Технологии декарбонизации. Улавливание и хранение углерода

Одной из новых технологий, которой отводится большая роль в деле снижения выбросов в атмосферу парниковых газов для смягчения глобального изменения климата, является улавливание и хранение углерода ¹ (carbon capture and storage, CCS), или, в расширенном варианте, — улавливание, использование и хранение углерода (carbon capture, utilization and storage, CCUS). Согласно недавним оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) и Международного энергетического агентства (МЭА), достичь климатических целей, установленных Парижским соглашением 2015 года, без широкого применения технологий CCS/CCUS практически невозможно.

В 2021 году МЭА опубликовало доклад «Нулевой баланс углерода к 2050 году: дорожная карта для мировой энергетики», в котором впервые детально описан и просчитан путь полной декарбонизации мировой энергетической отрасли к 2050 году, что является абсолютно необходимым условием для удержания роста средней глобальной температуры поверхности Земли в пределах 1,5 °С относительно доиндустриальных уровней. Среди прочего для этого, по расчетам МЭА, потребуется в 2030 году улавливать до 1,7 миллиарда тонн углекислого газа, а в 2050 году — до 7,6 миллиарда тонн (рис. 1). Порядка 95% уловленного углекислого газа будет захораниваться в геологических породах, а 5% — использоваться для производства синтетических видов топлива главным образом для гражданской авиации.

Рис. 1. Развитие мощностей по улавливанию и хранению углекислого газа по сценарию чистого нуля (1,5 °С)
Инфографика: МЭА, 2021

При этом технологии CCUS предполагается использовать не только в энергетике для улавливания углекислого газа, образующегося на электростанциях при сжигании угля, природного газа и биотоплива, но и в наиболее углеродоемких отраслях промышленности, например, при производстве цемента и водорода, а также для прямого удаления углекислого газа из атмосферы. В частности, вклад технологий производства биоэнергии с улавливанием и хранением углерода (biomass-generated energy with carbon capture and storage, BECCS) к 2030 году составит, по прогнозам, 255 миллионов уловленного СО2 в год, а вклад технологий прямого улавливания и хранения атмосферного углерода (direct air carbon capture and storage, DACCS) — 90 миллионов тонн в год с увеличением указанных вкладов к 2050 году до 1 380 миллионов тонн и 985 миллионов тонн в год соответственно.

Согласно докладу Глобального института CCS, в 2022 году количество разрабатываемых проектов по улавливанию и хранению углерода выросло до рекордного уровня. Всего по состоянию на сентябрь в мире насчитывалось 196 таких проектов общей мощностью порядка 244 миллиона тонн, в том числе 30 действующих проектов суммарной мощностью 42,5 миллиона тонн (рис. 2).

Рис. 2. Разрабатываемые проекты CCS в мире по мощности, млн тонн СО₂ в год
Инфографика: Глобальный институт CCS, 2022

С сентября 2021 года мощность разрабатываемых CCS-проектов в мире выросла на 44%. Больше всего новых проектов в этот период появилось в США (34 проекта), далее следуют Канада (19), Великобритания (13), Норвегия (восемь), Австралия, Нидерланды и Исландия (по шесть новых проектов каждая).

Во многих странах существуют законодательная база и системы поддержки проектов CCUS. Например, в ЕС действует директива, устанавливающая правила геологического хранения CO2 (Directive 2009/31/EC on the Geological Storage of Carbon Dioxide), а Европейская схема торговли выбросами (EU ETS) позволяет эмитентам сохранять (не погашать) разрешения на выбросы (EUA), если соответствующее количество СО2 было уловлено и отправлено на хранение. Проекты CCUS могут получать и прямое государственное финансирование через такие механизмы, как Connecting Europe Facility, Innovation Fund, Horizon Europe и Recovery and Resilient Facility.

В США действующие меры поддержки CCS, предусмотренные Законом об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах (Infrastructure Investment and Jobs Act) и разделом 45Q Налогового кодекса (Internal Revenue Code) были дополнены в 2022 году новыми мерами в рамках принятого Закона о снижении инфляции (Inflation Reduction Act).

В Канаде и без того серьезные стимулы и меры поддержки CCS были дополнительно усилены в 2022 году введением федерального инвестиционного налогового кредита для проектов CCS по аналогии с тем, как это сделано в США.

По мнению Глобального института CCS, благоприятная политика, включающая высокие цены на выбросы CO2, налоговые льготы и прямые субсидии, стимулировала инвестиции в проекты по улавливанию углерода.

В целом, однако, достигнутый уровень и темп распространения проектов CCS в мире остаются весьма скромными. Технология все еще находится на ранней стадии развития, и ничто пока не указывает на то, что она способна занять уготованное ей место в системе мер по декарбонизации мировой экономики в соответствии с целями и задачами Парижского соглашения, если не случится какого-то технологического прорыва.

Показателен в этом смысле доклад «Проверка практикой: почему CCS не играет роли в энергетической системе Австралии», выпущенный Центром энергетической политики Университета штата Виктория (Австралия). Цель работы была довольно узкой: оценить экономику австралийских проектов, в которых генерация электроэнергии на основе угля дополнялась бы технологиями улавливания и хранения углерода. Газовая генерация при этом не рассматривалась, поскольку примеров применения технологии CCS на газовых электростанциях ни в Австралии, ни в других странах пока не наблюдается. Выводы, однако, оказались далеко идущими.

В частности, было показано, что строить новые угольные электростанции, оснащенные CCS, не имеет экономического смысла, поскольку по стоимости вырабатываемой энергии они заведомо проигрывают солнечным и ветровым станциям, даже с учетом установки на этих солнечных и ветровых станциях систем наполнения и хранения энергии. Добавление CCS к новому угольному генератору, работающему на каменном угле, повышает стоимость (LCOE) вырабатываемой электроэнергии до 280–322 австралийских долларов за МВт·ч, а на буром угле — до 314–363 австралийских долларов за МВт·ч, тогда как приемлемая цена на электроэнергию, оправдывающая затраты на строительство современной ветровой станции мощностью 100 МВт с накопителем энергии мощностью 50 МВт, составляет всего порядка 45 австралийских доллара за МВт·ч.

Кроме того, следует учитывать, что применение технологии CCS не означает уменьшения углеродного следа электроэнергии до нуля. Согласно исследованию, опубликованному в Nature Energy в 2017 году, при учете полного жизненного цикла объектов генерации удельные выбросы угольной электростанции, оснащенной CCS, составляют 109 граммов СО2-эквивалента на кВт·ч, а газовой электростанции с CCS — 78 граммов СО2-эквивалента на кВт·ч, что значительно больше, чем удельные выбросы от атомной и ВИЭ-генерации.

Многие критики указывают на то, что технология CCS, по крайней мере в ее нынешнем виде, не решает проблему сокращения антропогенных выбросов в атмосферу парниковых газов, а используется главным образом для продления жизни ископаемого топлива (прежде всего угля, но также и природного газа) путем создания иллюзии того, что современные технологии получения энергии на основе сжигания ископаемого органического топлива якобы могут быть климатически дружественными и могут функционировать без выбросов в атмосферу парниковых газов. Косвенно в пользу такой версии свидетельствует и тот факт, что основными инициаторами и инвесторами CCS-проектов выступают сегодня крупные нефтегазовые компании, которые используют свои лоббистские возможности и различные меры государственной поддержки, включая прямые бюджетные субсидии, что выглядит не вполне уместно на фоне проблем, с которыми сталкиваются другие «зеленые» технологии.

Так или иначе, технологии CCS, безусловно, не являются панацеей и должны применяться вместе с другими перспективными технологиями декарбонизации, а не вместо них. Для них должны быть разработаны технические требования (стандарты) и иные условия, которые определят роль и место этих технологий в общем ряду мер по декарбонизации экономики в целях скорейшего достижения баланса между антропогенными выбросами в атмосферу и удалением из атмосферы парниковых газов и смягчения на этой основе климатических изменений в соответствии с целями и задачами Парижского соглашения.

¹ В действительности речь идет не об углероде как таковом, а об углекислом газе, или диоксиде углерода. В климатической науке выбросы углекислого газа в атмосферу и его содержание (концентрацию) в атмосфере часто измеряют в пересчете на углерод. Отсюда возникла и со временем укоренилась традиция использовать короткое слово «углерод» вместо длинного «углекислый газ» или «диоксид углерода».

Фото на обложке: Schroptschop / iStock