Carbon Engineering

Carbon Engineering — канадская компания, основанная в 2009 году, специализирующаяся на разработке и коммерциализации технологий прямого улавливания углекислого газа из атмосферы (DAC, Direct Air Capture). Компания базируется в Ванкувере (провинция Британская Колумбия, Канада). Carbon Engineering занимается проектированием и строительством установок, способных извлекать CO₂ из окружающего воздуха для последующего использования в синтезе синтетического топлива (включая авиакеросин) или для долговременного геологического хранения с целью борьбы с изменением климата.

История

Основание и ранние годы (2009–2015)

Carbon Engineering была основана в 2009 году предпринимателем и инженером Дэвидом Кейтом (David Keith), профессором физики и общественной политики Гарвардского университета (по состоянию на 2025 год), ранее работавшим в Университете Калгари. Проект стартовал как spin-off исследовательской группы Кейта, занимавшейся климатической инженерией. Первоначальное финансирование в размере 8,5 миллиона долларов было предоставлено инвесторами, в том числе Биллом Гейтсом и венчурным фондом Khosla Ventures. В 2011 году компания завершила строительство пилотной установки в Сквамише (Британская Колумбия), мощность которой составляла около 1 тонны CO₂ в день. Установка работала на основе жидкостного абсорбционного цикла с гидроксидом калия.

Развитие технологии (2015–2021)

В 2015 году Carbon Engineering объявила о завершении первой фазы технико-экономического обоснования масштабируемого промышленного процесса. По заявлению компании, стоимость улавливания одной тонны CO₂ оценивалась в 94–232 доллара США (с учётом капитальных и эксплуатационных затрат). В 2018 году компания опубликовала в журнале Joule подробное описание химического процесса, включая использование кальцинатора для регенерации абсорбента и получения чистого CO₂.

В 2019 году Carbon Engineering привлекла 68 миллионов долларов от стратегических партнёров, включая Chevron Technology Ventures, Occidental Petroleum и BHP. Эти инвестиции были направлены на проектирование коммерческой установки мощностью 500 000–1 000 000 тонн CO₂ в год. В 2021 году компания анонсировала партнёрство с британской компанией Storegga для строительства крупномасштабной установки в Шотландии (проект «Direct Air Capture Scotland»).

Слияние и текущий этап (2023–2025)

В августе 2023 года было объявлено о слиянии Carbon Engineering с американской нефтегазовой компанией Occidental Petroleum (Oxy). Сделка была закрыта в сентябре 2023 года, а сумма составила 1,1 миллиарда долларов США. Occidental Petroleum формирует подразделение 1PointFive, которое занимается коммерциализацией DAC-технологий. Carbon Engineering продолжает функционировать как дочерняя компания, отвечающая за технологию. На 2025 год компания реализует проект «Stratos» в округе Ирион (Техас, США) — крупнейшую в мире DAC-установку с проектной мощностью 500 000 тонн CO₂ в год, ввод в эксплуатацию запланирован на 2025–2026 годы.

Технология

Принцип работы

Технология Carbon Engineering основана на жидкостном абсорбционном цикле с использованием гидроксида калия (KOH) в качестве абсорбента. Процесс включает несколько стадий:

1. Забор воздуха: Мощные вентиляторы прогоняют атмосферный воздух через абсорбционную башню, заполненную пластиковыми контактными элементами (насадками).
2. Химическое связывание: CO₂ из воздуха реагирует с водным раствором KOH, образуя карбонат калия (K₂CO₃):

\[ 2\text{KOH} + \text{CO}_2 \rightarrow \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} \]

1. Регенерация абсорбента: Раствор K₂CO₃ смешивается с гидроксидом кальция (Ca(OH)₂) в реакции, при которой образуется карбонат кальция (CaCO₃) и регенерируется раствор KOH:

\[ \text{K}_2\text{CO}_3 + \text{Ca(OH)}_2 \rightarrow \text{CaCO}_3 + 2\text{KOH} \]

1. Кальцинация: Карбонат кальция нагревается в кальцинаторе до 900 °C, в результате чего разлагается на оксид кальция (CaO) и чистый газообразный CO₂:

\[ \text{CaCO}_3 \xrightarrow{900^\circ\text{C}} \text{CaO} + \text{CO}_2 \]

1. Возврат в цикл: Оксид кальция «гасится» водой для регенерации гидроксида кальция (Ca(OH)₂), который повторно используется на стадии 3.

Полученный CO₂ может быть сжат или сжижен для дальнейшего транспортировки.

Масштабирование и энергозатраты

Технология потребляет значительное количество тепловой энергии (природный газ или электроэнергия) для нагрева кальцинатора. По заявлению Carbon Engineering, при использовании возобновляемых источников энергии выбросы углекислого газа, связанные с работой установки, могут быть сведены к нулю (так называемый «чистый» процесс). Компания оценивает энергетическую эффективность в 8–10 гигаджоулей на тонну улавливаемого CO₂.

Сравнение с другими методами DAC

В отличие от твёрдотельных (адсорбционных) методов DAC, разрабатываемых, например, компанией Climeworks (Швейцария), технология Carbon Engineering использует жидкие химические среды, что позволяет добиться более высокой производительности при крупномасштабном применении, но требует более высокой температуры регенерации.

Классификация применения

Улавливаемый Carbon Engineering CO₂ может быть использован двумя основными способами:

Углеродно-нейтральные синтетические топлива

Компания разрабатывает процесс преобразования CO₂ в синтетический углеводород (в том числе авиакеросин) с помощью электролиза воды для получения водорода (процесс Power-to-Liquid). Полученное топливо может быть смешано с традиционными нефтепродуктами, при этом его сжигание не увеличивает общую концентрацию CO₂ в атмосфере. Первое коммерческое производство такого топлива планировалось в Шотландии с 2024 года, но сроки были сдвинуты после слияния с Occidental Petroleum.

Геологическое хранение (углеродный захват и хранение, CCS)

CO₂ может быть закачан в истощённые нефтяные и газовые пласты (технология повышения нефтеотдачи — EOR) или в глубокие солёные водоносные горизонты. Occidental Petroleum, как материнская компания, располагает собственной инфраструктурой для EOR в Западном Техасе, что делает этот способ экономически более привлекательным.

Партнёры и инвесторы

Основные партнёры и инвесторы Carbon Engineering на момент до слияния включали:

• Microsoft (технологический гигант, корпорация; США) — закупка квот на улавливание CO₂.
• Chevron Technology Ventures — подразделение нефтяной корпорации Chevron (США).
• Occidental Petroleum — нефтяная компания (США), ставшая владельцем компании.
• BHP — горнодобывающая корпорация (Австралия).
• Carbon Direct — инвестиционный фонд, специализирующийся на климатических технологиях.
• Управление энергетической информации Министерства энергетики США (DOE) — оказывало поддержку в рамках программы по улавливанию углерода.

Критика и ограничения

Технология Carbon Engineering, как и все методы прямого улавливания воздуха, подвергается критике по ряду причин:

1. Высокая стоимость: По оценкам Института энергетики и экологических исследований (IFEU, 2022), текущая стоимость улавливания CO₂ методом Carbon Engineering составляет от 300 до 600 долларов за тонну, что существенно превышает стоимость предотвращения выбросов через энергоэффективность или возобновляемую энергетику.
2. Энергоёмкость: Процесс требует больших объёмов тепла, которое в настоящее время часто получают из природного газа, что приводит к значительным сопутствующим выбросам (по оценкам, от 20 до 50 % уловленного CO₂ может быть выделено обратно в атмосферу при использовании ископаемого топлива).
3. Риск использования для Enhanced Oil Recovery (EOR): Противники DAC отмечают, что закачка CO₂ в нефтяные пласты способствует увеличению добычи нефти, что может свести на нет климатический эффект (выбросы от сжигания извлечённой нефти).
4. Масштаб: Для значимого влияния на глобальный климат требуется строительство тысяч крупных DAC-установок, что сопряжено с огромными затратами и материальными ресурсами.

Источники

• Carbon Engineering. (2018). «A demonstration of direct air capture of CO₂ from the atmosphere». Joule, 2(8), 1573-1594.
• Keith, D. W., Holmes, G., St. Angelo, D., & Heidel, K. (2018). «A Process for Capturing CO₂ from the Atmosphere». Joule, 2(8), 1573-1594.
• International Energy Agency (IEA). (2023). «Direct Air Capture: A Key Technology for Net Zero».
• Occidental Petroleum. (2023). «Occidental to Acquire Carbon Engineering».
• European Academies Science Advisory Council (EASAC). (2021). «Negative Emission Technologies: The Role of DAC».