Дальше будет жарче: способно ли человечество изобрести технологии для снижения температуры на Земле

• Миллиард до нейтральности
• Захватчики углерода
• Поехали и полетели
• Энергия солнечного света
• Замкнутый круг

Миллиард до нейтральности

Климатические технологии, или Climate Tech, направлены на создание продуктов и услуг, позволяющих снизить выбросы углекислого газа в глобальную экономику и тем самым способствовать решению проблемы изменения климата. Международное энергетическое агентство (МЭА) является автором и лоббистом сценария «Нулевые выбросы к 2050 году» (Net Zero Emissions by 2050, NZE). Он ставит целью постепенный отказ от ископаемого топлива и переход к использованию экологически чистой энергии. Принцип углеродной нейтральности («полный ноль») означает, что объем выбросов углекислого газа равен объему его поглощения.

Таким образом предполагается удержать глобальное потепление в пределах 1,5 градуса Цельсия – это ограничение было установлено Парижским соглашением по климату, заключенным в 2015 году. Данный показатель рассматривается как верхний предел, пока еще позволяющий избежать наихудших последствий изменения климата. В 2023-м, по данным ООН, температура была выше базового доиндустриального уровня 1850–1900 годов на 1,4 °C.

Основные положения сценария NZE на слуху и часто мелькают в повестке: инвестиции в чистую энергию, переход на возобновляемые источники, электрификация транспорта, оптимизация потребления энергии и, наконец, глобальное сотрудничество. Этими положениями во многом определяются и технологии, которые необходимо развивать: внедрение и применение солнечной и ветряной энергии, новые поколения электрических батарей, улавливание из атмосферы и хранение углекислого газа (Сarbon capture, utilization and storage, CCUS) и так далее. Соответственно, под определение Climate Tech подойдут все технологии, способствующие развитию этих направлений.

Но тут кроется серьезная загвоздка: зеленые технологии пока невыгодны. Аналитики Capgemini провели опрос компаний, изучили большое количество источников и пришли к выводу: несмотря на большой потенциал климатических технологических решений, основным препятствием их широкого внедрения является высокая стоимость. Например, процесс перехода на электромобили (EV) с учетом производства, развития инфраструктуры и других аспектов обойдется на 13% дороже, чем продолжать использовать машины с двигателями внутреннего сгорания. Приемлемый порог перехода составляет 9,2%.

Куда хуже обстоят дела с альтернативными источниками топлива. Устойчивое биотопливо для самолетов (sustainable aviation fuel, SAF) дороже традиционного на 123% при приемлемом пороге 10,4%, а метаноловое – на 340%, то есть почти в 4,5 раза, при пороге еще ниже – 9,4%. Отметим, что оценивалось направление в целом: само по себе топливо может быть для компаний дешевле за счет государственных субсидий и других факторов, но вот весь процесс перехода окажется для человечества слишком дорогим.

Таким образом, заявляемые сценарием NZE инвестиции в климатические технологии действительно критически важны. Однако данные исследования Statista демонстрируют обратный процесс: начиная со второй половины 2021 года венчурные вложения в технолого-климатические стартапы сокращаются. Если в третьем квартале 2021-го общая сумма достигала $14,3 млрд, то ко второму кварталу 2024-го она снизилась до $4,8 млрд. Заметный скачок случился лишь раз – в третьем квартале прошлого года, когда венчуры вложили $13 млрд в это направление.

Захватчики углерода

Порог перехода на технологию захвата углерода для индустрий, производящих востребованные материалы, варьируется в пределах от более-менее приемлемых 9–14% (пластик) до удручающих 75–140% (цемент). Такова оценка экспертов Capgemini. Несмотря на высокую стоимость, количество CCUS-проектов постепенно растет: если в 2023-м в мире их насчитывалось 66, то к концу десятилетия общее число достигнет почти 300, подсчитали аналитики GlobalData.

При этом представители МЭА утверждают, что установленный в теории максимальный предел по очистке атмосферы от углерода на 90% может быть преодолен: современные технологии способны привести к «безграничным возможностям» по обратному захвату CO2. В базе данных МЭА таких технологий уже более пятидесяти.

На протяжении последних десяти лет активно разрабатываются методы использования растворителей – веществ, которые фильтруют воздух, выделяя и захватывая углерод для его дальнейшего хранения и потенциального применения. Перспективным кажется направление неводных растворителей – они, как ожидают ученые, позволят снизить стоимость технологии захвата углерода в целом.

Чуть более заметный индустриально-технологический тренд – уменьшение размеров CCUS-систем. Традиционно это своего рода фабрики – большие и сложные комплексы. Японская корпорация Mitsubishi Heavy Industries (MHI) продвигает на рынок мобильные системы размером со стандартный грузовой контейнер. Их можно перемещать между производствами, но главное преимущество – оправданность для установки на малых и средних производственных предприятиях, которым попросту не нужны (да и недоступны) сверхдорогие и сложные системы.

Американский стартап Remora пошел еще дальше и уменьшил систему захвата углерода до таких размеров, что ее можно устанавливать на грузовики. Это, по заявлениям компании, позволит улавливать CO2 прямо из выхлопной системы, хранить его в жидком виде, чтобы затем сливать во время заправки топливом и продавать профильным компаниям для хранения и переработки.

Поехали и полетели

В вопросах перехода на более экологичное топливо ключевые тренды – использование электричества (для основных видов транспорта, в первую очередь автомобилей) и альтернативного, зеленого топлива (для самолетов, кораблей и др.).

В 2023-м, по подсчетам МЭА, доля электрических автомобилей в мире составила 18%. Лидерами выступают Норвегия (впечатляющие 93%), Швеция (60%) и Китай (38%). В США, где основным драйвером является Tesla, показатели ниже мировых – 10%, а худшие результаты демонстрируют Индия (2%) и Южная Африка (менее 1%). Россия в рейтинге не представлена.

Проблем с этим видом транспорта много. Технологии производства батарей с жидкими электролитами на сегодняшний день являются устаревшими: они малоэффективны для EV, плохо работают при перепадах температур, быстро тратят емкость. Но, увы, до сих пор человечество ничего лучше литий-ионных или никелевых аккумуляторов не придумало, хотя разработки ведутся.

Вторая беда – инфраструктура, точнее, ее отсутствие. В небольших странах с развитыми городами (например, Норвегия) все просто. Достаточно установить зарядки в мегаполисах, и от точки до точки на электромобиле всегда можно доехать – это пара сотен километров (аккурат емкость АКБ – аккумуляторной кислотной батареи). Но как быть, например, в России? Когда и обычной заправки можно не встретить 200–300 км, что уж говорить о электрической зарядной станции.

Со специализированным топливом для самолетов – низкоуглеродным на основе водорода или метаноловым – расклад иной: в первую очередь оно слишком дорогое. Поэтому компании по производству таких видов горючего активно привлекают инвестиции, в том числе со стороны государств. В этом смысле показателен пример Великобритании, где Protium совместно с рядом других производителей организовала консорциум Hydrogen Aggregated UK Logistics (HyHAUL) и привлекает около $40 млн от правительства на профильные инициативы.

Энергия солнечного света

Среди возобновляемых источников энергии, которые позволят питать городскую или промышленную инфраструктуру, явными лидерами являются ветер и солнце. Несмотря на то, что их использование, по подсчетам, не сможет полностью удовлетворить потребности человечества в электричестве, технологии в этом направлении активно развиваются.

Норвегия в конце июля представила концепт морской ветряной электростанции нового поколения. Вместо одной гигантской турбины в такой «стене ветра» будет установлено несколько десятков небольших. Ожидается, что это позволит увеличить эффективность сбора ветроэнергии в 2,5 раза. А бельгийская ветроэнергетическая компания Parkwind недавно установила в море первую в мире зарядную станцию для электрических судов.

В солнечной энергетике тоже есть подвижки, но результаты противоречивы. Несколько лет назад ученые Стэнфордского университета разработали и с помощью 3D-печати изготовили принципиально новую призму для улавливания света в солнечных панелях. Предполагалось, что это позволит принципиально изменить подход к созданию таких аккумуляторов. Дело в том, что для максимальной эффективности панель нужно ориентировать строго на Солнце. Поэтому поля таких уловителей, как правило, оснащены механизмами, позволяющими поворачивать их вслед за передвижением светила. Новая модель призмы может, согласно заявлениям ученых, улавливать свет со всех сторон одинаково эффективно, а значит, не нужно тратиться на дополнительные механизмы (и тратить ресурсы на их обслуживание). Тем не менее технология пока не нашла широкого применения.

Кроме того, было несколько попыток воплотить еще одну амбициозную идею – солнечных зеркал: аппараты на орбите улавливают солнечный свет и концентрированно направляют его в нужные точки на Земле при помощи специального отражающего паруса. Это позволило бы обеспечить участки планеты солнечной энергией и даже немного регулировать климатические процессы. Подобный проект был реализован в России.

В 1992–1993 годах в рамках эксперимента «Знамя-2» отражатель запустили на орбиту и отработали несколько экспериментов. Правда, была и другая задача – научиться использовать солнечный ветер для ускорения космических аппаратов. Следующая попытка, в 1999 году, окончилась неудачей: при раскрытии парус зацепился за антенну спутника, и его заклинило. После проект полностью свернули. Аналогичный британский проект 2020-х Solspace реализован так и не был.

Блокирующие аэрозоли

Ученые прорабатывают и обратный солнечной энергетике процесс – блокиратор излучения. Для этого были предложены разные варианты, самым заметным можно назвать проект по распылению аэрозолей в атмосфере – ScoPEx.

Суть в том, чтобы выпустить облако небольших гранул, которые перекроют солнечный свет на большой территории и таким образом снизят температуру на планете. Однако у исследователей не получилось смоделировать все процессы, к которым приведут такие действия: риски глобальных климатических изменений могут оказаться выше, чем преимущества.

В частности, распыление таких аэрозолей может способствовать усилению муссонных дождей в ряде регионов Земли, что повлечет за собой уничтожение урожая, наводнения и другие природные катастрофы. Учитывая это, от проекта ScoPEx отказались: в прошлом году было объявлено, что все разработки в области геоинженерии будут использоваться для других, более безопасных задач.

Замкнутый круг

Компании, принимавшие участие в исследовании Capgemini, среди ключевых технологий в области климата помимо энергетических неожиданно назвали и цифровые: искусственный интеллект (ИИ) и цифровые двойники.

Несмотря на лидерство в рейтинге, ИИ присутствует в этой сфере постольку-поскольку. Он действительно может быть применен – и активно применяется – для решения задач оптимизации. В частности, американские стартапы BrainBox AI и Pendulum используют нейросети, чтобы автоматизировать управление энергетическими потоками в зданиях и таким образом сократить количество потребляемой энергии, – это логичным образом приведет к сокращению вредных выбросов в атмосферу.

Ирония здесь в том, что в текущей ситуации повсеместное и стремительное развитие ИИ, особенно генеративных нейросетей, напротив, в массе негативно влияет на экологию и климат. Обучение, масштабирование и поддержание нейросетей, которые сейчас встроены всюду – от поисковых систем до видеостриминговых сервисов, – требуют высокопроизводительных графических чипов. Для работы которых, в свою очередь, необходимо большое количество энергии. Вот и получается, что для оптимизации энергопотребления нужна дополнительная энергия: замкнутый круг.

Тем не менее корпорация Nvidia – главный поставщик графических чипов для ИИ в мире, активно развивая бизнес, всячески пытается обеспечить ресурсы для решения климатических проблем. Для этого несколько лет назад она выделила компании Siemens Gamesa Renewable Energy свою научную платформу Modulus, которая с помощью нейросетей моделирует потоки воды и ветра (что является критически сложной математической задачей). Такой цифровой двойник, как заявляют компании – участники проекта, позволил в разы повысить эффективность ветряных турбин.

Также среди перспективных технологий называют блокчейн, который сможет обеспечить прозрачность цепочек поставок, однако пока он себя зарекомендовал как в климатических технологиях, так и в иных направлениях.

Какие именно технологии окажутся прорывными для достижения углеродной нейтральности и сдерживания глобального потепления, пока непонятно. Однозначно можно сказать только то, что сохранится тренд на зеленую энергетику и на захват и переработку углерода в атмосфере. И если не вкладывать силы и средства в развитие новых направлений, мы рискуем каждый последующий год называть «самым жарким в истории Земли», фиксируя очередные температурные рекорды.