Материал: Решение проблемы депонирования углерода на государственном и межгосударственном уровнях

С начала 1990-х годов решение проблемы снижения выбросов парниковых газов стало одной из приоритетных задач мирового сообщества. Первым практическим шагом к ее решению считается Киотский протокол, подписанный в декабре 1997 года. Его основной целью объявлено сокращение развитыми странами к 2008-2012 годам суммарных выбросов в атмосферу углекислого газа на 5,2% по сравнению с выбросами 1990 года.

На развивающиеся страны Протокол вообще не возлагает никаких обязательств, кроме пожеланий перейти по возможности на использование энергосберегающих технологий. По договоренности Протокол вступает в действие после ратификации его странами, вместе выбрасывающими в атмосферу не менее 55% углекислого газа. Его ратифицировали 120 стран (включая Европейский союз, Японию, Китай и Индию), производящих примерно 44% углекислоты. На долю России приходится 17% мировых выбросов, и поэтому для судьбы Киотского протокола ее позиция оказалась решающей. После нескольких лет колебаний Россия высказалась в пользу его ратификации. С 16 февраля 2005 года Киотский протокол вступает в действие. По Киотскому протоколу на 2008-2012 гг. России установлен допустимый уровень ежегодного выброса парниковых газов, соответствующий уровню 1990 г. (у стран ЕС в целом - 92%, у Японии - 94%). Это дает полную уверенность в том, что разрешенный уровень мы не превысим: сейчас выбросы примерно на 25% ниже.

Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) Рамочной конференции ООН рассмотрела в 2000 году примерно 40 основных сценариев развития цивилизации до 2100 года, главным образом с точки зрения потребления ископаемого топлива и соответствующего ему роста содержания в атмосфере СО₂ и других парниковых газов, а также прироста средней глобальной температуры и повышения уровня моря. Рассматривались сценарии как связанные с самым интенсивным использованием ископаемого топлива, так и учитывающие возможный переход на новые альтернативные (солнечная, термоядерная, ветровая и т.д.) источники энергии. Один из сценариев - «работаем как обычно» (BAU - business as usual)- сохранял основные экономические и демографические закономерности развития цивилизации неизменными. Удивительно, но, согласно сценарию BAU, прогнозируемые изменения к 2100 году оказались не такими значительными: рост среднегодовой температуры от 2 до 4,5 °С; подъем уровня моря от 0,3 до 0,5 м. Однако и эти, на первый взгляд не столь радикальные, перемены ведут к неисчислимым экологическим, экономическим, социальным и политическим последствиям.

Попытаемся взглянуть на ожидаемые последствия потепления климата для нашей страны. На первое место, пожалуй, выйдут последствия, связанные с отступлением вечной мерзлоты. Вечная мерзлота в высоких широтах - своего рода строительный материал, на котором воздвигнуты несущие части домов и сооружений. Из нее фактически «сложены» стенки подземных хранилищ, в которых покоятся отходы промышленной деятельности. Зона многолетней мерзлоты охватывает огромную часть территории России. Отступление мерзлоты будет сопровождаться разрушением домов и промышленных сооружений. Значительные изменения прочности зданий уже произошли в Якутске, а к 2030 году масштабы разрушений могут стать катастрофическими, если не принять срочных защитных мер. Поэтому специалистам необходимо оценить сроки и масштабы ожидаемых изменений для всех городов и поселков в зоне вечной мерзлоты и немедленно приступить к необходимым работам. В опасности окажутся и многие технические сооружения: нефтяные вышки, тысячекилометровые нефте- и газопроводы. Новые же крупномасштабные сооружения, например нефтепровод к мурманским морским терминалам, уже придется проектировать с учетом условий меняющейся климатической ситуации.

Не меньшими, а возможно и более значительными, неприятностями грозит разрушение стенок подземных хранилищ. Десятки лет на северных территориях шла добыча полезных ископаемых - нефти, газа, металлов. Огромные количества сырой нефти «потерялись» при авариях и протечках на нефтепроводах, но не распределились в почве, а остались в земле, скованные вечной мерзлотой. При таянии мерзлоты новые биоценозы могут быть отравлены нефтью. Образно такие ситуации принято называть «химическими временными бомбами», имея в виду отсроченный характер вредного воздействия. Временные бомбы могут иметь и «металлическую» природу: в отходах и отвалах горнодобывающих производств на многолетней мерзлоте содержатся огромные количества вредных для всего живого тяжелых металлов. На Севере уже пришлось столкнуться с проблемой, когда в поверхностные воды стали попадать размытые в оттепель сельскохозяйственные удобрения и ядохимикаты.

Очевидно, что проблема воздействия выбросов парниковых газов на состояние окружающей среды требует активного поиска возможных путей ее решения. И единственный механизм борьбы с глобальным потеплением, предложенный к настоящему времени, - это Киотский протокол. Приведет ли выполнение его положений к исчезновению или хотя бы к отсрочке угрозы? Предположим, что снижение выбросов СО₂ пойдет в полном соответствии с протокольным графиком. В 2005-2010 годах мировая экономика будет продолжать развиваться и требовать новых затрат энергии, в том числе и в виде ископаемого топлива. Рост энергозатрат, скорее всего, будет отставать от роста экономики в целом, в связи с уменьшением энергоемкости производств. Выброс СО₂ на единицу произведенной энергии также будет снижаться. Тем не менее оценки показывают, что страны Западной Европы для выполнения Киотского протокола к 2010 году должны уменьшить выбросы СО₂ по сравнению с ожидаемыми на 28%. Поэтому развитым странам придется вкладывать все больше и больше средств, чтобы сохранить неизменным уровень промышленных выбросов. Экономисты подсчитали, что необходимые затраты на осуществление мероприятий по Киотскому протоколу в 2010 году будут варьировать от 100 до 400 миллиардов долларов, в зависимости от сценария.

В том же положении окажется и весь остальной мир. Сохранение уровня выбросов СО₂ на 5,2% ниже уровня 1990 года потребует к 2050 году снижения выбросов по сравнению с ожидаемыми на 50%, что обойдется экономике примерно в триллион долларов в год и составит примерно 2% ВВП, а к 2100 году- 4% ВВП ежегодно.

Какую отсрочку по сравнению со сценарием «работаем как обычно» мы получим после выполнения Киотского протокола? Ответ парадоксальный: рост температуры по сравнению с ожидаемым повышением на 2-5 ºС в мировом масштабе к 2100 году снизится на 0,15 ºС, то есть потепление будет отсрочено лишь на шесть лет. Кроме того, к расходам на выполнение Киотского протокола добавятся еще и затраты на те самые последствия потепления, которые все равно наступят, пусть и на шесть лет позже. Тогда для чего нужен и нужен ли вообще Киотский протокол?

Киотский протокол необходим, как первое совместное усилие государств Земли по регулированию климата. Обязывающий характер Протокола заставляет со всей серьезностью отнестись к развитию альтернативных источников энергии, таких, как солнечная, термоядерная и прочие ее виды. Киотский протокол обязывает переходить на энергосберегающие технологии и требует от развитых стран передачи этих технологий развивающимся странам. Но совершенно очевидно, что в будущем потребуется регулярный пересмотр Протокола.

Таким образом, за сроки, соизмеримые с продолжительностью человеческой жизни, глобальное потепление вряд ли удастся предотвратить, если только не появятся новые кардинальные подходы.

.2 Способы сокращения парниковых газов в атмосфере

Из вышесказанного становится ясно, что понижение концентрации диоксида углерода в атмосфере является актуальной задачей, решение которой необходимо для устойчивого развития человеческой цивилизации. Поэтому уже сейчас возникает необходимость разработки теоретических подходов и экологических программ, обеспечивающих снижение выбросов парниковых газов в атмосферу.

Мировая практика наработала возможные пути решения этой проблемы.

1.    Традиционные направления:

·    развитие технологий, обеспечивающих снижение удельного расхода первичных энергоносителей на единицу производимой чистой энергии;

2.   Нетрадиционные направления:

·    развитие технологий утилизации диоксида углерода путем химических преобразований для получения продуктов органической химии;

·        развитие технологий поглощения («связывания») СО₂ с использованием различного вида адсорбентов.

3.   Альтернативные направления:

·    диверсификация топливно-энергетического баланса заинтересованных стран;

·        увеличение доли гидроэнергии, энергии ветра, биомасс и других нетрадиционных источников.

Однако помимо перечисленных технических, технологических и организационных мероприятий по сокращению поступления парниковых газов в атмосферу, существуют и принципиально новые подходы.

1.    Идея консервации вырабатываемых парниковых газов в подземных хранилищах.

Суть идеи состоит в том, что по мере исчерпания запасов минерального сырья мы сможем эффективно использовать подземное пространство для решения экологических задач.

В результате проведенных исследовательских работ был сделан вывод о возможности использования в качестве хранилищ диоксида углерода следующие основные типы подземных объектов:

ü  отработанные нефтяные и газовые месторождения;

ü  природные ловушки, обладающие необходимыми коллекторными и экранирующими свойствами;

ü  подземные выработки ряда отработанных месторождений полезных ископаемых;

ü  выявленные, но не использованные резервные хранилища природного газа.

Рассматриваемая идея консервации углекислого газа в подземном пространстве обладает определенным количеством важных экологических, технологических и экономических преимуществ.

Наиболее значимые из них следующие.

Во-первых, появляется возможность сократить поступление диоксида углерода в атмосферу, независимо от изменения объемов его выработки, что особенно ценно в условиях роста промышленного производства и потребления энергии.

Во-вторых, снижается риск неблагоприятных экологических последствий производства диоксида углерода, так как его консервация в подземных резервуарах не сопряжена с какими бы то ни было отрицательными последствиями для окружающей среды, в частности - для подземных вод.

В-третьих, это вторичное использование инженерных и горно-технических сооружений, практически не требующее привлечения дополнительных инвестиций.

На сегодняшний день Российская Федерация располагает большим количеством подземных объектов, которые могут быть использованы в качестве резервуаров для хранения углекислого газа. Этот потенциал открывает широкие возможности для поиска и реализации наиболее эффективных решений.

Самый большой экономический эффект может быть получен при использовании в качестве указанных резервуаров отработанных месторождений природного газа, а также выявленных в процессе нефтегазоразведочных работ непродуктивных геологических объектов, обладающих необходимыми экранирующими свойствами.

Таким образом, по мере истощения минерально-сырьевой базы страны программа консервации диоксида углерода может стать альтернативным направлением комплексного использования недр и поддержать в стратегической готовности устойчивое развитие горной промышленности России.

2.    Углерод, изъятый из атмосферы, можно хранить в почве.

Для того чтобы уменьшить количество углекислого газа в атмосфере, ученые предлагают растительные остатки, образующиеся как отходы лесной промышленности и сельского хозяйства, не сжигать, а превращать в древесный уголь, который затем можно вносить в почву. Будучи весьма устойчивым, он будет сохраняться там столетиями. Смысл этой операции в том, чтобы углерод, изъятый из атмосферы в ходе фотосинтеза, надолго вывести из обычного круговорота.

Сжигание ископаемого топлива неизбежно ведет к увеличению содержания в атмосфере углекислого газа (CO₂), а это в свою очередь чревато дальнейшим развитием глобального потепления и подъемом уровня Мирового океана.

Всё чаще появляются работы, в которых говорится о необходимости крупномасштабного связывания углерода атмосферы (CO₂) и о выводе его из глобального круговорота на время, измеряемое, по крайней мере, столетиями и тысячелетиями.

Экологи ищут простые способы связывания углерода атмосферы и по возможности долгого удержания его в форме, которая бы за счет природных процессов не превращалась снова в CO₂. Выращивание лесов и вообще восстановление естественного растительного покрова, безусловно, способствует изъятию углекислого газа из атмосферы и накоплению углерода в тканях растений и в органическом веществе почвы. Однако как только леса и другие растительные сообщества достигают своей зрелости, поглощение CO₂ в ходе фотосинтеза уравновешивается выделением этого газа в результате дыхания - как самих растений, так и, главное, организмов-редуцентов (грибов и бактерий), осуществляющих разложение отмерших растительных остатков. Соответственно, чтобы препятствовать возврату CO₂ в атмосферу, необходимо сделать углерод органического вещества недоступным для редуцентов. Образовавшееся органическое вещество растений подвергают нагреванию в условиях дефицита кислорода (процессу пиролиза) и получают древесный уголь <#"881466.files/image004.jpg">

Рис. 3. Схема обычного круговорота углерода в природной экосистеме (слева) и включающая переработку растительных остатков в ходе пиролиза (справа)

В ходе обычного круговорота веществ в природных экосистемах углерод CO₂ связывается в процессе фотосинтеза, после чего примерно половина его расходуется на дыхание самих растений, а половина в виде органического вещества растительных остатков попадает на поверхность почвы, где разлагается грибами и бактериями до простых компонентов. Весь CO₂, выделившийся при дыхании как растений, так и редуцентов, возвращается в атмосферу. Можно, конечно, растительные остатки собрать и пустить на переработку, получив из него «биотопливо». Это, в общем, неплохо, так как экономится ископаемое топливо, но по отношению к углероду, находящемуся в атмосфере в виде СО₂, данная технология нейтральна: при сжигании биотоплива весь CO₂, когда-то связанный в ходе фотосинтеза, снова возвращается в атмосферу.

Гораздо лучше, по мнению автора статьи, технология превращения растительных остатков в древесный уголь (что также показано на схеме), особенно если газы, выделяющиеся в процессе пиролиза, уловлены и использованы как биотопливо. Образовавшийся древесный уголь вносится в почву, например, в смеси с навозом или минеральными удобрениями.

На основе проведенных расчетов Леман полагает, что технология связывания атмосферного углерода в древесном угле может быть широко использована в трех случаях. Во-первых, это пиролиз остатков деревьев при промышленной заготовке леса. Во-вторых, пиролиз быстро растущей растительности на заброшенных сельскохозяйственных угодьях. В-третьих, пиролиз остатков сельскохозяйственных культур.

Во всех случаях подразумевается, что древесный уголь вносится в почву, а не сжигается. Очевидно, что стратегия связывания углерода в древесном угле оправдана только там, где есть в большом количестве запасы дешевой биомассы. Внедрение данного метода в практику определяется тем, насколько выгоднее будет сохранять древесный уголь в почве по сравнению с его сжиганием.

С начала 1990-х годов решение проблемы снижения выбросов парниковых газов стало одной из приоритетных задач мирового сообщества. Первым практическим шагом к ее решению считается Киотский протокол, подписанный в декабре 1997 года. Его целью является сокращение развитыми странами к 2008-2012 годам суммарных выбросов в атмосферу углекислого газа на 5,2% по сравнению с выбросами 1990 года.

Киотский протокол - первое совместное усилие государств Земли по регулированию климата. Обязывающий характер Протокола заставляет со всей серьезностью отнестись к развитию альтернативных источников энергии, таких, как солнечная, термоядерная и прочие ее виды. Киотский протокол обязывает переходить на энергосберегающие технологии и требует от развитых стран передачи этих технологий развивающимся странам.

Понижение концентрации диоксида углерода в атмосфере является актуальной задачей. Поэтому возникает необходимость разработки теоретических подходов и экологических программ, обеспечивающих снижение выбросов парниковых газов в атмосферу, которые включают традиционные, нетрадиционные и альтернативные направления.