Блог

Dec 23, 2023

Экологическая торговля

Том «Природные коммуникации»

Nature Communications, том 13, номер статьи: 3635 (2022) Цитировать эту статью

14 тысяч доступов

14 цитат

306 Альтметрика

Подробности о метриках

Прямой захват воздуха (DAC) имеет решающее значение для достижения строгих климатических целей, однако экологические последствия его крупномасштабного внедрения в этом контексте не оценивались. Выполняя перспективную оценку жизненного цикла двух многообещающих технологий в серии сценариев смягчения последствий изменения климата, мы обнаруживаем, что декарбонизация электроэнергетического сектора и усовершенствование технологий DAC необходимы для предотвращения изменения экологических проблем. Декарбонизация электроэнергетического сектора повышает эффективность улавливания, но также увеличивает наземную экотоксичность и уровень истощения металлов на тонну CO2, улавливаемого с помощью DAC. Это увеличение можно уменьшить за счет повышения эффективности использования материалов и энергии DAC. DAC демонстрирует региональные различия в воздействии на окружающую среду, подчеркивая важность умного размещения, связанного с планированием и интеграцией энергетических систем. Развертывание DAC способствует достижению долгосрочных климатических целей, однако его экологические и климатические показатели зависят от отраслевых мер по смягчению последствий и, следовательно, не должны предполагать ослабление отраслевых целей по декарбонизации.

Сценарии смягчения последствий изменения климата, использованные Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК)1, предполагают, что быстрая декарбонизация в сфере энергетики и услуг, связанных с материалами, вероятно, будет недостаточной для удержания повышения глобальной средней температуры значительно ниже 2 °C к концу XXI века. . Ожидается, что оставшийся глобальный баланс углерода в размере 420–1170 гигатонн (Гт) CO2 будет исчерпан через 10–30 лет при нынешних ежегодных темпах выбросов и прогнозируемых определяемых на национальном уровне вкладах (NDC)2. Большинство сценариев выбросов МГЭИК сначала превышают углеродный баланс, а затем удаляют избыток углерода с помощью технологий удаления углекислого газа (CDR), т.е. намеренных усилий по удалению CO2 из атмосферы и хранению его на суше или в океанах в количестве порядка 200–1200 CO2. Гт CO2 к 21002 году.

Стратегии CDR включают улучшение естественных надземных и подземных поглотителей углерода в растениях, горных породах и почвах, а также масштабируемые инженерные решения, предназначенные для улавливания, хранения или использования концентрированного атмосферного CO2. Прямой захват воздуха (DAC), несмотря на то, что он находится на ранней стадии разработки, привлекает все больше внимания и признается многообещающей стратегией смягчения последствий изменения климата1. Учитывая однородные уровни концентрации CO2 в атмосфере по всему миру, установки DAC могут быть развернуты в местах, которые обеспечивают обильную дешевую и безуглеродную энергию и/или вблизи трубопроводной инфраструктуры, подземных хранилищ или объектов утилизации для снижения стоимости транспортировки CO23. Кроме того, по сравнению с биоэнергетикой с улавливанием и хранением углерода (BECCS), альтернативной технологией CDR, способствующей достижению строгих целей по смягчению последствий4, ожидается, что DAC будет иметь гораздо меньшее воздействие на воду и землю5, что уменьшит обеспокоенность по поводу продовольственной безопасности и утраты биоразнообразия6.

Технология прямого улавливания и хранения углерода в воздухе (DACCS) использует химические или физические процессы для отделения CO2 от окружающего воздуха и его постоянного связывания в геологических хранилищах. Из-за сильно разбавленного атмосферного CO2 (в настоящее время около 415 частей на миллион) технологии DACCS требуют значительных энергетических и материальных затрат, поэтому их будущее внедрение и роль в смягчении последствий изменения климата будут во многом зависеть от конструкции процесса и полученных в результате технико-экономических и экологических показателей3. . В настоящее время перспективными с технико-экономической точки зрения считаются два типа технологий: DACCS на основе растворителей, обычно использующие водные растворы гидроксидов (гидроксид калия, гидроксид натрия) для улавливания CO27,8,9,10, и DACCS на основе сорбентов, в основном с использованием аминов. материалы, прикрепленные к широкому спектру пористых твердых подложек11,12,13,14. DACCS на основе растворителей требует специального высокотемпературного (900 °C) тепла для регенерации CO210. Таким образом, с термодинамической точки зрения варианты теплоснабжения в значительной степени ограничиваются сжиганием энергоемких видов топлива, таких как (возобновляемый) природный газ или (возобновляемый) водород, в то время как подходы к электрическому нагреву и электрохимической регенерации находятся в стадии разработки. DACCS на основе сорбента может работать с низкотемпературным (80–120 °C) теплом для регенерации CO215, предлагая более широкий выбор вариантов подачи тепловой энергии (например, тепловой насос, геотермальная энергия и тепло промышленных отходов).