Улавливание углекислого газа из водорослей и его хранение в биоугле

Водоросли, выращенные в море у побережья Трёнделага (Норвегия), будут превращены в биоуголь для улучшения сельскохозяйственных земель. Новый метод улавливания и хранения углерода испытывают норвежские исследователи.

Водоросли обладают выдающейся способностью поглощать CO₂, и, по мнению исследователя научного института SINTEF Юрунн Скьермо, нам следует научиться использовать этот процесс.

«Наши текущие планы по сокращению выбросов просто недостаточны. Если мы хотим достичь целей по смягчению последствий изменения климата, у нас нет времени на потерю в удалении CO₂ из атмосферы», — говорит Скьермо.

Улавливание углерода в море

Процесс создания биоугля из водорослей начнётся на суше с выращивания рассады макроскопических водорослей на верёвках. Это будет происходить в лабораториях SINTEF в Тронхейме и в компании из Нидерландов, что позволит сравнить два разных подхода. Осенью верёвки будут установлены на ферме по выращиванию в проливе Фрохавет у побережья Фосена в Трёнделаге.

Водоросли медленно растут в тёмные сезоны, но с отступлением зимы и увеличением светового дня рост ускорится. Именно в этот период водоросли поглощают CO₂, и следующим летом их можно будет собирать.

Поскольку концентрации углекислого газа в атмосфере и океанах находятся в равновесии, улавливание углерода из моря имеет тот же эффект, что и из воздуха.

Фиксация углерода

После сбора водоросли высушивают, а затем с помощью пиролиза превращают в биоуголь. Это достигается путём нагревания примерно до 600°C в бескислородной атмосфере. Этот процесс изменяет молекулярную структуру и стабилизирует углерод. Полученный биоуголь устойчив к разложению грибами и микроорганизмами.

Стадия пиролиза будет проводиться в лабораториях SINTEF Energy Research и на коммерческом предприятии.

Влияние биоугля на пахотные земли будет протестировано в Сельскохозяйственном колледже Мэре в Стейнкьере.

Улучшение почвы

«Получение биоугля из водорослей позволяет улавливать и хранить CO₂, а также даёт продукт, в котором есть потребность», — говорит Юрунн Скьермо, возглавляющая исследовательскую часть проекта под названием Seaweed Carbon Solutions JIP (Joint Industry Project).

Добавление биоугля в почву призвано повысить её пористость и влагоудерживающую способность, а также создать благоприятные условия для роста микроорганизмов. В сочетании с удобрением, также получаемым из водорослей, смесь снабжает почву полезными питательными веществами.

В открытом море

Морская ферма по выращиванию водорослей представляет собой сеть прочных верёвок (тросов), на которых растут водоросли, подвешенные к большим поплавкам. Ферма будет закреплена на морском дне. Большинство подобных объектов в Норвегии расположены близко к берегу, но есть много причин, по которым SINTEF хочет установить испытательный объект в открытом океане, несмотря на вероятность более суровых погодных условий.

«Моделирование показывает, что урожайность водорослей будет выше, чем дальше мы от побережья. Мы получим больше водорослей на метр верёвки. Отчасти это связано с тем, что период доступа к богатой питательными веществами воде будет длиннее. Температура воды более стабильна, а солёность практически постоянна», — объясняет Скьермо.

Полномасштабное производство к 2030 году

Испытательный объект займёт площадь 650 декаров (6.5 га), ожидается производство около 600 тонн водорослей, которые, в свою очередь, дадут 25 тонн биоугля. SINTEF подсчитал, что объект размером в один квадратный километр будет производить 20 000 тонн водорослей в год, что эквивалентно улавливанию 3000 тонн CO₂.

«Я считаю реалистичным масштабировать этот подход до промышленного объекта к 2030 году», — говорит Скьермо.

«Придётся построить завод по производству биоугля из водорослей. Возможно, лучшим подходом будет разместить такой завод рядом с металлургическим или другим промышленным предприятием, которое может быть источником избыточного тепла. Не весь углерод в водорослях можно превратить в биоуголь, поэтому на таком заводе должна быть установлена система улавливания и хранения побочного CO₂ от процесса пиролиза».

Скьермо убеждена, что выращивание водорослей превратится в значительную отрасль. Норвегия имеет протяжённую береговую линию, большие площади открытого океана, благоприятные природные условия для роста, высокий уровень морской экспертизы и легкий доступ к чистой энергии.

Всё стоит денег

Производство биоугля из водорослей также приведёт к новым выбросам CO₂. Однако исследователи полагают, что общий объём сокращений будет значительно выше.

Выращивание водорослей и производство биоугля будут дорогими. Какова же экономика?

«Никто не достигает значительного сокращения выбросов CO₂ бесплатно. Многое будет зависеть от того, как власти оценят преимущества с точки зрения смягчения последствий изменения климата. Преимущество этого подхода к улавливанию и хранению в том, что он также создаёт продукт, который предлагает новый источник дохода», — говорит Скьермо.

Скьермо подчёркивает, что необходимо провести тщательную оценку размещения ферм по выращиванию водорослей, чтобы избежать конфликтов в плане конкуренции за пространство.

Избегание конфликтов

«Крайне важно использовать способность биомассы связывать CO₂. Это означает изучение всех доступных нам вариантов. Улавливание углерода в море с использованием водорослей более эффективно, чем с использованием растений на суше, и доступная площадь потенциально очень обширна. Нам придётся изучить, какие подходы предлагают наибольшую выгоду и наименьший уровень конфликтов. Необходимо учитывать множество факторов. Открытый океан также имеет много пользователей, и будет конкуренция за пространство».

Ферма у побережья Трёнделага — хороший пример, поскольку она расположена между морской охраняемой территорией, военным полигоном, рыболовным угодьем и судоходным маршрутом.

Инновационная концепция

Йоханна Трюггвасон Хосен из SINTEF Ocean выступает менеджером проекта в целом и считает концепцию уникальной.

«То, чего мы достигнем в плане улавливания углерода с помощью выращивания водорослей, инновационно, невероятно увлекательно и локализовано с точки зрения используемого сырья. Проект основан на многолетних исследованиях и опыте использования водорослей. Зелёный переход потребует высокого уровня инноваций», — говорит Хосен, которая хвалит партнёров проекта за их вклад и обширные междисциплинарные знания.

Партнёрами SINTEF в этом проекте являются DNV, Aker BP, Equinor, Wintershall Dea и Ocean Rainforest — компания с Фарерских островов, которая сочетает выращивание водорослей со строительством культивационных установок.