АЗБЕСТ МОЖЕ ДОПОМОГТИ У БОРОТЬБІ З ГЛОБАЛЬНИМ ПОТЕПЛІННЯМ (САМЕ ТАК, ВАМ НЕ ЗДАЛОСЯ)
Джерело: technologyreview.com
АЗБЕСТ МОЖЕ ДОПОМОГТИ У БОРОТЬБІ З ГЛОБАЛЬНИМ ПОТЕПЛІННЯМ (САМЕ ТАК, ВАМ НЕ ЗДАЛОСЯ)

Вчені досліджують способи використання мінеральних відходів із шахт для поглинання великих об'ємів вуглекислого газу з повітря.

Спекотного серпневого дня цього року Калеб Вудолл змахнув лопатою, наче списом, увігнавши її в грубу кірку наповненого азбестом відкритого родовища поблизу міста Коулінга, що у Каліфорнії.

Вудолл, аспірант Вустерського політехнічного інституту в штаті Массачусетс, збирав зразки на азбестовому родовищі, закритому ще 1980 року – на найвищій точці гірського хребта Діабло. Він зібрав кілограми матеріалу з кількох місць навколо гори Сан-Беніто, пересипав їх у зіп-пакети та надіслав у кілька лабораторій для аналізу.

Вудолл та його колеги намагаються визначити склад та структуру матеріалів, взятих із родовища, щоб відповісти на два найважливіші запитання: скільки вуглекислого газу вони містять і яку кількість ще вони могли б увібрати?

Величезна площа поверхні певних видів волокнистого азбесту колись активно використовувались для виготовлення термостійких будівельних матеріалів. Ця властивість робить їх особливо хорошими для поглинання молекул вуглекислого газу, розчинених у дощових водах або у повітрі.

До таких видів належить найпоширеніший тип азбестів – хризотил, мінерал групи серпентинів. У результаті реакції з діоксидом вуглецю переважно утворюються мінерали карбонату магнію, наприклад, магнезит – стійкий матеріал, що може зупинити накопичення парникового газу. Вудалл та його наукова керівниця Дженніфер Вілкокс, дослідниця вуглецевих викидів, належать до вчених (кількість яких зараз стрімко зростає), що вивчають методи прискорення цих повільних реакцій в надії винайти спосіб використання гірських відходів у боротьбі зі змінами клімату. Цей прийом також дієвий із багатими на кальцій та магній побічними продуктами видобутку нікелю, міді, алмазів та платини.

Найбільшу надію вчені покладають на компенсацію великих об'ємів вуглецю, що утворився внаслідок видобутку корисних копалин, використовуючи ці вже видобуті мінерали. Перші дослідження дозволяють зрозуміти, як ефективно та з найменшою шкодою для довкілля видобувати корисні копалини, включно з азбестом, особливо якщо глобальна ціль – зменшення об'єму парникових газів в атмосфері.

«Декарбонізація шахт у найближче десятиліття вчить нас, як в принципі видобувати копалини з мінімізацією негативних викидів», – говорить Грегорі Діппл, професор Університету Британської Колумбії та один із провідних дослідників у цій галузі.

ПРИСКОРИТИ ДУЖЕ ПОВІЛЬНИЙ ЦИКЛ

Комісія ООН зі сталого розвитку виявила, що будь-який варіант розвитку подій, що не нагріває планету більш ніж на +1,5°C, вимагатиме усунення наслідків цих викидів аж до середини століття, а також видалення від 100 мільярдів до 1 трильйона тонн вуглекислого газу з повітря вже у цьому столітті. Аби глобальне потепління не перевищувало +2°C, може знадобитися поглинання 10 мільярдів тонн на рік до 2050 року та 20 мільярдів щороку – до 2100 року.

Це настільки великий об'єм, що нам стовідстоково доведеться шукати різні методи, щоб досягти позитивних показників – в тому числі, висаджувати нові дерева та збільшувати поглинання вуглецю сільськогосподарськими ґрунтами. Використання мінералів як спосіб зменшення об'єму вуглекислого газу особливо обнадійливе, адже їх можна використовувати у великих масштабах – і вони ефективно утримуватимуть вуглекислий газ вічно.

Мінералізація – це основний механізм, який природа використовує у так званому «повільному вуглецевому циклі». Діоксид вуглецю в дощовій воді розчиняє основні гірські породи, утворюючи магній, кальцій та інші сполуки, що згодом потрапляють в океани. Там вони перетворюються в мушлі та корали, які з часом трансформуються на вапняк та інші типи гірських порід.

Мінералів на Землі – більш ніж достатньо, аби зв'язати весь вуглекислий газ, який будь-коли продукувало людство. Проблема полягає в тому, що переважна більшість із них міститься у твердій породі, що не контактує безпосередньо з парниковим газом, а крім того, потрібно багато часу, щоб відбулися потрібні реакції.

Але існують різноманітні способи штучного прискорення природного повільного кругообігу вуглецю. Наприклад, такі фізичні процеси, як звичайне видобування мінералів, їхнє подрібнення та розподілення їх тонкими шарами, що водночас збільшує поверхню взаємодії з вуглекислим газом. Існують також способи прискорити хімічні реакції через нагрівання чи додавання кислот.

«Це неабиякий невикористаний потенціал, що може вивести величезні об'єми СО2», – говорить Роджер Айнес, глава Ініціативи з вуглецю Ліверморської національної лабораторії ім. Е. Лоуренса, який супроводжував Вудолла під час польових досліджень у Каліфорнії.

ПРАВИЛЬНИЙ РЕЦЕПТ

Професор Діппл вивчає різноманітні способи реалізації ідеї використання мінералів у зменшенні парникових газів. У минулорічному пілотному проекті, що фінансувався алмазовидобувною компанією De Beers та Міністерством природніх ресурсів Канади, він та його колеги використовували відвали з шахти на Північно-західних Територіях Канади для поглинання вуглекислого газу, що виділявся зі спеціального резервуара. Суть дослідження полягала в оцінці можливості використання корисних копалин для уловлювання та зберігання вуглекислого газу з викидів електростанції.

Зараз команда науковців проводить польові дослідження з використання мінералів на заводі з виробництва нікелю в Британській Колумбії. Вчені розмістили відходи від розвідувального буріння в різні контейнери та вимірюють швидкість реакції, що виникає в результаті використання різних хімічних добавок та процесів за різних погодних умов. Очікується, що додавання води та ефективна обробка матеріалів призведуть до швидкого видалення вуглекислого газу з повітря та утворення суцільних твердих блоків, які можна поховати глибоко в землю.

Оскільки запропонована робота розрахована переважно на гідроелектростанції, вчені вважають, що використання 30% найбільш реактивних відвалів шахт зробить видобуток електроенергії в такий спосіб вуглецево нейтральним, а 50% – вуглецево негативним.

Але не всі відвали шахт однакові. В окремому проекті Вілкокс та Вудолл досліджують шахти платини, паладію та нікелю в Монтані, сподіваючись розробити способи прискорення реакцій поглинання вуглецю за допомогою менш ідеальних продуктів видобутку корисних копалин. Основні мінерали у таких відвалах – польові шпати плагіоклазу, що утримують магній і кальцій у щільній хімічній структурі, внаслідок чого вони менш реактивні, ніж інші види шахтних відходів. У лабораторії вчені експериментують, перевіряючи, чи може нагрівання, додавання солей амонію та деяких слабких кислот розщеплювати зв'язки, звільняючи більшу кількість кальцію та магнію для поглинання вуглекислого газу.

«Якщо ми зможемо відкрити універсальний рецепт для різноманітних типів відвалів, це буде бомба», – переконаний Вілкокс.

НАСТУПНІ КРОКИ

Вудолл вивчає азбестові поклади, оскільки він сподівається знайти ідеальне місце наступних польових досліджень для вивчення способів прискорення поглинання вуглецю. До них, наприклад, можуть належати такі: рівномірний розподіл матеріалу для збільшення площі поверхні реакції, запуск спеціальних вентиляторів, що збільшують кількість повітря, яке взаємодіє з азбестом, або ж безпосереднє закачування концентрованого вуглекислого газу в шахти чи відкриті родовища.

«Із часом ці процеси сформують суміш вільно зв'язаних порід і бруду, що, в основному, складатиметься з карбонатів магнію, бікарбонату та карбонату кальцію, які можна просто залишити на місці», – говорить Роберт Айнес.

ВИКЛИКИ

Власне, шахтні відвали самі по собі не можуть стати успішним комплексним рішенням проблеми глобального потепління.

Вудолл підрахував, що одна азбестова шахта у Вермонті, що містить близько 30 мільйонів тонн відходів, може поглинути до 12 мільйонів тонн вуглекислого газу. За даними дослідження Національних академій, шахти у всьому світі виробляють достатню кількість мінеральних побічних продуктів для уловлювання майже 40 мільйонів тонн вуглекислого газу на рік.

Однак все це лише крихітна частка вуглекислого газу, поглинання якої, безперечно, не може вплинути на остаточне вирішення проблеми глобального потепління. Для ефекту необхідних масштабів потрібно видобути ще більше мінералів. Вудолл та Ейнс запевняють, що азбест може бути особливо дієвим у поглинанні вуглекислого газу, враховуючи, наскільки він реактивний.

Інші дослідницькі групи та некомерційні організації вже розглядають способи використання додаткових корисних копалин після їх видобутку, наприклад, розподіл олівіну вздовж пляжів або посипання базальтовим пилом сільськогосподарських угідь для поглинання вуглекислого газу та удобрення.

Проте збільшення видобутку будь-яких корисних копалин неминуче спричинить низку екологічних проблем. Вся енергія, необхідна для добування, подрібнення, розподілу та переробки мінеральних речовин, «з'їдатиметься» за рахунок зменшення викидів.

Наприклад, у липневій публікації в Nature Communications йдеться про те, що для поглинання 2,5 мільярдів тонн СО2 на рік з використанням оксиду магнію знадобиться шар товщиною 10 сантиметрів, що покриватиме близько 15000 квадратних кілометрів – це трохи більше Івано-Франківської області.

Але головна проблема – це вартість. Дженніфер Вілкокс заявляє, що ціна може перевищувати 200 доларів за тонну, а це значно дорожче, ніж, до прикладу, висадка нових дерев.

Цілком можливо, що деякі матеріали можна додавати до складу комерційних виробів, наприклад, до залізобетону, це частково компенсує витрати. Існує також певний рівень добровільних компенсацій викидів вуглецю, коли корпорації платять, щоб збалансувати свій «внесок» у глобальне потепління. Однак досягнення масштабів у мільярди тонн, на думку більшості вчених, призведе до агресивної державної політики, яка встановлюватиме високі ціни на забруднення вуглецем або заохочуватиме його усунення.