АСБЕСТ МОЖЕТ ПОМОЧЬ В БОРЬБЕ С ГЛОБАЛЬНЫМ ПОТЕПЛЕНИЕМ (ИМЕННО ТАК, ВАМ НЕ ПОКАЗАЛОСЬ)
Источник: technologyreview.com
Ученые исследуют способы использования минеральных отходов из шахт для поглощения больших объемов углекислого газа из воздуха.

Жарким августовским днём этого года Калеб Вудолл взмахнул лопатой, как копьем, вонзив ее в грубую корку наполненного асбестом открытого месторождения вблизи города Коулинг в Калифорнии.

Вудолл, аспирант Вустерского политехнического института в штате Массачусетс, собирал образцы на асбестовом месторождении, закрытом еще в 1980 году - на самой высокой точке горного хребта Диабло. Он собрал килограммы материала из нескольких мест вокруг горы Сан-Бенито, пересыпал их в зип-пакеты и прислал в несколько лабораторий для анализа.

Вудолл и его коллеги пытаются определить состав и структуру материалов, взятых с месторождения, чтобы ответить на два важнейших вопроса: сколько углекислого газа они содержат и сколько еще они могли бы вобрать?

Огромная площадь поверхности определенных видов волокнистого асбеста раньше активно использовались для изготовления термостойких строительных материалов. Это свойство делает их особенно хорошими для поглощения молекул углекислого газа, растворенных в дождевых водах или в воздухе.

К таким видам относится распространенный тип асбеста - хризотил, минерал группы серпентина. В результате реакции с диоксидом углерода преимущественно образуются минералы карбоната магния, например, магнезит - устойчивый материал, который может остановить накопление парникового газа. Вудалл и его научная руководительница Дженнифер Уилкокс, исследовательница углеродных выбросов, принадлежат к ученым (количество которых сейчас стремительно растет), изучающих методы ускорения этих медленных реакций в надежде найти способ использования горных отходов в борьбе с изменениями климата. Этот прием также действенный с богатыми кальцием и магнием побочными продуктами добычи никеля, меди, алмазов и платины.

Наибольшую надежду ученые возлагают на компенсацию больших объемов углерода, образовавшегося в результате добычи полезных ископаемых, используя эти, уже добытые минералы. Первые исследования позволяют понять, как эффективно и с наименьшим вредом для окружающей среды добывать полезные ископаемые, включая асбест, особенно если глобальная цель - уменьшение объема парниковых газов в атмосфере.

«Декарбонизация шахт в ближайшее десятилетие учит нас, как в принципе добывать ископаемые с минимизацией негативных выбросов», - говорит Грегори Диппл, профессор Университета Британской Колумбии и один из ведущих исследователей в этой области.

УСКОРИТЬ ОЧЕНЬ МЕДЛЕННЫЙ ЦИКЛ

Комиссия ООН по устойчивому развитию обнаружила, что любой вариант развития событий, не нагревающий планету более чем на + 1,5 ° C, потребует устранения последствий этих выбросов до середины века, а также удаления от 100 млрд до 1 триллиона тонн углекислого газа из воздуха уже в этом веке. Чтобы глобальное потепление не превышало + 2 ° C, может понадобиться поглощение 100 млрд тонн в год к 2050 году и 200 млрд ежегодно - до 2100 года.

Это настолько большой объем, что нам стопроцентно придется искать различные методы, чтобы достичь положительных показателей - в том числе, высаживать новые деревья и увеличивать поглощение углерода сельскохозяйственными почвами. Использование минералов как способ уменьшения объема углекислого газа особенно обнадеживающее, ведь их можно использовать в больших масштабах - и они эффективно будут удерживать углекислый газ вечно.

Минерализация - это основной механизм, который природа использует в так называемом «медленном углеродном цикле». Диоксид углерода в дождевой воде растворяет основные горные породы, образуя магний, кальций и другие соединения, которые впоследствии попадают в океаны. Там они превращаются в раковины и кораллы, которые со временем трансформируются в известняк и другие типы горных пород.

Минералов на Земле - более чем достаточно, чтобы связать весь углекислый газ, который когда-либо производило человечество. Проблема заключается в том, что подавляющее большинство из них содержится в твердой породе, не контактирует непосредственно с парниковым газом, а кроме того, нужно много времени, чтобы произошли нужны реакции.

Но существуют различные способы искусственного ускорения естественного медленного круговорота углерода. Например, такие физические процессы, как обычная добыча минералов, их измельчение и распределение их тонкими слоями, что одновременно увеличивает поверхность взаимодействия с углекислым газом. Существуют также способы ускорить химические реакции с помощью нагрева или добавления кислот.

«Это большой неиспользованный потенциал, который может вывести огромные объемы СО2», - говорит Роджер Айнес, глава Инициативы из углерода Ливерморской национальной лаборатории им. Е. Лоуренса, который сопровождал Вудолл во время полевых исследований в Калифорнии.

ПРАВИЛЬНЫЙ РЕЦЕПТ

Профессор Диппл изучает различные способы реализации идеи использования минералов в уменьшении парниковых газов. В прошлогоднем пилотном проекте, который финансировался алмазодобывающей компанией De Beers и Министерством природных ресурсов Канады, он и его коллеги использовали отвалы из шахты на Северо-Западных Территориях Канады для поглощения углекислого газа, который выделялся из специального резервуара. Суть исследования заключалась в оценке возможности использования полезных ископаемых для улавливания и хранения углекислого газа из выбросов электростанции.

Сейчас команда ученых проводит полевые исследования по использованию минералов на заводе по производству никеля в Британской Колумбии. Ученые разместили отходы разведочного бурения в различные контейнеры и измеряют скорость реакции, возникающей в результате использования различных химических добавок и процессов при различных погодных условиях. Ожидается, что добавление воды и эффективная обработка материалов приведут к быстрому удалению углекислого газа из воздуха и образования сплошных твердых блоков, которые можно похоронить глубоко в землю.

Поскольку предложенная работа рассчитана преимущественно на гидроэлектростанции, ученые считают, что использование 30% наиболее реактивных отвалов шахт сделает добычу электроэнергии таким образом углеродно нейтральным, а 50% - углеродно отрицательным.

Но не все отвалы шахт одинаковы. В отдельном проекте Уилкокс и Вудолл исследуют шахты платины, палладия и никеля в Монтане, надеясь разработать способы ускорения реакций поглощения углерода с помощью менее идеальных продуктов добычи полезных ископаемых. Основные минералы в таких отвалах - полевые шпаты плагиоклаза, которые содержат магний и кальций в плотной химической структуре, в результате чего они менее реактивные, чем другие виды шахтных отходов. В лаборатории ученые экспериментируют, проверяя, может ли нагрев, добавление солей аммония и некоторых слабых кислот расщеплять связи, освобождая большее количество кальция и магния для поглощения углекислого газа.

«Если мы сможем открыть универсальный рецепт для различных типов отвалов, это будет бомба», - убежден Уилкокс.

СЛЕДУЮЩИЕ ШАГИ

Вудолл изучает асбестовые залежи, поскольку он надеется найти идеальное место следующих полевых исследований для изучения способов ускорения поглощения углерода. К ним, например, могут принадлежать такие: равномерное распределение материала для увеличения площади поверхности реакции, запуск специальных вентиляторов, увеличивают количество воздуха, которое взаимодействует с асбестом, или же непосредственная закачка концентрированного углекислого газа в шахты открытых месторождений.

«Со временем эти процессы сформируют смесь свободно связанных пород и грязи, которая, в основном, будет состоять из карбонатов магния, бикарбоната и карбоната кальция, которые можно просто оставить на месте», - говорит Роберт Айнес.

ВЫЗОВЫ

Собственно, шахтные отвалы сами по себе не могут стать успешным комплексным решением проблемы глобального потепления.

Вудолл подсчитал, что одна асбестовая шахта в Вермонте, содержащий около 30 млн тонн отходов, может поглотить до 12 млн тонн углекислого газа. По данным исследования Национальных академий, шахты во всем мире производят достаточное количество минеральных побочных продуктов для улавливания почти 40 млн тонн углекислого газа в год.

Однако все это лишь крошечная доля углекислого газа, поглощение которой, безусловно, не может повлиять на окончательное решение проблемы глобального потепления. Для эффекта необходимых масштабов нужно добыть еще больше минералов. Вудолл и Ейнс уверяют, что асбест может быть особенно эффективным в поглощении углекислого газа, учитывая, насколько он реактивный.

Другие исследовательские группы и некоммерческие организации уже рассматривают способы использования дополнительных полезных ископаемых после их добычи, например, распределение оливина вдоль пляжей или посыпки базальтовым пылью сельскохозяйственных угодий для поглощения углекислого газа и удобрения.

Однако увеличение добычи любых полезных ископаемых неизбежно повлечет ряд экологических проблем. Вся энергия, необходимая для получения, измельчения, распределения и переработки минеральных веществ, будет «съедаться» за счет уменьшения выбросов.

Например, в июльской публикации в Nature Communications говорится, что для поглощения 2,5 млрд тонн СО2 в год с использованием оксида магния понадобится слой толщиной 10 сантиметров, который покроет около 15000 квадратных километров - это чуть больше Ивано-Франковской области.

Но главная проблема - это стоимость. Дженнифер Уилкокс заявляет, что цена может превышать 200 долларов за тонну, а это значительно дороже, чем, к примеру, высадка новых деревьев.

Вполне возможно, что некоторые материалы можно добавлять в состав коммерческих изделий, например, к железобетону, это частично компенсирует расходы. Существует также определенный уровень добровольных компенсаций выбросов углерода, когда корпорации платят, чтобы сбалансировать свой «вклад» в глобальное потепление. Однако достижения масштабов в миллиарды тонн, по мнению большинства ученых, приведет к агрессивной государственной политике, которая будет устанавливать высокие цены на загрязнение углеродом или поощрять его устранение.