Минералы из загрязнённого воздуха: в Исландии борются с парниковыми газами, "упаковывая" их под землёй

На минерализации углерода уходит несколько месяцев.
Фотография Annette K. Mortensen.

Учёные из Колумбийского университета и инженеры, работающие на крупной электростанции в Исландии, впервые показали, что выбросы углекислого газа можно закачать в землю и химически изменить его состояние (на твёрдую форму) в течение нескольких месяцев. А это намного быстрее, чем предполагалось ранее.

Открытие, по мнению специалистов, должно решить важную проблему избытка парниковых газов в атмосфере, генерируемого деятельностью человека. В Исландии начали с CO2, опробовали его захват и его дальнейшее хранение под землёй. Почему под землёй? Многие опасаются, что выбросы смогут просачиваться обратно в воздух или даже взрываться. Как в случае с вечной мерзлотой Сибири, которая, по мнению учёных, сохраняет в себе огромные запасы парниковых газов, но при потеплении может их высвободить.

Электростанция Хеллисхейди (Hellisheidi) является крупнейшей в мире геотермальной станцией, то есть вырабатывающей электричество благодаря теплу горячих источников вулканического происхождения. Совместно с ещё одним заводом они обеспечивают энергией столицу Исландии Рейкьявик.

Но многие эксперты уверяют, что такой процесс производства энергии не является достаточно чистым. В ходе него также генерируются вулканические газы, включая двуокись углерода и плохо пахнущий сероводород.

В рамках пилотного проекта под названием Carbfix ("Фиксация углерода"), который начал работу в 2012 году, завод начал смешивать газы с водой и закачивать раствор в вулканические базальтовые породы под землю.

Отмечается, что в природе, когда базальт подвергается воздействию углекислого газа и воды, то проходит несколько химических реакций, в результате чего углеродные соединения преобразуются в беловатый минерал.

Однако никто не знал, насколько быстро происходит такой процесс. Предыдущие исследования показали, что в большинстве пород такой процесс занял бы сотни, а то и тысячи лет. В базальтовых породах, которые расположены под станцией Хеллисхейди, 95 процентов искусственно внедрённого углерода затвердевает (минерализуется) в течение менее чем двух лет.

"Это означает, что мы можем откачивать большое количество CO2 и хранить его в безопасном месте, — говорит автор исследования, гидролог из Колумбийского университета Мартин Штуте (Martin Stute). – В будущем мы могли бы подумать об использовании этого способа на других электростанциях в местах, где присутствует много базальта. А таких мест в мире довольно много".

Учёные давно занимаются вопросом так называемого захвата и секвестрации углерода. Так, в докладе 2014 года межправительственной группы по изменению климата отмечается, что без такой технологии невозможно эффективно и в достаточной мере ограничить процесс глобального потепления. Виноват ли в этом углекислый газ? Об этом специалисты также спорят. Тем не менее подобные проекты интересуют исследователей. Но до настоящего момента подобные программы достигали только незначительного прогресса.

Как правило, подобная технология применялась в небольшом количестве мест, и большинство экспериментов задействовали закачку чистого углекислого газа (то есть без примеси воды) в песчаник или глубокий водоносный слой. В последнем же эксперименте учёные решили сменить площадку действий на базальтовые породы.

Однако и тут есть опасения: исследователи беспокоятся, что любой просчёт может привести к обратному выбросу углекислого газа в воздух через трещинки или, что ещё хуже, при землетрясениях или подземных толчках, вызванных такой "инъекцией". Всё это может привести к разрыву подземных пластов. То есть этот процесс учёным ещё только предстоит тщательно изучить.

В 2007 году сотрудники Хеллисхейди вместе с консорциумом, включавший Колумбийский университет, вузы Копенгагена и Исландии, впервые избавились от выбросов CO2 наряду с сероводородом (которые изрядно загрязняли эту местность).

Завод производит 40 тысяч тонн углекислого газа ежегодно – это всего 5% от выбросов эквивалентной угольной электростанции, но всё равно достаточно много.

Лабораторные эксперименты показали, что в отличие от осадочных пород, встречающихся в других местах, местный базальт содержит много кальция, железа и магния, необходимых для минерализации углерода.

Кроме того, исследования показали, что для удачного исхода также необходима вода (чтобы запустить все необходимые реакции).

В 2012-2013 годах команда учёных закачала 250 тонн смеси из CO2 и воды, а также сероводород на глубину 400-800 метров, после чего отслеживала происходящие химические процессы через несколько скважин.

Исследователи уже в 2014 году сообщали о быстро меняющихся пропорциях изотопов углерода в образцах воды — это дало понять, что большая часть углерода была минерализована в течение нескольких месяцев. Новые данные подтверждают прежние выводы.

Исследование, описывающее новый метод, опубликовано в научном журнале Science.

Добавим, что "Вести.Наука" рассказывали и о другом подходе учёных в борьбе с парниковыми газами – установке, которая "поедает" СО2.

Сегодня