Как остановить глобальное потепление: роль геологов в борьбе с изменением климата
Пока мир стремительно преодолевает отметку в 1,5 °C антропогенного потепления и всё больше склоняется к увеличению температуры на 2,6–3,1 °C к концу века, среди геологов всё ещё ведутся споры о том, как замедлить, остановить или обратить вспять быстрое изменение климата, которое мы вызываем. Многочисленные исследования показывают, что такое потепление приведёт к затоплению многих прибрежных городов, ущербу на триллионы долларов от экстремальных погодных условий, массовым вымираниям видов и непрекращающимся жаровым волнам. Это также поставит под фундаментальную угрозу финансовые секторы и экономики всех масштабов.
Сокращения выбросов недостаточно
Необходимость сокращения выбросов углекислого газа (CO₂) — основного парникового газа, ответственного за глобальное потепление — обсуждалась десятилетиями. Однако глобальные выбросы продолжают бить новые рекорды, увеличиваясь на 1% за каждый из последних трёх лет. Тем временем потребление ископаемого топлива по-прежнему растёт, и нефть, газ и уголь всё ещё составляют более 81% от общего потребления энергии (всего на 4% меньше, чем 20 лет назад).
Даже при благоприятных политических условиях потребление чистой и возобновляемой энергии (CRE), доля которой в глобальном потреблении первичной энергии растёт примерно на 1% в год, должно значительно увеличиться, чтобы догнать примерно 2%-ный годовой рост глобального потребления энергии. Даже после того как рост CRE догонит этот показатель, потребуются десятилетия, чтобы достичь глобальной декарбонизации энергетики, в течение которых мы выбросим в атмосферу многократно больше CO₂, чем уже выбросили.
Удаление углекислого газа из атмосферы
Накопление CO₂ в атмосфере достигло таких масштабов, что простого сокращения ежегодных выбросов недостаточно. Необходимо также удалять и хранить углерод, который уже накопился в атмосфере. Удаление углекислого газа (CDR) — гораздо менее рискованный подход, чем многовековой эксперимент с использованием атмосферы в качестве сточной канавы.
Удаление гигатонн CO₂ в год имеет решающее значение для достижения нулевого уровня выбросов и предотвращения катастрофического потепления, как однозначно заявили Межправительственная группа экспертов по изменению климата, Комиссия по энергетическим переходам и Американское физическое общество.
Существуют различные подходы к CDR:
* Прямой захват воздуха (DAC) — быстро развивающийся метод, при котором CO₂ извлекается непосредственно из атмосферы.
* Методы удаления и хранения углерода из биомассы (BiCRS) — улавливают часть из 480 гигатонн CO₂, которые растения естественным образом поглощают каждый год, и предотвращают его возвращение в атмосферу, преобразуя биомассу в формы, которые можно изолировать и хранить.
* Управление экосистемами — стимулирует большее удаление CO₂, чем это происходит естественным путём. Примеры включают различные стратегии усиленного выветривания пород на сельскохозяйственных землях или в лесах и морское CDR, например, использование питательных веществ для стимулирования роста биомассы и повышение щёлочности морской воды, чтобы она поглощала больше CO₂ из воздуха.
Однако CO₂ должен храниться надёжно, с минимальной вероятностью возврата в атмосферу в течение длительного времени. Использование захваченного углерода для создания товарных продуктов, таких как удобрения и химикаты, может показаться экономически выгодным, но это ненадёжный подход. Весь глобальный промышленный спрос на CO₂ составляет менее 1% от наших ежегодных выбросов, и большая часть этого углерода возвращается в атмосферу или используется для повышения нефтеотдачи (EOR) для извлечения большего количества нефти.
Подземные геологические резервуары становятся ключевым элементом в стратегии CDR из-за их большой ёмкости и долговечности. Они могут хранить миллионы раз больше углерода, чем все поверхностные резервуары вместе взятые, и удерживать его на порядки дольше.
Вызовы для геологов
Учитывая нашу всё ещё растущую траекторию выбросов и потребность в масштабируемых решениях для хранения углерода, трудно представить, что CDR с использованием надёжного подземного хранения не будет расти в ближайшие десятилетия. Геоscientists должны сыграть центральную роль в продвижении решений по смягчению последствий, особенно в области надёжного хранения углерода и ответственного управления недрами.
Масштабирование подземного хранения углерода до гигатонн в год создаст инженерные задачи и потребует изучения эффективности и опасностей закачки в различных условиях. Хотя мы относительно хорошо понимаем поведение sCO₂ и растворённого CO₂ в некоторых типах подземных сред, мы почти ничего не знаем о поведении новых жидкостей для хранения углерода, таких как бионефть и торрефицированные биоотходы.
Роль геологии в ответственном управлении недрами также будет включать предоставление новых перспектив на бассейны и магматические провинции для решения вопросов проницаемости и состава пород, важных для надёжного хранения, а также оценку критических факторов риска. Факторы риска включают миграцию жидкостей и их взаимодействие с разломами и другими барьерами проницаемости, потенциальное растворение минералов с мобилизацией металлов и изменением потоков жидкости, загрязнение пресных подземных вод и индуцированную сейсмичность.