Какво е въглеродна неутралност и как може да се постигне

В новата статия на Климатека се разглежда понятието въглеродна неутралност и свързаните с него проблеми. Описани са основните видове негативни емисии – естествени „поглътители на въглерод“ (carbon sink) и технологии за улавяне на CO₂.

„Естествени“ негативни емисии и технологии за постигане на въглеродна неутралност

Въглеродна неутралност означава постигане на нетно нулеви емисии на въглероден диоксид (CO₂) – баланс между отделяните от човечеството въглеродни емисии в атмосферата и така наречените негативни емисии – извличане на въглероден диоксид от атмосферата обратно в земната повърхност. 

Въглеродният диоксид е най-важният парников газ в атмосферата. Той е отговорен за около 60% от положителния радиационен натиск (Radiative Forcing). В съответствие с основните закони на термодинамиката, тъй като Земята поглъща енергия от Слънцето, то в крайна сметка тя трябва да излъчва същото количество енергия в космоса. Разликата между входящата и изходящата радиация е известна като радиационен натиск (измерван във W/m²). С други думи, това е промяната на енергийния баланс в климатична система в следствие на антропогенните парникови емисии или други фактори, което в съвремието води до затопляне.

Понятието въглеродна неутралност обаче не включва други парникови газове. А около ¼ от отделяните от човечеството парникови газове представлява емисии на метан (CH₄), диазотен оксид (N₂O) и хлорофлуоровъглероди (фиг.1). Макар че атмосферните им концентрации са много по-малки от тези на CO₂ , тези парникови газове са в пъти по-силни по отношение на затоплящото си действие спрямо въглеродния диоксид. Важно е да бъде отбелязано, че от началото на индустриалната революция насам, концентрациите им са се увеличили съществено.

^{Фигура 1. Дялове на световните емисиите на парникови газове през 2016 г., по данни от Our World in Data}

Поради тези факти е нужно човечеството да се стреми към постигане на климатична неутралност – нулеви нетни емисии на всички видове парникови газове. А в стратегията за Зелена сделка, предложена от Европейската комисия и разгледана от Съвета на Европейския съюз, целта на ЕС е именно постигане на климатична неутралност до 2050 г. 

Ако човечеството продължи да отделя парникови емисии с настоящите си темпове, до края на века се очаква средната температура на Земята да се повиши с над 3°C.Задържането на повишението на земната температура до 1.5°C е ключово, защото при изпълнение на тази цел рисковете от опасни метеорологични явления ще бъде по-малък, отколкото при по-голямо затопляне. Според специалния доклад на IPCC от 2018 г., човечеството би могло трайно да задържи до тази температура, само и единствено при мащабно прилагане на негативни емисии. Това би наложило редица мерки, включително и да бъдат извлечени стотици гигатонове въглероден диоксид от атмосферата до края на века. През 2017 г. световните емисии на CO2 се равняват на около 37 гигатона. 

Видове негативни емисии

Постигането на негативни емисии става чрез геоинженерството – това е подход, при който се манипулира климатичната система на Земята с цел смекчаване на ефектите от промените в климата. Негативните емисии могат да се обособят в 2 основни подхода. Първият се състои в засилване на вече съществуващи процеси в природата, а при втория се използват изкуствени технологии.

„Естествени“ негативни емисии

„Поглътител на въглерод“ (carbon sink) е всеки процес, метод или обект, в който се извлича повече въглероден диоксид отколкото се отделя в атмосферата. Тези поглътители се срещат в природата като компоненти на кръговрата на въглерода. Пример за това са растенията, които по време на живота си чрез фотосинтезата поглъщат въглероден диоксид от атмосферата.

Масовото засаждане на гори е сред най-често предлаганите методи за негативни емисии. Според IPCC, залесяването има потенциал да извлича до 3.6 милиарда тона CO₂ годишно. Недостатъкът на този метод се състои в това, че ако се засадят прекалено много нови гори, ще има по-малко земеделска земя, а освен това горите поглъщат повече слънчева енергия, отколкото тревисти площи, пустинни и полупустинни райони. А това би било пречка при борбата срещу климатичните промени. 

Възстановяване на морски екосистеми по бреговете – мангрови гори, солени блата и морска трева е друга естествена опция за поглъщане на негативни емисии. Въглеродът, съхраняван в тези екосистеми е известен като син въглерод. Съществува и подход, състоящ се в обогатяване на океанските води с желязо, с цел стимулиране на популациите на фитопланктон – микроскопични растения, живеещи в океаните, с ключова роля в абсорбирането на CO₂. 

Почвите, като естествени нетни поглътители на въглерод предлагат още една възможност за увеличаване на негативните емисии. Съвременните земеделски техники разрушават целостта на почвите, което е причина за отделяне на CO₂. Ако масово започнат да се използват по-неинвазивни техники при обработката на земите, земеделските почви отново биха станали поглътители, правейки земеделието въглеродно неутрално. Недостатъкът на този метод е, че почвите могат да поемат само до определено количество CO₂, след което се стига до насищане. От друга страна, способността на почвите да задържат въглерод съществено би се увеличила при добавяне на биовъглен – почвен подобрител, образуван от изгаряне на биомаса. Макар и с огромен потенциал, използването на биовъглен е скъпо, а за масовото му производство ще е нужен значителен ресурс биомаса.

Съществува и идея за негативни емисии чрез раздробяване на скали. При валежи от дъжд, разтвореният в капките въглерод реагира със скалите и много бавно ги разрушава. По този начин се освобождават калциеви йони, като след попадането си в океаните се образува калциев карбонат, най-често от организми като корали и планктон. Когато те умрат, телата им заедно с калциевия карбонат, потъват до морското дъно. Процесът значително може да се ускори при добавяне на раздробени силикатни скали върху върху открити местности. Но и този подход също ще е скъпоструващ, а освен това би изискал масово извличане на минерали. 

Технологии за негативни емисии

Технологията за улавяне и съхранение на въглерод (Carbon Capture and Storage – CCS) работи на принципа на изолирането на въглероден диоксид от останалите газове при изгарянето на горива, след което той се извозва и съхранява. Един от начините за улавянето е изгаряне на гориво в чист кислород. По този начин вместо въглерод (C) или въглероден окис (CO) се получава CO₂.

Процесът на улавяне на въглерод при изгаряне на биомаса е известен като BECCS (енергия от биогорива с улавяне и съхранение на въглерод). Енергията от биомаса е потенциално въглеродно неутрална – ако след изгарянето ѝ се засадят и отгледат същите растения, от които е направена биомасата, то тогава отделеният при изгарянето CO₂ отново ще бъде погълнат от растението по време на неговия живот. Ако в електроцентралата с биомаса въглеродният диоксид се улавя преди да бъде отделен в атмосферата, тогава целият процес нетно извлича CO₂ от атмосферата.

Освен при изгаряне, съществува и технология за директно улавяне на CO₂ от въздуха (DAC – Direct air capture). При този метод въздух се продухва върху повърхност с реагент, който реагира с CO₂, след което въздухът се освобождава. Въглеродния диоксид, се складира под земята, заедно с газ и вода, където химически реагира и след време се образува скала. Тази технология обаче е сравнително скъпа.

Уловеният въглерод при CCS и DAC методите е възможно да се използва и за производство на обувки, мебели и други продукти. 

В заключение, използването на негативните емисии е необходимо в стремежа на човечеството към въглеродна неутралност. Важно е да бъде отбелязано, че постигането на нулеви емисии няма да намали вече повишените концентрации на парникови газове, а само ще спре тяхното по-нататъшно повишение, с което глобалното затопляне ще бъде забавено и в крайна сметка спряно, но досегашните му ефекти няма да бъдат отменени.  Поради тази причина са необходими едновременни усилия и за смекчаване на климатичните промени, но и към адаптация.

В публикацията са използвани материали от:

1. https://www.europarl.europa.eu/news/en/headlines/society/20190926STO62270/what-is-carbon-neutrality-and-how-can-it-be-achieved-by-2050
2. Служба за публикации на Европейския съюз
3. 5-и оценъчен доклад на IPCC, глава 8, таблица 8.2
4. “Global warming of 1.5°C”, Специален доклад на IPCC, 2018: Summary for Policymakers и Глава 3, “Impacts of 1.5°C of Global Warming on Natural and Human Systems”
5. IPCC, “Climate Change 2014 Synthesis Report, Summary for Policymakers” 
6. https://www.ipcc.ch/sr15/chapter/glossary/ 
7. Американската агенция за опазване на околната среда (EPA)
8. https://www.earthobservatory.nasa.gov/features/CarbonCycle 
9. https://www.drax.com/technology/negative-emissions-techniques-technologies-need-know/
10. https://www.drax.com/energy-policy/a-positive-negative/ 
11. https://www.drax.com/technology/can-made-captured-carbon/
12. https://www.carbonbrief.org/explainer-10-ways-negative-emissions-could-slow-climate-change
13. https://www.bco-dmo.org/project/2046 
14. https://www.eia.gov/energyexplained/biomass/
15. https://www.britannica.com/science/geoengineering
16. Fuss et. al. (2018), Таблица 2  

Източник: Въглеродна неутралност и негативни емисии, Климатека 

Авторът Николай Петков е студент 2-ри курс магистър, специалност „Метеорология“ във Физическия факултет на СУ „Св. Климент Охридски“. Той е и активист от движението „Петъци за бъдеще – България“. Научните му интереси включват промени в климата и замърсяване на въздуха. 

Още по темата

28/08/2020

Земята

Въглеродният диоксид от земната мантия може да е предизвикал някои италиански земетресения

04/01/2016

Животът

Въглеродният диоксид е представен като „замърсител на въздуха“ в учебника по природа за 4-ти клас