Недавно команда сотрудников компании Charm Industrial работала на окраине кукурузных полей Канзаса, перемещая спрессованные тюки стеблей, листьев, початков и верхушек на белый полуприцеп.
Внутри этого прицепа устройство под названием пиролизерер использует высокие температуры в бескислородной среде для расщепления растительного материала на биоуголь и биомасло. Первая часть в конечном итоге вернется на поля, обогащая почву углеродом и питательными веществами.
Но биомасло компания закачивает в глубокие скважины, регулируемые Агентством по охране окружающей среды (EPA) для захоронения промышленных отходов, или в соляные каверны, оставшиеся после добычи нефти и газа. В Charm утверждают, что там масло затвердевает, связывая углерод на тысячи и миллионы лет, который иначе попал бы в атмосферу, если бы фермеры сжигали остатки урожая или оставляли их гнить.
Такие компании, как Microsoft, Shopify и Stripe, платят Charm по 600 долларов за каждую тонну углерода, захороненного под землей. Это делается либо для компенсации собственных выбросов, либо для поддержки отрасли, которая должна сыграть решающую роль в смягчении последствий изменения климата, извлекая огромные объемы парниковых газов из воздуха и утилизируя их.
Стартап из Сан-Франциско занимается секвестрацией углерода таким образом уже два года. В конце прошлого года компания объявила, что процесс безопасно заблокировал почти 5 500 тонн CO2, заявив, что это крупнейший объем долгосрочного удаления углерода, когда-либо реализованный. Однако это лишь крошечная доля миллиардов тонн в год, которые, по прогнозам климатологов, миру придется удалять в ближайшие десятилетия, чтобы вернуть нагревающуюся планету в более безопасную зону. Существует множество вопросов и опасений относительно надежности, масштабируемости и экономической эффективности этого подхода.
Компания обошла конкурентов в основном благодаря простоте своего подхода. Она использует сельскохозяйственные культуры для улавливания углерода и существующие геологические формации для хранения. Charm не требуется строить масштабные заводы, что позволяет избежать ряда проблем с разработкой, разрешением и капиталом, с которыми сталкиваются такие стартапы, как Climeworks или Carbon Engineering, пытаясь возвести собственные фабрики по извлечению CO2.
Но раннее лидерство в области, которая едва существует, не обязательно говорит о том, как компания будет развиваться по мере роста рынка. Примечательно, что следующее поколение установок для прямого улавливания воздуха, которые скоро будут введены в эксплуатацию, рассчитаны на удаление миллиона тонн в год — в 180 раз больше, чем достигла Charm на данный момент.
Масштабирование также сопряжено с очевидными проблемами: ростом затрат на транспортировку отходов от полей до скважин, конкурентным спросом на сельскохозяйственные побочные продукты, на которые они полагаются, и вопросами о чистом объеме углерода, который удается уловить их методом.
Кроме того, компания столкнется с тем же риском, что и другие молодые компании в сфере удаления и хранения углерода: они делают ставку на то, что крупные корпорации будут готовы и дальше нести высокие расходы на очистку атмосферы, и что правительства примут необходимые законы для развития этого дорогостоящего сектора.
### Кукурузные стебли в углеродные кредиты
Генеральный директор Charm, 32-летний Питер Рейнхардт, ранее возглавлял Segment — компанию по разработке программного обеспечения для работы с данными клиентов, которую Twilio приобрела в 2020 году за 3,2 миллиарда долларов. Он начал изучать методы удаления углерода в качестве способа компенсации выбросов Segment, первоначально рассматривая, например, финансирование защиты тропических лесов.
В 2018 году Рейнхардт и еще трое основали Charm (сложение слов «char» — обугливание и «farm» — ферма), чтобы построить бизнес вокруг того, что они сочли более многообещающим подходом. Первоначальный план заключался в газификации биомассы — процессе, схожем с пиролизом, но при более высоких температурах, — для получения биоугля и водорода. Они ожидали, что именно водород станет основным источником дохода.
Однако компания обнаружила, что сбор и транспортировка биомассы на централизованную установку для газификации обходятся слишком дорого, поскольку, как отмечает Рейнхардт в своем твите, биомасса «слишком пушистая». Она объемная, тяжелая и неудобная для обработки и перемещения — горький урок, который компании-производители биотоплива усвоили более десяти лет назад.
В 2020 году главный научный сотрудник компании, соучредитель Шон Михан, предложил гениальную идею: если компания готова пойти на то, что Рейнхардт называет «недоделанной газификацией» с получением биомасла вместо водорода, то оборудование может поместиться в кузове полуприцепа. Тогда компания сможет подъезжать прямо к фермам и проводить процесс на краю полей.
Сейчас Charm, в штате которой около 30 сотрудников, платит фермерам за возможность забирать ненужные растительные остатки после сбора урожая. Компания также рассматривает возможность проведения того же процесса с деревьями и растениями, удаленными из лесов — например, для предотвращения пожаров или после засух. Отдельно компания начала изучать, можно ли использовать получаемое биомасло для очистки сталелитейного и чугунолитейного производства, самого «грязного» промышленного сектора (см. связанную статью).
Бизнес-модель не имела бы смысла в другое время (и, возможно, не имеет и в это). Но растущее число компаний готово платить высокую цену за удаление и хранение углерода в качестве способа сбалансировать собственные выбросы, поддержать развивающийся рынок или в форме климатической филантропии. На сегодняшний день около 40 организаций приобрели у компании тонны удаленного углерода.
Рейнхардт заявляет, что компания рассчитывает в конечном итоге снизить стоимость до 50 долларов за тонну удаленного и захороненного диоксида углерода по мере масштабирования операций. Во-первых, компания планирует создать парк полуприцепов, оснащенных высокопроизводительными и быстрыми пиролизерами собственной разработки. В дальнейшем компания надеется создать тип уборочной машины с интегрированным пиролизером, которая сможет собирать и перерабатывать остатки урожая прямо на полях, исключая затраты на сбор, упаковку и транспортировку материала.
### Сложная экономика
Подход Charm к удалению и хранению углерода имеет ряд преимуществ по сравнению с другими методами, отмечают наблюдатели.
Он обещает очень длительное связывание углерода, в то время как такие варианты, как посадка деревьев или изменение методов ведения сельского хозяйства для увеличения содержания углерода в почве, могут быть быстро обращены вспять, когда деревья умирают или поля обрабатываются.
Он предотвращает выбросы, которые произошли бы во многих случаях.
И он может уменьшить некоторое загрязнение воздуха, связанное со сжиганием сельскохозяйственных отходов. Например, калифорнийским фермерам разрешено делать это в определенные периоды для утилизации обрезков из садов, деревьев, сорняков и многого другого.
По словам Лорен Гиффорд, научного сотрудника Университета Аризоны, специализирующегося на углеродных компенсациях и климатическом управлении, компания, по-видимому, «инновационно обслуживает рынок, удовлетворяя множественные потребности посредством одного вмешательства», — сказала она в электронном письме.
CarbonPlan, некоммерческая организация из Сан-Франциско, оценивающая надежность методов удаления углерода, также высоко оценивает описанный подход Charm.
Но учет углерода и экономика компании могут сильно зависеть от конкретных культур или деревьев, а также от того, что фермеры или лесоводы сделали бы с растительными остатками в противном случае.
Кукурузоводы, например, оставляют значительное количество остатков урожая. Они оставляют их на полях для предотвращения эрозии и удержания влаги, а также запахивают, чтобы вернуть питательные вещества и углерод в почву.
Определить оптимальное количество, которое следует оставить, сложно: это зависит от севооборота, состояния почвы, погодных условий, уклона поля и других факторов. Но фермеры, как правило, придерживаются консервативного подхода, чтобы избежать затрат на синтетические добавки, — говорит Чед Харт, профессор экономики из Университета штата Айова.
«Они стараются оставить на земле как можно больше», — отмечает он.
Остатки, которые они собирают в тюки, часто продаются местно в качестве дополнительного корма для скота или подстилки.
Вопрос в том: насколько масштабируемым окажется подход Charm в долгосрочной перспективе, если фермеры уже используют и продают большую часть этого материала?
Харт добавляет, что транспортировка биомасла между фермами, в основном на Великих равнинах, и соляными кавернами, сконцентрированными на Юге, может стать существенной статьей расхода.
«Поддержит ли углеродный рынок это?» — задается вопросом он.
Кроме того, растущий спрос на сельскохозяйственные остатки может поднять цену. Другие компании используют их для производства топлива или электроэнергии на заводах, спроектированных для улавливания любых возникающих выбросов. К ним относятся LanzaJet, Mote Hydrogen и совместное предприятие Chevron, Schlumberger New Energy, Microsoft и Clean Energy Systems.
### Безопасность скважин
Также существуют вопросы относительно зависимости Charm от соляных каверн и нагнетательных скважин США, которые неоднократно давали течи в прошлом, несмотря на надзор и регулирование.
Биомасло, полученное из растительных материалов, имеет иную химическую структуру, чем нефть и природный газ, хранящиеся в соляных кавернах, и могут потребоваться годы работы, чтобы доказать, что оно может быть безопасно и необратимо секвестировано, — говорит Саид Салехи, профессор нефтяного и геологического машиностроения из Университета Оклахомы, специализирующийся на целостности скважин и геологическом хранении углерода.
«Я не думаю, что у нас достаточно данных или установленных практик администрирования на местах, чтобы сказать, что это будет на 100% безопасно, или что мы полностью осведомлены обо всех рисках», — отмечает он.
Он полагает, что Charm также потребуется пройти длительные процедуры лицензирования в EPA или у других регуляторов, прежде чем она сможет закачивать большие объемы биомасла в эти каверны.
Рейнхардт оспаривает опасения по поводу транспортировки, заявляя, что существует множество скважин или формаций в США, которые «должны быть пригодны для закачки биомасла», в том числе многие на Среднем Западе и Великих равнинах.
Он добавляет, что большая часть технической работы Charm до сих пор была сосредоточена на стороне секвестрации углерода, включая анализы для определения наилучшей подземной химии и геологии для затвердевания и связывания биомасла.
Но он подчеркивает, что биомасло — это плотная жидкость, которая уже вписывается в нормативный процесс для тех типов скважин и каверн, которые рассматривает Charm, и что компания соблюдает передовые практики и требования EPA по предотвращению утечек. Чтобы помочь компании «разработать соответствующие пути для безопасной и постоянной закачки», он сообщил в электронном письме, что они наняли консультантов, которые ранее получали разрешения, строили и эксплуатировали нагнетательные скважины.
«Мы, безусловно, продолжим инвестировать в полевые и лабораторные измерения, а также в вычислительную работу, чтобы постоянно совершенствовать наше понимание того, что происходит под землей», — добавил Рейнхардт.
### Учет углерода
Затем возникает вопрос подсчета климатической выгоды и затрат.
Количество чистого углерода, которое улавливает процесс, зависит от того, что произошло бы с растительным материалом в ином случае. Например, культуры, которые вспахиваются, и деревья, превращенные в древесину, также могут связывать углерод в течение определенного времени. Более того, Charm сама производит выбросы — например, при использовании дизельного топлива для инициирования процесса пиролиза и перевозке биомасла грузовиками.
И расчеты становятся еще сложнее в больших масштабах. Если Charm и другие компании скупят большое количество кукурузных остатков, производители говядины могут быть вынуждены перейти на другие источники дешевого корма, в том числе на культуры, выращенные специально для этого. Если рынок сильно накалится, это может даже создать экономические стимулы для фермеров расширять свои операции.
Компании необходимо будет учитывать любые выбросы или конверсию земель, вызванные этим процессом.
Рейнхардт заявляет, что Charm будет забирать только половину сельскохозяйственных материалов с любого поля, и отмечает, что добавление полученного биоугля и золы в почву улучшит ее состояние. Он добавляет, что конкурирующее использование кукурузных остатков зависит от региона, но большая их часть не продается и не запахивается, оставаясь гнить и выделять углекислый газ.
Но он подчеркивает, что Charm должным образом учтет альтернативное использование, изменения в землепользовании и эти другие факторы.
Внутренние расчеты компании по углероду показывают, что при использовании собственных пиролизеров процесс в целом удаляет эквивалент 0,85 тонны диоксида углерода на каждую тонну биомассы. Рейнхардт заявляет, что Charm улучшит эти показатели со временем, перейдя с дизеля на углеродно-нейтральный синтез-газ для инициирования процесса пиролиза, оптимизируя свои пиролизеры для преобразования растительного сырья в биомасло, и в конечном итоге перейдя на электрические грузовики.
### Роль правительства
Роберт Хёглънд из Marginal Carbon AB, консалтинговой фирмы, специализирующейся на удалении углерода и климатической политике, говорит, что клиенты Charm сегодня платят внушительные 600 долларов за тонну, чтобы «дать толчок» этому подходу, делая ставку на то, что компания сможет снизить затраты. Но он отмечает, что неясно, станет ли метод Charm одним из самых эффективных, масштабируемых или доступных в долгосрочной перспективе, или же он будет лучшим использованием этой биомассы по мере роста потребности во все большем количестве возобновляемых источников энергии.
Также маловероятно, что корпорации продолжат закупать достаточное количество удаленного углерода, чтобы достичь миллиардов тонн в год, которые в конечном итоге могут потребоваться как для стабилизации температуры планеты, так и для поддержки возникающих бизнесов по извлечению парниковых газов из воздуха.
По сути, инвесторы и стартапы делают ставку на то, что правительства примут законы, субсидирующие, стимулирующие или предписывающие эту практику. Рейнхардт, в свою очередь, признает, что государственная политика будет иметь решающее значение для развития рынков удаления углерода, которые позволят его компании и другим процветать.
Он заявляет, что Charm работает над информированием законодателей в Калифорнии и Вашингтоне, округ Колумбия, призывая к большей поддержке зарождающегося сектора, а также к созданию технологически нейтральных правил, пока исследователи и компании изучают множество путей.
«Корпоративные покупатели, такие как Microsoft, Stripe и Shopify, достигнут лишь определенного масштаба, после чего должно вмешаться регулирование», — сказал Рейнхардт в электронном письме, добавив: «В этой сфере произошло так много инноваций, и нам просто нужно их разблокировать».
