Изменения климата гораздо больше зависят от работы угольных электростанций, чем кажется большинству людей. Если человечество не примет срочные меры по жесткому ограничению выбросов углекислого газа (CO2) при сжигании каменного угля для получения электроэнергии, то остановить глобальное потепление не удастся.
Каменный уголь стал топливом промышленной революции, но использование его в качестве источника энергии создает серьезные проблемы. Дело отчасти в том, что при
сжигании угля в атмосферу выбрасывается значительно больше CO2 на единицу полученной электроэнергии, чем при сжигании нефти или природного газа. Однако уголь дешев, и его запасов хватит надолго, даже когда запасы нефти и природного газа будут истощены. Вследствие дешевизны и изобилия каменного угля его использование в США и других странах бурно растет и, по прогнозам, будет расти и дальше, особенно в регионах, богатых этим ископаемым топливом. Ожидается, что в период с 2003 по 2030 гг. в США будут построены угольные электростанции суммарной мощностью 280,5 ГВт. Между тем Китай строит в среднем по одной большой электростанции каждую неделю. За время эксплуатации, составляющее около 60 лет, новые угольные электростанции, которые будут работать в 2030 г., выбросят в атмосферу столько же CO2, сколько было выделено при сжигании угля с начала промышленной революции.
Растущая популярность каменного угля тревожит не только тех, кого заботит изменение климата, но и тех, кто озабочен влиянием изменений окружающей среды на здоровье и безопасность людей. Рыночная стоимость угля может быть невысокой, но истинная цена его добычи, обогащения и потребления высока. Сжигание угля может привести к целому ряду неблагоприятных последствий, включая таяние высокогорных ледников, загрязнение воздуха токсичными выбросами, а вод — отходами сжигания угля. Добыча угля также сопряжена с опасностью и нередко сопровождается гибелью шахтеров.
Каменный уголь стал топливом промышленной революции, но использование его в качестве источника энергии создает серьезные проблемы. Дело отчасти в том, что при
сжигании угля в атмосферу выбрасывается значительно больше CO2 на единицу полученной электроэнергии, чем при сжигании нефти или природного газа. Однако уголь дешев, и его запасов хватит надолго, даже когда запасы нефти и природного газа будут истощены. Вследствие дешевизны и изобилия каменного угля его использование в США и других странах бурно растет и, по прогнозам, будет расти и дальше, особенно в регионах, богатых этим ископаемым топливом. Ожидается, что в период с 2003 по 2030 гг. в США будут построены угольные электростанции суммарной мощностью 280,5 ГВт. Между тем Китай строит в среднем по одной большой электростанции каждую неделю. За время эксплуатации, составляющее около 60 лет, новые угольные электростанции, которые будут работать в 2030 г., выбросят в атмосферу столько же CO2, сколько было выделено при сжигании угля с начала промышленной революции.
Растущая популярность каменного угля тревожит не только тех, кого заботит изменение климата, но и тех, кто озабочен влиянием изменений окружающей среды на здоровье и безопасность людей. Рыночная стоимость угля может быть невысокой, но истинная цена его добычи, обогащения и потребления высока. Сжигание угля может привести к целому ряду неблагоприятных последствий, включая таяние высокогорных ледников, загрязнение воздуха токсичными выбросами, а вод — отходами сжигания угля. Добыча угля также сопряжена с опасностью и нередко сопровождается гибелью шахтеров.
В результате добыча угля и превращение его в электроэнергию становится одним из самых разрушительных видов человеческой деятельности В результате добыча угля и превращение его в электроэнергию становится одним из самых разрушительных видов человеческой деятельности.
Захоронение в недрах
Совокупность методов, которые можно использовать в энергетике для предотвращения попадания CO2 в атмосферу, называют улавливанием и удержанием CO2 (CO2 capture and storage, CCS) или геологическим секвестром углерода. CCS включает в себя отделение большей части углекислого газа, образующегося в ходе преобразования угля в полезную энергию, и транспортировку CO2 в места, где его можно хранить глубоко под землей в пористых средах, в основном в истощенных месторождениях нефти и газа или в проницаемых геологических пластах, насыщенных соленой водой (см.: Соколов Р. Похороны глобального потепления // ВМН, № 10, 2005).
Все технологические компоненты, необходимые для осуществления CCS на угольных электростанциях, производятся промышленностью и уже оправдали себя в приложениях, не связанных с борьбой за уменьшение климатических изменений, однако законченных систем необходимого масштаба пока не создано. Технологии улавливания CO2 широко внедряются в химической промышленности, например, в производстве удобрений. Большой опыт удержания CO2 накоплен на предприятиях по очистке природного »
______________________________________________________________________________________________
УГОЛЬНАЯ ТРЕВОГА
Несмотря на популяризацию понятия «чистый уголь», уголь на самом деле грязен. Хотя улавливание и удержание CO2 позволяет существенно уменьшить его попадание в атмосферу, добыча и потребление угля остаются одними из самых экологически вредных промышленных процессов.
ОПАСНАЯ ПРОФЕССИЯ
Добыча каменного угля — одно из самых опасных занятий. По официальным данным, в 2005 г. в Китае от затопления шахт, обрушений, пожаров и взрывов погибло около 6 тыс. шахтеров (по 16 человек в день). По неофициальным оценкам, число погибших ближе к 10 тыс. Около 600 тыс. китайских шахтеров страдают различными легочными заболеваниями. В шахтах США техника безопасности соблюдается тщательнее, и в 2005 г. зарегистрировано наименьшее за всю историю число погибших в шахтах: всего 22 человека. Однако и шахты США далеки от идеала, о чем свидетельствуют несколько случаев гибели
людей в начале 2006 г.
людей в начале 2006 г.
ВОЗДЕЙСТВИЕ НА ПРИРОДУ
Традиционные процессы добычи, обогащения и транспортировки угля уродуют ландшафт и загрязняют воды. При использовании наиболее разрушительных технологий добычи уничтожаются леса и срезаются вершины холмов. Грунт, удаляемый при вскрытии пластов, обычно свали- вают в ближайшие долины, при этом часто засыпая реки и ручьи. Открытая разработка разрушает экосистемы и изменяет ландшафт. Хотя законодательство требует регенерации ландшафта, она обычно бывает неполной.
При замене лесов искусственно созданными лугами происходят уплотнение почвы и загрязнение вод.
Подземная добыча может вызвать серьезные проблемы на поверхности. Обрушение горных выработок вызывает оседание поверхности, сопровождаемое разрушением зданий и дорог. Откачиваемые из шахт воды, которые содержат соединения серы, выщелачиваемые из пустой породы, окрасили тысячи ручьев и рек. Кислые продукты выщелачивания содержат тяжелые металлы, загрязняющие грунтовые воды.
ТОКСИЧНЫЕ ВЫБРОСЫ
В США на угольные электростанции приходится около двух третей общего выброса сернистого газа (S02) и около 20% выброса окислов азота в атмосферу. Сернистый газ реагирует с атмосферной влагой, вызывая кислотные дожди, и вносит вклад в загрязнение воздуха твердыми частицами, чем обусловлены тысячи преждевременных смертей от легочных заболеваний. Окислы азота в сочетании с углеводородами образуют приземный озон, способствующий образованию смога.
Угольные электростанции США выбрасывают в атмосферу и около 48 т ртути в год. Этот токсичный элемент надолго задерживается в экосистемах. Ртуть, попадающая в организм с пищей, особенно вредоносна для человека в период внутриутробного развития и раннего детства, когда происходит формирование мозга
_____________________________________________________________________________________________
» газа (в основном, в Канаде) и при использовании его для увеличения добычи нефти (в основном, в США). В старые нефтяные месторождения ежегодно закачивается около 35 млн. тонн CO2, благодаря чему извлекается около 4% нефти, добываемой в США.
Для удержания концентрации CO2 в атмосфере на допустимом уровне использование CCS-технологий на угольных электростанциях совершенно необходимо. Рамочная конвенция по изменению климата от 1992 г. ООН призвала к обеспечению стабилизации концентрации CO2 на безопасном уровне, однако не указала, каким он должен быть. Сегодня многие ученые считают, что для предотвращения катастрофических изменений климата объемную концентрацию CO2 в атмосфере необходимо поддерживать на уровне ниже 4,5-10-4. Для достижения этой цели энергетика должна уже в ближайшие 5 лет начать разработку CCS-проектов промышленного масштаба и в дальнейшем активно внедрять их. Хотя одно только применение CCS-технологий не сможет обеспечить стабилизации уровня CO2 в атмосфере, ее, возможно, удастся достичь, сочетая их с другими мерами, включая интенсивное внедрение энергосберегающих технологий и использование возобновляемых источников энергии.
По оценке Межправительственной группы по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), опубликованной в 2005 г, вполне вероятно, что геологические среды всего мира способны удержать не менее 2 трлн. тонн CO2 — больше, чем смогут выделить в XXI в. все электростанции мира, работающие на ископаемом топливе. Однако общество хочет быть уверенным, что потенциальные подземные хранилища будут тщательно исследоваться на способность удержания CO2. Рассматривать следует два вида рисков: внезапный выброс и медленное просачивание.
Внезапный выброс большого количества CO2 может быть гибельным для тех, кто окажется поблизости. В 1986 г. вблизи озера Ниос в Камеруне от выброшенного вулканом углекислого газа задохнулись около 1,7 тыс. жителей окрестных деревень и тысячи голов скота. Поэтому, согласно требованиям IPCC, для технического захоронения тщательно выбираются глубокие пористые геологические формации.
Медленное просачивание CO2 из подземных хранилищ в воздух также таит в себе угрозу, поскольку со временем оно может привести к превышению допустимого предела концентрации углекислого газа в атмосфере. Согласно отчету IPCC за 2005 г., утечка из правильно выбранных и правильно эксплуатируемых подземных хранилищ составит не более 1% за сто или даже за тысячу лет. Остается доказать, что операторы хранилищ способны обеспечить уровень утечек CO2, исключающий угрозу природе и здоровью людей.
Для удержания концентрации CO2 в атмосфере на допустимом уровне использование CCS-технологий на угольных электростанциях совершенно необходимо. Рамочная конвенция по изменению климата от 1992 г. ООН призвала к обеспечению стабилизации концентрации CO2 на безопасном уровне, однако не указала, каким он должен быть. Сегодня многие ученые считают, что для предотвращения катастрофических изменений климата объемную концентрацию CO2 в атмосфере необходимо поддерживать на уровне ниже 4,5-10-4. Для достижения этой цели энергетика должна уже в ближайшие 5 лет начать разработку CCS-проектов промышленного масштаба и в дальнейшем активно внедрять их. Хотя одно только применение CCS-технологий не сможет обеспечить стабилизации уровня CO2 в атмосфере, ее, возможно, удастся достичь, сочетая их с другими мерами, включая интенсивное внедрение энергосберегающих технологий и использование возобновляемых источников энергии.
По оценке Межправительственной группы по изменению климата (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), опубликованной в 2005 г, вполне вероятно, что геологические среды всего мира способны удержать не менее 2 трлн. тонн CO2 — больше, чем смогут выделить в XXI в. все электростанции мира, работающие на ископаемом топливе. Однако общество хочет быть уверенным, что потенциальные подземные хранилища будут тщательно исследоваться на способность удержания CO2. Рассматривать следует два вида рисков: внезапный выброс и медленное просачивание.
Внезапный выброс большого количества CO2 может быть гибельным для тех, кто окажется поблизости. В 1986 г. вблизи озера Ниос в Камеруне от выброшенного вулканом углекислого газа задохнулись около 1,7 тыс. жителей окрестных деревень и тысячи голов скота. Поэтому, согласно требованиям IPCC, для технического захоронения тщательно выбираются глубокие пористые геологические формации.
Медленное просачивание CO2 из подземных хранилищ в воздух также таит в себе угрозу, поскольку со временем оно может привести к превышению допустимого предела концентрации углекислого газа в атмосфере. Согласно отчету IPCC за 2005 г., утечка из правильно выбранных и правильно эксплуатируемых подземных хранилищ составит не более 1% за сто или даже за тысячу лет. Остается доказать, что операторы хранилищ способны обеспечить уровень утечек CO2, исключающий угрозу природе и здоровью людей.
Технологические варианты
Предварительные исследования показывают, что существующие технологии получения электроэнергии позволяют улавливать 85-95% CO2, выделяющегося при сжигании угля; остальная часть будет поступать в атмосферу.
Преобладающими должны стать такие технологии сжигания угля, которые будут отвечать требованию уменьшения изменений климата при минимальных затратах. Применительно к электростанциям с обычным циклом сжигания пылевидного угля и электростанциям с более современным комбинированным циклом с внутренней газификацией (integrated gasification combined cycle, IGCC) будут рассматриваться два принципиально разных подхода. Хотя сегодня в цикле IGCC (с выбросом CO2 в атмосферу) получается несколько более дорогая энергия, чем в традиционном, он является наиболее эффективной и наименее дорогой возможностью применения технологий CCS.
Экономически приемлемые методы
сокращения выбросов CO2 в атмосферу
уже разработаны, однако пока никто
не торопится внедрять их на практике
сокращения выбросов CO2 в атмосферу
уже разработаны, однако пока никто
не торопится внедрять их на практике
На обычных электростанциях уголь сжигается в топках котлов при атмосферном давлении. Выделяющееся при этом тепло используется для получения водяного пара, энергия которого преобразуется турбогенераторами в электричество. На современных электростанциях продукты сгорания угля (топочные газы) перед выпуском в атмосферу пропускаются через устройства, улавливающие твердые частицы и оксиды серы и азота.
Углекислый газ можно извлекать из топочных газов после отделения от них обычных загрязнителей.»
________________________________________________________________________________________________
Для замедления климатических изменений производители электроэнергии должны строить станции с комбинированным циклом с внутренней газификацией угля (IGCC) и системами улавливания и удержания CO2 (CCS). На обычной электростанции уголь сжигается в топках паровых котлов для получения пара, который вращает турбогенераторы. В случае применения систем CCS на таких станциях CO2 придется улавливать из топочных газов. В то же время на IGCC-станциях используется реакция частичного окисления угля в условиях недостатка кислорода для получения так называемого синтез-газа, состоящего в основном из CO и водорода. Извлекать CO2 из него гораздо проще и дешевле, чем из топочных газов обычных электростанций. После извлечения CO2 богатый водородом синтез-газ сжигается для приведения в действие турбогенераторов с паровыми и газовыми турбинами. Сейчас разрабатывается проект первой в мире коммерческой IGCC-электростанции с подземным захоронением CO2, которая должна быть построена в Лонг-Бич, штат Калифорния.
________________________________________________________________________________________________
Так как топочные газы содержат много азота (уголь сжигается в воздухе, который на 80% состоит из азота), CO2 приходится извлекать при невысоких концентрациях и температурах из больших объемов газа — а это энергоемкий и дорогой процесс. Отделенный CO2 затем сжимают и транспортируют в места захоронения по трубам.
В IGCC-системах уголь не сжигается, а частично окисляется в газогенераторе в ходе реакции с водяным паром при высоком давлении в условиях недостатка кислорода (получаемого в специальных установках из воздуха). В результате образуется так называемый синтез-газ, не разбавленный азотом и в основном состоящий из CO и водорода. В современных /GCC-установках из синтез-газа удаляют большинство обычных загрязнителей и затем сжигают его в газовых турбинах, выхлопные газы которых используют для получения пара, приводящего в действие паровые турбины. Весь процесс называется комбинированным циклом.
На IGCC-электростанциях, где предусматривается улавливание CO2, синтез-газ, выходящий из газогенератора, после охлаждения и очистки от твердых частиц реагирует с водяным паром, в результате чего получается газовая смесь, состоящая в основном из CO2 и водорода. Двуокись углерода отделяется от нее, осушается, сжимается и транспортируется к месту захоронения. Оставшаяся смесь, богатая водородом, сжигается для получения электроэнергии (см. картинку выше).
Анализ показывает, что улавливание CO2 на IGCC-электростанциях, потребляющих высококачественный битуминозный уголь, потребует значительно меньших энергетических и финансовых затрат, так что в итоге стоимость получаемой электроэнергии будет меньше, чем на электростанциях с обычным циклом и улавливанием CO2. В IGCC-системах CO2 извлекается из газового потока при высоких концентрациях и давлениях, что сильно упрощает процесс по сравнению с традиционными паровыми
электростанциями. (В отношении полубитуминозных углей низкого качества и лигнитов преимущества IGCC-цикла не столь очевидны, поскольку изучению таких видов топлива уделялось меньше внимания.) Удаление обычных загрязнителей, включая ртуть, до сжигания позволяет снизить их выброс в атмосферу до очень низкого уровня при значительно меньших затратах и гораздо меньшем потреблении энергии, чем в случае очистки топочных газов на обычных электростанциях.
Давления, возникающего при улавливании CO2, достаточно для транспортировки газа по трубам к местам подземного захоронения, удаленным на сотни километров. Однако для передачи на большие расстояния могут потребоваться насосные станции, чтобы компенсировать потери давления на газодинамическом сопротивлении.
В целом при внедрении CCS на угольных электростанциях количество угля, сжигаемого для получения одного киловатт-часа электроэнергии, увеличивается примерно на 30% в традиционных паровых котлах и менее чем на 20% на IGCC-электростанциях. Однако общее потребление угля может и не возрасти, поскольку удорожание энергии, получаемой на станциях с улавливанием CO2, снизит спрос на нее и сделает предпочтительным для потребителей использование электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников, и продуктов, изготавливаемых по энергосберегающим технологиям.
Затраты на внедрение CCS будут зависеть от типа электростанции, расстояния до места захоронения, свойств пласта, в который закачивается углекислый газ, и возможности продажи последнего (например, для увеличения добычи нефти). Недавно были проведены исследования, в результате которых были получены оценки увеличения стоимости выработки электроэнергии для двух случаев использования CCS на IGCC-электростанциях с типичными условиями улавливания, транспортировки и захоронения CO2. В случае закачки в пласт, насыщенный соленой водой и расположенный в 100 км от электростанции, стоимость выработки киловатт-часа увеличивается на 1,9 цента по сравнению со случаем выброса всего CO2 в атмосферу (4,7 цента), т. е. на 40%. В случае же использования уловленного CO2 для увеличения извлечения нефти на месторождении в 100 км от /GCC-электростанции чистые затраты на выработку электроэнергии вообще не возрастут, если цена добываемой нефти будет не меньше $35 за баррель, что гораздо ниже нынешнего уровня.
В IGCC-системах уголь не сжигается, а частично окисляется в газогенераторе в ходе реакции с водяным паром при высоком давлении в условиях недостатка кислорода (получаемого в специальных установках из воздуха). В результате образуется так называемый синтез-газ, не разбавленный азотом и в основном состоящий из CO и водорода. В современных /GCC-установках из синтез-газа удаляют большинство обычных загрязнителей и затем сжигают его в газовых турбинах, выхлопные газы которых используют для получения пара, приводящего в действие паровые турбины. Весь процесс называется комбинированным циклом.
На IGCC-электростанциях, где предусматривается улавливание CO2, синтез-газ, выходящий из газогенератора, после охлаждения и очистки от твердых частиц реагирует с водяным паром, в результате чего получается газовая смесь, состоящая в основном из CO2 и водорода. Двуокись углерода отделяется от нее, осушается, сжимается и транспортируется к месту захоронения. Оставшаяся смесь, богатая водородом, сжигается для получения электроэнергии (см. картинку выше).
Анализ показывает, что улавливание CO2 на IGCC-электростанциях, потребляющих высококачественный битуминозный уголь, потребует значительно меньших энергетических и финансовых затрат, так что в итоге стоимость получаемой электроэнергии будет меньше, чем на электростанциях с обычным циклом и улавливанием CO2. В IGCC-системах CO2 извлекается из газового потока при высоких концентрациях и давлениях, что сильно упрощает процесс по сравнению с традиционными паровыми
электростанциями. (В отношении полубитуминозных углей низкого качества и лигнитов преимущества IGCC-цикла не столь очевидны, поскольку изучению таких видов топлива уделялось меньше внимания.) Удаление обычных загрязнителей, включая ртуть, до сжигания позволяет снизить их выброс в атмосферу до очень низкого уровня при значительно меньших затратах и гораздо меньшем потреблении энергии, чем в случае очистки топочных газов на обычных электростанциях.Давления, возникающего при улавливании CO2, достаточно для транспортировки газа по трубам к местам подземного захоронения, удаленным на сотни километров. Однако для передачи на большие расстояния могут потребоваться насосные станции, чтобы компенсировать потери давления на газодинамическом сопротивлении.
В целом при внедрении CCS на угольных электростанциях количество угля, сжигаемого для получения одного киловатт-часа электроэнергии, увеличивается примерно на 30% в традиционных паровых котлах и менее чем на 20% на IGCC-электростанциях. Однако общее потребление угля может и не возрасти, поскольку удорожание энергии, получаемой на станциях с улавливанием CO2, снизит спрос на нее и сделает предпочтительным для потребителей использование электроэнергии, получаемой из возобновляемых источников, и продуктов, изготавливаемых по энергосберегающим технологиям.
Затраты на внедрение CCS будут зависеть от типа электростанции, расстояния до места захоронения, свойств пласта, в который закачивается углекислый газ, и возможности продажи последнего (например, для увеличения добычи нефти). Недавно были проведены исследования, в результате которых были получены оценки увеличения стоимости выработки электроэнергии для двух случаев использования CCS на IGCC-электростанциях с типичными условиями улавливания, транспортировки и захоронения CO2. В случае закачки в пласт, насыщенный соленой водой и расположенный в 100 км от электростанции, стоимость выработки киловатт-часа увеличивается на 1,9 цента по сравнению со случаем выброса всего CO2 в атмосферу (4,7 цента), т. е. на 40%. В случае же использования уловленного CO2 для увеличения извлечения нефти на месторождении в 100 км от /GCC-электростанции чистые затраты на выработку электроэнергии вообще не возрастут, если цена добываемой нефти будет не меньше $35 за баррель, что гораздо ниже нынешнего уровня.
CCS: сегодня или завтра?
Многие производители электроэнергии осознают, что требования по защите окружающей среды рано или поздно вынудят их внедрять CCS, если они по-прежнему будут использовать уголь. Однако пока большинство энергетических компаний планирует строить новые электростанции без систем улавливания и удержания CO2, но готовые к улавливанию CO2, т.е. такие, которые могут быть оборудованы средствами CCS, когда это станет необходимо.
Производители электроэнергии часто оправдывают такие решения тем, что ни США, ни большинство других стран с большим потреблением каменного угля еще не институировали такую политику сдерживания изменений климата, которая сделала бы CCS рентабельной в случаях, не связанных с увеличением добычи нефти. В отсутствие доходов от продажи CO2 для нефтедобытчиков внедрение CCS на электростанциях с сегодняшней технологией может стать безубыточным только в том случае, если штраф за выброс CO2 в атмосферу будет не меньше $25-35 за тонну. Во многих законопроектах предусматриваются значительно меньшие штрафы за выброс CO2 (или вознаграждения за уменьшение выброса).
Однако отсрочка внедрения CCS на угольных электростанциях до тех пор, пока цена выброса CO2 в масштабах всей экономики не станет больше затрат на CCS, недальновидна. По ряду причин и угледобывающая промышленность, и энергетика, и общество в целом выиграют, если применение CCS-технологий на угольных электростанциях начнется уже сегодня.»
__________________________________________________________________________________
МЕТОДЫ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ СО2
Расчеты показывают, что если быстро взяться за внедрение технологий улавливания и удержания СО2, то можно удовлетворить потребности человечества в энергии, удерживая объемную концентрацию СО2 в атмосфере в пределах 4,5·10-4. Чтобы достичь этой цели, необходимо к сере дине столетия обеспечить улавливание и захоронение СО2, выделяемого всем используемым углем и примерно четвертью используемого газа при одновременном быстром уменьшении энергоемкости производств и семикратном увеличении использования источников энергии, не выделяющих СО2. В этом случае общее потребление ископаемых топлив увеличится умеренно: к середине века использование угля может стать несколько больше, чем сегодня, использование нефти уменьшиться на одну пятую, а использование газа возрастет в полтора раза. Для реализации этой программы уже сегодня следует снижать рост интен сивности использования ископаемых топлив, в начале следующего деся тилетия приступить к внедрению технологий CCS для угля, а с 2025 г. — для природного газа. На верхнем графике внизу показано изменение долей различных источников энергии в случае реализации программы, а на нижнем — изменение общего количества извлекаемого из недр углерода (выброс в атмосферу плюс захоронение)
__________________________________________________________________________________
» Во-первых, скорейший путь уменьшения затрат на CCS — это обучение в процессе работы, т.е. накопление опыта в ходе строительства и эксплуатации электростанций с системами CCS. Чем быстрее будут накапливаться знания, тем быстрее будут появляться новые ноу-хау, и тем скорее будут снижаться затраты.
Во -вторых, безо тлагательная установка CCS-оборудования даст экономию затрат в долгосрочной перспективе. Большинство строящихся сегодня электростанций будет работать и тогда, когда через несколько десятилетий установка CCS-систем станет, вероятно, обязательным требованием. Однако установка CCS-оборудования на уже действующих электростанциях неизбежно будет дороже, чем на строящихся. Более того, отсутствие ограничений на выброс CO2 в атмосферу будет подталкивать к дальнейшему строительству электростанций традиционного типа (с прямым сжиганием угля), на которых CCS менее рентабельна.
Наконец, быстрое внедрение CCS позволит продолжить использование ископаемого топлива в ближайшем будущем (до тех пор, пока не получат широкого распространения экологически менее вредные источники энергии) без увеличения содержания CO2 в атмосфере сверх допустимого уровня. Наши исследования показали, что в случае оснащения всех угольных электростанций системами CCS и использования других мер (см. врезку слева), содержание CO2 в атмосфере можно будет удержать на уровне 4,5-10-4 в течение ближайших 50 лет. Для этого потребуется к 2020 г. оснастить системами CCS новые угольные электростанции суммарной мощностью 36 ГВт (7% новых мощностей угольных электростанций, строительство которых ожидается во всем мире в 2011-2020 гг. при условии неизменности экономических условий). После 2020 г. потребуется в течение 35 лет увеличивать улавливание CO2 в среднем примерно на 12% в год. Для длительного времени такой темп роста выше типичных оборотов рынка, но не исключителен. Он гораздо меньше темпа роста мощностей атомных электростанций в период атомного бума с 1956 по 1980 гг. (около 40% в год). Да и скорость увеличения мощностей ветровых и солнечных электростанций с начала 1990-х гг. составляет около 30% в год. Однако во всех названных случаях такой рост был бы невозможен без государственной поддержки.
Наши расчеты показывают, что затраты на внедрение CCS будут посильными. Даже если технология не будет совершенствоваться, по нашим оценкам, затраты на улавливание и захоронение всего CO2, который будет выработан угольными электростанциями в ближайшие 200 лет, составят $1,8 трлн. (в долларах 2002 г.). Сумма, конечно, внушительная, но она не превышает 0,07% мирового валового продукта за тот же период. Итак, вполне возможно, что быстрое уменьшение выбросов CO2 в атмосферу угольными электростанциями вполне осуществимо и технически, и экономически, хотя для подтверждения этого вывода применительно к отдельным регионам потребуется дополнительный анализ.
Необходим политический стимул
Не исключено, что промышленность оставит мудрые соображения в пользу активного внедрения CCS без внимания, если ее не подтолкнет правительственная политика. Предлагаемые меры должны стать частью обширной стратегии контроля выбросов CO2.
В США необходимо как можно скорее начать национальную программу по сдерживанию выбросов CO2, чтобы ввести в действие законодательные нормы и рыночные стимулы, необходимые для быстрого и всестороннего перевода инвестиций в энергетические технологии, менее загрязняющие атмосферу. Общественные и политические лидеры США признают, что количественная оценка глобального потепления и принятие действенных мер по его ограничению насущно необходимы. Чтобы создать энергетическим компаниям условия для экономичного внедрения технологий уменьшения выбросов CO2, нужно создать рынок для торговли квотами на них, как это сделано для выбросов оксидов серы, вызывающих кислотные дожди. В этом случае организации, которые захотят превысить установленную норму выбросов, смогут покупать квоты у тех, кто способен уложиться в установленные пределы с запасом.
Чтобы не превышать допустимые нормы выброса CO2 при наименьших затратах, необходимо сосредоточить усилия на уменьшении энергоемкости производства и развитии методов получения электроэнергии из возобновляемых источников. Часть квот на выбросы, предоставляемых в рамках программы улавливания и продажи CO2, следует выделять фонду помощи в преодолении административных барьеров и устранении технических рисков, препятствующих широкому внедрению экономичных технологий сокращения выбросов CO2.
Даже если программа улавливания и продажи будет введена в действие в ближайшие годы, экономический выигрыш от сокращения выбросов поначалу может быть недостаточным для того, чтобы побудить производителей электроэнергии вкладывать деньги в строительство электростанций с системами CCS. Чтобы остановить строительство традиционных угольных электростанций, федеральное правительство должно создать стимулы для внедрения CCS.
Можно потребовать увеличить долю энергии, вырабатываемой угольными электростанциями с низким уровнем выброса CO2: скажем, не больше 30 г углерода на киловатт-час (вполне посильная задача для современных технологий CCS). Для этой цели следует обязать производителей электроэнергии, использующих уголь, увеличивать долю мощности, производимой на электростанциях с уменьшенным выбросом CO2. Каждая энергетическая компания сможет либо вырабатывать требуемое количество электроэнергии с применением технологий сокращения выброса CO2, либо покупать такую энергию. В результате дополнительные затраты на внедрение CCS будут распределены на всех производителей энергии, вырабатываемой на угольных электростанциях, и всех ее потребителей.
Удовлетворить мировую потреб-ность в электроэнергии, сохранив атмосферную концентрацию CO2 на уровне 4,5-10-4, можно лишь сочетая уменьшение энергоемкости производства, увеличение доли возобновляемых источников энергии и использование технологий улавливания и подземного хранения CO2. Хотя «чистого» угля не существует, единая стратегия сокращения выбросов CO2 позволит предотвратить катастрофические изменения климата Земли даже при значительном использовании угля.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
■ How to Clean Coal. C. Canine in OnEarth. Natural Resources Defense Council, 2005. Доступно на _www.nrdc. org/onearth/05fal/coal1.asp
■ IPCC Special Report on Carbon Capture and Storage, 2005. Доступно на _http://arch.rivm.nl/env/int/ipcc/pages_ media/SRCCS-final/IPCCSpecialReport onCarbondioxideCaptureandStorage.htm
■ Avoiding Dangerous Climate Change. Edited by H.J. Schellnhuber, W. Cramer, N. Nakicenovic, T. Wigley and G. Yohe. Cambridge University Press, 2006.
■ Big Coal: The Dirty Secret behind America's Energy Future. J. Goodell. Houghton Mifflin, 2006.
■ Carbon Dioxide Capture and Geologic Storage. J.J. Dooley, R.T. Dahowski, C.L. Davidson, M.A. Wise, N. Gupta, S.H. Kim and E.L. Malone. Technology Report from the Second Phase of the Global Energy Technology Strategy Program, 2006.
■ Сайт Совета по защите природных ресурсов: _www.nrdc.org/globalwarming
■ Сайт Института окружающей среды при Принстонском университете: _www. princeton.edu/~cmi
Источник : Scientific American