18 Июн, 2016 15:23

Выбросы углекислого газа можно превратить в камень

Выбросы углекислого газа можно превратить в камень

Группе ученых из лаборатории крупной электростанции в Исландии, удалось закачать выбросы углекислого газа под землю и химическим образом превратить их в твердое состояние. Данный процесс занимает всего несколько месяцев, что значительно быстрее, чем кто-либо мог предположить. Новое открытие поможет побороть страхи перед самой идеей, которая заключается в том, что выбросы CO2 можно улавливать и безопасно хранить на глубине под землей, не опасаясь того, что они смогут просочиться обратно в атмосферу, или же взорваться.

Электростанция Hellisheidi одна из самых крупных геотермальных электростанцией в мире. Она, совместно со второй подобной станцией, обеспечивают энергию для столицы Исландии, Рейкьявика, а также энергию для нужд промышленности, путем закачивания вулканически нагретой воды для работы своих турбин. Но данный процесс не является полностью экологически чистым. При работе станции попутно вырабатываются вулканические парниковые газы, включая выбросы углекислого газа и сероводорода, газа с резким неприятным запахом.

Начало работ

В 2012 году на станции стартовал новый перспективный проект, под названием “Carbfix”, по которому на станции стали смешивать парниковые газы с перекачиваемой водой с глубины, после чего получившуюся смесь закачивали обратно в вулканический базальт под землю.

В природе, если базальт подвергнуть воздействию выбросов углекислого газа в смеси с водой, то между ними протекают естественные химические реакции, в результате которых углерод выпадает в виде белого, меловидного минерала.

Но до настоящего времени никто не знал, насколько быстро происходит процесс в условиях, когда данный механизм необходимо использовать для хранения углерода. В ранних работах исследователи выяснили, что в подавляющем количестве пород нужная реакция заняла бы сотни, если не тысячи лет. В базальтовой породе под электростанцией Hellisheidi, 95% введенного углерода затвердело менее чем за два года

Выбросы углекислого газа можно превратить в камень

\"На основании наших результатов, мы делаем вывод, что можно закачивать большое количество выбросов CO2 и безопасно хранить за очень короткий промежуток времени", — говорит соавтор исследования Мартин Стьют (Martin Stute), гидролог обсерватории Ламонт-Доэрти Земли, Колумбийского университета. — "Изучив данный метод детальнее, мы можем предложить его использование на других электростанциях, расположенных в местах большого скопления базальта, которых довольно много". В основном, все отложения морского дна состоят из пористой, темной породы, как и около 10% континентальных пород.

Предыдущие исследования

Ученые в течение многих лет бились над идеей так называемого улавливания и связывания углерода. Доклад группы экспертов по изменению климата в 2014 году показал, что без инновационной технологии почти невозможно адекватно остановить глобальное потепление и добиться сокращения выбросов.

Но до сих пор подобные проекты не добивались какого-либо существенного успеха. Данная технология была продемонстрирована всего лишь в нескольких работах, и большинство экспериментов включали закачку очищенных выбросов СО2 в песчаник, или водоносные солевые слои на глубине. Исследователи надеялись, что давление и твердый слой сверху запечатают отходы внутри.

Но ученые опасаются ошибок, ибо любой просчет при таком подходе может привести к выбросам парниковых газов через трещины. Кроме того, могут произойти природные землетрясения или толчки, вызванные самой закачкой, что в итоге может закончиться разрывом подземных резервуаров.

В 2007 году компания Reykjavik Energy, которая управляет станциий Hellisheidi, объединилась с консорциумом, в который входят Колумбия, университеты Копенгагена и Исландии, чтобы избавиться от выбросов CO2, а также сероводорода.

Электростанция производит 40000 тонн выбросов углекислого газа в год, что эквивалентно всего 5% от выбросов угольной станции, но эти цифры все равно остаются внушительными. Лабораторные опыты показали, что в отличие от осадочных пород, куда производили закачку в большинстве других проектов, местный базальт содержит большое количество железа, кальция и магния, которые необходимы для осаждения углерода. Кроме того, экспериментально выявлена необходимость добавлять большое количество воды для запуска реакции, что является новым словом в методике, по сравнению с другими проектами, где закачивался лишь чистый диоксид углерода.

Выбросы углекислого газа можно превратить в камень

Пробная закачка и контроль процесса

В пробных 2012-2013 годах, команда по трубопроводу закачала 250 тонн выбросов углекислого газа в смеси с водой и сероводородом на глубину примерно 600 метров, а затем контролировала химию пласта через ряд скважин. Быстро меняющаяся структура изотопов углерода в пробах воды, о чем предварительно сообщалось в 2014 году, указывала на то, что основная масса углерода прошла стадию минерализации за нескольких месяцев. Полученные свежие данные это убедительно подтверждают.

Эдда Арадоттир (Edda Aradottir), которая возглавляет проект в Reykjavik Energy, первоначально оценивала процесс затвердевания в срок от 8 до 12 лет, что намного быстрее показаний предыдущих исследований.

"Люди говорили, что мы зря надеемся на это. Они и не думали, что процесс может пройти так быстро," — говорит она. — "Но все произошло даже быстрее запланированного. Это был очень приятный сюрприз".

Образцы из скважин в области закачки показывают, что порода наполнена белесыми прожилками карбонатов, очевидно, сформировавшихся вследствие исследуемого процесса. После первых признаков успеха, в 2014 году компания Reyjavik Energy стала вводить двуокись углерода со скоростью 5000 тонн в год.

«Текущий мониторинг показывает, что процесс минерализация проходит успешно», — говорит Арадоттир (Aradottir). «Этим летом компания планирует удвоить скорость закачки», — добавляет она.

Применение в мире

Сигурдир Гисласон (Sigurdur Gislason), геолог университета Исландии и соавтор исследования, говорит, что геотермальные компании по всему миру проявили интерес к данной технологии. Но наиболее многообещающим данный метод станет для станций работающим на ископаемом топливе, плавильной промышленности, и прочих объектов тяжелой индустрии, которые производят куда больше выбросов парниковых газов.

Главным камнем преткновения после необходимого базальта, по его словам, является потребность в воде — около 25 тонн на каждую тонну СО2. Однако, в большинстве случаев может быть использована морская вода. Исследования Ламонта в 2010 году уже указывали на базальтовые морские залежи у берегов на территории США, которые можно использовать для устранения выбросов.

Разделение и закачка выбросов углекислого газа в большинстве других проектов, оценивалось примерно в 130$ за тонну, или около того. Работы на станции Hellisheidi имеют преимущество в использовании существующей инфраструктуры для закачки раствора, и не требуют очистки выбросов СО2. По словам Арадотир, данный процесс стоит всего $30 за тонну.

Выбросы углекислого газа можно превратить в камень

Работающие на ископаемом< топливе предприятия не смогут делать закачку по такой низкой цене, поскольку им потребуется большое количество воды. Другая возможная заминка – по данным отдельного исследования были обнаружены подземные микробы, которые способны питаться карбонатными минералы и использовать их, чтобы генерировать метан, парниковый газ еще более опасный, чем выбросы углекислого газа. Это означает, что в дело может вмешаться сама природа и обратить вспять процесс затвердевания.

Предполагалось, что такие микроорганизмы существуют только глубоко на дне океана, но исследователи нашли их в весной Калифорнии. Микробиологи из Парижского института Физики Земли уже приступили к изучению подземных микробов, чтобы исследовать, как они могут взаимодействовать с закаченным углеродом.

Другие проекты

В последнее время, некоторые компании рассматривали и другие инновационные способы использования выбросов углекислого газа. В одном из проектов, при поддержке компаний Exxon, создаются топливные элементы, которые превращают выбросы СО2 в энергию. Так же компания Ford запустила проект, где выбросы предполагается преобразовать в твердую пену для отделки салонов автомобилей.

В рамках проекта в Омане, отдельная группа Lamont-Doherty рассматривает возможность закачки выбросов в другие виды каменных слоев, перидотиты, которые смогут взаимодействовать с диоксидом углерода еще быстрее.

Ведущий автор исследования Йорг Маттер (Juerg Matter) из Ламонта, в настоящее время находящийся в Университете Соединенного Королевства Саутгемптона, говорит: "Мы должны разобраться с ростом выбросов углекислого газа. И превратить их обратно в камень – наилучший из способов".