территории АЗРФ несущая способность грунтов к 2050 г. снизится на 15% и более», – считает директор «Востокгосплана». Ученые предполагают, что потенциальный ущерб от деформации зданий и сооружений до 2050 г. может составить до 10 трлн руб., отметил он.

Таяние мерзлоты может вызвать оползни, эрозию почвы, что особенно угрожает объектам, расположенным на склонах, уточняет Аким. На севере Канады есть церковь Богоматери Победоносной, привел пример эксперт. Она была построена более 50 лет назад на прочной бетонной плите со слоем гравия под ней, а цилиндрическая форма здания должна была помочь перераспределить напряжение, вызванное замерзанием и оттаиванием земли с течением времени. Это защищало строение от мороза, деформирующего землю в прошлом, но с увеличением потерь мерзлоты церковь начала наклоняться. Также возможно затопление территорий из-за образования термокарстовых озер – когда лед в грунте тает и поверхность проседает, образуя впадины, заполняющиеся водой. Это может подтопить сооружения.

Еще одна проблема, на которую указывают эксперты, – высвобождение из земли метана и углекислого газа, что усугубляет изменение климата. Это, возможно, больше экологический аспект, отмечает Аким, но для инфраструктуры также важный, так как метан может быть взрывоопасен, если накапливается под зданиями или вблизи коммуникаций.

Зоны риска

Российские промышленные компании понимают вызовы, связанные с таянием многолетней мерзлоты. В последние десятилетия скорость глобального изменения климата значительно возросла из-за антропогенного влияния. В Арктике температура увеличивается в 1,5–2 раза быстрее, чем в среднем по стране, и в 3–4 раза – чем в мире. Мир в целом потеплел немногим более чем на 0,17 градуса по Цельсию за последние 10 лет, Россия – примерно на 0,5 градуса за тот же период, берег Таймыра – примерно на 0,8 градуса, отдельные специфические участки Арктики – до 1,4 градуса, отмечает главный эколог АО «Олкон» (Оленегорский горно-обогатительный комбинат, входит в горнодобывающий дивизион горно-металлургической компании «Северсталь») Юлия Ерохина. Это требует от «Северстали» постоянного развития риск-менеджмента и учета климатических рисков в деятельности, говорит она.

Изменение климата на арктических территориях становится одной из важных и глобальных проблем всего мира, полагает директор департамента научно-технического сопровождения эксплуатации зданий и сооружений в условиях Крайнего Севера «Норникеля» Гиорги Кунчулия. По его словам, практически все прогнозы показывают, что площадь многолетнемерзлых грунтов в Арктике будет сокращаться, а их температура увеличиваться.

Трубопроводы, особенно нефте- и газопроводы, могут деформироваться при подвижках грунта, говорит Аким. При этом мониторинг состояния трубопроводов затрудняет то, что они проведены на большие расстояния. «Дороги, мосты и тоннели могут обрушиться из-за эрозии или просадки опор, разрушения дорожного покрытия. Аналогичным образом может происходить проседание и разрушение взлетно-посадочных полос аэропортов», – отмечает эксперт. Так, земля под взлетно-посадочной полосой аэропорта города Нома (Аляска, США), связывающего регион с внешним миром, оттаяла и нуждается в дорогостоящем ремонте, приводит пример Аким. А в самый жаркий июль за всю историю наблюдений вдоль главной дороги города образовалась воронка глубиной около 5 м. На норвежском Шпицбергене за последние годы были разрушены сотни домов из-за деформирующейся почвы. Аналогичные проблемы наблюдаются и в российской части Арктики – Якутске, Норильске и т. д.

По мнению Юлкина, с точки зрения масштабов потенциальных последствий наибольшую угрозу сегодня представляют возможные аварии на магистральных трубопроводах. «Пока наблюдались только аварии на трубопроводах местного значения, магистральные построены на более надежных, более заглубленных опорах», – рассказывает он. Однако, добавляет эксперт, таяние мерзлоты может приводить к вспучиванию грунта, начинается своего рода волнообразное движение почвы и такого рода качку не выдержат и они. И тогда последствия могут быть катастрофическими. «Трудно даже представить, что станет с энергетикой европейской части России, если она будет отрезана от газодобывающих мощностей Ямала», – отмечает Юлкин.

По данным Государственного гидрологического института и ЗАО «Экопроект», которые приводит Агентство нефтегазовой информации, в настоящее время на нефтегазовых магистралях Западной Сибири ежегодно происходит около 35 000 отказов и аварий, причем каждое пятое зафиксированное происшествие вызвано таянием мерзлоты, в результате которого была потеряна устойчивость фундаментов, произошла деформация опор и коррозия труб.

Наиболее уязвимыми инфраструктурными объектами, по мнению Кунчулии, являются здания и сооружения, построенные по первому принципу строительства, т. е. на мерзлых грунтах, которые должны сохраняться в течение всего периода эксплуатации. При повышении температуры происходит снижение несущей способности и повышение деформируемости оснований инфраструктуры.

Технологии устойчивости

В Норильске для исключения теплового воздействия сооружений на мерзлые грунты одним из самых распространенных инженерных решений является строительство проветриваемых подполий на сваях, говорит Кунчулия.

«Газпром нефть» в 2024 г. создала Центр обустройства и эксплуатации месторождений в криолитозоне, рассказали в компании. Его задача – развитие и внедрение технологий и новых подходов для добычи углеводородов в условиях Крайнего Севера, а также изучение и сохранение вечной мерзлоты. Центр объединил опыт и экспертизу предприятий «Газпром нефти», которые многие годы работают в регионах с многолетнемерзлыми грунтами. Специалисты организовывают научно-исследовательские работы и проводят комплексную оценку проектов в зоне многолетней мерзлоты.

Современные технологии помогают минимизировать риски, связанные с деградацией мерзлоты и нестабильностью грунтов, говорит Аким. Наиболее эффективные из них включают термостабилизацию мерзлоты, установку термосвай (охлаждающих устройств), которые отводят тепло от грунта, замедляя таяние, использование вентилируемых фундаментов для снижения теплопередачи от зданий к мерзлоте. Это позволяет поддерживать температуру грунта на более стабильном уровне, особенно в условиях потепления климата. Использование свайных фундаментов при углублении свай ниже активного слоя мерзлоты предназначено для предотвращения проседания, в том числе для многоэтажных зданий и инфраструктуры. Также применяется армирование грунта, его укрепление георешетками, геотекстилем или композитными материалами для распределения нагрузки. Это снижает эрозию и термокарстовые процессы. Данные способы, в частности, подходят для дорог и взлетных полос. Важным направлением также является использование гибких конструкций, способных деформироваться без разрушения (например, плавающие фундаменты), что находит применение в строительстве мостов и трубопроводов.

Чтобы исключить воздействие на вечномерзлые грунты, «Газпром нефть» возводит капитальные объекты и инженерные системы на сваях с термостабилизацией с безопасным для экологии хладагентом. В строительстве добывающих скважин применяются термокейсы – специальные конструкции для изоляции скважины от окружающего мерзлого грунта. При создании инфраструктуры на месторождениях в регионах Крайнего Севера компания использует мобильные и блочно-модульные решения. Это компактное оборудование, которое значительно сокращает площадь застройки, снижает металлоемкость и таким образом минимизирует воздействие на вечномерзлые грунты. «Газпром нефть» также ведет разработку биотехнологии для защиты и укрепления откосов насыпей, сообщили в компании.

Глаз да глаз

Особое внимание компании уделяют отслеживанию процесса изменения многолетней мерзлоты. Мониторинг и прогнозирование осуществляются с помощью датчиков температуры и деформации грунта, применяется также спутниковое наблюдение. Это позволяет своевременно выявлять угрозы и корректировать режим эксплуатации объектов, отмечает Аким.

Для управления климатическими рисками «Северсталь» внедряет инструменты, обеспечивающие выявление, оценку, мониторинг и минимизацию рисков, рассказывает Ерохина. В компании разработан корпоративный стандарт «Управление климатическими рисками», включающий анализ влияния климата на производство, простои оборудования, климатообусловленные инциденты (например, ухудшение состояния здоровья работников или нарушение целостности сооружений) и прогнозирование опасных гидрометеорологических явлений.

С 2020 г. «Норникель» проводит комплекс работ по оценке геологических условий и обследованию строительных конструкций зданий и сооружений. Это делается для выявления тех объектов, за которыми необходимо тщательно следить, говорит Кунчулия. В компании внедрена система автоматизированного мониторинга, диспетчерская служба в режиме реального времени отслеживает показания датчиков и оценивает устойчивость сооружений. Информационно-диагностическая система Заполярного филиала «Норникеля» используется на 17 предприятиях компании. К ней подключено около 1500 объектов, из которых системой постоянного автоматизированного мониторинга оборудовано 222, по остальным данные вносятся в ручном режиме.

В «Газпром нефти» ведется геотехнический мониторинг зданий и сооружений в районах распространения мерзлых грунтов. Это непрерывный процесс наблюдения за состоянием грунтов-оснований, фундаментов и скважин, отмечают в компании.