Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

Но что, если улавливать углекислый газ не на выходе с электростанций, а извлекать его непосредственно из воздуха, имитируя деятельность фотосинтетиков? Вот уже на протяжении как минимум двух десятилетий ряд ученых и частных компаний занимаются разработкой «искусственных деревьев», чьи «листья» будут абсорбировать CO 2из воздуха и пропускать через химическую среду с сильным основанием, например щелочью (гидроксидом натрия, NaOH) или полимерной смолой. Убежденный апологет этой технологии физик Клаус Лакнер из Аризонского университета утверждает, что в конечном итоге можно создать «дерево», которое будет поглощать тонну углекислого газа в день, т. е. примерно в 1000 раз больше, чем обычное дерево. Но даже при таком максимальном уровне эффективности потребуется 30 млн искусственных деревьев, чтобы нейтрализовать наши текущие выбросы углерода, достигающие 10 Гт в год, и еще сотни миллионов, чтобы обратить вспять последствия столетней эмиссии или хотя бы вернуться к уровню 1990 г. в 350 ppm, который многие климатологи считают критическим порогом.

По оценкам Американского института физики, себестоимость прямого извлечения CO 2из воздуха с использованием даже самых многообещающих (но еще непроверенных) технологий будет составлять $780 за тонну CO 2— почти в 10 раз больше, чем его улавливание на электростанциях [105] Американское физическое общество, «Прямой захват СО 2 из воздуха с помощью химических веществ», 2011; https://www.aps.org/policy/reports/assessments/ . Кроме того, под «леса» из искусственных деревьев придется отвести значительные по площади участки суши, а собираемый ими углерод будет требовать дальнейшей утилизации — либо закачки в подземные хранилища, либо захоронения в какой-либо твердой форме.

С учетом всех этих сложностей, старый добрый естественный фотосинтез кажется невероятно выгодной сделкой, и не надо ничего изобретать! Почему бы не задействовать эту природную технологию более интенсивно, просто посадив как можно больше деревьев и других растений? Как показывает геологическая летопись, чтобы произошло заметное снижение концентрации СО 2в атмосфере, поглощение углерода посредством фотосинтеза в каждом отдельно взятом году должно значительно превышать его высвобождение в результате разложения растительной массы. (Горькая ирония состоит в том, что причиной наших сегодняшних проблем является как раз неразложившийся в прошлом органический углерод, из которого образовано ископаемое топливо.) Если же углерод, фиксируемый растениями весной и летом, в том же количестве высвобождается осенью и зимой при их разложении, чистый эффект изъятия углерода равняется нулю. Таким образом, самыми эффективными с точки зрения секвестрации углерода являются быстрорастущие деревья с максимально длительным сроком жизни. Хотя они не хранят углерод вечно, они, по крайней мере, выводят его из циркуляции на несколько десятилетий и даже веков.

Но даже такая простая «технология» борьбы с СО 2, как посадка деревьев, проблематична в реализации. Прежде всего очевидно, что есть предел тому, какую часть суши мы можем отвести под леса, поскольку нам нужно выращивать продовольственные культуры (хотя в конце прошлого века на севере США, в частности в Висконсине и Новой Англии, началось частичное возвращение под лесные угодья сельскохозяйственных земель, на которых леса были вырублены в XIX в.). Кроме того, интуитивное предположение, что активно растущие молодые деревья поглощают больше углерода, поэтому имеет смысл вырубать старые леса и засаживать эти территории новыми, оказывается в корне неверным. Последние исследования показали, что деревья многих видов с возрастом улавливают и фиксируют все больше углерода благодаря тому, что их общая листовая поверхность, а также объем стволов и ветвей продолжают все время увеличиваться [106] Stephenson, N. L., et al., 2014. Rate of tree carbon accumulation increases continuously with tree size. Nature , 507, 90–93. doi:10.1038/nature12914 . Таким образом, оптимальная стратегия в данном случае — позволить расти старым деревьям и сажать как можно больше новых, но не стоит забывать о том, что деревья имеют конечный срок жизни и в итоге возвращают весь изъятый углерод в атмосферу.

Более продвинутый подход к использованию возможностей фотосинтеза известен под функциональным, но громоздким названием «биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода», сокращенно био-УХУ (Bioenergy with carbon capture and storage, BECCS). Идея состоит в том, чтобы использовать биомассу из быстрорастущих фотосинтетиков, таких как прутьевидное просо и культивируемые водоросли, для производства биотоплива, а затем секвестировать выделяющийся при его сжигании углерод. Теоретически эта технология действительно дает отрицательный углеродный выброс и позволяет на длительный срок вывести из обращения органический углерод. В настоящее время уже реализуются небольшие пилотные проекты, но переработка растительной массы в биотопливо сама по себе энергоемкий процесс, а улавливание углекислого газа с использованием биотопливных энергоустановок и его последующее захоронение может оказаться еще дороже, чем на электростанциях, работающих на природном газе или угле [107] Venton, D., 2016. Can bioenergy with carbon capture and storage make animpact? Proceedings of the National Academy of Sciences , 47, 13260–13262. doi:10.1073/pnas.1617583113 .

На протяжении миллионов лет важную роль в секвестрации фотосинтетического углерода играла морская, в основном бактериальная биомасса, которая оседала на морское дно и захоранивалась в низкокислородных осадках (часть этой биомассы впоследствии превращалась в нефть, природный газ или газогидраты). Одна из предлагаемых сегодня геоинженерных технологий состоит в том, чтобы активизировать этот процесс: стимулировать рост планктонных сообществ в океанах и таким образом заблокировать как можно больше избыточного углерода на длительное время в отложениях на морском дне. Лучшее удобрение для планктона также известно — это железо, от дефицита которого микробы страдают со времени Великой кислородной революции в протерозое.

Но любые искусственные манипуляции с химическим составом океана вызывают у морских биологов серьезную тревогу. Изменения в основании пищевой цепи неизбежно приведут к негативным и непредвиденным последствиям по всей экосистеме (мы уже непреднамеренно, хотя и осознанно, оказываем такое влияние, допуская сток в море больших объемов фосфорных и нитратных сельскохозяйственных удобрений, приводящих к образованию у побережья аноксических мертвых зон). Вот почему научное сообщество выступило с яростными протестами в 2007 г., когда предприниматель Рассел Джордж приступил к выпуску акций компании под названием Planktos , которая собиралась «удобрять» железом участок Тихого океана размером с Род-Айленд, и начал продавать квоты на выброс углерода экологически ответственным потребителям. Идея с Planktos провалилась, но в 2012 г. Джордж всплыл снова в качестве консультанта одной из Первых наций (так называют племена канадских индейцев) в провинции Британская Колумбия, пообещав островному племени хайда возродить пришедший в упадок лососевый промысел с помощью железосодержащих удобрений. В водах вокруг архипелага Хайда-Гуай (островов Королевы Шарлотты) были распылены 100 т сульфата железа с неоднозначными результатами, однако Международная морская организация ООН выступила с резким осуждением этих действий, и Министерство окружающей среды Канады остановило этот сомнительный эксперимент. Обеспокоенность научного сообщества подобного рода вмешательствами в морскую среду отчасти вызвана тем, что в настоящее время мы не только до конца не понимаем специфику биогеохимии океана и глобального морского микробиома, но в еще гораздо меньшей степени способны предсказать, как будет развиваться ситуация даже в ближайшем будущем, по мере повышения температуры и кислотности Мирового океана [108] Американское общество микробиологии, «Микробы и изменение климата», 2017; https://www.asm.org/index.php/colloquium-reports/item/4479-microbes-and-climate-change .