Возобновляемых источников не хватает. Чистый уголь — энергоноситель ближайшего будущего




Сегодня уголь производит более 40% мировой электроэнергии, фактически являясь основой современной жизни.

В данной статье речь пойдет о современной ситуации с использованием угля в энергетике, о том, почему в настоящее время не представляется возможным от него отказаться и о новой технологии очищения продуктов горения угля и их перегонки для последующего использования. — прим. переводчика.

Доказательство того, что хорошие вещи не всегда обернуты в красивую упаковку можно найти, сев на быстрый поезд от Пекина до Тяньцзиня, а после, проехав до побережья. Тяньцзинь, третий по величине город Китая, был основан, как морской порт Пекина на Желтом море, однако в последние годы, город освоил и сделал пригодным для жизни такое количество земли на своем грязном побережье, что он, фактически начал перемещаться вглубь материка, а прямо у воды возник новый порт, жизнь в котором активно кипит. В этой гипер-индустриальной зоне, с забитыми грузовиками шоссе, расположены десятки фабрик и хозяйственных предприятий, каждая из которых состоит из множества труб, реакторов, клапанов, вентиляционных отдушин, сосудов, установок для крекинга, компрессоров, дымовых труб и дистилляционных установок. Словом это такой пейзаж, к которому Джеймс Кэмерон мог бы обратиться за вдохновением во время работы над концовкой Терминатора 2.

Среди этих строений, таких же больших и безликих, как и его соседи, есть здание, которое называется GreenGen — гигантская государственная электроэнергетическая компания, построенная китайской Huaneng Group совместно с рядом других фирм, ведомств китайского правительства и, что не менее важно, Peabody Energy, крупнейшей частной угольной компанией из Миссури.

По западным стандартам GreenGen — скрытное место. Мои обращения за интервью и поездками туда неделями оставались без ответов. Когда я, все-таки решил нанести им визит, охрана на месте не только отказала мне в доступе, но и отказалась подтвердить имя компании. Отъезжая от входа, я увидел, как жалюзи на одном из окон отодвинулись и через них за моим отъездом наблюдали чьи-то глаза. Я думаю, что вести себя так — глупо, ведь GreenGen — предприятие стоимостью в миллиарды, которое извлекает углекислый газ из угольных ТЭС и через специальные каналы перемещает его в подземное хранилище, которое находится за многие мили от места его сжигания. Часть новой волны таких предприятий, работающих на угле, можно назвать самым последовательным усилием Китая, а возможно, и всего мира, по борьбе с изменением климата.

Большинство людей редко видит уголь, поэтому у них есть привычка представлять его себе как пережиток 19-ого века, черную массу, лежащую на улицах времен викторианской эпохи. Однако на самом деле, кусок угля, встречающийся едва ли не везде артефакт 21 века, является таким же символом нашего времени, как и iPhone. Сегодня уголь производит более 40% мировой электроэнергии, фактически являясь основой современной жизни. Процент этот растет: за прошедшее десятилетие, уголь внес больший вклад в мировой запас электроэнергии, чем любой другой ее источник.

Нигде еще преимущество угля не становится таким очевидным, как в самом быстрорастущем, самом населенном регионе планеты: Азии, и, в особенности, в Китае. За несколько прошлых десятилетий, Китай избавил от нищеты несколько сотен миллионов людей. Не исключено, что это можно назвать самым крупным в истории подъемом в уровне благосостояния. Этот прогресс не мог бы состоятся без индустриализации, которая, в свою очередь, не могла произойти без угля. Более 75% электричества в Китае производится с его помощью, включая энергию для гигантских заводов электроники, где собираются iPhone'ы. Еще больше угля уходит на отопление миллионов домов, плавление стали (Китай производит почти половину мировой стали), обжиг известняка для производства цемента (Китай изготавливает почти половину цемента, производимого в мире). В своем лихорадочном стремлении к развитию, Китай сжигает столько же угля, сколько весь остальной мир и уже один только этот факт заставляет климатологов содрогаться.

Китай уже сейчас выбрасывает в атмосферу четверть мировых парниковых газов — больше чем любая другая страна. По подсчетам Международного энергетического агентства, научно-исследовательской организации, расположенной в Париже и спонсируемой 28 развитыми странами, Пекин удвоит количество угольных ТЭС к 2040 году. Если это случится, показатели Китая по выработке углекислого газа увеличатся в двое или, даже, в трое. «Уголь слишком дешевый, его так много и он слишком доступен благодаря надежным поставщикам, чтобы его чем-то заменить, — говорит аналитик по источникам топлива Джон Дин, президент консалтинговой фирмы JD Energy, — Китай налаживает выработку солнечной и ветряной энергии огромными темпами, но ему придется использовать все больше и больше угля для того, чтобы удовлетворить растущий спрос.»

Однако зависимость от угля — проблема не только Китая. Страны по всему миру, даже европейские государства, которые рекламируют свой показатели в отношении окружающей среды, понимают, что они не способны отучить себя от использования угля. Германия, которую часто хвалят за то, что она встала под знамена солнечной и ветряной энергии, не только получает половину своей энергии из угля, но также, в 2013, открыла больше угольных ТЭС, чем в любом другом году за последние два десятилетия. В соседней Польше 86% электричества вырабатывается из угля. Южная Африка, Израиль, Австралия, Индонезия — все они зависят от угля больше чем когда-либо. США, в какой-то степени, является исключением: доля угля в выработке электричества в Америке упала с 49% в 2007 году до 39% в 2013, в огромной степени, из-за начала добычи сланцевого газа методом гидравлического разрыва пласта, которое резко снизило цены на природный газ, конкурирующий вид топлива. Однако критики, совершенно правильно, отмечают, что экспорт угля из США достиг рекордных отметок: доля «красно-сине-белого» угля в Европе и Азии еще никогда так резко не увеличивалась. Согласно данным Института по исследованию мировых ресурсов, группе ученых, проводящих экологические исследования, почти 1200 новых больших угольных предприятий предполагается построить в 59 странах мира. Как предупредили ученые-климатологи в ноябре, в своем совместном заявлении, резкий рост использования угля ведет к «последствиям, которые можно описать только как катастрофические.»

Это, в некоем роде, возвращает меня назад к негостеприимному предприятию в Тяньцзине. GreenGen — одна из самых актуальных в мире попыток разработать технологию, которая называется carbon capture and storage, или CCS (сбор и хранение углерода — прим. переводчика). По существу, CCS очень проста: промышленности сжигают столько же угля, сколько и раньше, но удаляют все загрязняющие вещества. В добавок к очищению от сажи и копоти, теперь стандартной практикой на крупных фабриках будет отделение углекислого газа и его закачка под землю, где его можно будет хранить тысячи лет.

Многие исследователи в области климата и энергетики полагают, что эта технология жизненно важна для избежания климатической катастрофы, так как она позволила бы всему миру продолжать сжигать свой самый изобилующий ресурс, одновременно резко снизив выбросы углекислого газа и сажи. И хотя об этом едва ли будут часто говорить, но она может быть даже важнее любой будущей технологии, основанной на возобновляемых источниках, которая могла бы появиться в ближайшие десятки лет. Сам Стивен Чу, физик, обладатель нобелевской премии, который был министром энергетики США до прошлого года, назвал CCS существенно важной. «Не знаю как мы сможем двигаться вперед без нее», — сказал Чу.

Темпы потребления энергоносителей (Оригинальный размер)



Наша зависимость от угля закончится еще не скоро. Несмотря на то, что возобновляемые источники энергии ждет бум в течении следующего десятилетия, уголь все равно останется главным в мире источником энергии.

К сожалению сделать этот шаг будет невероятно сложно. Несмотря на то, что базовые концепции ясны и понятны, разработка надежных, широкомасштабных технических средств в области CCS потребует много времени, будет непопулярной и умопомрачительно дорогой. Инженерам нужно будет не жалеть ни денег, ни времени на скрупулезные вычисления, доработку и опасные эксперименты. В конце концов, мир получит несколько тысяч огромных сооружений, которые всем будут мозолить глаза. В то же время, защитники окружающей среды, выступают против этой технологии, убежденные, что она представляет собой подачку для угольной индустрии в ущерб более чистым альтернативам, таким, как солнечная и ветряная виды энергий.

Как следствие, CCS одновременно признается критически важной технологией будущего, и, в то же время, находится в трудном положении. В 2008 году на саммите большой восьмерки, министры энергетики стран-участниц признали ключевую роль сбора и хранения углерода и «решительно поддержали» рекомендации Международного энергетического агентства по запуску «20 крупномасштабных демонстрационных CCS проектов» к 2010 году. Однако количество таких проектов в мире на самом деле уменьшается. Исключение составляет Китай, где в процессе планирования или производства находится десяток крупных CCS предприятий.

Китай, вероятно, вполне подходит на роль лидера, как самое загрязненное углем место в мире. В добавок к этому, энергетические компании там частично принадлежат государству и поэтому они не могут активно судится с правительством с целью остановить его CCS программу. При этом, штрафы их не ждут, ни со стороны правительства, ни со стороны юристов акционеров, в случае, если введение этой дорогостоящей, экспериментальной технологии отразиться на их прибыли. В любом случае, все остальные должны быть благодарны Китаю за то, что он вступает в игру, говорит Фатих Бироль, главный экономист МЭА. Нужно чтобы кто-то нашел способ собирать и хранить углекислый газ в больших масштабах, пока еще не поздно.

«Я не знаю никаких других технологий, которые были бы столь ключевыми для здоровья планеты и, при этом, столь безинтересны для нас, — говорит Бироль, — Китай — кажется, единственное место в мире, где она набирает обороты.»

Уголь нельзя игнорировать

Уголь — это MEGO, пока вы не начнете жить рядом с ним. MEGO — старый журналистский сленг, расшифровывается как “my eyes glaze over” («Пробежался глазами — все ясно.» — прим. переводчика), и которым называют хорошую, но слишком скучную для чтения историю. В Америке, где уголь сжигается далеко от человеческих глаз, читатели как правило реагируют на слово «уголь» закрытием страницы.

Однако люди в Хэбэе не считают уголь MEGO, во всяком случаем, по моим впечатлениям. Хэбэй — провинция, которая окружает Пекин. Когда столица начала подготовку к Олимпиаде 2008 года, правительство отправило угольные электростанции и фабрики, загрязняющие городской воздух за его пределы. В большинстве своем, эти предприятия переместились в Хэбэй. В провинции появилось много новых рабочих мест, однако, кроме этого, ее воздух стал самым грязным во всем Китае.

Из любопытства, я нанял такси, чтобы проехаться по городу Таншань, в Хэбэе, который находится в северо-востоке от Пекина. Видимость была около четверти мили — хороший день, как сказал мне водитель. Дымовая завеса придавала зданиям размытый вид старого фотоснимка. Совсем недавно, Таншань был относительно бедным местом. А теперь на окраине города расположилась целая серия авто дилеров класса «люкс»: BMW, Jaguar, Mercedes, Lexus, Porsche. Большинство машин стояли в помещении, а те, что были выставлены снаружи, покрылись серым налетом.

Люди говорят, что уголь везде. Один водитель грузовика, с интонациями гордой насмешки в голосе, сказал мне, что мы там дышали худшим воздухом в мире. Выпускница университета в полосатых носках Hello Kitty отметила, что, каждый раз, когда она вытирает лицо, на салфетке остается «что-то черное». Это «что-то», по ее словам, называется PM2.5. PM2.5 — технический жаргонизм, обозначающий частицы, диаметром не более 2.5 микрометра, способные, из-за этого, осесть в легких. Респираторные проблемы типичны, по ее словам. «Болеют все, но правительство никогда не сообщит об этом.» Я проехал к одному металлургу, который рассказал мне, что Таншань планирует очистить свой воздух в течении 30-35 лет. «Мы — город промышленности, город угля,» — сказал он.

Грязный воздух является проблемой не только малоизвестных мест в отдаленных регионах Китая. Маски для лица, которые помогают фильтровать загрязнение становятся все более обычным явлением в крупных городах, таких как Шанхай и Гуанчжоу. Одна фирма, под названием Vogmask, продает маски, на которых крупные компании могут размещать свои лого, используя смог как возможность для брендинга. За несколько дней до моей поездки по Таншаню, более 10 миллионов жителей северо-восточного города Харбин, оказались в плену угольного загрязнения: школы закрылись, люди оставались дома, шоссе были перекрыты, так как водители не видели дорогу. Во время своего визита, мне в руки попала пекинская газета с красочной рекламной вставкой на всю страницу про «проект первого высокотехнологичного кондоминиума, в котором в реальном времени реализован контроль за уровнем PM2.5.»



Согласно данным одного крупного исследовательского проекта, в котором участвовали почти 500 ученых из 50 стран мира, загрязнение воздуха ежегодно приводит к 1.2 миллионам преждевременных смертей в Китае. Другое исследование приводило данные о том, что устранение угольного загрязнения в северном Китае повысит среднюю продолжительность жизни там почти на пять лет. (Для сравнения: устранение рака увеличит среднюю продолжительность жизни в США всего на 3 года.) В прошлом году группа из 10 китайских ученых посчитала, что уменьшение уровня PM2.5 до аналогичного показателя в США, снизит уровень смертности в крупных китайских городах на величину от 2 до 5 процентов. Иными словами, можно сказать, что в некоторых местах, побочные эффекты при вдыхании воздуха являются причиной каждой двадцатой смерти.

Узнав об этих цифрах, обеспеченные китайцы начинают посылать своих детей в другие страны. Не столь обеспеченным китайцам, как тем людям, с которыми я разговаривал в Хэбэе, практически не куда обращаться за помощью. «Что хорошего в этих рабочих местах (в Хэбэе), если они появляются за счет наших жизней?» — спрашивает женщина в носках Hello Kitty.

Влияние угольных испарении в Китае распространяется далеко за пределы Хэбэя. Дым от угольных электростанций поднимается высоко и поглощает солнечный свет, разогревая воздух. Частицы черного угля взаимодействую с облаками, помогая им накапливать тепло и блокировать солнечную радиацию. Сажа садится на ледники и ледяные поля мелкими каплями, покрывая их тонкой черной пленкой, и солнечный свет меньше отражается от такого льда. Таким образом, частицы угольной пыли на самом деле помогают растопить ледники полюсов и обнажить Гималаи. В прошлом году международная команда посчитала, что выбросы от черного угля были вторыми по величине вклада, который они вносят в изменение климата. Опаснее их, конечно же — только выбросы углекислого газа. Уголь является самым основным источником их обоих.

Рост выбросов CO2 (Оригинальный размер)



Сжигание угля является источником более чем 70% выбросов CO2, уменьшая до неприличия показатели выбросов любых других видов топлива, которые используются для выработки электричества. С учетом планов на постройку более 1200 дополнительных угольных ТЭС в 59 странах мира, это облако парниковых газов может вырасти до 4 миллиардов тон, увеличившись почти на 50% в 2020 году.

Самым простым решением было бы немедленно наложить запрет на работу всех 7000 угольных ТЭС, которые сейчас работают в мире, включая почти 600 из них, расположенных в США. Сделать это очень просто… и невозможно.

«Альтернативы использованию природного топлива для выработки энергии есть, — говорит Барри Джоунс, генеральный менеджер Глобального института CCS, ассоциации международных правительственных организаций и энергетических компаний, расположенного в Австралии, — однако для некоторых промышленных процессов, связанных с углем, альтернатив нет.» В качестве примеров можно привести сталь и цемент, основные строительные материалы для любого современного общества. Большая часть стали плавится в больших доменных печах, которым для этого требуется кокс, твердое топливо, которое производится сжиганием угля в среде с пониженным уровнем кислорода. Являясь не только источником энергии, кокс в прямом смысле удерживает железную руду в печи и участвует в химических реакциях, которые превращают чугун в сталь. По информации Вацлава Смила, исследователя в области энергетики и автора множества работ по этой теме, производство тонны стали требует почти пол-тонны кокса. Уголь является главным топливом и для производителей цемента. «В теории, уголь можно было бы заменить, — говорит Джоунс, — однако для этого пришлось бы перестроить все до единого цементные заводы в мире.»

С точки зрения Китая гораздо важнее тот факт, что более четверти его граждан все еще живут на сумму меньшую, чем 2 доллара в день. Все эти люди — более 350 миллионов мужчин, женщин и детей, целые США, живущие в нищете — хотят иметь школы, канализацию, теплые дома и вымощенные асфальтом шоссе, то есть все те вещи, которым люди в других местах радуются, даже не задумываясь о них. Китай не может предоставить достаточно энергии чтобы создать и поддерживать все это при помощи нефти или природного газа: у него слишком малые запасы того и другого и нет причин импортировать их по высоким ценам. (Азиатские цены на натуральный газ примерно в пять раз выше, чем цены в США.) Не может удовлетворить запросы Китая и солнечная, ветряная или атомная энергия, даже несмотря на то, что все эти виды энергетики развиваются там быстрее, чем в любой другой стране. Тут важно принять во внимание тот факт, что по запасам угля страна находится на третьем месте в мире.

Китаю, как и большей части остального мира «именно придется использовать уголь, — говорит Дин, — ну или просто оставить людей без электричества». А с учетом того, что уголь никуда не денется, предприятия по всему миру должны будут найти способ собирать и хранить свои выбросы. «Отказаться от разработки этой технологии было бы безумием.»

Сбор и хранение — наш лучший вариант, в настоящий момент

Внутренняя Монголия — холодное, сухое, лишенное растительности место. Ее можно назвать Северной Дакотой Китая. Люди из других частей Китая с сомнением относятся к идее переехать туда для проживания из-за длинных зим и летних песчаных бурь. Несмотря на это, некоторые из них именно так и поступают, потому что Внутренняя Монголия, как и Северная Дакота превращается в центр энергоснабжения страны, с большим количеством рабочих мест. Рядом с городом Ордос есть две угольных шахты, 2-ая и 3-я по величине во всем мире. Существуют планы развивать часть другого угольного месторождения, после осуществления которых, общая зона работ будет примерно в 3 раз больше Лос-Анджелеса. Все они управляются Shenhua Group, государственной компанией, которая является крупнейшим добытчиком и переработчиком угля в стране.

В 2006 году Пекин запустил новую национальную компанию по ускорению производства угля и развитию мощностей по очищению и превращению угля в жидкое топливо, что позволит стране использовать свой уголь для замены импортируемых нефти, бензина, натурального газа, а также нефтехимических продуктов, которые из низ делают. В ответ на это, Shenhua построили вблизи Ордоса предприятие стоимостью 2 миллиарда долларов, которое превращает уголь в нечто, что вы можете залить в топливный бак автомобиля. Прямо снаружи завода стоит одна из нескольких в мире заправочных станций, которая продает жидкий уголь.

К сожалению каждый киловатт-час, выработанный из угля производит около килограмма углекислого газа. Для сравнения: природный газ выбрасывает чуть более 500 грамм на киловатт-час, атомные и солнечные источники, конечно же не дают никаких выбросов. Превращение угля в жидкое топливо дает еще больше выбросов CO2, чем выработка электричества из него. Это в какой-то степени объясняет, почему Shenhua взяла под свое крыло предприятие во Внутренней Монголии, которое по некоторым меркам можно назвать самой важной CCS инициативой Китая.

В качестве места для реализации идеи был выбран крутой берег реки Улан Морон, которая протекает через огромное угольное месторождение. Размер CCS проекта невелик. В нем задействованы всего 20 из 1700 рабочих мест предприятия. Однако по словам главного инженера Маошаня Чена, «роль его велика». Shenhua запустила проект, предвидя, что вслед за указом Пекина сделать уголь более распространенным вскоре последовали бы другие, предписывающие снижение угольных выбросов. «Правительство в неизбежно приняло бы регулирующие нормативы, — говорит он, — Это лишь вопрос времени». И действительно — первая волна нормативов по выбросам появилась в ноябре. Правительство объявило вне закона некоторые типы угольных шахт, а также использование особенно грязного угля. К тому времени, говорит Чен, Shenhua уже давно решили «опередить всех остальных» и запустили проект на реке Улан Морон. GreenGen добывает больше углекислого газа, однако в настоящий момент, вместо его запасания, они чаще продают его компаниям-производителям газировки (запасание планируется на следующей фазе, в 2020 году). Проект Улан Морон, в отличие от такого подхода уже «включает в себя все — и добычу, и хранение», — говорит Чен.

Shenhua начали исследование осуществимости проекта в 2007 году с консультации в Министерстве Энергетики США. «Многие исследователи из США приняли участие в планировании, как в Минэнергетики так и Ливерморской национальной лаборатории им. Э. Лоуренса», — говорит Чен. Далее последовала помощь от ученых Пекинского Университета, Пекинского Университета Химических Технологий, Универститета Циньхуа, Китайской Академии Наук и геологических отделов нефтяных компаний. Также внесли свою лепту Министерство Науки и Технологий КНР и Национальный Комитет по Развитию и Реформированию — государственное агенство по планированию. По словам Чена такое количество ученых понадобились, поскольку CCS включает в себя не только свое собственное поле деятельности — химические технологии, но и «геологию, экономику, атмосферную химию, промышленное производство и еще около десятка других областей знания». Строительство началось в июне 2010 года, а шесть месяцев спустя, после сдачи объекта, предприятие начало проверку работоспособности. В прошлом году, их начальная фаза достигла полной мощности, добывая и отправляя на хранение в подземный слой соленых вод более 110 000 тонн углекислого газа. Если все будет хорошо, Shenhua к 2020 году смогут откладывать не менее 2 миллионов тонн CO2 каждый год.

Китай запускает в производство такие CCS программы как предприятие Shenhua быстрее чем любая другая нация. Решимость, с которой эта страна пытается изменить ситуацию с выбросами угольных предприятий уникальна. Согласно Международному CCS институту в мире сейчас работают в полную силу лишь 12 крупномасштабных проектов по добыче углекислого газа, большая их часть — в США. Однако, ни один из них не делает то, что сейчас больше всего необходимо: они не являются фабриками, которые бы забирали и хранили выбросы с больших угольных электростанций. Вместо этого, они в основном забирают CO2 из газовых месторождений и нефтеперерабатывающих заводов — стоящая, но второстепенная задача. В этом месяце в Канаде планируется открытие первого такого угольного предприятия, стоимостью 1.2 миллиарда долларов. И все же, справедливым остается утверждение, что в мире сейчас так мало опыта по добыче и хранению выбросов с угольных предприятий, что защитники окружающей среды высказывают обвинения согласно которым CCS — не более, чем раздутая фальшивка в области энергетики, фантазия, выдуманная угольными компаниями, чтобы отмыть и озеленить изначально грязную индустрию. Аналитики в области энергетики высказывают разные мнения. CCS — реальная технология, но она «реальна настолько же, насколько реальна медицина стволовых клеток», — написала Мэги Коерт-Бейкер в «Before the Lights Go Out», замечательном недавнем исследовании состояния систем энергоснабжения. «Это пока концепт-кар, а не минивэн, стоящий на въезде в гараж ваших соседей».

Доводка CCS до «стадии минивэна» требует преодоления множества интересных технических трудностей. Наиболее разработанная техника для получения углерода из выбросов известна как «аминовая очистка». Она включает в себя пропуск газа, выделяющегося при горении угля через раствор воды и моноэтаноламина (МЭА). МЭА — крайне неприятный химикат: он токсичен, легко воспламеняется, едок и имеет резкий, аммиачный запах. Однако он образует прочную связь с углекислым газом, отделяя его от других продуктов горения. Этот процесс создает новое химическое образование неблагозвучно называемое «карбаминат МЭА». (Говоря более техническим языком, растворенный в воде CO2 — слабая кислота, иногда ученые называют такое соединение «углекислота», а МЭА — слабая щелочь; знакомая нам со школы реакция говорит о том, что они, реагируя, образуют соль.) Карбаминат МЭА вместе с водой закачивают в ректификационную колонну, где либо снижается давление, либо смесь подогревается. Тепло или расширение рабочего пространства за счет снижения давления дают обратную реакцию и распад карбамината МЭА на CO2 и МЭА. Углекислый газ и водяной пар вырываются наружу, готовые для хранения, а МЭА возвращается обратно для проведения реакции со следующей партией углекислого газа. (Однако из-за того, что концентрация CO2 в выбросах предприятия Shenhua выше чем у обычных фабрик, на нем используется какой-то другой метод.)

Эксперты в сфере энергетики полагают, что до того, как современное общество перейдет к возобновляемым источникам энергии, пройдет как минимум еще один век. А до тех пор, считают они, сбор и хранение — наш единственный способ что-либо сделать с 10.4 миллиардами тонн углекислого газа, которые ежегодно выбрасываются угольными электростанциями.
Далее объясняется аминовая очистка — лучший из проверенных на сегодняшний день методов, который как правило позволяет избавиться от 90% парниковых выбросов предприятия.


Угольная электростанция работающая по принципу сбора и хранения выбросов(Оригинальный размер)





Довести этот простой на первый взгляд процесс до масштабов завода, который может физически обрабатывать миллионы тонн CO2 не так просто. Большие электростанции производят большие количества CO2 и нуждаются в больших строениях для его сбора: многоэтажных металлических башнях с трубами и вентилями. Используемые в них химические смеси ядовиты и вызывают коррозию, постоянно атакуя машины и угрожая жизни операторов, которые за ними работают. Большая часть МЭА портится во время каждого цикла и нуждается в замене.

Однако самым важным является тот факт, что постоянный подогрев целой башни раствора карбамината МЭА требует немалого количества энергии. Как правило приводятся расчеты, согласно которым CCS будет съедать от 20% до 30% от мощности выработки электростанции. Учитывая тот факт, что угольные электростанции могут превращать в электричество только 50% энергии, запасенной в угле, внедрение CCS на станции будет означать увеличение потребления черного вещества на 40-60%. Уменьшение ущерба природе от выкапывания и сжигания угля таким образом приводит к выкапыванию и сжиганию еще большего количества угля.

Эти затраты на профессиональном жаргоне называются паразитными. Зачастую, согласно расчетам, паразитные затраты оцениваются в 100$ за тонну сохраненного CO2. Известно, что 500-мегаваттная электростанция выбрасывает около 3 миллионов тонн углекислого газа в год. Арифметика говорит нам, что сбор всего того газа, что вырабатывается тысячами станций по грубым подсчетам будет стоить 2 триллиона долларов в год — цифра, которая не включает в себя миллиарды, требующиеся на постройку CCS объектов. Это расчеты, сделанные на коленке, основываются на неверных предположениях, что все электростанции одинаковы, что на них не происходит модернизация, что там отсутствует экономия от роста производства, что эти предприятия не переходят на природный газ, который дает меньше выбросов. И тем не менее общий вывод о том, что CCS, основанный на имеющихся технологиях неприемлемо дорог, имеет под собой все основания.

Что касается ситуации с хранением, она, напротив, выглядит относительно простой и понятной. «Природа сама доказывает, что эта концепция возможна», — говорит Чен. Ведь месторождения нефти и природного газа являются ни чем иным, как природными хранилищами углерода. CCS просто воссоздает или снова заполняет их.

Как правило нефтяное или газовое месторождение состоит из двух слоев породы. Нижний слой имеет пористую структуру, как губка, полости которой наполнены нефтепродуктами. Выше него находится второй слой: перекрытие из газонепроницаемой породы. Нефтяные и газовые компании бурят перекрытие, освобождая жидкости и газы под ним. CCS — обратный процесс: компании закачивают жидкий CO2 через непроницаемую породу внутрь проницаемой и когда та заполняется доверху, отверстие запечатывается навсегда, создавая что-то вроде гробницы, символа одержимости человечества энергоносителями.

По данным геологов, материки пронизаны потенциальными местами захоронения, которых в одних только США хватит на целый век. Очевидные объекты интереса включают в себя соляные пласты — подземные резервуары соленой воды, а также выработанные нефтяные месторождения. Слово «выработанные» здесь не означает, что нефть из них была выкачана полностью. Как правило в таких местах оставшиеся нефтепродукты, объем которых составляет до двух третей общего объема месторождения — слишком плотные и вязкие, чтобы извлекать их по разумной цене. Закачка углекислого газа изменит это соотношение: попадая в пустоты породы, газ смешивается с сырой нефтью, уменьшая ее густоту и выталкивая ее в направлении скважного отверстия. (После извлечения всей доступной нефти, скважина будет закупорена.)

В теории, углекислый газ можно запрятать в эти логова до тех пор, пока Солнце не взорвется. На практике же, его необходимо хранить около века: именно столько времени, необходимо для того, чтобы углекислый газ прореагировал с окружающей его породой и сформировал твердые минералы. И до сих пор никто не может сказать наверняка, как можно сохранить его в целости в течении такого долгого периода времени. В проекте Shenhua Чен составил список вопросов, на который его команда пытается ответить. Утекает ли углекислый газ в атмосферу из-под земли? Распространяется ли он между слоями каменной породы под землей? Проникает ли он в подземные воды? Реагирует ли он химически с твердой породой? Что случится, если давление в насосе изменится? А если твердая порода даст трещину, и газ заполнит в ней больше пространства? А как насчет землетрясений? Чен рассказал, что они использует тяжелую технику, «нанося серьезные удары по земле, чтобы проверить, как это отразится на распространении CO2».

Сегодня пришло время инноваций. Под землей находятся запасы угля, количества которых хватит более чем на век добычи. Цифра эта настолько велика, что по подсчетам двух климатологов из Университета Виктории, сделанным в 2012 году, полное сгорание запасов угля поднимет среднюю температуру на Земле на 6.7 градусов Цельсия. Подсчеты эти, на самом деле сделаны с оговоркой, поскольку как только температура достигнет определенной отметки, нынешняя климатическая модель перестанет работать, делая наше будущее практически непредсказуемым. «Наше общество проживет все жизнь, бок о бок с использованием угля», — написал в своем письме Эндрю Вивер, один из исследователей.

Вскоре после того, как я получил письмо Вивера, Национальный Комитет по Развитию и Реформированию КНР сообщил, что в 2013 году были одобрены новые проекты по добыче, которые позволят получить более 100 миллионов тонн угля, в шесть раз больше чем за год до этого.

Ту часть CCS проекта Shenhua, которая отвечает за хранение легко потерять из виду. Основная ее составляющая — цементная платформа площадью немногим более 1000 кв. м. на которой расположены 3 больших емкости, по форме похожие на колбасу. Идущая вниз труба соединяет емкости с насосом внушительных размеров. От насоса вниз идет вторая труба поменьше, которая проходит вдоль стен двора примерно на высоте пояса, соединяясь с красным, закрытым клапаном устройством, которое слегка напоминает старый пожарный кран. Рядом с ним стоит знак, который надписью красного цвета информирует посетителей о том, что кран расположен над трубой, осуществляющей перекачку сжатого углекислого газа на глубину в 2.5 км под землей.

На другом конце предприятия расположено административное здание с небольшим экраном, который показывает, как все это работает. На стенах висят графики и диаграммы, не представляющие какой-либо визуальный интерес. Сопровождающие их тексты описывают геологию Внутренней Монголии, химию газов, проекты испытаний.

Из этих изображений вы никогда не узнаете, что на западе CCS вызывает множество споров, что ее фактически высмеивают крупные активисты-экологи, включая Sierra Club и Rainforest Action Network. В 2008 году Greenpeace выпустила крупное исследование, которое придерживалось точки зрения, согласно которой CCS является «опасной авантюрой», отчасти потому, что «безопасное постоянное хранение CO2 не может быть гарантировано». Вместо «ложной надежды» сбора углерода, Greenpeace и другие группы активистов настаивают на том, что «реальными решениями» для изменения климата являются «возобновляемая энергия и эффективное ее использование».

Большинство ученых и инженеров соглашаются с Greenpeace в том, что человечеству в конечном счете будет нужна энергетическая система, в основе которой лежат возобновляемые энергоносители: три четверти или даже более того могут предоставить солнце и ветер, при поддержке таких источников как приливы и отливы, а также геотермального тепла. Прийти к этому, однако, не так просто. Недаром бывший советник президента по энергетике Чу, который горячо поддерживает это начинание, полагает, что внедрение солнечной и ветряной энергии в таких широких масштабах не может произойти до конца века.

Говоря об этом, Чу отмечает препятствия на пути к этой цели. Никто еще никогда не обеспечивал солнечной или ветряной энергией целую нацию, полностью или хотя бы в большей степени, в течении длительного промежутка времени. «Этого еще никто сделал», — говорит он. Более того, «бывают промежутки времени когда плохая погода стоит целую неделю, или в течении недели облачная погода сохраняется на площади в сотни километров. Бывает, что ветер перестает дуть на всей территории Вашингтона или Орегона в течении двух недель. В это время, догадайтесь сами, что вам нужно? Надежный источник энергии.»

Откуда мы будем брать энергию во время, больших, затянувшихся периодов плохой и безветренной погоды? Несколько компаний экспериментируют с «перебросом нагрузок», то есть с технологиями запасания солнечной энергии, выработанной в дневное время, с целью ее использования в ночное. Однако никому еще не доводилось строить технические объекты, которые могли бы хранить достаточно энергии, чтобы обеспечивать ей целые регионы в течении одной или двух недель. Кроме того, никто еще даже не начинал тестировать электрическую систему, которая сможет передавать такие большие объемы дополнительной энергии на дальние расстояния — от предприятий по ее сохранению до того места, где она необходима. Некоторые люди даже сомневаются, что такая инфраструктура может быть изобретена, внедрена и запущена. Но даже если это возможно, процесс замены текущей угольно-газовой энергосистемы на новую, солнечно-ветряную, с параллельным сохранением старой системы во время перехода будет долгим, дорогим и рискованным. В современном обществе отключение электричества — не просто неудобство. Достаточно вспомнить ужасные события, которые происходили в больницах Нового Орлеана, когда в 2005 году ураган Катрина вызвал долгое отключение электроэнергии.

«Даже если мы снизим спрос на 50%, — говорит Чу, — Солнечная и ветряная энергии, применение которых я всецело поддерживаю, еще не могут предоставить ту степень стабильности поставок электроэнергии, которая нужна современному обществу» — то есть такому обществу, где постоянно работают предприятия, компьютерные центры и системы регулирования движения транспорта. «В течении ближайших десятилетий, — говорит он, — ископаемое топливо будет очень важным фактором и CCS понадобится нам, чтобы нейтрализовать его влияние». Сбор углерода неизбежно будет частью будущей, основанной на возобновляемых источниках энергосистемы, поскольку ископаемое топливо будет необходимо как подстраховка, а также как ключевой компонент в производстве стали, удобрений и цемента.

К сожалению, как считает экономист из Йельского университета Вильям Нордхаус, за пределами Китая перспективы этой технологии туманны. (Нордхаус — президент Американской Экономической Ассоциации, вероятно один из передовых исследователей в области изменения климата.) «Ситуация похожа на порочный круг», — мнение, которое он высказал в прошлогодней книге The Climate Casino. «Компании не будут вкладываться в CCS потому что это очень рискованно с точки зрения финансов. Риски эти основаны на общественном неприятии и больших препятствиях для крупномасштабного внедрения. Общественное неприятие в свою очередь основано на малом опыте крупномасштабного внедрения CCS.»

Чу в какой-то мере согласен с этим. «Паразитные затраты сейчас делают внедрение невозможным, — говорит он, — Нам нужно что-то поделать, чтобы не увеличивать вдвое стоимость электричества». И тем не менее, он считает, у CCS есть хорошие краткосрочные перспективы практического внедрения. «Исходя из того, что я знаю, — говорит он, — Я не вижу никаких неустранимых помех, ничего неосуществимого».

После того, как Чу ушел из Министерства Энергетики, он начал работать в Стэнфорде, а также стал членом правления компании Inventys Thermal Technologies, CCS стартапа, расположенного в Ванкувере, у которого, по его словам, «есть идея получше». Идея эта состоит в использовании барабана с керамической оболочкой, который вращается внутри дымовых труб электростанции. Молекулы углекислого газа прилипают к барабану на манер того, как статический заряд заставляет волосы домашних животных прилипать к одежде. После этого пар смывает углекислый газ. Один из изобретателей этого устройства утверждает, что стоимость этого метода сбора составляет 15$ за тонну вещества — гораздо меньше чем традиционного аминового метода. Когда я спрашиваю Чу о будущем, он дает аккуратные и неконкретные ответы, избегая разглашения закрытой информации. Гораздо более важным тут является то, что, по его мнению, потенциал этих инноваций еще только начал открываться нам.

Без общественной поддержки CCS технологических инноваций будет недостаточно. Ситуация же, по крайней мере, в США такова, что ни угольная индустрия, ни активисты-экологи не проявляют особого интереса. В январе, администрация Обамы внесла предложение о блокировании постройки новых угольных электростанции если в них не будет использована CCS. Угольные компании, которые уже давно восхваляли идею о «чистом угле» (маркетинговое названии технологии), сразу же начали высказывать возражения о том, что использование CCS невозможно и немедленно подали в суд, чтобы помешать этому требованию. Без сильной поддержки со стороны групп активистов-экологов, законодательные нормы скорее всего не будут приняты и приведены в жизнь.

Пекин, однако, видит ситуацию по другому. Богатые угольные запасы являются одновременно как национальным богатством, так и вызывают общенациональную тревогу. Китайское правительство столкнулось с двумя неотложными задачами: избавить людей от бедности и избежать самых худших последствий индустриализации. В результате, говорит мне Чен, «мы должны сделать так, чтобы CCS заработала». Мгновение спустя он улыбнулся: ему в голову пришла мысль. «Если мы сможем запустить CCS здесь, возможно это поможет другим компаниям подхватить и продолжить наши начинания».

Источник: habrahabr.ru/post/217563/
  • 1177
  • 02/07/2014

Смотрите также

Новое