Во славу углерода: обзор

Как общество может снизить уровень углекислого газа в атмосфере, чтобы предотвратить катастрофическое изменение климата? Этот вопрос не даёт спать по ночам тысячам учёных и политиков, и он быстро распадается на две подзадачи: что делать с углеродом и как сделать его удаление и связывание рентабельными.

Если вы хотите лучше разобраться в проблеме, а также познакомиться с передовыми решениями, вам подойдёт новая книга Альберта Бейтса и Кэтлин Драперс «Жги!» . 

Бейтс написал одну из первых популярных книг об изменении климата в 1990 году и с тех пор размышляет над нашей углеродной дилеммой, следуя (и часто участвуя в) новаторским исследованиям в области улавливания и секвестрации веществ, которые нагревают нашу планету. В результате он может предоставить начинающим читателям контекст, необходимый для понимания темы, а наиболее осведомлённых читателей — познакомить с границами современных исследований и практики.

Авторы выступают за производство биоугля из растительных отходов и его внесение в сельскохозяйственные почвы (Бэйтс обсуждал этот способ связывания углерода в своей предыдущей книге «Решение с помощью биоугля»). Биоуголь — это чудодейственное вещество: он улучшает почву и повышает урожайность. 

Но пахотные земли на Земле не способны поглотить весь углерод, который в настоящее время выбрасывает в атмосферу человечество. Поэтому в этой новой книге рассматривается другое решение: производство угля из более широкого спектра исходных материалов и его удержание в искусственной среде. 

Бейтс и Дрейпер предлагают создать тысячи небольших региональных пиролизных заводов, которые будут использовать различное сырьё (большую часть которого сейчас считают отходами) для производства как биоугля (для повышения плодородия почвы и вегетативного роста), так и «паролизатов» (материалов на основе углерода, получаемых с помощью процесса, аналогичного производству биоугля, но обычно с использованием другого сырья), которые будут добавляться в различные продукты.

Потенциал связывания углерода в дорожном покрытии, зданиях и промышленных товарах огромен. Кроме того, во многих случаях добавление углерода улучшает характеристики материалов, что делает связывание углерода выгодным. 

И это ключевой момент: успех большинства гипотетических проектов по сокращению выбросов углерода в атмосферу зависит от государственной политики (в первую очередь от высокого налога на выбросы углерода). Напротив, многие из обсуждаемых Бейтсом инноваций улучшат финансовые показатели существующих отраслей, и он приводит ряд примеров, когда это уже происходит.

Авторы не скупятся на похвалы в адрес углерода — риторический приём, который нечасто встречается в литературе о климате. Углерод обладает «почти непревзойденной универсальностью»; он может «перерабатывать питательные вещества и вторичное сырьё», а также «удалять загрязняющие вещества и удерживать воду». Он может сделать дороги более долговечными. «Он может выполнять несколько задач одновременно», производя энергию и одновременно решая проблему климатического кризиса.

Центральное понятие в книге — «углеродные каскады»: способы улавливания, секвестрации и использования углерода, которые имеют множество побочных преимуществ, а те, в свою очередь, часто имеют дополнительные преимущества. Книга изобилует примерами. Вот лишь один из них:

«А теперь представьте, что 3D-принтеры будущего, разрабатываемые в научных лабораториях старших школ, прямо сейчас, пока вы это читаете, используют филамент и сырьё, полученные из промышленных отходов, переваренных и обеззараженных микробами, или из продуктов карбонизации, которые в процессе вырабатывают электричество, необходимое для печати. А когда печать будет завершена и напечатанный объект выполнит свою функцию, он сможет снова стать пищей для микробов, выработать больше энергии и обеспечить энергией другой принтер, который напечатает совершенно другой объект».

Углерод поглощён, энергия выработана, прибыль получена.

Бейтс и Дрейпер рассказывают о множестве отраслей, в которых ключевые продукты и процессы можно сделать более энергоэффективными, менее вредными для окружающей среды и более прибыльными, а также способствующими накоплению углерода. К ним относятся:

• Бетон: если заменить силикат на биоуголь, то получится лёгкий и теплоизоляционный материал, который быстро схватывается и при этом такой же прочный и монолитный, как мрамор или гранит. Кроме того, существует потенциал для масштабного связывания углерода. Асфальт с добавлением биоугля обладает схожими свойствами.
• Пластмассы: углеродные нанотрубки и графен могут значительно улучшить характеристики полимеров, но стоят дорого. Паролизаты могут выполнять ту же работу гораздо дешевле, что позволит создать новое поколение пластмасс с увеличенным сроком службы и улучшенными характеристиками, при этом, опять же, изолируя углерод.
• Суперконденсаторы (для хранения энергии): они легче, быстрее заряжаются и служат дольше, чем химические аккумуляторы. Графен и активированный уголь уже используются в конденсаторах, но биоуголь был бы более дешёвым вариантом.
• Бумажные изделия: «Чардборд» — смесь биоугля и бумажной массы — обладает улучшенными характеристиками для упаковки пищевых продуктов и защиты от вредного электромагнитного излучения.
• Технический углерод: это вещество, которое используется в самых разных продуктах, от шин и ремней вентилятора до чернил, и в настоящее время производится из природного газа, который сильно загрязняет окружающую среду. Замена технического углерода паролизатами позволит продлить срок службы шин и других изделий, а также улучшить их характеристики, при этом помогая решать проблему изменения климата, а не усугубляя её.
• Фильтры: для борьбы с загрязнением воды и воздуха необходима фильтрация. Как оказалось, биоуголь и паролизаты отлично удаляют твёрдые частицы из воздуха, а тяжёлые металлы и радионуклиды — из воды.

Список можно продолжать...

и продолжать. Все, что сейчас производится из нефти и природного газа, — от шлёпанцев до автомобильных сидений, от красок до экранов компьютеров — можно улучшить с помощью биоугля или паролизатов. Биоуголь в кормах для животных способствует укреплению их здоровья. В наполнителях для кошачьих туалетов он помогает поглощать запахи. Из него даже делают более качественнуй геотестиль для защиты от сорняков.

«Мы можем получать энергию и пищу одновременно, — пишут Бейтс и Дрейпер. — Мы можем избавиться от свалок и мусоросжигательных заводов, мусорных лагун и океанских свалок. Для этого нам нужно преобразовать нашу старую линейную [экономическую] модель в экономику углеродного каскада. . . . »

В последнем разделе книги органическая химия отходит на второй план, уступая место размышлениям о том, как можно перестроить всю экономику для улавливания и хранения углерода. Авторы предлагают создать криптовалюты, основанные не на бессмысленных компьютерных математических вычислениях, требующих электроэнергии, а на подтверждённом связывании углерода. Деньги создаются, когда земля исцеляется.

На протяжении всей книги Burn авторы тщательно просчитывают улавливание и хранение углерода. К тому моменту, когда они суммируют все возможные варианты секвестрации, они получают цифру, которая значительно превышает текущие годовые выбросы углерода из всех источников, и приближаются к уровню сокращения выбросов углерода. И всё это без введения налога на выбросы углерода и «за счёт сохранения углерода, а не его уничтожения».

Если у меня и есть претензии к книге, то они сводятся к тому, что в главе 11 некоторые напыщенные рассуждения о потенциале водорослевого биотоплива наводят на мысль о том, что авторы и в других местах могут полагаться на оптимистичные предположения. 

Даже если это не так, для реализации потенциала улавливания и секвестрации углерода, о котором говорится в этой книге, потребуются поистине экстраординарные инвестиции (как в денежном выражении, так и в плане энергозатрат). Это точно не тот случай, когда можно сказать: «Проблема решена!»

 На данном этапе пути, описанные в книге, представляют собой теоретически возможный набор стратегий, которые могли бы помочь нам выбраться из климатической ловушки — если мы наберёмся смелости и изменим не только политику, но и важные и глубоко укоренившиеся аспекты нашего индустриального образа жизни. Тем не менее, даже с учётом этих оговорок, Жги! вносит полезный — возможно, даже ключевой — вклад в обсуждение проблемы климата.

Автор тизерного фото: K.salo.85 — собственная работа, CC BY-SA 3.0

https://www.resilience.org/stories/2019-02-05/in-praise-of-carbon-review/