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
Найден способ эффективно и относительно дешево удалять CO2 из морской воды — это лучше, чем поглощать его из воздуха
Океаны поглощают огромное количество углекислого газа, а исследователи из Массачусетского технологического института разработали способ высвобождения и улавливания этого вещества, при котором используется гораздо меньше энергии, чем при прямом захвате из воздуха.
Извлечение парниковых газов из воды — идея, звучащая странно. Но стоит помнить, что 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. В любом случае, затраты уже 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 на половину 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 в ответ 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 — то есть эффект очищения будет весьма заметным. Предыдущим исследовательским группам удавалось выделять CO2 из морской воды и улавливать его, но их методы требовали дорогих мембран и постоянного снабжения химикатами для поддержания реакции. Команда Массачусетского технологического института, с другой стороны, объявила об успешном тестировании системы, которая не использует ни того, ни другого и требует гораздо меньше энергии, чем методы захвата воздуха.
Источник