Прямое улавливание из воздуха

Прямое улавливание из воздуха (англ. Direct Air Capture, DAC) — это технологический процесс извлечения углекислого газа (CO₂) непосредственно из атмосферного воздуха с использованием химических или физических методов. В отличие от традиционных систем улавливания CO₂ на промышленных источниках (электростанциях, цементных заводах), DAC работает с фоновой концентрацией газа (около 0,04 % объёма), что делает его одним из инструментов так называемых технологий отрицательных выбросов (negative emissions technologies).

Принцип действия

Улавливание CO₂ из воздуха основано на его химическом связывании с сорбентами — веществами, способными избирательно поглощать диоксид углерода. Процесс включает два основных этапа:

1. Сорбция. Воздух продувается через контактное устройство, где CO₂ вступает в реакцию с твёрдым или жидким сорбентом. Для жидких систем чаще всего используются растворы гидроксида калия (KOH) или гидроксида натрия (NaOH), для твёрдых — аминосодержащие смолы или цеолиты.
2. Регенерация. Насыщенный сорбент нагревают до температуры 80–900 °C (в зависимости от типа материала), в результате чего CO₂ выделяется в концентрированном виде. Чистый газ затем может быть сжат, транспортирован и захоронен (CCS) или использован в качестве сырья (CCU).

Энергозатраты на регенерацию составляют основную долю стоимости процесса. Для нагрева требуется тепло, которое может быть получено за сжигания природного газа, электричества (в том числе из возобновляемых источников) или геотермальной энергии.

История

Первые научные работы по извлечению CO₂ из воздуха появились в 1930-х годах, но практический интерес возник лишь в начале XXI века. В 2009 году американский учёный Клаус Лакнер основал компанию Carbon Engineering (Канада), которая в 2015 году запустила пилотную установку DAC в Британской Колумбии. В 2017 году швейцарская компания Climeworks ввела в эксплуатацию первый коммерческий завод DAC в Хинвиле (Швейцария), использующий твёрдые сорбенты.

К 2024 году в мире действовало около 20 установок DAC, крупнейшая из которых — Orca (Исландия, мощность 4000 тонн CO₂ в год), также построенная Climeworks совместно с исландской компанией Carbfix. В 2022 году в США началось строительство завода Stratos (Техас) мощностью 500 000 тонн CO₂ в год, запуск запланирован на 2025 год.

Технические подходы

Жидкостные системы

В жидкостных DAC используется циркулирующий раствор щёлочи. Воздух контактирует с раствором в градирнях или колоннах, где CO₂ превращается в карбонат или бикарбонат. Регенерация требует нагрева до 800–900 °C, что делает процесс энергоёмким. Преимущество — высокая скорость реакции и возможность масштабирования. Основной разработчик — Carbon Engineering.

Твёрдотельные системы

Твёрдые сорбенты (например, амины на пористой подложке) работают при более низких температурах регенерации (80–120 °C). Воздух продувается через модули с сорбентом, после чего модуль нагревается для выделения CO₂. Такие установки компактнее, но требуют большего количества циклов «сорбция-десорбция». Лидер — Climeworks.

Электрохимические методы

Перспективный подход, разрабатываемый компаниями Verdox (США) и Carbfix, основан на электрохимическом связывании CO₂ без нагрева. В процессе используется электричество для изменения pH раствора, что позволяет улавливать и выделять газ при комнатной температуре. Технология находится на стадии лабораторных прототипов.

Применение

Уловленный DAC диоксид углерода может быть использован двумя способами:

• Захоронение (CCS). CO₂ закачивается в геологические формации (глубокие солёные водоносные горизонты, истощённые нефтегазовые месторождения). В Исландии Carbfix связывает CO₂ с базальтовыми породами, превращая его в карбонаты за 2–3 года.
• Использование (CCU). Газ применяется для синтеза топлива (метанол, керосин), производства полимеров, в теплицах для ускорения роста растений, а также в пищевой промышленности (газированные напитки). В 2023 году Climeworks продавала CO₂ для изготовления синтетического топлива для авиации.

Экономика и масштабирование

Стоимость улавливания DAC остаётся высокой. По данным Международного энергетического агентства (МЭА) на 2023 год, она варьируется от 250 до 600 долларов США за тонну CO₂, в зависимости от технологии, источника энергии и масштаба установки. Для сравнения, стоимость улавливания на электростанциях составляет 40–80 долларов за тонну.

Снижение затрат возможно за счёт:

• увеличения единичной мощности установок (эффект масштаба);
• использования дешёвой возобновляемой энергии;
• совершенствования сорбентов, снижающих температуру регенерации;
• государственных субсидий и углеродных кредитов.

В 2023 году правительство США объявило о программе финансирования DAC на сумму 3,5 миллиарда долларов в рамках Закона о снижении инфляции. В Европе аналогичные меры реализуются через Фонд инноваций ЕС.

Критика и ограничения

Технология DAC подвергается критике по нескольким причинам:

• Высокая стоимость. На современном этапе DAC неконкурентоспособна по сравнению с сокращением выбросов у источника или естественными методами (лесовосстановление, управление почвами).
• Энергопотребление. Для улавливания 1 тонны CO₂ требуется 1,5–2 МВт·ч тепла, что при использовании ископаемого топлива может частично нивелировать экологический эффект.
• Риски морального риска. Критики утверждают, что развитие DAC может снизить стимулы для прямого сокращения выбросов, создавая иллюзию «технического решения» климатической проблемы.
• Водные ресурсы. Жидкостные системы потребляют значительное количество воды (до 5 тонн на тонну CO₂), что проблематично в засушливых регионах.

Правовой статус и регулирование

В России технология DAC не получила широкого распространения. В 2021 году в рамках национального проекта «Экология» были анонсированы пилотные проекты по улавливанию CO₂ на промышленных объектах, но прямого улавливания из воздуха они не предусматривают. Российские компании, такие как «Газпром» и «Росатом», изучают возможности CCS, но DAC пока не включена в государственные программы декарбонизации.

На международном уровне DAC признаётся Межправительственной группой экспертов по изменению климата (МГЭИК) в качестве одной из технологий отрицательных выбросов, необходимых для достижения целей Парижского соглашения. В 2023 году МЭА включило DAC в сценарий Net Zero Emissions к 2050 году, предполагая, что к этому сроку мощность установок достигнет 85 миллионов тонн CO₂ в год.

См. также

• Улавливание и хранение углерода
• Геоинженерия
• Углеродный след
• Парниковый эффект

Источники

• International Energy Agency. Direct Air Capture 2023. — IEA, Paris, 2023.
• Intergovernmental Panel on Climate Change. IPCC Sixth Assessment Report. Working Group III: Mitigation of Climate Change. — Cambridge University Press, 2022.
• Keith D. W., Holmes G., St. Angelo D., Heidel K. A Process for Capturing CO₂ from the Atmosphere. // Joule, 2018, vol. 2, no. 8, pp. 1573–1594.
• Climeworks AG. Technology and Operations Overview. — Zürich, 2024.
• Carbon Engineering Ltd. Direct Air Capture: Technical Specifications. — Squamish, 2023.