На фоне растущей обеспокоенности глобальным потеплением и изменением климата мировое научное сообщество активно изучает технологии улавливания диоксида углерода – одного из основных парниковых газов, образующихся в результате деятельности человека. Ежегодные выбросы CO2 исчисляются десятками миллиардов тонн, что требует разработки эффективных методов их сокращения для достижения целей, поставленных в рамках Парижского соглашения. Согласно оценкам, в 2023 году глобальные выбросы CO2 составили около 40,7 миллиарда тонн, что подчеркивает масштаб проблемы.
Технологии улавливания, использования и хранения углерода, известные как CCUS, представляют собой комплекс подходов, направленных на извлечение CO2 из промышленных выбросов или непосредственно из атмосферы. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC) рассматривает эти методы как один из ключевых инструментов в стратегии по ограничению роста глобальной температуры на уровне 1,5°C. Основная идея заключается в том, чтобы не дать диоксиду углерода попасть в атмосферу, а вместо этого собрать его, сжать до состояния высокой плотности и направить на долгосрочное хранение, например, в глубокие геологические формации, или использовать в качестве сырья для производства различных продуктов.
Существуют три основных подхода к улавливанию CO2 на промышленных объектах, таких как электростанции или цементные заводы. Первый – это после-сжигательный метод, при котором CO2 извлекается из дымовых газов уже после сгорания топлива. Второй, пред-сжигательный, предполагает удаление углерода из топлива еще до его сжигания. Третий подход, известный как сжигание в среде чистого кислорода или окси-топливная технология, заменяет воздух чистым кислородом в процессе горения, что на выходе дает поток, состоящий преимущественно из CO2 и водяного пара, откуда диоксид углерода отделить значительно проще.
Для реализации этих подходов разработан широкий спектр технологических решений. Наиболее распространенными являются методы абсорбции, где CO2 поглощается жидкими растворителями, и адсорбции, при которой газ связывается с поверхностью твердых материалов, таких как активированный уголь или цеолиты. Также перспективными считаются мембранные технологии, которые работают по принципу фильтра, пропуская одни газы и задерживая другие. К более современным разработкам относятся криогенные методы, основанные на сжижении CO2 при очень низких температурах, и минеральная карбонизация – процесс, имитирующий природное выветривание горных пород, в результате которого CO2 превращается в стабильные карбонатные минералы.
Особое место в этом списке занимает технология прямого улавливания из воздуха – Direct Air Capture (DAC). В отличие от улавливания на источниках выбросов, DAC нацелена на извлечение CO2, уже находящегося в атмосфере. Это более сложная задача, поскольку концентрация диоксида углерода в воздухе значительно ниже, чем в промышленных газах, что делает процесс более энергоемким и дорогостоящим. Тем не менее, DAC рассматривается как важный инструмент для сокращения уже накопленных в атмосфере объемов парниковых газов.
Несмотря на технологическое разнообразие, ни один из существующих методов не является универсальным решением. Каждая технология имеет свои преимущества и недостатки, связанные со стоимостью, энергопотреблением, эффективностью и применимостью в конкретных условиях. На данный момент не существует единого подхода, способного обеспечить стопроцентное улавливание выбросов без экономических и энергетических затрат. Поэтому исследования продолжаются, и их главной целью является повышение эффективности и снижение стоимости технологий захвата углерода, что сделает их более доступными для широкого внедрения в глобальном масштабе.
