На протяжении последнего столетия значительная часть целлюлозно-бумажной промышленности США сосредоточилась на юго-востоке страны. Там, среди обширных лесных массивов, заводы использовали волокна молодого соснового леса — лоблолли, длинноиглых и шлаковых сосен.
Сегодня, когда заводы измельчают древесину и превращают ее в целлюлозу, остатки лигнина, отработанные химикаты и органическое вещество образуют темный сиропообразный побочный продукт, известный как «черный щелок». Его концентрируют в биотопливо и сжигают, чтобы нагреть гигантские котлы, питающие предприятие, и при этом в атмосферу выбрасывается углекислый газ.
Microsoft, JP MorganChase и консорциум технологических компаний, включающий Alphabet, Meta, Shopify и Stripe, недавно заключили многомиллионные соглашения. Они платят владельцам бумажных комбинатов за улавливание как минимум сотен тысяч тонн этого парникового газа путем установки оборудования для улавливания углерода на своих объектах.
Уловленный углекислый газ затем будет закачиваться по трубопроводам в соленые водоносные горизонты на глубину более мили под землю, где он должен быть надежно секвестирован (законсервирован).
Крупные технологические компании внезапно сделали большие ставки на эту форму удаления углерода, известную как биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода, или BECCS. Этот сектор также включает биомассовые электростанции, мусоросжигательные заводы и нефтеперерабатывающие заводы по производству биотоплива, которые оснащают свои объекты оборудованием для улавливания углерода.
Поскольку деревья и другие растения поглощают углекислый газ посредством фотосинтеза, а эти заводы будут улавливать выбросы, которые иначе попали бы в воздух, теоретически они могут удалять из атмосферы больше парниковых газов, чем выделяют, достигая так называемых «отрицательных выбросов».
Компании, которые платят за это удаление, могут использовать сокращение выбросов CO2 для компенсации части своего корпоративного загрязнения. BECCS в настоящее время составляет почти 70% анонсированных контрактов на удаление углерода. Эта популярность во многом объясняется тем, что технологию можно легко интегрировать в уже действующие промышленные объекты, работающие в больших масштабах.
«Если мы сопоставляем стоимость, сроки вывода на рынок и потенциал масштабирования, BECCS предлагает действительно привлекательное ценностное предложение по всем трем этим параметрам», — говорит Брайан Маррс, старший директор по энергетике и удалению углерода в Microsoft. Эта компания стала крупнейшим покупателем углеродных кредитов в гонке по компенсации собственных выбросов к концу десятилетия.
Однако эксперты выражают ряд опасений по поводу различных подходов BECCS, подчеркивая, что они могут завышать климатическую пользу проектов, смешивать предотвращенные выбросы с фактическим удалением углерода и продлевать срок службы объектов, которые загрязняют окружающую среду другими способами. Это также может создать более сильные финансовые стимулы для вырубки лесов или их перевода под сельскохозяйственные угодья.
Когда источники и поглотители парниковых газов должным образом учитываются по всем задействованным полям, лесам и фабрикам, достичь отрицательных выбросов при многих подходах BECCS крайне сложно, — отмечает Тим Сёрчингер, старший научный сотрудник Принстонского университета. Он утверждает, что это подрывает логику выделения все большего количества ограниченных мировых земель, посевов и лесов под такие проекты.
«Я называю это «BECCS и отвлечение» (BECCS and switch)», — говорит он, добавляя позже: «В некотором смысле это безумие».
Логика BECCS
Для биомассовой электростанции схема BECCS работает следующим образом:
Дерево поглощает углекислый газ из атмосферы по мере роста, накапливая углерод в коре, стволе, ветвях и корнях, высвобождая кислород. Затем его срубают, перерабатывают в древесные гранулы (пеллеты) и доставляют на электростанцию, которая сжигает древесину для производства тепла или электричества.
Обычно такое предприятие выделяет углекислый газ при сжигании древесины. Но согласно правилам Европейского Союза и США, сжигание древесины обычно считается углеродно-нейтральным, при условии устойчивого управления лесными ресурсами и соблюдения предприятием других норм. Аргумент заключается в том, что дерево изначально извлекло CO2 из воздуха, и новый рост растений со временем восстановит этот углеродный баланс.
Если та же электростанция теперь улавливает значительную часть производимых парниковых газов и закачивает их под землю, процесс может потенциально перейти от углеродно-нейтрального к углеродно-отрицательному.
Однако исходное предположение о том, что биомасса является углеродно-нейтральной, по мнению Сёрчингера, в корне ошибочно, поскольку оно не учитывает в полной мере другие способы выделения выбросов в процессе.
Надлежащий анализ также должен учитывать: сколько углерода остается в корнях или ветвях на лесной подстилке, которые начнут разлагаться и выделять парниковые газы после удаления растения? Сколько ископаемого топлива было сожжено при вырубке, сборе и транспортировке биомассы? Сколько парниковых газов было произведено при переработке древесины в пеллеты и ее доставке? И сколько времени потребуется для восстановления деревьев или растений, которые в ином случае продолжали бы поглощать и запасать углерод?
«Если вы занимаетесь вырубкой древесины, добиться отрицательных выбросов практически невозможно», — заключает Сёрчингер.
Сжигание биомассы или биотоплива, полученного из нее, также может приводить к другим видам загрязнения, которые могут нанести вред здоровью человека, включая твердые частицы, летучие органические соединения, диоксид серы и монооксид углерода.
Улавливание выбросов CO2 на конкретной фабрике может потребовать улавливания некоторых других загрязнителей, в частности диоксида серы. Но это не обязательно фильтрует все остальные загрязняющие вещества, выходящие из дымохода, — отмечает Эмили Груберт, доцент политики устойчивой энергетики в Университете Нотр-Дам, специализирующаяся на вопросах управления углеродом и перехода от ископаемого топлива.
Стимулирование спроса
Идея о том, что мы можем использовать биомассу для выработки энергии и поглощения углерода, была известна десятилетиями. Но по мере роста глобальных температур и выбросов климатические модели показали, что для предотвращения превышения все более опасных порогов потепления потребуется все больше BECCS или других видов удаления углерода.
Помимо резкого сокращения выбросов, миру может потребоваться удалять 11 миллиардов тонн CO2 в год к 2050 году и 20 миллиардов к 2100 году, чтобы ограничить потепление до 2°C выше доиндустриального уровня, согласно докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC) за 2022 год. Порог, который мы все чаще рискуем превысить.
Эти мрачные климатические предупреждения спровоцировали растущий интерес и инвестиции в способы извлечения углекислого газа из атмосферы. Появились компании, предлагающие улавливать углерод с помощью морских водорослей, закапывать биомассу, разрабатывать заводы по прямому улавливанию воздуха и добавлять щелочные вещества в сельскохозяйственные угодья или океаны.
Однако закупки по схемам BECCS затмили все эти другие подходы.
Для компаний с приближающимися климатическими дедлайнами BECCS является одним из немногих вариантов для удаления сотен тысяч тонн в ближайшие несколько лет, — отмечает Роберт Хёглyнд, соучредитель CDR.fyi, некоммерческой организации, анализирующей сектор удаления углерода.
«Если у вас есть цель, которую вы хотите достичь к 2030 году, и вам требуется долгосрочное удаление углерода, это то, что вы можете купить», — говорит он.
Это связано в первую очередь с тем, что проекты BECCS могут использовать инфраструктуру существующих отраслей. По крайней мере, на данный момент не нужно финансировать, получать разрешения и разрабатывать новые заводы.
«Их не так уж сложно строить, потому что это часто модернизация существующего предприятия», — добавляет Хёглyнд.
BECCS также значительно дешевле для покупателей, чем, например, технология прямого улавливания воздуха (DAC). Средневзвешенная цена составляет 210 долларов за тонну по сравнению с 490 долларами в рамках сделок на сегодняшний день, — согласно данным CDR.fyi. Отчасти это связано с тем, что улавливание CO2, например, на целлюлозно-бумажном комбинате, где он составляет около 15% дымовых газов, требует гораздо меньше энергии, чем извлечение молекул CO2 из открытого воздуха, где они составляют всего 0,04%.
Большая ставка Microsoft на BECCS
В 2020 году Microsoft объявила о планах стать углеродно-отрицательной компанией к концу этого десятилетия, а к середине века — удалить все выбросы, которые компания произвела непосредственно или за счет потребления электроэнергии на протяжении всей своей корпоративной истории.
Она делает особую ставку на BECCS для выполнения этих климатических обязательств: на эту категорию приходится 76% известных на данный момент закупок на удаление углерода.
В апреле компания объявила, что приобретет 3,7 миллиона тонн CO2, которые целлюлозно-бумажный комбинат, расположенный в неустановленном месте на юге США, в конечном итоге уловит и сохранит в течение 12-летнего периода. Эта сделка была заключена через CO280 — стартап из Ванкувера (Британская Колумбия), который создает совместные предприятия с производителями бумаги и целлюлозы в США и Канаде для финансирования, разработки и эксплуатации проектов.
Это была самая крупная покупка услуг по удалению углерода в истории — до тех пор, пока четыре дня спустя Microsoft не сообщила, что договорилась о покупке 6,75 миллиона тонн удаления углерода у AtmosClear. CDR.fyi отметила, что эта компания строит биомассовую электростанцию в Порту Большого Батон-Руж в Луизиане, которая будет работать в основном на сушеных стеблях сахарного тростника (побочный продукт сахарного производства) и обрезках леса. AtmosClear заявляет, что объект сможет улавливать 680 000 тонн CO2 в год.
«Мы видим, что многие из этих проектов BECCS оказались очень полезными, если не сказать трансформационными, для привлечения инвестиций в сельские экономики», — говорит Маррс. «Мы рассматриваем наши сделки по BECCS, в Луизиане с AtmosClear и с некоторыми другими поставщиками из стран Мексиканского залива, такими как CO280, как реальный способ поддержки этих экономик, одновременно способствуя устойчивому лесопользованию».
В предыдущие кварталы Microsoft также осуществляла крупные закупки у Orsted, управляющей электростанциями, сжигающими древесные пеллеты; у Gaia, управляющей установками, преобразующими бытовые отходы в энергию; и у Arbor, чьи заводы работают на «чрезмерно разросшихся кустарниках, остатках урожая и пищевых отходах».
Не дайте отходам пропасть зря
Примечательно, что по крайней мере три из этих проектов используют ту или иную форму отходов — категорию, отличную от свежесрубленной древесины или культур, выращенных специально для проектов BECCS. Твердые отходы, сельскохозяйственные остатки, остатки от лесозаготовок и растительный материал, удаляемый из лесов для предотвращения пожаров, представляют собой одни из самых многообещающих возможностей для BECCS, а также создают непростые вопросы углеродного учета.
В отчете Национальной академии наук 2019 года оценивалось, что США могли бы достичь более 500 миллионов тонн удаления углерода в год за счет BECCS к 2040 году, а мир — более 3,5 миллиардов тонн, полагаясь только на сельскохозяйственные побочные продукты, отходы лесозаготовок и органические отходы — без необходимости выращивания культур специально для энергии.
Роджер Эйнс, главный научный сотрудник энергетической программы в Ливерморской национальной лаборатории, утверждает, что мы должны, по крайней мере, использовать эти источники, а не сжигать их или оставлять разлагаться на полях. (Эйнс был соавтором аналогичного анализа, посвященного отходам биомассы Калифорнии, и участвовал в подготовке отчета лаборатории 2022 года для Microsoft по оценке затрат и вариантов закупок на удаление углерода.)
Он подчеркивает, что сектор BECCS может многому научиться, используя эти отходы. Например, это должно помочь более четко понять, сработает ли углеродный расчет, если под такие цели будет выделено больше земли, лесов и посевов.
«Суть в том, что в большинстве случаев новый материал для этого выращиваться не будет, и не придется этого делать еще очень долго, потому что отходов так много», — говорит Эйнс. «Если мы дойдем до этой точки, далеко в будущем, мы сможем разобраться с этим тогда».
Сложный учет
Однако критический вопрос, возникающий при работе с отходами: сгорели бы эти материалы или разложились бы они иначе, или же они могли бы быть использованы иным образом, который также предотвратил бы попадание углерода в атмосферу?
Например, багасса сахарного тростника уже используется или может быть использована для производства вторичной упаковки и бумаги, биоразлагаемой упаковки для пищевых продуктов и столовых приборов, строительных материалов или почвенных добавок, возвращающих питательные вещества в сельскохозяйственные угодья.
«Очень часто эти материалы уже используются для чего-то другого, поэтому учет быстро становится запутанным», — отмечает Груберт.
Некоторые опасаются, что финансовые стимулы для развития BECCS могут также побудить компании вырубать больше деревьев и растений, чем это действительно необходимо, например, для управления лесами или предотвращения пожаров — особенно по мере того, как все больше установок BECCS создают растущий спрос на ограниченные запасы таких материалов.
«Как только вы начинаете улавливать отходы, вы создаете стимул для производства отходов, поэтому нужно быть очень осторожным с нежелательными последствиями», — предупреждает Дэнни Калленвард, научный сотрудник и старший сотрудник Центра энергетической политики Клейнмана при Пенсильванском университете, изучающий углеродные рынки.
Комплексная проверка
Как и другие крупные технологические компании, Microsoft немного сбавила темпы в достижении своих климатических целей, во многом из-за растущего спроса на энергию для своих ИИ-центров обработки данных.
Однако компания, как правило, заслужила репутацию человека, стремящегося по возможности сократить прямые выбросы и ищущего высококачественные подходы к удалению углерода. Она активно консультировалась с критически настроенными исследователями из консультационных фирм, таких как Carbon Direct, и продемонстрировала готовность платить более высокие цены за поддержку более надежных проектов.
Маррс заявляет, что компания применила эту тщательность и к своим сделкам по BECCS.
«Мы хотим максимизировать положительное воздействие на окружающую среду от каждого проекта», — говорит он.
«Мы проводим месяцы технической проверки: команды посещают объект, опрашивают заинтересованные стороны, составляют для нас отчет, который мы подробно изучаем с привлечением стороннего инженера-консультанта или технического эксперта», — добавляет он.
В последующем заявлении Microsoft подчеркнула, что стремится подтвердить, что каждый поддерживаемый ими проект BECCS обеспечит отрицательные выбросы, независимо от источника топлива.
«По всем этим проектам мы провели всестороннюю проверку, чтобы убедиться, что сырье для BECCS в противном случае вернуло бы углерод в атмосферу в течение нескольких лет», — говорится в заявлении компании.
Аналогичным образом, Джонатан Рон, соучредитель и генеральный директор CO280, подчеркивает, что они работали с консультантами, реестрами углеродного рынка и целлюлозно-бумажными комбинатами, «чтобы гарантировать принятие нами лучших стандартов». Он утверждает, что они стремятся консервативно оценивать выбросы и поглощение парниковых газов по всей цепочке поставок комбинатов, с учетом типа биомассы, используемой на данном предприятии, темпов роста лесов, из которых она добывается, расстояний, которые проходят грузовики при транспортировке древесины или отходов лесопиления, общих выбросов объекта и многого другого.
Рон сообщает, что их типичные проекты будут улавливать и хранить около 850 000–900 000 тонн CO2 в год. Какую долю от общих выбросов предприятия это составит, будет варьироваться, отчасти в зависимости от того, какая часть энергии установки поступает от побочной биомассы, а какая — от ископаемого топлива. В своих первых проектах компания нацелена на улавливание 50–65% выбросов CO2 на целлюлозно-бумажных комбинатах, но в конечном итоге надеется превысить 90%.
В ответном электронном письме Рон сообщил, что оборудование для улавливания углерода на комбинатах, с которыми они работают, также предотвратит «значительные объемы» выбросов твердых частиц и диоксида серы и, возможно, снизит выбросы других загрязнителей.
В настоящее время компания ведет активные переговоры с 10 целлюлозно-бумажными комбинатами в регионе Мексиканского залива и Канаде. Каждый проект по улавливанию и хранению углерода может стоить сотни миллионов долларов.
«То, что мы пытаемся сделать в CO280, — это показать и продемонстрировать, что мы можем создать стабильный, повторяемый план для разработки низкорисковых проектов, которые обеспечат рынку то, что ему нужно», — говорит Рон. ** **
Сторонники BECCS утверждают, что мы могли бы использовать биомассу для обеспечения значительных объемов удаления углерода, при условии установления соответствующих отраслевых стандартов для предотвращения или, по крайней мере, минимизации недобросовестного поведения.
Вопрос в том, будет ли это соблюдаться — или же по мере созревания сектора BECCS он приблизится к модели рынков углеродных компенсаций (офсетов).
Исследования и проверки последовательно показывают, что слабо регулируемые или плохо спроектированные программы углеродных кредитов и офсетов не только позволяли, но и поощряли компании значительно преувеличивать климатическую пользу от посадки деревьев, сохранения лесов и аналогичных проектов.
«Мне кажется, что этой ситуацией можно управлять, но мы всегда будем должны держать ее в поле зрения», — заключает Эйнс.
Магия
Даже со всеми этими сложностями углеродного учета проекты BECCS часто могут приносить пользу климату, особенно если они внедряются на существующих объектах.
Добавление улавливания углерода к действующему целлюлозно-бумажному комбинату, электростанции или нефтеперерабатывающему заводу — это уже улучшение по сравнению с текущим положением дел, поскольку это предотвращает выбросы, которые в противном случае продолжались бы.
Но амбиции BECCS уже выходят за рамки существующих предприятий: в прошлом году Drax, вызывающий споры энергетический гигант Великобритании, объявила о планах создать подразделение в Хьюстоне, ответственное за разработку достаточного количества новых проектов BECCS для обеспечения удаления 6 миллионов тонн углерода в год в США или за их пределами.
В последние годы многочисленные другие компании построили или предложили к строительству биомассовые электростанции, с или без систем улавливания углерода, — решения, отчасти обусловленные политикой, которая классифицирует их как углеродно-нейтральные.
Однако, если биомасса не является углеродно-нейтральной, как утверждают Сёрчингер и другие, в отношении многих применений, то эти новые, нефильтруемые электростанции просто добавляют больше выбросов в атмосферу, а проекты BECCS не удаляют ничего из воздуха. И если это так, возникают серьезные вопросы относительно заявлений компаний о климате, зависящих от этого, и социальных компромиссов, связанных со строительством большого количества новых заводов, ориентированных на эти цели.
Причина в том, что культуры, выращиваемые для получения энергии, требуют земель, удобрений, инсектицидов и человеческого труда, которые в противном случае могли бы пойти на производство продовольствия для растущего населения планеты. А растущий спрос на древесину побуждает лесную промышленность вырубать все больше и больше мировых лесов, которые уже поглощают и накапливают огромное количество углекислого газа и являются домом для огромного разнообразия растений и животных.
Если эти проекты только предотвращают попадание парниковых газов в атмосферу, но не извлекают их, то, по мнению Сёрчингера, лучше было бы установить оборудование для улавливания и хранения углерода (CCS) на существующей газовой электростанции.
Компании могут считать, что использование природы для вытягивания CO2 из неба звучит лучше, чем сокращение выбросов от турбины, работающей на ископаемом топливе. Но электричество с такой станции стоило бы значительно дешевле, система улавливания углерода снизила бы выбросы больше при равном количестве производимой энергии и позволила бы избежать дополнительного давления на вырубку лесов, — говорит он.
«Люди думают, что происходит какая-то магия — это волшебное сочетание использования биомассы и CCS создает нечто большее, чем просто сумма его частей», — заключает Сёрчингер. «Но это не магия; это просто сумма двух составляющих».
