BECCS¶

BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage, биоэнергетика с улавливанием и хранением углерода) — это технология, сочетающая использование биомассы для получения энергии (тепло, электричество) с последующим улавливанием образующегося углекислого газа (CO₂) и его долгосрочным хранением в геологических формациях. BECCS рассматривается как один из методов «отрицательных выбросов» — технологий, способных не только сократить, но и изъять из атмосферы парниковые газы, что делает её потенциально важным инструментом в борьбе с глобальным изменением климата.

¶Принцип работы

Процесс BECCS состоит из трёх основных этапов:

Выращивание и заготовка биомассы. В качестве сырья используются быстрорастущие растения (например, ива, мискантус, просо прутьевидное), сельскохозяйственные отходы (солома, лузга), древесные остатки лесозаготовок и лесопереработки, а также специальные энергетические плантации. Считается, что в процессе роста эти растения поглощают CO₂ из атмосферы путём фотосинтеза.
Сжигание или газификация биомассы. На электростанциях или в котельных биомасса сжигается для выработки тепловой и электрической энергии. Альтернативно, биомасса может быть подвергнута газификации для получения синтез-газа, который затем используется в газовых турбинах или для синтеза жидкого топлива.
Улавливание и хранение CO₂. Дымовые газы, образующиеся при сжигании биомассы, проходят через систему улавливания CO₂ (обычно с использованием аминовой очистки или других химических растворителей). Уловленный и сжатый CO₂ затем транспортируется (по трубопроводам или танкерами) к месту постоянного хранения и закачивается в глубокие геологические формации — истощённые нефтяные и газовые месторождения, глубокие солёные водоносные горизонты или базальтовые породы.

Ключевая особенность BECCS заключается в том, что углерод, выделяемый при сжигании биомассы, является биогенным, то есть был извлечён из атмосферы растениями. Если этот углерод затем улавливается и надёжно изолируется на геологических временных масштабах (тысячи и миллионы лет), то общий баланс для атмосферы становится отрицательным: из неё изымается больше CO₂, чем выбрасывается.

¶История развития

Идея использования биомассы для производства энергии с улавливанием углерода возникла в конце 1990-х — начале 2000-х годов, когда концепция «отрицательных выбросов» начала обсуждаться в научном сообществе. Первые пилотные проекты появились в начале 2000-х годов.

Первым крупным промышленным проектом BECCS стала электростанция Drax в Великобритании. Изначально это была крупнейшая в Европе угольная электростанция, которая в 2010-х годах была постепенно переведена на сжигание древесных пеллет. В 2019 году на одном из её энергоблоков была запущена пилотная установка по улавливанию CO₂ мощностью 1 тонна в день. К 2023 году компания Drax Group объявила о планах строительства полноценного промышленного комплекса BECCS мощностью до 8 миллионов тонн CO₂ в год.

Другим значимым проектом является завод Illinois Industrial Carbon Capture and Storage (IL-ICCS) в США, где на предприятии по производству этанола из кукурузы улавливается CO₂, образующийся в процессе ферментации (который также является биогенным), и закачивается в глубокий солёный водоносный горизонт. Проект начал работу в 2017 году и ежегодно улавливает и хранит около 1 миллиона тонн CO₂.

В 2020-х годах интерес к BECCS значительно вырос, в основном благодаря включению этой технологии в сценарии Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) как одного из ключевых способов достижения целей Парижского соглашения. Однако масштабного внедрения BECCS в мире пока не произошло; большинство проектов находятся на стадии пилотных установок, НИОКР или предпроектной проработки.

¶Классификация и варианты

BECCS не является единой технологией, а представляет собой семейство процессов, которые различаются по типу сырья, способу преобразования энергии и методу улавливания CO₂.

По типу сырья:

Древесная биомасса: пеллеты, щепа, отходы лесопереработки.
Сельскохозяйственные остатки: солома, стебли кукурузы, лузга риса.
Энергетические культуры: мискантус, просо прутьевидное, ива, тополь.
Органические отходы: твёрдые бытовые отходы (биогенная фракция), осадок сточных вод.

По способу получения энергии:

Прямое сжигание: в котлах для выработки пара и электроэнергии (наиболее распространённый вариант).
Газификация: получение синтез-газа с последующим сжиганием в газовой турбине или использованием для синтеза жидкого топлива (например, биодизеля или керосина).
Анаэробное сбраживание: получение биогаза (метан + CO₂) с последующим улавливанием CO₂ из биогаза и сжиганием метана.

По технологии улавливания CO₂:

Постсжигательное улавливание: CO₂ извлекается из дымовых газов после сжигания (наиболее зрелая технология для BECCS).
Предсжигательное улавливание: CO₂ удаляется из синтез-газа до его сжигания (используется при газификации).
Оксифюэл (кислородное сжигание): биомасса сжигается в смеси кислорода и рециркулируемого CO₂, что даёт на выходе концентрированный поток CO₂, готовый к хранению.

¶Преимущества и критика

BECCS является предметом острых научных и общественных дискуссий. Её сторонники указывают на следующие преимущества:

Отрицательные выбросы: способность не только сокращать, но и удалять CO₂ из атмосферы, что необходимо для компенсации «трудных» выбросов (например, от авиации, цементной промышленности, сельского хозяйства).
Производство энергии: в отличие от многих других методов удаления CO₂ (например, прямого улавливания из воздуха — DAC), BECCS одновременно производит полезную энергию (электричество, тепло, топливо).
Использование существующей инфраструктуры: технология может быть интегрирована в существующие теплоэлектростанции и котельные, работающие на биомассе, а также в цепочки поставок биотоплива.

Основные аргументы критиков:

Конкуренция за землю и ресурсы: для выращивания биомассы в масштабах, необходимых для значительного влияния на климат, потребуются огромные площади сельскохозяйственных земель. Это может привести к конфликту с производством продовольствия, вырубке лесов (прямое или косвенное изменение землепользования) и росту цен на продукты питания.
Энергетический и углеродный баланс: выращивание, сбор, транспортировка и переработка биомассы требуют затрат энергии (на удобрения, топливо для техники, строительство). Если эти затраты покрываются за счёт ископаемого топлива, чистый углеродный баланс BECCS может быть неотрицательным или даже положительным.
Эффективность улавливания: современные системы улавливания CO₂ улавливают 85–95% CO₂ в дымовых газах. Оставшиеся 5–15% выбрасываются в атмосферу.
Долгосрочная надёжность хранения: существует риск утечки CO₂ из геологических хранилищ. Хотя этот риск считается низким для хорошо подобранных и управляемых формаций, он не равен нулю. Требуется длительный мониторинг и управление хранилищем.
Высокая стоимость: строительство и эксплуатация установок BECCS в настоящее время значительно дороже, чем традиционные электростанции на биомассе. Для экономической привлекательности требуются либо высокие цены на углерод (углеродный налог или система торговли квотами), либо государственные субсидии.

¶Применение и перспективы

По состоянию на середину 2020-х годов, BECCS применяется в ограниченных масштабах. Суммарная мощность проектов BECCS в мире составляет несколько миллионов тонн CO₂ в год, что ничтожно мало по сравнению с глобальными выбросами (более 35 миллиардов тонн CO₂ в год). Большинство действующих проектов сосредоточено в США, Канаде, Норвегии и Великобритании.

Перспективы BECCS тесно связаны с климатической политикой. Многие сценарии МГЭИК, предполагающие удержание глобального потепления в пределах 1,5–2 °C, предусматривают широкомасштабное внедрение BECCS к середине XXI века, с удалением от нескольких до десятков миллиардов тонн CO₂ в год. Однако реализация таких сценариев сталкивается с серьёзными технологическими, экономическими, экологическими и социальными ограничениями.

В России BECCS не получила практического развития. Существуют отдельные научные исследования и концептуальные проекты, связанные с использованием отходов лесопереработки и торфа, но промышленных установок нет. Основными препятствиями являются отсутствие экономических стимулов (углеродного регулирования), неразвитая инфраструктура для транспортировки и хранения CO₂, а также неопределённость с правовым статусом геологического хранения углерода.

¶Интересные факты

Термин «BECCS» был введён в широкий научный оборот в начале 2000-х годов, хотя отдельные идеи об использовании биомассы для связывания углерода высказывались и ранее.
В некоторых сценариях МГЭИК, предполагающих активное использование BECCS, под энергетические плантации предлагается отвести площадь, сопоставимую с территорией Индии (около 3 миллионов квадратных километров).
Помимо хранения в геологических формациях, существует альтернативный подход — улавливание CO₂ из биогаза и его использование в теплицах для ускорения роста растений (так называемое «углеродное удобрение»), однако это не даёт долгосрочного хранения.

¶Источники

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК). Специальный доклад о глобальном потеплении на 1,5 °C (2018).
Global CCS Institute. Global Status of CCS Reports (ежегодные отчёты).
Научные публикации в журналах Nature Climate Change, Energy & Environmental Science, Environmental Research Letters.
Доклады Международного энергетического агентства (МЭА) по технологиям чистой энергии.
Материалы проектов Drax Group (Великобритания) и Illinois Industrial CCS (США).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →