Биоэнергетика со связыванием и хранением углерода (англ. BECCS ) — гипотетический метод удаления CO2 из атмосферы с целью смягчения глобального потепления.
Он предполагает получение энергии за счёт сжигания топлива, получаемого из растений, в сочетании с захватом и захоронением образующегося CO2. Поскольку углерод, содержащийся в растениях, усваивается ими из атмосферы в процессе фотосинтеза, захоронение CO2, полученного входе сжигания биомассы, должно приводить к снижению содержания CO2 в атмосфере. Для воздействия на климат, процесс должен осуществляться в глобальных масштабах. В настоящее время метод не применяется, перспективы его практической реализации являются предметом споров.
Извлечение CO2 из атмосферы в общем контексте климатической политики Несмотря на широко признанную необходимость ограничить глобальное потепление величиной 2 °С (см. Парижское соглашение (2015) ), продолжение роста эмиссии CO2 быстро уменьшает шансы успешного решения этой задачи. Величина потепления определяется количеством CO2, накопленного в атмосфере (см. Эмиссионный бюджет СО2). Порог потепления 2 °С означает, что за ограниченный период времени должна быть достигнуто состояние, при котором потребности в энергии будут удовлетворяться без добавления CO2 в атмосферу, что является большим вызовом для цивилизации. Математика эмиссионного бюджета ведёт к темпам снижения эмиссии 10-15% в год для развитых стран.Raupach et al 2014 (PDF) Такие снижения эмиссии требуют радикальных преобразований многих сторон жизни общества, они редко рассматриваются. Большая часть сценариев МГЭИК, основанных на климатических моделях, вместо этого предполагает возможность «отрицательной эмиссии», то есть извлечения CO2 из атмосферы во второй половине столетия. «Отрицательная эмиссия», согласно таким сценариям, должна будет осуществляться в условиях большего, чем сейчас, воздействия глобального потепления, истощения природных ресурсов и деградации экосистем, истощения почвChris Arsenault: «Если продолжится деградация почв, нам осталось собрать 60 урожаев» Only 60 Years of Farming Left If Soil Degradation Continues Scientific American, December 5, 2014 и ограничения возможностей получения энергии только возобновляемыми источниками. Возможность продолжения «дел как обычно» сегодня и в ближайшем будущем достигается за счёт надежд на неподтверждённые технические решения и экстраординарные меры, осуществляемые в отдалённом будущем. Вопрос о правомерности такого подхода имеет (кроме научного) и очевидный моральный аспект. В связи с этим BECCS подвергается критике со стороны Гринпис и других экологических организаций. В то же время бизнес на ископаемом топливе поддерживает BECCS, зачастую используя его как средство легитимизации своих находящихся под угрозой уценки углеродных активов.Andy Skuce A Miss by Myles: Why Professor Allen is wrong to think carbon capture and storage will solve the climate crisis
Связь демонстрационных проектов BECCS с добычей нефти Повышение отдачи нефти (англ. EOR) — извлечение дополнительных количеств нефти из выработанных месторождений за счёт закачки CO2 в скважины. Эта практика находит себе применение в нефтедобыче с 1972 года. После того, как глобальное потепление стало предметом общественного интереса, проекты EOR с применением CO2, как правило, стали классифицироваться как разновидность связывания и хранения углерода, потенциального средства решения климатической проблемы. CO2, смешиваясь с нефтью, снижает её вязкость и повышает давление в пласте, его использование позволяет извлечь дополнительно 5-15 % нефти из истощённых месторождений. В США нефтяные компании закачивают в скважины около 50 млн. т. CO2 в год, что позволяет получать около 5% всей добываемой в стране нефти.Oil and Gas Journal, April 19, 2010 По мере истощения месторождений зависимость нефтедобычи от использования CO2 растёт. Большая часть CO2 берётся из природных резервуаров, их редкость и неудобство транспортировки ограничивают применение этого метода. Нефтяной бизнес в высокой степени заинтересован в устойчивом и дешёвом источнике больших количеств CO2.Fact Sheet: CO2 Enhanced Oil Recovery (PDF) Тенденции развития проектов BECCS ясно демонстрируют их зависимость от этой потребности нефтяной индустрии. Как минимум 80 % проектов BECCS в США (включая планируемые) предполагают использование CO2 от производства этанола для извлечения нефти. Из 14 действующих демонстрационных проектов связывания и хранения углерода только 3 не связаны с EOR. Помимо того, что сжигание этой нефти даёт больше CO2, чем используется для её извлечения, от 30 до 70 % закачанного в скважины CO2 возвращается на поверхность вместе с нефтью.L.D. Carter Enhanced Oil Recovery & CCS (PDF) Теоретически весь возвратный CO2 можно утилизовать и вновь закачать в скважины, на практике же имеются многочисленные возможности для его выбросов в атмосферу на разных стадиях технологического процесса, включая вентиляцию скважин для обслуживания. По данным источников, связанных с нефтяной отраслью, потери CO2 на этапе возврата на поверхность с нефтью составляют 30,4 % от его общего количества.Rich Wong, Adam Goehner, Matt McCullach Net greenhouse gas impact of storing co2 through enhanced oil recovery (EOR) , Pembina Institute, 2013 Несмотря на то, что такое использование СХУ очевидным образом противоречит заявленной цели ограничения глобального потепления, его лоббисты активно требуют поддержки за счёт средств налогоплательщиков. Так, например, американский «Центр климатических и энергетических решений» выдвинул инициативу о предоставлении налогового кредита и других льгот EOR, заявляя о возможности извлечь в дополнение к уже добытым в США 25 млрд. т. нефти ещё 60 млрд. т., что, по их мнению, «укрепит энергетическую безопасность США, создаст новые рабочие места и снизит эмиссию CO2».CO2-EOR and Agriculture (PDF) , The National Enhanced Oil Recovery Initiative
Биоэнергетика Возможности масштабирования Биоэнергетика часто рассматривается как потенциально широкомасштабная «углеродно-нейтральная» замена ископаемого топлива. Например, Международное энергетическое агентство рассматривает биоэнергию в качестве потенциально источника более чем 20 % первичной энергии к 2050 годуInternational Energy Agency (2008), Energy technology perspectives: Scenarios and strategies to 2050. IEA, Paris. , доклад Секретариата РКИК ООН оценивает потенциал биоэнергетики величиной 800 эксаджоулей в год (EJ / год )UNFCC Secretariat (2008), Challenges and opportunities for mitigation in the agricultural sector, Technical Paper (FCCC/TP/2008/8, Geneva) (PDF) , p. 23., что значительно превышает нынешнее мировое энергопотребление. В настоящее время человечество использует около 12 млрд. т. растительной биомассы в год (снижая доступную для наземных экосистем биомассу на 23,8 %), ее химическая энергия составляет всего 230 EJ. Существующие практики сельского хозяйства и лесоводства не увеличивают общее производство биомассы на планете, лишь перераспределяя его от натуральных экосистем в пользу человеческих потребностей.По данным за 2000 год человеческая деятельность снижает годовое производство биомассы не планете на 9,6 %. См. Haberl et al. (2007) (PDF) Удовлетворение за счёт биотоплива 20 — 50 % потребности в энергии означало бы увеличение количества биомассы, получаемой на землях сельскохозяйственного назначения в 2 — 3 раза. Наряду с этим необходимо будет обеспечивать продовольствием возрастающее народонаселение. Между тем уже нынешний уровень сельскохозяйственного производства затрагивает 75 % свободной от пустынь и ледников земной поверхности, что приводит к непомерной нагрузке на экосистемы и значительной эмиссии СО2.European Environment Agency Scientific Committee. Opinion on Greenhouse Gas Accounting in Relation to Bioenergy. September 15, 2011 (PDF) Возможность в будущем получать большие количества дополнительной биомассы, таким образом, является весьма проблематической.
«Углеродная нейтральность» биоэнергетики BECCS основан на представлении, что биоэнергетика обладает свойством «углеродной нейтральности», то есть получение энергии из растений не приводит к добавлению CO2 в атмосферу. Эта точка зрения критикуется учёными Fixing a Critical Climate Accounting Error Searchinger et al, Science, Vol. 326, October 23, 2009 (PDF) , но присутствует в официальных документах Евросоюза. В частности, она лежит в основе директивыDIRECTIVE 2009/28/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009 on the promotion of the use of energy from renewable sources and amending and subsequently repealing Directives 2001/77/EC and 2003/30/EC (PDF) о повышении доли биоэнергетики до 20 % и биотоплива на транспорте до 10 % к 2020 году. Вместе с тем имеется растущий объем научных свидетельств, ставящих под сомнение этот тезис. Выращивание растений для производства биотоплива означает, что земельные угодья должны быть изъяты и освобождены от другой растительности, которая могла бы естественным образом извлекать углерод из атмосферы. Кроме того, многие стадии технологического процесса производства биотоплива также приводят к эмиссии CO2. Работа оборудования, перевозки, химическая переработка сырья, нарушение почвенного покрова неизбежно сопровождаются выбросами CO2 в атмосферу. Итоговый баланс в ряде случаев может быть хуже, чем при сжигании ископаемого топлива. Другой вариант биоэнергетики предусматривает получение энергии из различных отходов сельского хозяйства, деревообработки и т. п. Он означает изъятие этих отходов из приходной среды, где при естественном развитии событий содержащийся в них углерод, как правило, мог бы в процессе гниения перейти в почву. Вместо этого он при сжигании выбрасывается в атмосферу.
Интегральные оценки технологий биоэнергетики на основе жизненного цикла дают большой разброс результатов в зависимости от того, учитываются или нет прямые и косвенные изменения в землепользовании, возможности получения побочной продукции (например, корма для скота), парниковая роль закиси азота от производства удобрений и другие факторы. Согласно Farrell и др. (2006) эмиссия биотоплива из зерновых культур ниже эмиссии обычного бензина на 13 %. Исследование Агентства по охране окружающей среды США показывает, что при временном «горизонте» 30 лет биодизель из зерна в сравнении с обычным топливом даёт диапазон от сокращения на 26 % до увеличения эмиссии на 34 % в зависимости от принятых допущений.
«Углеродный долг» Использование биомассы в электроэнергетике сопряжено с другой проблемой для «углеродной нейтральности», нетипичной для транспортного биотоплива. Как правило, речь в этом случае идёт о сжигании древесины. CO2 от сжигания древесины попадает в атмосферу непосредственно в процессе сжигания, а извлечение его из атмосферы происходит при росте новых деревьев в течение десятков и сотен лет. Этот временной лаг обычно называют «углеродным долгом», для европейских лесов он достигает двухсот лет.The Upfront Carbon Debt of Bioenergy (PDF) , Joanneum Research, May 2010 В силу этого «углеродная нейтральность» древесины как биотоплива не может быть обеспечена в кратко- и среднесрочной перспективе, между тем результаты климатического моделирования указывают на необходимость быстрого сокращения эмиссии. Использование быстрорастущих деревьев с применением удобрений и других методов индустриальной агротехники ведёт к замене лесов на плантации, содержащие гораздо меньше углерода, чем натуральные экосистемы. Создание таких плантаций ведёт к потере биоразнообразия, истощению почв и другим экологическим проблемам, сходным с последствиями распространения зерновых монокультур.
Последствия для экосистем