Море поглощает углекислый газ

Углекислый газ из океана

Океаны поглощают огромное количество углекислого газа, и исследователи из MIT (Массачусетского технологического института) говорят, что они разработали способ его выпуска и улавливания, при котором используется гораздо меньше энергии, чем при прямом захвате воздуха.

Извлечение парниковых газов из воды — идея, звучащая странно, но океаны — это поглотитель углерода номер один на планете, а прямое улавливание углерода в воздухе сопряжено с довольно серьезными проблемами: оно стоит дорого и требует много энергии. Согласно данным МЭА за 2022 год , даже более эффективные технологии улавливания воздуха требуют около 6,6 гигаджоулей энергии, или 1,83 мегаватт-часа на тонну улавливаемого углекислого газа.

Большая часть этой энергии не используется для непосредственного отделения CO2 от воздуха, она приходится на тепловую энергию, чтобы поддерживать поглотители при рабочих температурах, или электрическую энергию, используемую для сжатия больших объемов воздуха до точки, при которой операция улавливания может быть выполнена эффективно. . Но в любом случае, затраты вышли из-под контроля: расчетная цена за тонну на 2030 год колеблется от 300 до 1000 долларов США. По данным Statista , в настоящее время на Земле нет ни одной страны, готовой облагать налогом выбросы углекислого газа даже наполовину от нижней оценки; Уругвай, занявший первое место, облагает налогом 137 долларов США за тонну. Прямой захват воздуха не будет работать как бизнес, если его стоимость не снизится.

Оказывается, есть еще один вариант: морская вода. По мере повышения концентрации углерода в атмосфере углекислый газ начинает растворяться в морской воде. В настоящее время океан поглощает около 30-40% всех ежегодных выбросов углерода человечеством и поддерживает постоянный свободный обмен с воздухом. Высосите углерод из морской воды, и он высосет больше углерода из воздуха, чтобы сбалансировать концентрации. Лучше всего то, что концентрация углекислого газа в морской воде более чем в 100 раз больше, чем в воздухе.

Команда Массачусетского технологического института объявила об успешном тестировании системы, которая требует гораздо меньше энергии, чем методы захвата воздуха.

Посередине: оптимизация плотности тока и межэлектродного зазора. Справа: разбивка стоимости высокоэффективного электрохимического элемента

В новой системе морская вода проходит через две камеры. В первом используются реактивные электроды для высвобождения протонов в морскую воду, которая подкисляет воду, превращая растворенные неорганические бикарбонаты в газообразный углекислый газ, который выделяется пузырьками и собирается с помощью вакуума. Затем вода проталкивается ко второму набору ячеек с обратным напряжением, вызывая эти протоны обратно и превращая кислую воду обратно в щелочную, прежде чем выпустить ее обратно в море. Периодически, когда активный электрод истощается от протонов, полярность напряжения меняется на противоположную, и та же реакция продолжается с течением воды в обратном направлении.

В новом исследовании, опубликованном в рецензируемом журнале Energy & Environmental Science , команда говорит, что их метод требует затрат энергии 122 кДж/моль, что соответствует нашим расчетам 0,77 мВтч на тонну.

Команда прогнозирует оптимизированную стоимость около 56 долларов США за тонну улавливаемого CO2, хотя было бы несправедливо сравнивать ее непосредственно с прямыми затратами на улавливание воздуха всей системы. В исследовании предупреждается, что это не включает вакуумную дегазацию, фильтрацию и «вспомогательные расходы за пределами электрохимической системы», анализ которых необходимо будет проводить отдельно. Некоторые из них, однако, потенциально могут быть смягчены путем интеграции установок улавливания углерода с другими объектами, например, с опреснительными установками, которые уже обрабатывают большие объемы морской воды.

У команды есть практический демонстрационный проект, запланированный на ближайшие два года, и говорят, что есть много вещей, над которыми еще нужно поработать. Во-первых, исследователи хотели бы иметь возможность отделять газ без вакуумной системы. А минеральные осадки загрязняют электроды на стороне подщелачивания, так что еще многое предстоит сделать.

Исследование находится в открытом доступе в журнале Energy & Environmental Science

Источник

Ученые: океан поглощает около трети выбросов СО2, связанного с деятельностью человека

ЖЕНЕВА, 19 марта. /Корр. ТАСС Константин Прибытков/. Потепление на Земле шло бы более быстрыми темпами, если бы не способность океанов поглощать выбросы углекислого газа, связанные с хозяйственной деятельностью человека. Как установила группа исследователей из семи стран, работавшая под руководством специалистов Швейцарской политехнической школы Цюриха (ETH Zurich), за 13 лет — с 1994 по 2007 год — Мировым океаном из атмосферы было «изъято» 34 млрд т СО2, что составляет 31% от общего объема таких выбросов.

«Не весь СО2, произведенный в результате сжигания ископаемого топлива, остается в атмосфере и способствует глобальному потеплению. Океан, а также экосистемы на суше поглощают из атмосферы значительную часть объема этой рукотворной эмиссии», — пояснили в ETH Zurich. Океан аккумулирует двуокись углерода в два этапа: сначала СО2 растворяется в поверхностном слое воды, а затем в результате циркуляции и смешивания он распределяется в водной массе, перемещаясь с поверхности во внутренние области, где накапливается и «хранится». «Без такого поглощения концентрация СО2 в атмосфере и масштабы изменения климата были бы существенно выше», — констатируют в ETH Zurich.

Группа ученых во главе с профессором Николасом Грубером опиралась в своей научной работе на результаты более 50 экспедиций, предпринятых в 2003-2013 годах с целью исследования состава воды. Образцы отбирались как на поверхности океанов, так и на глубине до 6 км. Было установлено, что за последние 200 лет доля поглощаемого СО2 остается примерно одинаковой, несмотря на количественный рост его объемов. Иными словами, чем больше становится двуокиси углерода в атмосфере, тем большее ее количество аккумулирует океан. Так будет происходить до момента насыщения, который пока не наступил. Во всяком случае, в 1994-2007 годах «глобальный океан продолжал принимать антропогенный СО2 темпами, которые соответствуют темпам увеличения СО2 в атмосфере», считает профессор Грубер.

Океан помогает людям

Вместе с тем, хотя в целом на планете темпы поглощения соответствуют темпам эмиссии, разные районы океанов ведут себя в этом отношении неодинаково. В частности, в Северной Атлантике в 1994-2007 годах было поглощено на 20% меньше углекислого газа, чем можно было ожидать. Ученые предполагают, что это произошло в связи с замедлением циркуляции воды в конце 90-х годов, которая в свою очередь была вызвана влиянием изменения климата. Однако в Южной Атлантике в тот же период поглощение СО2 океаном усилилось, и это компенсировало слабый процесс поглощения в Северной Атлантике. Аналогичные процессы были зарегистрированы исследователями в водах рядом с Антарктидой в Тихом и Индийском океанах.

«Мы установили, что морское поглощение не является простой реакцией на увеличение атмосферного СО2. Его значительная чувствительность к вариациям климата говорит о наличии существенного потенциала ответной реакции на происходящее сейчас изменение климата», — отметил Грубер. Другое исследование, в котором участвовал этот ученый в 1980-1990 годах, дало возможность рассчитать объем двуокиси углерода, который, предположительно, был аккумулирован океаном с 1800 по 1994 год, — 118 млрд т.

Как подчеркивают в ETH Zurich, поглощая углекислый газ, «океаны оказывают большую услугу человечеству, однако все имеет свою цену: растворяясь в воде, СО2 вызывает рост кислотности морской воды». Полученные данные показали, что такая повышенная кислотность достигает глубины в 3 тыс. м. Этот процесс, предупреждают ученые, может иметь негативные последствия для жизни многих обитателей океанов, в частности, моллюсков.

Источник

Океан поглощает в два раза больше CO2, чем мы думали

Мировой океан играет важную роль в регулировании количества углекислого газа в атмосфере, ежегодно поглощая миллиарды тонн этого газа.

Новое исследование позволяет предположить, что мы, возможно, значительно недооценили эффективность этого огромного поглотителя углерода, поскольку ученые из Вудсхолского океанографического института (WHOI) в ходе нового моделирования пришли к выводу, что «биологический насос» океана фактически улавливает в два раза больше CO₂, чем считалось ранее.

Важная роль океана

Подобно лесам, океаны действуют как поглотитель углерода, поглощая газ через организмы, которые используют его для фотосинтеза. Фитопланктон, населяющий моря, участвует в этом процессе, используя солнечный свет и углерод для производства пищи и энергии.

Микроскопические организмы затем либо погибают, либо поглощаются зоопланктоном, который втягивает их глубже в океан и забирает их запасы углерода с собой в путешествие. Там они могут погрузиться в осадок или быть съедены более крупными морскими существами. В целом считается, что таким образом океаны поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу в результате деятельности человека.

Но ученые WHOI считают, что этот «биологический насос» может поглощать гораздо больше углерода, чем мы думали. Команда пришла к такому выводу, переосмыслив способ, которым мы рассчитываем то, что называется эвфотической зоной, т.е. той частью верхнего слоя океана, в которую способен проникать солнечный свет.

«Если по-новому взглянуть на одни и те же данные, то получится совершенно иное представление о роли океана в переработке углерода, а значит и о его роли в регулировании климата», — говорит геохимик WHOI Кен Бусселер.

Вместо того, чтобы полагаться на измерения, сделанные на фиксированных глубинах, ученые использовали данные, полученные с датчиков хлорофилла, которые выявляют наличие фитопланктона и, следовательно, истинные края эвфотической зоны. После этого анализа группа пришла к выводу, что глубины этой границы варьируются по всему миру, и с учетом этого океан поглощает примерно в два раза больше углерода каждый год, чем мы думали.

Команда говорит, что, если это новое понимание биологического углеродного насоса получит широкое применение, оно может дать более четкое представление о том, как выбросы углекислого газа влияют на климат, и как глобальная политика может быть реализована для смягчения его последствий.

«Используя новые метрики, мы сможем доработать модели не только для того, чтобы сказать, как выглядит океан сегодня, но и как он будет выглядеть в будущем», — говорит Бусселер. «Погружается ли количество углерода в океане вверх или вниз? Это количество влияет на климат мира, в котором мы живем».

В приведенном ниже видеоматериале содержится резюме исследования, а статья была опубликована в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences» («Труды Национальной академии наук»). публиковано econet.ru по материалам newatlas.com

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.

Источник

Раскрыта переломная точка глобального потепления

Ученые Техасского университета в Остине раскрыли переломную точку в глобальном потеплении. Они показали, что к 2100 году способность океанов поглощать избыток углерода из атмосферы может значительно снизиться, что усугубит влияние выбросов углекислого газа на климат. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Geophysical Research Letters.

Моделирование показало, что в наихудшем сценарии изменения климата способность океанов поглощать углекислый газ достигнет пика к 2100 году, а к 2300 году моря станут вдвое менее эффективными в поглощении CO2. Снижение происходит из-за появления поверхностного слоя с низкой щелочностью, которая определяет, сколько углекислоты может раствориться в воде.

Хотя сценарий выбросов, использованный в исследовании, маловероятен из-за глобальных усилий по ограничению выбросов парниковых газов, результаты показывают ранее неизвестную точку невозврата, которая, если ее активировать, приведет к серьезному ускорению глобального потепления.

В настоящий момент океаны поглощают около трети выбросов CO2, производимых людьми. Моделирование климата ранее показывало, что океаны менее эффективно поглощают углекислоту с течением времени, но никто не рассматривал щелочность как ключевой фактор. Чтобы прийти к этому выводу, исследователи провели моделирование, охватывающее 450 лет, пока не обнаружили, что щелочность является ключевой причиной замедления.

Эффект вызван экстремальными изменениями климата, которые увеличивают количество осадков и замедляют океанические течения. В результате на поверхности океана остается теплый слой пресной воды, которая не будет легко смешиваться с более прохладными и более щелочными водами под ней. По мере того, как этот поверхностный слой становится более насыщенным CO2, его щелочность падает, а вместе с ней и его способность поглощать углекислоту.

Источник