Если в воздухе не будет углекислого газа

Что значит эта новость? Неужели человечество прошло точку невозврата и негативные последствия глобального потепления теперь не остановить?

По данным ученых, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла максимума за три миллиона лет.

Неделю назад канадский стартап предложил закачивать углекислый газ под землю в Техасе, чтобы добывать нефть.

Почему мы все больше говорим про СО2, как он связан с ПИР и какие технологии позволяют удалить его из атмосферы?

Предлагаем вам сокращенный перевод материала портала химической и строительной индустрии cen.acs.org.

Как проблема была обнаружена

Как оказалось, с этими симптомами к врачам было ходить бесполезно, никто «не угадал». Со своей подругой-врачем мы долго меня мучали анализами, и отсекали все возможные причины. Коварство состояло в том, что пока ты идешь на анализы — надышишься свежего воздуха, и первичные признаки стираются, остаются только следствия. Один из анализов в качестве одной из причин (наряду с раком) указывал на ацидоз. Ну а дальше все просто — находим респираторный ацидоз, находим форум по углекислому газу на ixbt, заказываем монитор углекислого газа (по началу чуть не пошел в неправильном направлении и не купил монитор кислорода — он конечно ничего особенного бы не показал). После перехода к постоянной вентиляции все первые 8 ступеней симптомов пропали в течении недели.

Что было бы, если бы парниковых газов было меньше

Каждый день в мире появляется все больше исследований, посвященных проблемам климата. Информационный портал The Conversation совместно с новозеландским центром науки New Zealand Science Media Centre создал специальную платформу Climate Explained, на которой ученые отвечают на популярные вопросы читателей о климате. На это неделе эксперты объяснили, как бы выглядела наша планета, если бы количество углекислого газа не увеличивалось с момента индустриализации, а также, что будет, если мы вдруг резко сократим количество парниковых газов в атмосфере.

Для того, чтобы ответить на эти вопросы ученые начинают с объяснения того, как работает атмосфера нашей планеты. Тонкий слой газов, которые поддерживают жизнь на Земле, в основном формируется из азота и кислорода. Также в атмосфере присутствует небольшое количество остаточных газов, таких как аргон, неон, гелий и различные парниковые газы, названные так потому, что они улавливают тепло, выделяемое Землей.

Самым распространенным парниковым газом в атмосфере является водяной пар, именно он обеспечивает естественный парниковый эффект. Без него и естественного количества других парниковых газов Земля была бы примерно на 33℃ холоднее и стала бы непригодна для жизни.

До первой промышленной революции концентрация углекислого газа в атмосфере была около 250 ppm. Затем она слегка поднялась до 280 ppm, и сейчас очень часто доходит до показателя 417 ppm. В результате такого продолжающегося роста средняя глобальная температура поднялась чуть более чем на 1℃.

Однако человечество влияет на атмосферу не только с помощью парниковых газов. Твердые частицы в атмосфере, такие как сажа и пыль, также могут ухудшать качество воздуха во многих промышленно развитых и городских регионах. Не стоит забывать и о таких органических соединениях как хлорфторуглерод (CFC), именно оно привело к образованию Антарктической озоновой дыры.

Итак, возвращаясь к вопросу о том, что было бы если люди вообще не изменили состав атмосферы (включая не только парниковые газы, но и твердые частицы и органические соединения), ученые говорят, что средняя глобальная температура сегодня была бы аналогична доиндустриальному периоду. Хотя некоторые колебания, связанные с Солнцем, извержениями вулканов и внутренней изменчивостью, могли бы сыграть свою роль.

Переходя ко второму вопросу, стоит сначала сказать о том, что уже происходит с миром из-за потепления. Основная проблема заключается в том, что парниковые газы очень надолго остаются в атмосфере — около десяти лет для метана и от сотен до тысяч лет для углекислого газа. Резко снизить уровень загрязнения просто не получится, для этого всему миру необходимо агрессивно сокращать выбросы в течение длительного периода.

Ученые приводят очень хороший пример с карантином коронавируса. Когда многие страны стали «закрываться», концентрация CO2 начала медленно падать. Дак вот, для того, чтобы вернуться к только доиндустриальному уровню углекислого газа, людям придется сидеть на карантине десятилетиями.

Поэтому эксперты отмечают, что снизить концентрацию парниковых газов до такой степени, что она станет опасной для жизни и Земля переохладится — практически невозможно. Это означало бы преодоление естественного парникового эффекта.

Если же говорить о том, что является ключом к стабилизации концентрации — это быстрый переход от ископаемого топлива к низкоуглеродной энергии. Однако многие ученые сейчас думают об определенных формулах улавливания углекислого газа для удаления его из атмосферы.

Углекислота не только греет, но и отупляет

Повышение уровня CO2 в земном воздухе беспокоит экологов уже давно. Что самое страшное, как выясняется, этот процесс влияет на только на климат. Согласно результатам последних исследований, избыток углекислого газа буквально сделает всех людей существенно тупее.

Исследование ученых из Университета штата Колорадо в Боулдере и их коллег из других научных организаций, проведенное в 2019 году, показывает, что у растущего уровня CO2 в атмосфере есть еще более опасные последствия, чем глобальное потепление. Они обратили внимание на ряд работ, посвященных когнитивным функциям людей, находящихся продолжительное время в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа. На основе их результатов, исследователи построили оценочную модель, чтобы понять, как в будущем изменяющийся состав атмосферы повлияет на все человечество в плане интеллектуальных способностей.

Выводы неутешительные. Если взять пессимистичную оценку по росту концентрации углекислого газа в воздухе, то к 2100-му году люди станут значительно глупее. При этом, даже следование всем международным экологическим договорам о снижении выбросов парниковых газов, то есть, наиболее благоприятный из рассмотренных учеными сценариев, приведет к снижению уровня интеллекта большинства людей на десятки процентов. Похоже, у Греты Тунберг появился еще один весомый аргумент.

Статья является обзорной, то есть основана не на оригинальном исследовании, а содержит в себе анализ массива других научных работ по данной теме. Она была опубликована два года назад в журнале Американского геофизического союза и может стать отправной точкой для множества уточняющих и проверяющих данную гипотезу работ. Препринт доступен на сервере EarthArXiv.

Суть в следующем. Ученые очень давно обратили внимание, что студенты, работающие в душных помещениях показывают сниженную успеваемость. Этот вопрос подробно исследован и существуют даже специальные шкалы зависимости когнитивных функций человека от содержания углекислого газа во вдыхаемом воздухе.

Эти зависимости не линейны, да и на разные подсистемы нашего мозга CO2 влияет по-разному — где-то существенно, а где-то не очень. В целом, эффекты негативные и заметные, так что требование регулярно проветривать комнаты и аудитории максимально обосновано научно.

К сожалению, толку от хорошей системы вентиляции или настежь открытых окон не будет, если наружный воздух тоже содержит слишком много углекислого газа. Авторы работы опираются на два основных сценария: когда никаких мер по сдерживанию глобального потепления не принимается и наоборот, что все страны мира решили внезапно дружно подумать об экологии. В первом случае к 2100 году концентрация CO2 возрастет до более чем 930 ppm (частей на миллион), а во втором до 625.

Оба этих варианта вызывают серьезное беспокойство. Указанный диапазон концентраций как раз и находится в «красной» зоне влияния на человека. В подобной атмосфере люди хуже запоминают информацию, труднее распознают образы, а что самое главное — нарушается мышление, отвечающее за принятие решений.

Углекислота является вторым по степени влияния на климат Земли парниковым газом после водяного пара. С каждым годом его концентрация растет, в среднем, на 2-7 ppm. Снижение выбросов CO2 является одним из основных пунктов большинства программ по борьбе с глобальным потеплением.

Помимо этого, диоксид углерода играет очень важную роль в регуляции всей биосферы. С повышением его концентрации увеличиваются и занимаемые растительностью площади. Однако весь объем углекислого газа они все равно не могут поглотить. А что немаловажно, огромные биоценозы в океанах начнут вымирать еще раньше, чем леса, поля и планктон «съедят» хотя бы часть лишней углекислоты — по сути, этот процесс уже начался для коралловых рифов. Влияние данного фактора на экологию также крайне негативное.

Углекислый газ, безусловно, важен для биосферы Земли, но не в таких количествах, которые сегодня выбрасываются в атмосферу. Впервые влияние человека на уровень CO2 в атмосфере было отмечено в середине XIX века и с тех пор неуклонно и стремительно увеличивалось. Сейчас концентрация диоксида углерода достигла максимального уровня за последние 800 тысяч лет, а может, и за все 20 млн лет. Кто виноват? Перед вами — топ-10 стран, лидирующих по выбросу углекислого газа.

Канада: 557 млн тонн CO2 в год. Типичный образ Канады — девственные леса, кристально чистые озера, горы и реки, природа и простор. Несмотря на это Канада входит в десятку стран, выбрасывающих в атмосферу наибольшее количество диоксида углерода. Чтобы изменить сложившуюся ситуацию, в октябре 2016 года правительство Канады решило ввести налог на выброс углекислого газа.

Южная Корея: 592 млн тонн CO2 в год. Беженцы из Северной Кореи говорят, что жизнь в стране южных соседей — словно глоток свежего воздуха. Такая метафора может звучать как злая ирония: воздух в Южной Корее один из самых загрязненных в Азии, порой буквально удушающий. Весна в Сеуле — словно нахождение в одной комнате с человеком, выкуривающим по 4 пачки сигарет в день. В Южной Корее 50 угольных станций (и планируются новые), а в Сеуле проживает более 10 млн человек, и практически все пользуются автомобилями. В отличие от Канады, никаких мер, которые могли бы улучшить экологическую ситуацию, Южная Корея не предпринимает.

Саудовская Аравия: 601 млн тонн CO2 в год. По данным ВОЗ, столица Саудовской Аравии Эр-Рияд — один из самых загрязненных городов мира, и даже в Пекине в ваши легкие не попадает такая «таблица Менделеева», которая отравляет дыхание в Эр-Рияде. В данном случае проблема промышленных отходов усугубляется непростыми природными условиями, в частности, частыми и порой ужасающими песчаными бурями. Вопросы экологии в Саудовской Аравии считаются второстепенными, и, как и Южная Корея, государство не намерено сокращать объемы добычи нефти и газа и перерабатывающей промышленности.

Иран: 648 млн тонн CO2 в год. Город Ахваз в Иране, некогда служивший зимней резиденцией персидских царей, сегодня крупный металлургический центр и один из городов с самым загрязненным воздухом в мире. Например, в Москве среднегодовая концентрация РМ10 (мелкодисперсных частиц, которые являются важной составляющей загрязненности воздуха) составляет 33 мкг/м3, а в Ахвазе порой достигает 372 мкг/м3. Но проблемы с выбросами углекислого газа, увы, характерны для всей территории Ирана. В ноябре 2016 года были закрыты все столичные школы из-за смертоносных паров, душивших город. «Смертоносных» здесь — не фигура речи: за 23 дня от загрязненного воздуха погибли более 400 человек. Помимо нефтехимических производств, которые заметно ухудшают экологию, немаловажная причина такого положения в Иране — это санкции. На протяжении последних 38 лет после окончания исламской революции, жители Ирана ездят на старых автомобилях с низкокачественным топливом.

Германия: 798 млн тонн CO2 в год. Наличие Германии в этом списке удивляет так же, как и присутствие Канады. Но не стоит обманываться: помимо зеленых полей, хорошей экономики и эко-ориентации, в Германии немало крупных городов. Так, Штутгарт называют «немецким Пекином» — здесь нет смога, но уровень концентрации опасных частиц достаточно высок. Так в 2014 году концентрация частиц превышала допустимую норму в течение 64-х дней, что сделало воздух более грязным, чем в Сеуле и Лос-Анджелесе вместе взятых. В 28-и районах страны уровень загрязнения воздуха считается опасным. Например, в 2013 году от повышенного содержания оксидов азота в воздухе скончались более 10 тысяч жителей Германии.

Япония: 1237 млн тонн CO2 в год. Япония занимает 5-е место в мире по уровню загрязнения, выбрасывая в воздух практически вдвое больше углекислого газа, чем Южная Корея. Но все это — гигантский шаг вперед по сравнению с тем, что творилось на островном государстве буквально 50 лет назад. Страшные синдромы, причиной которых стали загрязнения, например, болезнь Минамата (отравление тяжелыми металлами), погубили множество японцев. Лишь начиная с 1970-х годов власти Японии начали предпринимать шаги к тому, чтобы жить в более чистой среде. Экологическая ситуация в Японии немного ухудшилась после аварии на АЭС Фукусима в 2011 году: катастрофа привела к тому, что почти все японские атомные электростанции были закрыты и заменены на угольные.

Россия: 1617 млн тонн CO2 в год. Да, Москва иногда демонстрирует особо опасные уровни загрязнения воздуха, но все же четвертую позицию России в списке стран с самым высоким содержанием CO2 в воздухе обеспечивают Челябинская область и индустриальные города Сибири. Новокузнецк, Ангарск, Омск, Красноярск, Братск и Новосибирск производят выбросов в атмосферу больше, чем многомиллионная Москва. Около 6% всех выбросов оксида углерода в России обязаны Челябинской области. Город Карабаш в Челябинской области в 1996 году был признан зоной экологического бедствия, а в СМИ его нередко называют самым загрязненным городом в мире.

Индия: 2274 млн тонн CO2 в год. По некоторым оценкам ежегодно от загрязнения воздуха в Индии погибают около 1,2 млн человек. Да, Индия заявляла о стремлении к более чистой энергии, но насколько это реально— большой вопрос. Экономика страны растет, при этом сотни миллионов жителей Индии все еще не имеют электричества и живут в нищенских условиях. Одно из крупных экономических достижений Индии за последние годы заключается в снижении зависимости страны от импорта угля: за счет роста собственной угледобычи, которую как раз Индия уверенно наращивает с каждым годом. Если приостановить эту угледобычу, воздух станет чище, но страна — беднее.

США: 5414 млн тонн CO2 в год. Несмотря на многочисленные программы по защите экологии и разработки в области зеленой энергии, США по-прежнему среди лидеров по загрязнению окружающей среды. По данным доклада Американской ассоциации по борьбе с легочными заболеваниями за 2016 год, более половины населения страны дышит воздухом, уровень загрязнения которого крайне опасен. Это можно переформулировать так: 166 млн американцев ежедневно подвергают себя риску развития астмы, болезней сердца, онкологии из-за воздуха, которым они дышат. Наиболее загрязненные города сконцентрированы в солнечной Калифорнии.

Китай: 10357 млн тонн CO2 в год. Япония, Россия, Индия и США занимают соседние строчки в этом рейтинге, но даже если эти страны объединить в одну, то и в этом случае количество выбросов углекислого газа в воздух не сравнится с тем, что происходит в Китае: если бы загрязнение воздуха было олимпийским видом спорта, Китай стал лидером медального зачета. «Красный», наивысший, уровень загрязнения воздуха не редкость для многих городов Китая, как и сообщения о том, что миллионы жителей не покидают домов из-за токсичного смога. Ситуация с воздухом в Китае не становится лучше — всего лишь в декабре 2016 года концентрация мелкодисперсных взвешенных частиц РМ10 (мы говорили о них выше) превысила 800 мкг/м3. Для сравнения: безопасной с точки зрения ВОЗ средняя годовая концентрация РМ10 составляет 20 мкг/м3.

Невидимой руки рынка недостаточно

Специалисты Национальной академии полагают, что на сегодняшний день в мире не сформирован рынок достаточного объема для поддержки инноваций, с помощью которых можно было бы изучить и разработать новые химические процессы и создать оборудование для снижения затраты на извлечение CO2 из воздуха.

Сторонники прямого захвата воздуха надеются на долгосрочные государственные инвестиции, налог на углекислый газ, местные или федеральные налоговые льготы, другие стимулы, похожие на те, которые подстегнули разработку солнечных батарей или добычу ископаемого топлива посредством гидравлического разрыва пласта. Именно такие меры привели к принципиальному качественным рывкам в технологиях производства энергии и ископаемого топлива.

Как мы знаем, ПИР также делается из полиола и изоцианата. Полиолы же изначально производились из нефтепродуктов, а сегодня появляются новые технологии получения его из органических материалов, например, растительных масел, или из углекислого газа, СО2.

Илья Евдокимов, заведующий Научно-исследовательским центром «ПрофХолода» согласен, что технология пока не отработана и актуальна только в местах выброса СО2: «С одной стороны, мы боремся с выбросами. С другой стороны, чтобы технология стала эффективной, необходимо централизовать производства, которые выбрасывают существенные объемы СО2. Сейчас предприятия размещены на огромных расстояниях друг от друга, и количество СО2, которое образуется на одном, даже очень крупном заводе, недостаточно, чтобы окупить технологию. А вот если размещать новые производства рядом друг с другом, то система улавливания углекислого газа будет сокращать выбросы в атмосферу и использовать его, чтобы создавать новые продукты».

Организация такого процесса потребует расчетов, прогнозирования, а самое главное, мотивации для владельцев производств. Которым предстоит озаботиться не только получением прибыли, но и состоянием окружающей среды.

Количественное измерение уровня углекислого газа

До недавнего времени это было весьма дорогое удовольствие, но сейчас появились относительно дешевые датчики уровня CO2 K-30 на основе бездисперсионной инфракрасной спектроскопии, и законченные приборы на их основе, например MIC 98128 и другие (ищутся по словам CO2 monitor, цена вопроса порядка 150$): Также про этот датчик есть подробнее на хабре.

Измерения показали, что в комнате 20м2 с одним человеком в покое — уровень с 400 до 1500ppm растет за 3 часа, а с двумя людьми — соответственно за 1.5 часа. Это означает что ни 1 ни 2 проветривания в день проблему углекислого газа не решает.

Также я измерил уровень в городе и в метро: в целом, все оказалось лучше, чем я думал, на улице рядом с дорогой выше 500ppm не видел, в метро в переходах и в «советских» вагонах метро — не выше 1000ppm, в том числе и в больших переходах в час пик, т.е. вентиляция совершенно адекватная. А вот в новых вагонах с кондиционерами на кольцевой линии — из-за принципа «кондиционер работает — закройте окно» — 2500ppm и выше, потому воздух там хоть и холодный — но «тяжелый» и душный.

Уровень CO2 по городу должен также контролировать Мосэкомониторинг, но единственная станция с датчиком CO2 у них не работает.

Новые технологии

И здесь на сцену выходят «технологии отрицательных выбросов» или NET (negative-emissions technologies). NET позволяют удалить CO2 или другие газы из атмосферы физическим или химическим путем. Сегодня благодаря нескольким технологиям ученые научились улавливать CO2 еще до того, как он достигнет атмосферы. Цель NET — извлекать CO2 или другие газы непосредственно из воздуха, изменять методы землепользования, чтобы высаживать деревья и растения, которые секвестируют углекислый газ. Также NET будет использовать природные системы для удаления CO2 из окружающей среды.

NET не избавит мир от необходимости уменьшать количество выбросов, но, вероятно, поможет достичь нулевых выбросов к 2050 году. Именно в этом случае, согласно расчетам специалистов Программы Организации Объединенных Наций по окружающей среде, удастся не допустить глобального повышения температуры выше 2°C. Именно такая цель, два градуса, зафиксировано в Парижском соглашении об изменении климата.

По словам Стивена Пакала, профессора экологии и биологии окружающей среды в Принстонском университете, сокращение выбросов и NET — это «два инструмента из одного набора». Стивен возглавлял исследование NET в 2018 году в Национальной академии наук, инженерии и медицины США. «Оба подходы необходимы и могут использоваться совместно очень долго», — считает ученый.

Существующие сегодня технологии позволяют извлекать CO2 из воздуха, но эти технологии надо использовать в масштабе всей планеты.

Улавливание углекислого газа уже давно используется для очистки воздуха на подводных лодках и космических кораблях. Схожие технологии используются во всем мире для сокращения выбросов CO2 на угольных электростанциях, заводах по переработке природного газа, на производствах удобрений и биотоплива и в других отраслях промышленности у источников СО2. Эта технология успешно сочетается с подземной закачкой и секвестрацией CO2.

Возможно, атмосферу все же получится очистить от углекислоты

Время на прочтение

Многие специалисты по охране окружающей среды считают, что опасности ускорения процесса глобального потепления можно избежать, если снизить концентрацию углекислого газа в атмосфере. Но некоторые эксперты утверждают, что если это даже и так, то реализовать идею сложно — уж слишком дорогим получается процесс.

Тем не менее, сейчас появляются и другие мнения. В частности, результаты анализа процесса извлечения диоксида углерода из атмосферы, опубликованные в журнале Joule, показывают, что цена не так уж и высока. По мнению авторов исследования, цена тонны углерода, извлеченного из воздуха составит от $94 до $232 за тонну. Причем технологии, которые требуются для очистки атмосферного воздуха, уже существуют и нужно лишь сделать их коммерчески пригодными.

Ранее другие исследователи утверждали, что цена тонны углекислого газа, «добытого» из воздуха, будет очень высокой — $1000 или даже больше. Соответствующее исследование было опубликовано в издании Proceedings of the National Academies.

Насколько можно судить, извлечение CO2 из воздуха вполне можно сделать коммерчески выгодным процессом. При условии, правда, определенной модификации всей цепочки извлечения газа из атмосферы, чтобы получение углекислого газа было максимально недорогим. Извлеченный CO2 планируется закачивать в огромные подземные хранилища, а затем — использовать для различных целей.

Здесь главное помнить, что цель всего проекта — все же помощь окружающей среде, а не получение денег. Если текущие темпы выброса углекислого газа в атмосферу будут такими же, как сейчас или даже более высокими, то температура повысится более, чем на 1,5 градуса Цельсия. И вскоре процесс может стать необратимым, если еще не стал. Снижение концентрации парниковых газов в атмосфере — весьма актуальная задача для ближайшего будущего. В противном случае парниковый эффект окажет очень сильное влияние на планету, эффект будет продолжительным, тысячи лет и более.

Дэвид Кейт, профессор физики из Гарварда и глава исследования, утверждает, что уже сейчас можно построить необходимые системы, технологии существуют.

Ученый знает, о чем говорит — он занимается изучением вопроса снижения концентрации углекислоты в атмосфере долгое время. Он же является основателем компании Carbon Engineering, которая около девяти лет работает над созданием промышленной установки «высасывания» углекислого газа из атмосферы. Сейчас тестовый агрегат построен в Британской Колумбии. Проект частично финансируется Министерством энергетики США.

Кейт надеется, что его проект покажет мировому сообществу способ, позволяющий обратить вспять или хотя бы приостановить глобальное потепление, хотя бы в отдаленной перспективе.

Стоимость высасывания CO2 из атмосферы с последующим складированием уловленного газа просчитывалась немногими учеными. Основное влияние на мнение научного сообщества о стоимости процесса оказали две работы, опубликованные в 2011 году.

Тем не менее, авторы работы, где говорилось о $1000 за тонну углекислого газа, при его «добыче» из атмосферы, готовы с радостью принять и результаты расчетов других ученых. Но некоторые ученые выказывают сомнения в том, что углекислый газ удастся извлекать по цене в $100 или даже $200. Они считают, что модель — это хорошо, но если построить реальную фабрику по получению CO2 из воздуха, затраты будут гораздо выше. По мнению специалистов, неизбежно проявятся дополнительные затраты.

Все же пространство для маневра у энтузиастов извлечения CO2 есть — если что-то получается слишком дорогим, можно найти альтернативу. Вместо вертикального использовать горизонтальное хранилище, использовать более дешевую энергию и т.п.

Компания Carbon Engineering планирует создавать топливо нового типа, соединяя пойманный углерод с водородом. Представители компании заявляют, что они уже создали технологию получения такого топлива и все работает так, как и задумывалось. Правда, синтетическое топливо получается более дорогим, чем обычный бензин. Так что вопрос рынка сбыта остается открытым.

На данный момент компания Carbon Engineering получила около $30 млн на свои исследования. Сейчас она ищет дополнительные источники финансирования, надеясь построить более крупную фабрику по «ловле CO2».

Эффективность под вопросом

Однако в масштабах планеты эти технологии не дают достаточного эффекта: речь идет не о миллиардах, а всего лишь о миллионах тонн в год. И углекислый газ улавливают только в местах его концентрации, а не из атмосферы, в которой он растворяется

Стоимость захвата CO2 на электростанции или у других источников составляет от 50 до более 100 долларов за тонну. Но концентрация CO2 в атмосфере на несколько порядков ниже по сравнению с выбросами из трубы электростанции. И если извлекать CO2 из атмосферы с помощью имеющихся технологий, то затраты составят от 600 до 1000 долларов за тонну.

Несколько компаний работают над увеличением производительности и снижением стоимости систем извлечения CO2 из атмосферы, также называемых прямым захватом воздуха, чтобы сделать их коммерчески жизнеспособными. К таким компаниям относятся Carbon Engineering, Climeworksи Global Thermostat. Climeworks, базирующаяся в Швейцарии, направляет захваченный CO2 в теплицы, чтобы увеличить рост овощей и других растений.

По словам Кристофера Джонса, профессора-химика из Технологического института Джорджии, консультанта по разработке технологий для Глобального термостата и бывшего члена исследовательского комитета Национальной академии, основные принципы технологии захвата точечного источника и извлечения CO2 в атмосферу одинаковы. Поток воздуха направляется через жидкий или твердый сорбент, который собирает CO2. Затем сорбент нагревают, CO2 выделяется в концентрированной форме, чтобы изолировать и использовать в качестве сырья для топлива или других продуктов.

Технология прямого захвата может использоваться непосредственно у точки выброса или там, где CO2 пригодится в качестве исходного сырья. Таким образом можно обойтись без сложных систем трубопроводов. Больше всего стоимость технологии зависит от количества энергии, необходимого для нагрева сорбента и выделения захваченного CO2.

Джонс и другие исследователи разрабатывают сорбирующие материалы, которые позволят осуществить спонтанное поглощение и низкотемпературную десорбцию CO2. По словам Джонса, Climeworks и Global Thermostat работают с твердыми материалами на основе амина, а Carbon Engineering экспериментирует с раствором гидроксида калия. Результаты пилотных исследований показывают, что стоимость процесса можно снизить до 200 долларов за тонну CO2. И тогда технология станет коммерчески жизнеспособной. По словам Джоунса, масштабирование и снижение затрат — «серьезная, но не нерешаемая задача».

Хроническая усталость, апатия, сезонная «депрессия» и многое другое

На хабре часто публикуют статьи о самоорганизации — нам всем хочется меньше прокрастинировать, и делать больше полезного. Но что если делать полезное мешает дичайшая усталость? Никакая организация задач усталость не уберет.

Казалось бы, работа у IT-шников несложная — вагоны не разгружаем, землю не роем и уставать физически не должны. Однако о дичайшей усталости людей занятых интеллектуальным трудом приходится слышать чаще, чем хотелось бы. После того как я приехал в Москву 3 года назад — я почему-то начал дичайше уставать на совершенно ровном месте, и ни я, ни врачи не могли найти причину. После 2-х лет поисков тривиальная и легко исправимая причина нашлась, и на мой взгляд — в группе риска находятся практически все люди, занимающиеся интеллектуальным трудом. Ситуация усугубляется двумя народными обычаями.

Итак, если у вас один из следующих симптомов (расположены в порядке усугубления ситуации) — прошу под кат. Как обратили внимание в комментариях — такой список располагает к самовнушению, так что не поддавайтесь 🙂

1) Летом все ок, а зимой — апатия, ничего не хочется делать. Это любят называть сезонной «депрессией».
2) Утром все ок, а к вечеру на работе — мозги «не варят», ничего не хочется делать — только хабр и reddit листать. Приходите домой — и с дичайшей усталостью падаете в кресло. Сил хватает только лазить в интернете до ночи. Этот пункт — касается и работодателей, есть шанс, что люди вечером перестают работать не из-за своей лени.
3) Даже если вы просыпаетесь без будильника — вы не высыпаетесь.
4) Кофе и прочие стимуляторы — не дают бодрости, лишь делают вас злее.
5) Даже если вы спите «сколько влезет» — сны короткие и не запоминающиеся, или их нет вообще.
6) Вы замечаете, что даже 1 вещь вам иногда трудно удержать в голове. Мы можете забыть что вы сейчас хотели сделать.
7) Вы просыпаетесь уже с дичайшей усталостью
8) Вам кажется, что в комнате темно и все несколько не резкое.

Будет как на Венере

О том, как это произойдёт, рассказывает российский физик Алексей Карнаухов, автор теории парниковой катастрофы: «Когда я только услышал о глобальном потеплении в начале девяностых годов, я решил с помощью уравнений описать связь между содержанием в воздухе CO₂ и температурой атмосферы Земли. Это было традиционное исследование, ни о какой катастрофе я тогда не думал. Но как только выстроил математическую модель, сразу ахнул: расчёты показывали, что при сохранении выбросов в атмосферу, которые были на тот момент, температура воздуха на Земле в ближайшие 200-300 лет может подняться на сотни градусов!»

Карнаухов объясняет, что процесс потепления вызывает эффект лавины. Углекислый газ и метан начинают высвобождаться из природных хранилищ, — со дна океана, из земной коры, вечной мерзлоты — из-за этого будет становиться всё теплее и теплее. При таких темпах всего за пару столетий климатическая система Земли перейдёт в новое устойчивое состояние. И человеку здесь не будет места: температура воздуха поднимется до +500 °С. Похожие условия существуют на Венере, где углекислота занимает 97% атмосферы, а на поверхность планеты проливаются дожди из серной кислоты. Понятно, что для Homo sapiens такие параметры абсолютно не подходят: они скорее напоминают ад.

«Пока растения и биосфера Земли не справляются с теми выбросами, что производит человек, — обращает внимание Алексей Карнаухов. — Если температура здесь станет такой же, как на Венере, привычная нам жизнь попросту прекратится. На Земле тоже настанет ад».

Резюме

1) Сезонная «депрессия» — она не только от недостатка света (с этим-то у меня все отлично), но и потому что люди сидят дома и недостаточно вентилируют помещение (т.к. холодно) — и в итоге страдают от отравления углекислым газом.
2) Максимально комфортный уровень углекислого газа — 700-1000ppm и ниже, удержать его на таком уровне можно только постоянной вентиляцией — постоянно открытой форточкой или системой приточной вентиляции. Без вентиляции этот уровень будет превышен уже через 2 часа при нахождении в комнате 1 человека. Для вентиляции на больших объектах — модно реализовывать управление мощностью измеряя концентрацию CO2 в отработанном воздухе — чтобы автоматически зря воздух не гонять, когда все из офиса ушли (на подогрев/охлаждение-то уходят огромные мощности).
3) «Больше проводить времени на свежем воздухе» впрок — не выйдет. Сколько времени проводите в не вентилируемом помещении — столько негативных последствий и получите.
4) Как оказалось, известный многим Ноотропил — похоже просто компенсирует кислородное голодание в не вентилируемых помещениях, потому и оказывает положительное влияние там, где врачи его не ожидают. Лучше и безопаснее просто иметь хорошую вентиляцию.
5) Каждый рубль, сэкономленный на офисе с хорошей вентиляцией — будет с лихвой отплачен сниженной работоспособностью сотрудников в конце рабочего дня.
6) По результатам расчетов, в маленьких переговорках без постоянно дующей вентиляции со свежим воздухом (не кондиционер!) допустимое время нахождения 5-10 человек без снижения когнитивных способностей — не более 10-20 минут.
7) Холодный воздух != свежий воздух. Наличие кондиционера никак не снижает требования к вентиляции. Закрывать окна только потому что работает кондиционер — нельзя, газенваген получается.
8) Детям свежий воздух зимой нужен не меньше, чем летом. Опять же, проветривания 1 раз в день — недостаточно. А чтобы не «продуло» — есть приточная вентиляция с подогревом воздуха.

Что ж, теперь вы остались один на один со своей ленью и кофеиновой зависимостью 🙂

Но если у вас уже постоянный приток свежего воздуха последнюю неделю, и вы все равно устаете на ровном месте — это не нормально, и с причиной нужно обязательно разбираться.

Update: В ответ на справедливую критику должен заметить — это не золотая пуля, а лишь один из вариантов, проверка которого ничего не стоит и абсолютно безопасна (главное не простудиться). Каждый случай уникальный, и помимо проблем с вентиляцией куча заболеваний может приводить к тем же симптомам.

Ссылки:
Ограничения по CO2 в других странах (1% = 10’000 ppm):

Is CO2 an Indoor Pollutant? Direct Effects of Low-to-Moderate CO2 oncentrations on Human Decision-Making Performance — Непосредственный тест когнитивных способностей при различных уровнях CO2 (600-2500ppm). Результаты с 17-й страницы.

For seven of nine scales of decision-making performance (basic activity, applied activity, task
orientation, initiative, information usage, breadth of approach, and strategy), mean raw scores
showed a consistently monotonic decrease with increasing CO2 concentrations, with all overall
p-values <0.001 (Table 2). In post-hoc pairwise comparisons by CO2 concentration, performance
on these 7 scales differed between concentrations with p <0.01 for all comparisons, with the
exception of performance on the task orientation, initiative, and strategy scales between 600 and
1,000 ppm CO2 (p<0.05, p<0.10, and p<0.05, respectively) (Table 3). For these 7 scales,
compared with mean raw scores at 600 ppm CO2, mean raw scores at 1,000 ppm CO2 were 11%
to 23% lower, and at 2,500 ppm CO2 were 44% to 94% lower. Relative to raw scores at 1,000
ppm CO2, raw scores at 2,500 ppm were 35% to 93% lower.

В википедии — приведены уровни, на которых уже начинается токсическое действие углекислого газа.

Швейцарские ученые описали эффективный способ удаления из атмосферы и удержания углерода

Исследователи из Института Пауля Шеррера PSI и Швейцарской высшей технической школы Цюриха выяснили, как прямой захват углекислого газа (CO2) из ​​воздуха может помочь эффективно удалить парниковые газы из атмосферы.

Схема прямого улавливания и хранения углерода в воздухе

Они выяснили, что при тщательном планировании, например, в отношении местоположения, и обеспечении необходимой энергией CO2 можно удалить без вреда для климата.

Прямое улавливание и хранение углерода в воздухе (DACCS) — сравнительно новая технология удаления углекислого газа из атмосферы. Потенциально она позволит снизить парниковый эффект. Исследователи изучили, насколько эффективно технологию можно реализовать в различных конфигурациях. Для этого они проанализировали в общей сложности пять конфигураций для улавливания CO2 из воздуха и их использование в восьми разных локациях по всему миру. Общий итог: в зависимости от сочетания используемых технологий и конкретного местоположения CO2 может быть удален из воздуха с эффективностью до 97 %.

Чтобы отделить CO2 от атмосферы, воздух сначала пропускается через так называемый абсорбент с помощью вентиляторов. Это связывает углекислый газ до тех пор, пока не исчерпается его способность поглощать парниковый газ. Затем на второй, так называемой стадии десорбции, CO2 снова высвобождается из абсорбента. В зависимости от используемого вещества это происходит при сравнительно высоких температурах до 900 градусов по Цельсию, либо при довольно низких температурах, около 100 градусов по Цельсию. Но помимо энергии, необходимой для производства и установки оборудования, работа вентиляторов и выработка необходимого тепла, опять же,  приводят к выбросам парниковых газов.

Границы применения DACCS

«Использование этой технологии имеет смысл только в том случае, если данные выбросы значительно ниже, чем количество СО2, которое она помогает удерживать», — говорит Том Терлоу, который проводит исследования в Лаборатории анализа энергетических систем PSI и является первым автором исследования.

Исследователи сосредоточили свое внимание на системе швейцарской компании Climeworks, которая работает с низкотемпературным процессом. Они проанализировали использование этой технологии в восьми странах по всему миру: в Чили, Греции, Иордании, Мексике, Испании, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Для каждого местоположения были рассчитаны общие выбросы парниковых газов за весь жизненный цикл завода. Исследователи сравнили эффективность процесса, когда необходимое электричество вырабатывается за счет солнечной энергии или поступает из существующей электросети. В качестве источников необходимой тепловой энергии они брали солнечные тепловые станции, отходящее тепло промышленных процессов или тепловые насосы. Для исследования было составлено пять различных схем улавливания атмосферного CO2 для каждого из восьми участков. Результаты показали, что эффективность удаления парниковых газов в разных системах составляет от 9 до 97 %.

Выбросы парниковых газов и эффективность их удаления по системе DACCS в разных средах

«Технологии улавливания CO2 просто дополняют общую стратегию декарбонизации и не могут ее заменить», — подчеркивает Кристиан Бауэр, ученый из Лаборатории анализа энергетических систем и соавтор книги. изучение. «Однако они могут быть полезны в достижении целей, определенных в Парижском соглашении об изменении климата, потому что определенных выбросов, например, от сельского хозяйства, избежать невозможно».

Про народные привычки

В советском союзе было модно на зиму заклеивать окна бумагой — «чтобы не дуло». Однако, если не будет дуть — то куда денется выработанный углекислый газ? Он будет накапливаться, что и приводит к тому, что зимой люди страдают от углекислого газа. Особенно это касается детей — «чтобы не простудились». Детям углекислый газ точно также опасен, как и взрослым и неизбежно осложняет учебу. Лучше дома одеваться теплее.

Вторая привычка — «включили кондиционер — закройте окна». Холодный воздух != свежий. Воздух, охлажденный в знойный день до 18С никак не решает проблему углекислого газа, вентиляция с той же скоростью нужна все равно — и весь новый поток воздуха придется охлаждать.

Чем опасен парниковый эффект?

Рекордный показатель CO₂ был зафиксирован в минувшую субботу специалистами обсерватории Национального управления США по исследованию океанов и атмосферы (NOAA). Он составил 415 частей на миллион, то есть в каждом кубометре воздуха присутствовало не менее 415 мл углекислого газа.

Согласно данным Института океанографии при Калифорнийском университете в Сан-Диего, до индустриальной революции содержание углекислоты в атмосфере никогда не превышало 300 частей на миллион. И только в 2013 году оно достигло 400 единиц. С тех пор этот показатель постоянно растёт, и, как подсчитали учёные, к началу следующего столетия концентрация CO₂ в воздухе может составить 1200-1300 частей на миллион.

«Действительно, человечество при таких концентрациях CO₂ раньше не жило, — говорит заместитель директора Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН Владимир Семёнов. — До этого во время оледенений концентрация углекислого газа менялась в пределах 180-300 частей на миллион, и эти изменения происходили за десятки тысяч лет. А сейчас только за последние 50 лет содержание CO₂ выросло почти на 100 частей на миллион. Это беспрецедентный рост. Он в 100 раз более быстрый, чем за последние сотни тысяч лет. Связано это с воздействием человека на природу, в первую очередь — со сжиганием ископаемых углеводородов и уничтожением растений. Думаю, что дальше рекордные значения будут регулярно обновляться».

В наши дни любой школьник знает, что повышение содержания углекислого газа в атмосфере способствует возникновению парникового эффекта. Солнечные лучи нагревают поверхность Земли, а молекулы углекислого газа (и не только его, главным парниковым газом вообще считается водяной пар, а еще в эту группу входят метан, озон и оксид азота) задерживают тепло, не позволяя ему уходить в космос. Таким образом, температура нижних слоёв атмосферы увеличивается.

Учёные уверены, что дальнейший её рост приведёт к необратимым последствиям для экологии. Чтобы предотвратить их, в 2015 году в Париже было заключено соглашение между странами ООН, которое пришло на смену Киотскому протоколу, срок действия которого истечёт в 2020 году. Согласно Парижскому соглашению, страны-участники должны постепенно снижать выбросы парниковых газов от своих промышленных предприятий. И это приостановит процесс глобального потепления.

Допустимые уровни и динамика процесса

В конце 80-х в воздухе в среднем было 350ppm углекислого газа (ppm = part per million, 0.03%), сейчас — уже в среднем 400ppm. Человек абсолютно идеально себя чувствует при уровнях CO2 700ppm и ниже. При уровне 1000ppm — если на свежую голову зайти в комнату — уже будет чувство несвежего воздуха, становится немного душно. При росте до 2500ppm становится все более и более душно (не смотря на то, что уровень кислорода изменяется незначительно, с 20% падает примерно до 19.75%), и далее по нарастающей с возникновением упомянутых выше симптомов кислородного голодания. Т.е. когда вы думаете что вам душно и не хватает кислорода — на самом деле просто слишком много углекислого газа.

Человек в помещении производит примерно 35.2 грамма CO2 в час, и соответственно, если комната площадью 20 м2 высотой 2.5 метра, то без хорошей вентиляции каждый час концентрация углекислого газа будет расти на 584ppm каждый час. Но так как изменения происходят очень медленно — человек к ним привыкает, и легко может не заметить — точно также как не замечают отравления угарным газом (хоть это и быстрее).

Климатические изменения

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), бездействие человечества приведет к тому, что к 2030 году температура Земли повысится на 1,5 °C, к 2050 — на 2°C. И продолжит расти дальше.

Рост температуры, по мнению специалистов МГЭИК, приведет к катастрофическим последствиям: уровень моря повысится до рекордной отметки, мир ждут новые наводнения, лесные пожары, погодные катаклизмы, голод, пострадает среда обитания диких животных. Особенно сильно изменение климата ударит по бедным слоям населения.

Кажется, ничего с этим не сделать. Человечество производит так много углекислого газа, метана и других парниковых газов, что сократить выбросы в таком масштабе, чтобы избежать худшего сценария, почти невозможно.

Открытые вопросы на будущее

1) Можно ли на разумной площади посеять растения (много ярусов/гидропоника), которые бы съедали 20-35 грамм CO2 в час, и какая мощность освещения им нужна для этого? В перспективе так можно было бы реализовать условно замкнутую экосистему в квартире, на всякий случай. Вопрос по теме. Нужно помнить, что с дыханием выделяется не только углекислый газ.
2) Есть ли простые конструкции CO2 скрубберов (т.е. аппаратов, очищающих воздух от углекислого газа)? Я попробовал сделать прототип на основе раствора гидроксидов натрия и кальция — только тазик расплавил, снижения уровня CO2 над поверхностью не заметно было. Видимо все не так просто.

Что же делать

Кто-то мог подумать о кислородном концентраторе, который я все-же купил (в основном конечно ради экспериментов). Как оказалось, кислородный концентратор отделяет не только азот с аргоном, но и углекислый газ — по результатам измерений на выходе вместе с кислородом всего 45ppm CO2. Но в любом случае, человек без фатальных заболеваний не нуждается в большей концентрации кислорода в воздухе, потому покупать концентратор не стоит.

Может нужно больше времени проводить на открытом воздухе? К сожалению, это также не может радикально решить проблему. Если вы 70% времени проводите в помещении с высоким уровнем углекислого газа, и 30% — на свежем воздухе, то вы и получите 70% вредного воздействия (растворенный углекислый газ в крови очень быстро следует за уровнем углекислого газа в воздухе, нагуляться «впрок» не выйдет). +-5% тут ничего не решают.

А нужна — банальная постоянная вентиляция. Летом прокатит _постоянно_ открытая форточка или балкон, зимой — либо продолжать держать открытым форточку и одеваться теплее, либо покупать систему приточной вентиляции которая будет подогревать воздух. Также это может быть правильная система вытяжной вентиляции. Сэкономить электричество можно используя вентиляцию с рекуперацией тепла — но такие системы пока относительно редкие и дорогие для «не промышленного» применения.

Это касается и офисов: если это переделанное под офис помещение без правильно работающей вентиляции, то проблемы гарантированы. Особенно это касается маленьких переговорок, в которые набиваются по 20 человек. Если в переговорку на 20 квадратов сядут 20 человек — то за час концентрация углекислого газа вырастет уже до 10’000 ppm — а это уже уровень, при котором мозги перестают работать.

На санэпидстанцию рассчитывать не приходится — они мало того, что проводят измерения не в вечерний пик углекислого газа (он как раз перед тем как все начинают расходится по домам), так еще и предельно допустимая концентрация углекислого газа в России — ~13 790 ppm, что фатально много.

_Возможная_ причина всему этому — отравление углекислым (не угарным!) газом

Понятно, что все знают, что человеку нужен свежий воздух, и нужно регулярно вентилировать квартиру. Но как часто? Четких и обоснованных цифр я до сих пор не видел. Теперь они появятся.