Vieno žmogaus dviejų dešimtmečių siekis išsiurbti šiltnamio efektą sukeliančias dujas iš dangaus

Didelis metalinis konteineris Klauso Lacknerio laboratorijoje neatrodo, kad galėtų išgelbėti planetą. Jis labiausiai panašus į šiukšliadėžę – taip ir yra.

Kai Lackneris žiūri, susikišęs rankas į spaustų chaki spalvos kišenes, mašina pradeda keistis. Trys čiužinio formos metaliniai rėmai iškyla iš talpyklos vidurių, išsiskleidžiantys kaip akordeonas, besitęsiantys link lubų.

Ši istorija buvo mūsų 2019 m. kovo mėnesio numerio dalis

• Žr. likusią numerio dalį
• Prenumeruoti

Kiekviename rėmelyje yra šimtai baltų polimerinių juostelių, užpildytų dervomis, kurios jungiasi su anglies dioksido molekulėmis. Juostos sudaro savotišką burę, skirtą ištraukti šiltnamio efektą sukeliančias dujas iš oro, kai vėjas pučia pro įtaisą.

Svarbiausia, kad ta pati medžiaga šlapia išskiria anglies dioksidą. Kad tai įvyktų, Lacknerio prietaisas sutraukia rėmelius į talpyklą, kuri prisipildo vandens. Tada dujas galima surinkti ir panaudoti kitiems tikslams, o procesas gali prasidėti iš naujo.

Lackneris ir jo kolegos iš Arizonos valstijos universiteto neigiamų anglies emisijų centro sukūrė paprastą mašiną, kurios tikslas yra didelis: surinkti ir perdirbti anglies dioksidą, kad sumažintų klimato kaitos padarinius. Jis įsivaizduoja jų miškus, besidriekiančius kaime, iš atmosferos išsiurbiančius milijardus tonų jų.

66 metų Lackneris slenkančiais sidabriniais plaukais jau du dešimtmečius sprendžia šią problemą. 1999 m., būdamas Los Alamos nacionalinės laboratorijos dalelių fizikas, jis parašė pirmąjį mokslinį darbą, kuriame buvo nagrinėjama galimybė kovoti su klimato kaita pašalinant anglies dioksidą iš oro. Jo balsas daugelį metų buvo vienišas. Tačiau vis daugiau žmonių pradėjo galvoti apie jį, nes pasaulis stengiasi pakankamai greitai sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį, kad būtų išvengta katastrofiško atšilimo. Lacknerio darbai padėjo įkvėpti saujelę tiesioginio oro fiksavimo pradedančiųjų įmonių, įskaitant vieną iš jo paties, ir vis daugiau mokslinės literatūros. Sunku galvoti apie kitą sritį, kuri būtų tiek vieno žmogaus mąstymo ir propagavimo rezultatas, sako Davidas Keithas, Harvardo profesorius, vienas iš tų startuolių, Carbon Engineering, įkūrėjų. Klausas buvo pagrindinis argumentas, kad [tiesioginis oro surinkimas] gali būti plėtojamas tokiu mastu, kuris yra susijęs su anglies ir klimato problema.

Niekas, įskaitant Lacknerį, iš tikrųjų nežino, ar schema veiks. Chemija yra pakankamai lengva. Tačiau ar tikrai galime sukurti pakankamai anglies šalinimo mašinų, kad sumažėtų klimato kaita? Kas už juos mokės? O ką mes darysime su visu jų surenkamu anglies dvideginiu?

Naujausias prototipas išsiskleidžia, kad patrauktų anglį iš oro. Klausas Lackneris buvo tiesioginio oro gaudymo pradininkas. Spenceris Lowellas

Lackneris lengvai pripažįsta nežinomybę, bet mano, kad kuo pigesnis procesas, tuo labiau jis tampa įmanomas. Jei aš jums pasakysiu: „Galite išspręsti anglies dioksido problemą už 1000 USD už toną“, sakysime: „Klimato kaita yra apgaulė“, - sako Lackneris. Bet jei tai yra 5 USD už toną arba 1 USD už toną, mes pasakysime: „Kodėl dar nepataisėme?

Siauriame savo galimybes

Anglies dioksido koncentracija atmosferoje artėja prie 410 milijoninių dalių. Dėl to pasaulinė temperatūra jau beveik 1 ˚C viršijo priešindustrinį lygį ir sustiprino sausras, miškų gaisrus ir kitas stichines nelaimes. Šie pavojai tik didės, nes išmetamų teršalų kiekis ir toliau didės.

Kai kurie moksliniai kritikai nustatė, kad Lacknerio prognozės yra ne tik klaidingos, bet ir pavojingos. Pora kritinių straipsnių 2011 m. daugeliui skambėjo kaip mirties šauksmas tiesioginiam oro gaudymui. Lackneris nesijaudino.

Naujausiame JT Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos vertinime nustatyta, kad nėra būdo apriboti arba sugrąžinti visuotinį atšilimą iki 1,5 ˚C, nepašalinus kažkur nuo 100 milijardų iki trilijonų metrinių tonų anglies dioksido iki amžiaus pabaigos. Kalbant apie aukščiausią lygį, tai reiškia, kad dabartiniu tempu reikia pakeisti beveik tris dešimtmečius pasaulines emisijas.

Yra keletas būdų, kaip pašalinti anglies dioksidą iš atmosferos. Tai apima daugybės medžių sodinimą, pievų ir kitų vietovių, kuriose natūraliai sulaiko anglį dirvožemyje, atkūrimą ir anglies dioksidą siurbiančių augalų bei kitų formų biomasės naudojimą kaip kuro šaltinį, tačiau naudojant bet kokius išmetamųjų teršalų surinkimą (procesas žinomas kaip bio - energija su anglies surinkimu ir saugojimu).

Tačiau spalio mėn. JAV nacionalinių akademijų ataskaitoje nustatyta, kad vien šių metodų tikriausiai nepakaks, kad būtų išvengta 2 °C atšilimo – bent jau ne tada, jei norime valgyti. Taip yra todėl, kad žemės kiekis, reikalingas tokiam anglies dioksido surinkimui, kainuotų didžiulę žemės ūkio maisto produktų gamybą.

Anglies sugeriančių medžiagų vaizdas stambiu planu, panašus į žolę, ankstesnis dizainas, kuris išskiria anglies dioksidą, kai pastatomas į šiltnamį. Spenceris Lowellas

Tiesioginio oro gaudymo prietaisų, tokių kaip Lackner ir kiti kuria, patrauklumas yra tas, kad jie gali išsiurbti tą patį anglies dioksido kiekį kur kas mažesnėje žemėje. Didelė problema yra ta, kad šiuo metu daug pigiau pasodinti medį. Esant dabartinei maždaug 600 USD už toną kainai, trilijono tonų surinkimas kainuotų apie 600 trilijonų USD, daugiau nei septynis kartus daugiau nei pasaulio metinis BVP.

Praėjusią vasarą paskelbtame dokumente Harvardo atstovas Keithas apskaičiavo, kad tiesioginio oro gaudymo sistema, kurią jis padėjo sukurti, galiausiai gali kainuoti mažiau nei 100 USD už toną visu mastu. Britų Kolumbijoje įsikūrusi „Carbon Engineering“ šiuo metu plečia savo bandomąją gamyklą, kad padidintų sintetinio kuro gamybą, sukurtą sujungus anglies dioksidą su vandeniliu. Jie savo ruožtu bus paverčiami dyzelinu ir reaktyviniu kuru, kuris laikomas neutraliu anglies dioksido kiekiu, nes jiems nereikia kasti papildomo iškastinio kuro.

Jei Keitho metodu galima surinkti anglies dioksidą už 100 USD už toną, šie sintetiniai degalai galėtų būti pelningai parduodami rinkose, remiamose viešosios politikos, pavyzdžiui, Kalifornijoje, kur taikomi atsinaujinančio kuro standartai, arba Europos Sąjungoje pagal atnaujintą Atsinaujinančios energijos direktyvą. Tikimasi, kad tokios ankstyvos galimybės padės išplėsti technologiją, dar labiau sumažinti išlaidas ir atverti papildomų rinkų.

Kiti startuoliai, įskaitant Šveicarijoje įsikūrusią „Climeworks“ ir Niujorko „Global Thermostat“, mano, kad gali pasiekti panašias ar net mažesnes išlaidas. Jie tyrinėja tokias rinkas kaip sodos pramonė ir šiltnamiai, kuriuose augalams tręšti naudojamas oras, praturtintas anglies dioksidu.

Tačiau parduoti anglies dioksidą nėra lengvas pasiūlymas.

Pasaulinė paklausa yra palyginti nedidelė: keli šimtai milijonų tonų per metus, dalis dešimčių milijardų, kuriuos galiausiai reikia kasmet pašalinti, rodo Nacionalinių akademijų tyrimas. Be to, didžioji dalis to poreikio yra geresnis naftos gavybos būdas – tai technika, kuri priverčia suslėgtą anglies dioksidą į šulinius, kad būtų išlaisvinti paskutiniai naftos lašeliai, o tai tik pablogina klimato problemą.

Esminis anglies dioksido surinkimo įmonių klausimas yra tai, kiek anglies dvideginio rinka galėtų augti. Dešimtys įmonių ieško naujų būdų, kaip tai įgyvendinti. Tai Kalifornijoje įsikūrusi įmonė „Opus12“, kuri naudoja anglies dioksidą cheminėms medžiagoms ir polimerams gaminti, ir „CarbonCure“ iš Nova Scotia, kuri bendradarbiauja su daugiau nei 100 betono gamintojų, kad anglies dioksidą paverstų kalcio karbonatu, kuris stingdamas įstringa betone.

2016 m. Pasaulinės CO2 iniciatyvos ataskaitoje apskaičiuota, kad produktų, kuriuose gali būti naudojamas anglies dioksidas, įskaitant skystąjį kurą, polimerus, metanolį ir betoną, rinka iki 2030 m. gali siekti 800 mlrd. USD. Šios pramonės šakos galėtų sunaudoti apie 7 mlrd. per metus – apie 15 % metinės pasaulinės emisijos.

Tačiau tokios prognozės yra labai optimistinės. Ir net jei iš tikrųjų įvyks tokia didžiulė kelių sektorių transformacija, vis tiek liks didžiuliai sugautos anglies dvideginio kiekiai, kuriuos reikės nuolat saugoti po žeme.

Šimtai polimerinių juostelių sudaro savotišką burę, kuri sugriebia anglies dioksido molekules vėjui pučiant orą per prietaisą. Lackneris naudojasi ankstyvuoju oro surinkimo įrenginio modeliu, kuriame anglies gaudymo medžiagos yra suformuotos į tinklelį. Spenceris Lowellas

Tai atsitiks tik tuo atveju, jei visuomenė nuspręs už tai sumokėti, o kai kurie skeptiškai vertina, kad kada nors tai padarysime. Anglies dioksido surinkimas iš oro, o tai reiškia vienos molekulės ištraukimą iš beveik 2500 kitų molekulių, yra vienas iš daugiausiai energijos reikalaujančių ir brangiausių būdų, kaip galėtume svajoti kovoti su klimato kaita. Tiesioginis oro gaudymas yra brangesnis nei išvengti išmetamųjų teršalų, tačiau šiuo metu mes net nenorime tam skirti papildomų pinigų, sako Ken Caldeira, Carnegie instituto klimato mokslininkas. Taigi idėja, kad mes pasieksime neigiamą civilizacijos masto emisiją gaudydami orą, man atrodo tik fantazija.

Robotus gaminantys robotai

1992 m. vasaros naktį, kai Lackneris dirbo Los Alamos nacionalinėje laboratorijoje, jis su kolega dalelių fiziku gėrė alų ir skundėsi, kad moksle trūksta didelių, drąsių idėjų. Po vieno ar dviejų gėrimų jie turėjo vieną savo: kas būtų įmanoma, jei mašinos galėtų sukurti mašinas? Kokio dydžio ir greitai galėtumėte pagaminti daiktus?

Jie greitai suprato, kad vienintelis būdas, kaip ši schema veiktų, yra sukurti robotus, kurie iškastų visas savo žaliavas iš nešvarumų, sukonstruotumėte saulės baterijas, kad veiktų procesus, ir darytumėte vis daugiau savo kopijų.

Kitą rytą Lackneris ir jo draugas Christopheris Wendtas iš Viskonsino universiteto Madisono nusprendė, kad turi idėją, kurią verta ištirti. Galų gale jie paskelbė dokumentą, kuriame išnagrinėjo matematiką ir nagrinėjo keletą programų, įskaitant savaime besikartojančius robotus, galinčius surinkti didžiulius kiekius anglies dioksido ir paversti jį karbonatine uoliena.

Mano argumentas visada buvo toks, kad turime būti pasyvūs, sako Lackneris. Norime būti medžiu, stovinčiu vėjyje ir CO2 nunešti pas mus.

Straipsnyje teigiama, kad robotų armada, saulės masyvai, anglį konvertuojančios mašinos ir uolienų krūvos augs eksponentiškai ir per mažiau nei dešimtmetį pasiektų žemyno dydį. Pavertus 20 % atmosferoje esančio anglies dioksido, susidarytų 50 centimetrų (20 colių) storio uolienų sluoksnis, apimantis milijoną kvadratinių kilometrų (390 000 kvadratinių mylių) – Egipto dydžio plotą.

Žinoma, problema yra ta, kad savaime besidauginančių mašinų nėra. Lackneris perėjo nuo šios plano dalies ir trumpai sutelkė dėmesį į saulės energiją kaip iškastinio kuro pakaitalą. Tačiau kuo daugiau jis tyrinėjo problemą, tuo labiau jis tikėjo, kad atsinaujinantys šaltiniai sunkiai konkuruos su anglies, naftos ir benzino kaina, gausa ir energijos tankiu.

Tai man rodo, kad iškastinio kuro energija ne tik apvirs ir mirs, sako jis. Tačiau galbūt jei anglies šalinimo technologijos būtų pakankamai pigios, pagalvojo jis, galėtumėte priversti iškastinio kuro tiekėjus apsivalyti.

Po kelerių metų Lackner paskelbė dokumentą pavadinimu Anglies dioksido ištraukimas iš oro: ar tai galimybė? Jis tvirtino, kad tai techniškai įmanoma ir gali būti įmanoma už 15 USD už toną. (Dabar jis mano, kad žemiausia kaina tikriausiai yra nuo 30 iki 50 USD už toną.)

2001 m. Lackneris persikėlė į Kolumbijos universitetą, kur įkūrė „Global Research Technologies“ – pirmąsias pastangas komercializuoti tiesioginį oro gaudymą. Gary Comer, drabužių ir baldų įmonės „Lands’ End“ įkūrėjas, įmonei perdavė 8 milijonus dolerių iš to, ką Lackneris apibūdina kaip nuotykių, o ne rizikos kapitalą.

Bendrovė sukūrė nedidelį prototipą, bet netrukus pritrūko pinigų. Grupė investuotojų įsigijo kontrolinį akcijų paketą, perkėlė jį į San Franciską ir pervadino Kilimanjaro Energy. Lackneris dirbo patarėju ir valdybos nariu. Tačiau ji tyliai uždarė duris, nes nepavyko surinkti daugiau pinigų.

Nepaisant šių nesėkmių, Lackneris ir toliau bandė išsiaiškinti, kaip pigiai ir efektyviai atlikti oro surinkimą. Jis paskelbė daugiau nei 100 mokslinių straipsnių ir vedamųjų straipsnių šia tema ir pateikė paraiškas dėl daugiau nei dviejų dešimčių patentų.

Tačiau kai kurie moksliniai kritikai nustatė, kad Lacknerio prognozės yra ne tik klaidingos, bet ir pavojingos. Jie baiminosi, kad teigdami, kad tiesioginis oro surinkimas gali būti atliktas pigiai ir lengvai, sumažės spaudimas sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį. 2011 m. pora tyrimų padarė išvadą, kad ši technologija kainuotų nuo 600 iki 1000 USD už toną.

Howardas Herzogas, MIT Energy Initiative vyresnysis tyrėjas, vienas iš tyrimų autorius, ėmėsi papildomo žingsnio, teigdamas, kad kai kurie technologijos tiekėjai buvo gyvatės aliejaus pardavėjai. Praėjusių metų interviu Herzogas man pasakė, kad daugiausia kalbėjo apie Lacknerį. Jis sako, kad jis tikrai buvo ten.

Daugelis skaito dviejų straipsnių išvadas kaip tiesioginio oro gaudymo mirtį. Po to, kai buvo paskelbtas pirmasis tyrimas, Lackneris tvirtai laikėsi sakydamas žurnalui Nature: Jie įrodė, kad vienas konkretus būdas surinkti anglies dioksidą iš oro yra brangus. Jei tyrinėjate pingvinus, galite padaryti išvadą, kad paukščiai negali skristi.

Spenceris Lowellas

2014 m. jis ir jo vienas iš „Global Research Technologies“ įkūrėjų Allenas Wrightas Arizonos valstijoje įsteigė Neigiamos anglies emisijos centrą, kur ir toliau stengėsi, kad jų jauniklis pakiltų į skrydį.

Sintetinių miškų sodinimas

Neigiamos anglies emisijos centro dizaino esmė yra tam tikros rūšies komerciškai prieinama anijonų mainų derva. Vėjui pernešant anglies dioksidą ore per tas polimerines juosteles, neigiamo krūvio jonai jungiasi su dujų molekulėmis ir paverčia jas bikarbonatu – pagrindiniu kepimo sodos ir antacidinių medžiagų junginiu.

Tada mašina atsitraukia, traukdama tas prisotintas juosteles atgal į talpyklą ir pripildydama vandens. Vanduo pradeda paversti bikarbonato molekules karbonato jonais.

Vandeniui nutekėjus, šie junginiai tampa nestabilūs ir indo ore vėl virsta anglies dioksidu. Dabar anglies dioksido prisotintas oras gali būti išsiurbtas per vamzdelį ir į gretimus rezervuarus.

Kadangi anglies dioksidas ore yra santykinai praskiestas, daugumoje kitų tiesioginio surinkimo metodų naudojami dideli ventiliatoriai, kurie pučia orą virš rišamųjų medžiagų, kad sulaikytų daugiau dujų. Tada jie naudoja šilumą, kad paskatintų vėlesnes reakcijas, kurios išskiria anglies dioksidą. Abu šie veiksmai sunaudoja daugiau energijos. Priešingai, sako Lackneris, jo ir Wrighto požiūriui tereikia šiek tiek elektros, kad būtų galima išplėsti ir įtraukti mašiną, pumpuoti vandenį ir išsiurbti orą.

Mano argumentas visada buvo toks, kad turime būti pasyvūs, sako Lackneris. Norime būti medžiu, stovinčiu vėjyje ir CO2 nunešti pas mus.

Tačiau šis metodas turi didelių trūkumų. Jis veikia tik pučiant vėjui ir prasmingas tik sausose vietose, nes drėgmė leidžia anglies dioksidui pasišalinti. Be to, gautose dujose surinktos anglies koncentracija yra mažesnė nei 5%, palyginti su maždaug 98% iš anglies inžinerijos ar klimato darbų įrenginių.

Esminis anglies dioksido surinkimo įmonių klausimas yra tai, kiek anglies dvideginio rinka galėtų augti. Dešimtys įmonių ieško naujų būdų, kaip tai įgyvendinti.

Toks žemas lygis tinka tręšti augalus šiltnamiuose. Tačiau tai maža rinka, o Lackner dizainas yra nuostabesnis.

Jis įsivaizduoja, kad tūkstančiai šių mašinų iš dangaus renka anglies dioksidą kai kuriose sausose ir karštose pasaulio vietose, o gretimose saulės baterijose vyksta elektrolizės procesas, kurio metu iš vandens išgaunamas vandenilis. Tada anglies dioksidą ir vandenilį būtų galima sujungti vietoje, kad būtų pagaminta tūkstančiai barelių per dieną sintetinio kuro, kuris galėtų būti parduodamas šildymui ar transportavimui arba naudojamas elektros tinklui maitinti, kai naudojami atsinaujinantys energijos šaltiniai, pavyzdžiui, vėjo ir saulės vėliava.

Tačiau šis planas kelia keletą iššūkių. Elektrolizė vis dar labai brangi. Ir jie turėtų suspausti anglies dioksidą iki reikiamos koncentracijos, pašalindami vandens garus, azotą ir deguonį.

Tai galima padaryti, tačiau tai gali žymiai padidinti išlaidas ir energijos poreikį. Tai didelis, svarbus kūrinys, kurį jis šiek tiek užgožia, sako Jennifer Wilcox, Worcesterio politechnikos instituto profesorė ir Nacionalinių akademijų ataskaitos bendraautorė.

Kai kurie mano, kad Lacknerio, kaip teoretiko ir vaizdingo vaikino, stiprybės jam nepasiteisino, kad šios idėjos būtų paverčiamos reikiama medžiagų mokslo ir chemijos pažanga. Pažymėtina, kad neigiamų anglies emisijų centro projektas gerokai atsilieka nuo anglies inžinerijos, „Climeworks“ ir „Global Thermostat“, kurios kaupia kapitalą, samdo darbuotojus ir kuria demonstracinius, jei ne komercinio masto įrenginius.

Tačiau Lackneris tebėra įsitikinęs, kad jo metodas bus pigesnis nei konkuruojančių. Galiu išdėstyti vienetinį procesą po vieneto, o kalbant apie pirmuosius principus, kiekviename žingsnyje esame šiek tiek pigesni, sako jis.

Gili bėda

Kaip pats Lackneris mano apie technologijos perspektyvas praėjus daugiau nei dviem dešimtmečiams nuo šio tyrimo pradžios? Tai nėra paprastas atsakymas. Lackneris iš tikrųjų neduoda paprastų atsakymų. Vaikščiodamas po palmėmis apsodintą universiteto miestelį Tempe, jis teigia tebėra įsitikinęs, kad tiesioginis oro gaudymas yra įmanomas, ir mano, kad tai gali kainuoti daug pigiau, jei pasieks komercinį mastą.

Tačiau aš esu mažiau optimistiškas, kad turime politinės valios peržengti tą slenkstį, sako jis.

Atsižvelgiant į dideles ankstyvas išlaidas ir ribotas rinkas, jis mano, kad technologijai reikės didelio vyriausybės finansavimo arba griežtų taisyklių, kad ji būtų plačiai pritaikyta, ir daugiau vyriausybės paramos, kad būtų padengtos didžiosios dalies anglies dioksido, kurio negalima panaudoti, surinkimo ir užkasimo išlaidoms. . Jis mano, kad anglies dioksidą turėsime apdoroti kaip nuotekas, reikalaudami, kad vartotojai ar įmonės susimokėtų už jo surinkimą ir šalinimą mokesčiais ar rinkliavomis.

Tačiau po dešimtmečių santykinai mažai politinių veiksmų klimato kaitos srityje ir įnirtaus visuomenės pasipriešinimo anglies dioksido mokesčiams, jis baiminasi, kad pasaulis nepriims tokio mąstymo, kol klimato katastrofų kančios netaps per daug siaubingos, kad jas būtų galima ignoruoti.

Jis įsitikinęs, kad praleidęs daugiau laiko nei bet kas kitas mįsdamas apie anglies šalinimą, yra tai, kad mums to prireiks. Aš esu pirmasis, kuris pripažįsta, kad oro gaudymas nėra įrodytas ir tai tikrai nėra įrodyta mastu, sako Lackneris. Bet jei negalime to išsiaiškinti, turime didelę bėdą.

paslėpti