Как «починить» климат: методы геоинжиниринга по спасению планеты

«Истеричность» климата нарастает, доказательств чему масса: от аномальной жары в Европе до тропических ливней в Москве и невиданных ураганов в Казани только этим летом. Сдержать глобальное потепление, нервирующее природу, призван геоинжиниринг. О том, что это такое и какие методы спасения планеты предлагают ученые, на вебинаре Корпоративной академии «Росатома» рассказал Александр Чернокульский — ​старший научный сотрудник Института физики атмосферы им. Обухова РАН, доцент ВШЭ, директор по вопросам анализа и управления климатическими рисками «Карбон Лаб».

Задачу-минимум выполнить не удается

Парижское соглашение в рамках конвенции ООН об изменении климата декларирует стремление стран-участников удержать рост глобальной средней температуры на Земле в пределах 1,5 °C в год. Для этого прилагается немало усилий, но результаты пока не впечатляют.

«Уже нет сомнений, что в ближайшее время температура на планете будет расти не на полтора, а на два градуса, а то и больше — ​до 2,7 °C ежегодно. У этого будет масса отрицательных последствий в виде роста уровня мирового океана, усиления волн жары, при которых практически невозможно находиться на открытом воздухе, роста интенсивности тропических ураганов и так далее», — ​утверждает Александр Чернокульский.

Самый доступный способ смягчить антропогенное воздействие на климат — ​снизить углеродный след человечества. Эта стратегия предполагает использование методов геоинжиниринга, то есть направленное воздействие на глобальный климат.

«Здесь есть два подхода. Во-первых, это конвенциональные методы, когда мы воздействуем на химический состав атмосферы и пытаемся удалить из нее избыток углерода, который сами туда добавили. Во-вторых — ​воздействие непосредственно на температуру, когда мы пытаемся отразить часть солнечного света обратно в космос. Эти методы пока только изучаются», — ​рассказал эксперт.

В экономике прижились еще два метода декарбонизации атмосферы: CCU (carbon capture and utilization, улавливание и утилизация углерода) и CCS (carbon capture and storage, улавливание и хранение углерода), которые сами по себе не являются методами удаления СО₂ из атмосферы. «Условно говоря, нефтяная компания сжигает мазут, в момент сжигания в трубе улавливают углерод, который направляют в пласт, чтобы добыть еще больше нефти. Такой метод позволяет снизить углеродный след конкретного месторождения. Но это лукавый подход — ​мы улавливаем лишний углерод, чтобы добыть еще больше нефти и сделать из нее топливо, при этом СО₂ от его сжигания неизбежно окажется в атмосфере», — ​отмечает Александр Чернокульский.

Чтобы остановить глобальное потепление, в мировом научном сообществе выработали план А и план Б. Оба предполагают использование особых технологий, у каждой из которых есть как плюсы, так и минусы. В рамках первого плана уже существуют технологические разработки, реализуемые на практике. Второй пока сугубо теоретический.

Высаживать леса

Первая и самая очевидная технология плана А — ​лесовосстановление и лесонасаждение. Плюсы очевидны: зеленый растительный покров улавливает СО₂ из атмосферы, выделяя в процессе фотосинтеза кислород. Если леса высаживают на склонах или плато, корни укрепляют дерн, и такие плато меньше пылят, снижая аэрозольный эффект в атмосфере. В Индии и Китае с 2000 по 2015 год зафиксировали заметный эффект от лесопосадок.

Однако у самой традиционной технологии имеются неочевидные минусы: лесопосадки эффективны, пока лес остается молодым, до 30 лет. По мере старения и захламления буреломом его эффективность по улавливанию СО₂ снижается до нуля. Опасность лесных пожаров — ​еще один отрицательный фактор. За один такой пожар лес выбросит в атмосферу столько же углерода, сколько из нее изъял, если не больше.

«К тому же непонятно, что через 30 лет с высаженным лесом делать. Сейчас разрабатывают методы его активного использования в архитектуре, в том числе при высотном строительстве. В Скандинавии уже небоскребы из дерева строят. Это, в принципе, хороший способ решения проблемы», — ​отмечает климатолог.

Есть и другой минус — ​территории для лесопосадок можно было бы использовать в сельском хозяйстве, выращивать еду. Засаженные лесом, они выключаются из сельхозоборота, что грозит продовольственной безопасности некоторых стран. Кроме того, когда мы засаживаем поля лесами, эта поверхность становится темнее и накапливает дополнительное солнечное тепло. В планетарном масштабе этот эффект очень заметен, настаивает эксперт.

Использовать биочар

Второй метод — ​изоляция углерода в почве. Он предполагает отказ от сельскохозяйственных практик, для которых необходимо частое перекапывание почвы. Предпочтение отдается многолетним растениям, а также ведутся работы по восстановлению деградированных земель. Для этого в качестве почвенной добавки используют биочар — ​древесный уголь. Его получают из биомассы методом пиролиза. Смешиваясь с почвой, биочар выводит углерод из обмена.

«Беда этого метода в том, что для создания биочара необходимо добавлять закись азота, которая сама по себе является парниковым газом. Кроме того, сам пиролиз требует очень много энергии. Это значит, что его можно проводить далеко не везде. Есть и альбедный эффект — ​почва становится более темной и поглощает больше солнечного света», — ​отмечает Александр Чернокульский.

Выращивать монокультуры

Биоэнергетика с захоронением углерода — ​третий метод плана А. Это использование растений в качестве биотоплива с последующим улавливанием углерода при сжигании. Высаживается ­какая-то монокультура, которая идет на топливо. В процессе сжигания в трубе углерод улавливают и закачивают в геологические резервуары.

«Из плюсов технологии: углерод полностью выводится из цикла, поскольку растения его поглощают в процессе роста, а образующийся при сжигании углерод закачивается под землю на века. Из минусов: уменьшение биоразнообразия, поскольку мы засаживаем огромные площади одной монокультурой, что ведет к деградации лесов. Есть и конкуренция с сельским хозяйством, потому что мы засаживаем поля топливной монокультурой, а могли бы их использовать для производства еды», — ​считает эксперт.

Дробить минералы

Усиление выветривания. В природе есть минералы, которые поглощают СО₂, например базальт или известняк. Их можно измельчать и рассыпать на суше и в океане. Из почвы измельченные минералы попадают в реки, уходят в океан и там продолжают улавливать углерод. Это так называемый абиотический цикл. Этот углерод когда-нибудь снова поступит в атмосферу при извержении вулканов, но такой цикл займет десятки миллионов лет. Технология хороша для тропических регионов, Африки и Латинской Америки.

Из плюсов — ​понижается кислотность океана, а это стимулирует биоразнообразие. Растет и плодородность почв.

Но есть и минусы. Главный — ​при дроблении минералов образуется много пыли, которая создает в атмосфере аэрозоли, а дышать ими очень вредно. По данным ВОЗ, в год происходит 7 млн смертей из-за вдыхания аэрозолей. Есть и экологические аспекты, связанные с добычей минералов, — ​разработка новых карьеров, транспортировка, высокая энергозатратность дробления.

Добавлять в океан железо

Метод называется «фертилизация океана» — ​в океанские воды добавляют измельченное железо, которое стимулирует рост фитопланктона, а он активно поглощает СО₂. Вот только до сих пор непонятно, как это повлияет на морские пищевые цепочки. В уже проведенных экспериментах рост фитопланктона оборачивается ростом зоопланктона, который производит СО₂ при дыхании. Технология признана тупиковой.

Улавливать углерод из атмосферы

Прямое улавливание СО₂ из атмосферы — ​самая совершенная из описанных технологий. Но и у нее есть минусы. Пока улавливать углерод из атмосферы на специальных заводах невероятно дорого (порядка 600 долларов за тонну). Заводов мало, и даже по перспективным планам к 2030 году человечество будет улавливать не больше 5,5 мегатонн СО₂ в год, а нужно не меньше 7 гигатонн. Пока технологии слабо развиты, требуют больших капвложений и потребляют очень много воды. Кроме того, такие заводы крайне энергозатратны. По уму, они должны работать на возобновляемых источниках энергии, иначе идея не имеет смысла. КПД существующих предприятий тоже пока невелик.

«У некоторых технологий есть высокий потенциал улавливания СО₂ — ​до 100 гигатонн в год при массовом использовании, но все они еще достаточно дорогие, от 10 до 1 тыс. долларов за тонну СО₂. Да и степень проработанности большинства технологий пока низка. Так что на сегодня здесь больше вопросов, чем ответов», — ​резюмирует Александр Чернокульский.

План Б: аэрозоль в атмосфере, соль в облаках, белые крыши

Еще в 70‑х годах прошлого века советский климатолог, академик Михаил Будыко, изучая влияние вулканов на атмосферу, предположил, что люди могут искусственно создать в стратосфере экран из сульфатных аэрозолей, который прикроет планету от солнечной радиации, если такая необходимость возникнет. В 1990‑х получили развитие идеи воздействия на облака и усиления эффекта альбедо (отражение солнечного света обратно в космос) от разных объектов земной поверхности.

«Вторую жизнь в эти идеи вдохнул Нобелевский лауреат по химии Пауль Крутцен, выпустив в 2006 году статью об усилении альбедо в стратосфере. Он предложил научному сообществу совместно просчитать возможные последствия создания искусственного экрана в стратосфере на случай, если политики не смогут договориться и запустить в мировом масштабе технологии торможения глобального потепления. Но это именно план Б, который может быть задействован, только если все предыдущие технологии потерпят крах», — ​рассказывает Александр Чернокульский.

На сегодняшний день самый просчитанный сценарий — ​распыление в стратосфере сульфатного аэрозоля, который является побочным продуктом сжигания угля. Потребуется распылить от 8 до 12 мегатонн и периодически пополнять запас аэрозоля по мере его рассеивания. Но, во‑первых, это ухудшит положение растений — ​на планете станет темнее, а климат станет значительно суше. Кроме того, это приведет к уменьшению озонового слоя, отмечает эксперт.

Еще одна технология — ​осветление кучевых облаков. Для этого в слоисто-кучевых облаках предлагается распылять сухую морскую соль. Это позволит продлевать время жизни облаков, делать их более белыми и, соответственно, увеличивать альбедный эффект. Негативные последствия: уменьшение числа осадков. Да и непонятно, как это делать технологически. На перистые облака предлагается воздействовать особым реагентом «висмут‑3 йодид», но это может быть потенциально опасно, так как он является умеренно токсичным химическим соединением и рано или поздно окажется на поверхности вместе с дождем. Как его доставлять в облака, тоже непонятно.

Третий подход — ​изменение альбедности поверхности земли: засеивать поля более светлыми растениями, устанавливать огромные отражатели в пустынях, красить крыши зданий и асфальт в белый цвет, а также увеличивать альбедо ледников, накрывая их светоотражающей пленкой. Но где брать столько красителей и пленки?

Так что резервный план Б, как и план А, по спасению планеты от глобального потепления пока порождает больше вопросов, чем ответов.

«За планету можно не бояться. За миллионы лет своего существования она не раз переживала циклы потепления и похолодания. Переживет и этот. А вот для нас как вида этот вопрос жизненно важен. Ведь потенциально человечество может повторить судьбу динозавров», — ​резюмирует Александр Чернокульский.