Від глобального потепління врятує закопане паливо
Рецепт «вуглецевого пирога» від Уоллеса Брокера: шматок з’їв — шматок закопай глибоко під землю (фото з сайту hilarynelson.com)
Задавши граничний допустимий рівень концентрації SO2 в атмосфері, ми визначаємо тим самим розмір загального «вуглецевого пирога», який треба розділити між усіма країнами пропорційно чисельності населення. Можна швидко «з’їсти» свій шматок (як це і відбувається в розвинених країнах), але можна цей процес уповільнити і навіть зупинити зовсім, якщо компенсувати «зв’язуванням атмосферного SO2 і виведенням його з кругообігу. До такого вирішення проблеми закликає всесвітньо відомий вчений Уоллес Брокер. У нещодавно опублікованій статті в Science він підкреслює, що введення обмежень на викиди вуглекислого газу (а саме на це спрямований Кіотський протокол) не зупинить зростання його концентрації в атмосфері, а тільки сповільнить. Необхідно терміново зайнятися проблемою великомасштабного виведення SO2 з атмосфери.
Вміст вуглекислого газу в атмосфері зростає дуже швидкими темпами, викликаючи серйозне занепокоєння не тільки серед вчених, але і в широких верствах суспільства. Адже паралельно зі збільшенням концентрації SO2 відбувається глобальне потепління, тривожні, але абсолютно достовірні ознаки якого — танення льодовиків Гренландії і зменшення товщини льоду Північного Льодовитого океану. З початку промислової революції по теперішній день концентрація SO2 в повітрі зросла на 36% — з 280 ppm (parts per million — частин на мільйон) до 380 ppm (інакше кажучи, з 0,028% до 0,038%).
Зростання вмісту вуглекислого газу в атмосфері з кінця 1950-х років по 2002 рік за даними Обсерваторії Мауна-Лоа (Mauna Loa Observatory) на Гаваях. Окремі точки — середньомісячні значення. Добре видно щорічні сезонні коливання, пов’язані з фотосинтезом наземної рослинності Північної півкулі (SO2 накопичується в атмосфері за зимовий сезон, а влітку активно зв’язується). Чітко простежується і загальна тенденція неухильного зростання змісту SO2. Синій колір — дані Океанографічного інституту Скриппса (Scripps Institution of Oceanography, SIO), червоний — Національної адміністрації з океанів і атмосфери (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA). Ріс. з сайту www.noaanews.noaa.gov
Насправді вміст вуглекислого газу не відрізнявся сталістю і в минулі епохи, задовго до впливу людини. З даних аналізу бульбашок повітря, запечатаних у льоду Антарктиди, нам відомо, що за останні півмільйона років було кілька значних підйомів і спадів у концентрації атмосферного SO2. Великі коливання були пов’язані в основному зі змінами орбіти Землі, з так званими циклами Міланковича, але такого високого значення, як нинішнє, ще не спостерігалося, та й зростання було не настільки швидким. Паралелі з сучасністю можна знайти тільки в набагато більш далекому минулому — в кінці палеозою, 300 мільйонів років тому, коли концентрація вуглекислого газу зросла (але не настільки швидко) в 10 разів і досягла тієї величини, яку ми очікуємо до моменту, коли на Землі буде спалено все викопне паливо.
Нещодавно свій погляд на проблему можливого контролю над зростанням змісту SO2 в атмосфері висловив відомий американський океанолог і кліматолог Уоллес Брокер (Wallace S. Broecker), чиє ім’я тепер міцно асоціюється з «петлею» або «конвеєром Брокера» (Broecker’s Conveyor Belt) — круговоротом океанічних течій, що приносить тепло до Північу і до Атлантіа. У невеликій статті, опублікованій в останньому номері Science, Брокер звернув увагу на обставину, взагалі-то для вчених давно очевидну, але не дуже-то ними афішовану. Йдеться про те, що скорочення викидів SO2, що утворюється в результаті спалювання викопного палива, саме по собі не вирішує проблему взяття під контроль вмісту цього газу в атмосфері. Досягнення небезпечного рівня і перевищення його просто зрушуються на дещо пізніші терміни, але зовсім не скасовуються. Замість цього Брокер пропонує новий підхід, логіка якого дуже проста.
Зростання вмісту SO2 в атмосфері (ppm, ліва шкала) і емісії вуглецю, що надходить при спалюванні викопного палива (мільйони тонн, права шкала) з середина XIX століття до кінця XX століття. Ріс. з сайту www.mongabay.org
Зараз на кожні 4 Гт (Гт = гігатонн = 109 тонн) вуглецю, спаленого у вигляді викопного палива, в атмосфері частка SO2 підвищується на 1 ppm (0,0001%). Якщо ми всі домовимося про допустиму верхню межу вмісту SO2 в атмосфері, то тим самим визначимо розмір доступного всьому людству «вуглецевого пирога» (підкреслимо, що мова йде не про запаси палива в надрах землі, а про ту кількість вуглекислого газу, яка надійде в атмосферу). Так, наприклад, якщо прийняти, що рівень SO2, характерний для періоду до початку промислової революції (260 ppm), можна перевищити в два рази, то верхня межа буде дорівнювати 560 ppm. Оскільки сучасний рівень — це 380 ppm (правда, деякі автори все ще вважають, що 360 ppm, але будемо слідувати цифрам, наведеним Брокером), то розмір глобального «вуглецевого пирога») складе при прийнятих припущеннях: 4 ГТ (560 — 380) = 720 Гт. Якщо як допустимий верхній рівень вмісту SO2 вибрати значення в 450 ppm, то розмір «пирога» буде менше — всього 280 Гт.
Після того, як розмір «пирога» встановлено, потрібно визначитися з розмірами шматків, які дістануться різним країнам. Найсправедливіше — розділити пропорційно чисельності населення. У цьому випадку на частку багатих країн в сумі дістанеться близько 20%, що при загальному обсязі «пирога» в 720 Гт складе 150 Гт вуглецю. Оскільки багаті країни зараз споживають у сумі близько 6 Гт вуглецю на рік у вигляді викопного палива, то свою частку «пирога» вони витратять дуже швидко — за 25 років. Будучи обмежені такими жорсткими вимогами, багаті країни будуть прагнути зменшити емісію SO2, а також купити додаткову частину «пирога» у країн, що розвиваються, витрачають менше палива. Однак заходи економії та розширення можливостей використання інших джерел енергії не врятують положення, не призведуть до встановлення контролю за змінами змісту SO2 в атмосфері.
Гіпотетичний сценарій використання багатими країнами їхнього шматка «вуглецевого пирога» обсягом 150 Гт вуглецю. По ординаті відкладено річне споживання палива (в Гт вуглецю на рік), по абсцисі — роки вперед, починаючи з 2007 року. З часом обсяг допустимої емісії SO2 при спалюванні викопного палива буде швидко зменшуватися (коричневате поле в нижній лівій частині діаграми). Відповідно, щоб зберегти свій шматок на майбутнє, необхідно все більшу кількість SO2 вилучати з атмосфери і виводити з кругообігу (зелене поле в правій частині діаграми). Ріс. з обговорюваної статті в Science. Photo credit: PHOTOS.COM
Єдине можливе рішення — пов’язування атмосферного SO2 і виведення його з кругообігу (поховання). Суто технічні аспекти подібного процесу зараз інтенсивно розробляються (див. Carbon capture and storage): це і закачування вуглекислого газу в свердловини або на великі глибини океану, і пов’язування його в процесі хімічних реакцій, наприклад при взаємодії з гідроксидом натрію (їдким натром). Але все впирається у вартість відповідних заходів. Якщо при цьому ціна енергії, одержуваної при спалюванні викопного палива, зросте на 10-30%, то рішення вважається цілком прийнятним. Якщо більше, треба шукати інших шляхів.
P.S. У читача може виникнути питання — а чи не можна використовувати біологічний механізм пов’язування вуглекислого газу атмосфери? Адже фотосинтез і є тим процесом, в ході якого споживається SO2 і вода, а утворюється органічна речовина і кисень. Відповідь проста — так, можна, але тільки якщо утворюється органічна речовина буде виведено з кругообігу (наприклад, поховано в дуже глибоких траншеях, куди не буде доступу кисню і де не розвинуться гриби і бактерії, що розкладають мертву органіку). Якщо ж органічна речовина залишиться на поверхні землі, то вона зрештою помре і стане їжею грибам і бактеріям. У процесі їх дихання буде спожитий кисень, який колись виділився, і виділиться строго пропорційна йому кількість вуглекислого газу.
Джерело: Wallace S. Broecker. CO2 Arithmetic // Science. 2007. V. 315. P. 1371.
Див. також:
1) Гренландія все швидше втрачає свій лід, «Елементи», 26.09.2006.
2) 300 мільйонів років тому вуглекислого газу в атмосфері було набагато більше, ніж зараз, «Елементи», 12.01.2007.
3) Коливання метану в атмосфері: людина або природа — хто кого, «Елементи», 06.10.2006.
4) Таяньє льодовиків Гренландії може призвести до глобального похолодання, радіо «Свобода», 03.08.2006.
Олексій Гіляров
- Попередня
- Наступна