Carbfix

Carbfix — это исландский проект, занимающийся разработкой и внедрением технологии карбонизации базальтовых пород для улавливания и постоянного хранения диоксида углерода (CO₂) в геологических формациях. Проект базируется на базе Университета Исландии, Рейкьявикского университета и компании Reykjavik Energy, а также сотрудничает с рядом международных научных организаций. Основная цель Carbfix — превращение газообразного CO₂ в твёрдые минералы (карбонаты) путём его растворения в воде и закачки в базальтовые породы, где происходит химическая реакция, связывающая углерод на геологически длительные сроки.

История

Проект Carbfix был запущен в 2007 году как совместная инициатива исландских учёных и инженеров, направленная на поиск эффективных методов улавливания углерода из выбросов геотермальных электростанций. Исландия, расположенная на активной вулканической зоне, обладает значительными запасами базальтовых пород, которые составляют около 90 % её геологического фундамента. Это сделало страну идеальной площадкой для экспериментов по карбонизации.

В 2012 году в рамках проекта Carbfix была проведена первая полевая демонстрация технологии на геотермальной электростанции Хедлисхейди (Hellisheiði) в Исландии. В ходе эксперимента в базальтовые породы на глубину 400–800 метров было закачано около 175 тонн CO₂, растворённого в воде. Результаты, опубликованные в 2016 году в журнале Science, показали, что более 95 % закачанного CO₂ минерализовалось в течение двух лет — значительно быстрее, чем предполагалось (ранее оценки варьировались от сотен до тысяч лет).

С 2014 года Carbfix начал масштабирование технологии. В 2017 году проект получил финансирование от Европейского союза в рамках программы Horizon 2020, а также от правительства Исландии и частных инвесторов. К 2020 году мощность установки на Хедлисхейди была увеличена до 10 000 тонн CO₂ в год. В 2022 году Carbfix объявил о планах по строительству нового объекта — Coda Terminal, который должен стать первым в мире коммерческим терминалом по улавливанию и хранению углерода в базальтах, с проектной мощностью до 3 миллионов тонн CO₂ в год. Запуск терминала запланирован на 2026 год.

Технология

Принцип действия

Технология Carbfix основана на естественном процессе выветривания базальтовых пород, при котором силикатные минералы (например, оливин и пироксен) реагируют с CO₂, образуя стабильные карбонаты (кальцит, магнезит). В природе этот процесс занимает тысячи лет, но Carbfix ускоряет его путём растворения CO₂ в воде под давлением и закачки полученного раствора в базальтовые формации.

Процесс включает несколько этапов:

1. Улавливание CO₂ — газ извлекается из выхлопных газов геотермальных электростанций или промышленных предприятий (например, цементных заводов или сталелитейных производств).
2. Растворение — CO₂ растворяется в большом объёме воды (соотношение примерно 1:25 по массе) при давлении 20–30 атмосфер. Вода служит транспортным агентом и катализатором реакции.
3. Закачка — насыщенный CO₂ раствор закачивается в базальтовые породы на глубину 400–1000 метров через скважины.
4. Минерализация — в порах базальта раствор взаимодействует с кальцием, магнием и железом, содержащимися в породе, образуя твёрдые карбонаты. Реакция экзотермична и протекает при температуре 20–50 °C.
5. Постоянное хранение — карбонаты остаются в породе неограниченно долго, не подвергаясь утечкам, так как они химически стабильны.

Особенности

• Скорость реакции: в отличие от традиционных методов хранения CO₂ в соляных аквиферах или истощённых нефтяных месторождениях, где минерализация занимает десятилетия, в базальтах Carbfix достигает 95 % минерализации за 2–5 лет.
• Безопасность: поскольку CO₂ превращается в твёрдое вещество, риск утечек практически отсутствует. Это отличает технологию от хранения в газообразной или сверхкритической форме.
• Водопотребление: технология требует значительного количества воды (около 25 тонн на тонну CO₂). В Исландии это не является проблемой из-за обилия гидротермальных источников, но в засушливых регионах может быть ограничением.
• Энергозатраты: закачка раствора требует энергии, которая может быть получена из возобновляемых источников (например, геотермальной энергии), что снижает углеродный след процесса.

Применение

Геотермальная энергетика

Основное применение Carbfix на текущий момент — улавливание CO₂ из выбросов геотермальных электростанций. В Исландии геотермальные источники часто содержат растворённые газы, включая CO₂, сероводород и метан. На станции Хедлисхейди Carbfix позволяет улавливать до 30 % выбросов CO₂, а с расширением мощности — до 90 %. В 2023 году Carbfix объявил, что с 2012 года было закачано и минерализовано более 100 000 тонн CO₂.

Промышленные выбросы

Carbfix также тестируется на промышленных объектах, таких как цементные заводы и сталелитейные предприятия. В 2021 году проект начал сотрудничество с исландской цементной компанией Cementir для улавливания выбросов от производства цемента. В 2023 году Carbfix подписал соглашение с датской энергетической компанией Ørsted о строительстве терминала Coda Terminal, который будет принимать CO₂, уловленный на промышленных объектах в Европе, и закачивать его в базальты Исландии.

Международные проекты

Технология Carbfix привлекла внимание за пределами Исландии. В 2020 году начались испытания в США (штат Вашингтон) и на Канарских островах (Испания), где также имеются базальтовые формации. В 2022 году Carbfix стал частью европейского проекта GECO (Geothermal Emission Control), направленного на снижение выбросов геотермальных станций в Италии, Турции и Кении. В 2023 году Carbfix объявил о планах по созданию аналогичных установок в Японии и Новой Зеландии.

Преимущества и ограничения

Преимущества

• Постоянное хранение: карбонаты стабильны на геологических временных масштабах (миллионы лет), что исключает необходимость мониторинга утечек.
• Экологичность: процесс не требует использования химических реагентов, кроме воды, и не производит токсичных отходов.
• Масштабируемость: базальтовые породы широко распространены на Земле (около 10 % континентальной коры и большая часть океанического дна), что открывает возможности для глобального применения.
• Синергия с возобновляемой энергетикой: в Исландии технология использует геотермальную энергию, что делает её практически углеродно-нейтральной.

Ограничения

• Водопотребление: как упоминалось, требуется большое количество воды, что может быть проблемой в регионах с дефицитом водных ресурсов.
• Геологические условия: технология эффективна только в базальтовых породах с высокой пористостью и проницаемостью. Не все базальтовые формации подходят для закачки.
• Энергозатраты: для закачки раствора требуется энергия, которая в некоторых регионах может производиться из ископаемого топлива, что снижает общий экологический эффект.
• Стоимость: на текущий момент стоимость улавливания и хранения CO₂ по технологии Carbfix оценивается в 50–100 долларов за тонну, что выше, чем для традиционных методов (например, хранения в нефтяных пластах — 20–50 долларов), но ниже, чем для прямого улавливания из воздуха (200–600 долларов).

Критика и перспективы

Критика

Экологические организации, такие как Greenpeace, выражают скептицизм в отношении технологий улавливания и хранения углерода (CCS) в целом, включая Carbfix. Критики утверждают, что такие проекты могут отвлекать внимание и ресурсы от более прямых мер по сокращению выбросов, таких как переход на возобновляемую энергетику и повышение энергоэффективности. Кроме того, высказываются опасения по поводу долгосрочной стабильности карбонатов в сейсмически активных регионах, хотя исследования Carbfix показывают, что минерализованный CO₂ не подвержен дестабилизации при землетрясениях.

Перспективы

Carbfix рассматривается как одна из наиболее перспективных технологий CCS благодаря высокой скорости минерализации и безопасности хранения. В 2023 году проект получил грант от Министерства энергетики США на сумму 15 миллионов долларов для исследований в области масштабирования. Планируется, что к 2030 году Carbfix сможет улавливать и хранить до 10 миллионов тонн CO₂ в год, что эквивалентно выбросам около 2 миллионов автомобилей. В долгосрочной перспективе технология может быть применена на океаническом дне, где базальтовые породы покрывают значительную часть поверхности.

Источники

• Science (2016). «Rapid carbon mineralization for permanent disposal of anthropogenic carbon dioxide emissions».
• Carbfix official website (carbfix.com).
• European Commission, Horizon 2020 project «CarbFix2» (2017–2021).
• Reykjavik Energy, annual reports (2012–2023).
• IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage (2005, updated 2022).
• Nature Communications (2020). «Field-scale carbon mineralization in basalts: a review».
• Greenpeace International, «Carbon Capture and Storage: A False Solution» (2021).