Оливиновый песок очистит воздух от углекислого газа

Ученые из Project Vesta считают, что их особый зелёный песок способен замедлить изменение климата, очищая воздух на пляжах от углекислого газа. Что это за странный материал и чем он может быть полезен миру? Рассказываю подробности.

Идея

Компания Project Vesta была основана в 2019 году в Сан-Франциско на базе научного центра Climitigation. Целью стартапа было создание технологии, способной эффективно удалять углекислый газ из атмосферы, поскольку простое снижение выбросов CO₂ не слишком-то эффективно. Участники проекта знали, что у природы есть работающий уже миллиарды лет способ делать это — с помощью вулканических пород. Когда дождь падает на эти породы и вымывает их в океан, то происходит реакция, которая вытягивает углекислый газ из воздуха и «прячет» его в известняке на дне океана.

Идея «газирования», то есть перевода избытка углекислого газа в горные породы и минералы, сам по себе является огромным полем для научных исследований. «А почему бы не развить эту тему?» — подумали в Project Vesta. И после многочисленных экспериментов остановились на использовании оливина, измельчённого до состояния песка.

Оливин — это минерал магматического происхождения, широко распространённый не только в недрах земной коры, но и в её мантии. На Земле часто встречается внутри вулканических бомб, в виде вкраплений в базальтовую лаву и в железо-каменных метеоритах. При разрушении вулкана морским прибоем иногда образуются пляжи из зелёного оливинового песка.

Когда волны омывают оливин, происходит маленькая химическая реакция — «выветривание оливина», в результате чего из воздуха вытягивается немного углекислого газа, CO₂. Побочным продуктом реакции является гидрокарбонат HCO₃, который служит для снижения и регулирования кислотности как человеческого организма, так и океана.

Как только гидрокарбонат смывается в океан, где морские организмы переваривают их и превращают в стабильный твердый карбонат кальция, из которого состоят их оболочки и скелеты, а также в коралловые структуры. Когда кораллы и моллюски умирают, их останки оседают на дно океана и образуют слои известняка и подобных пород. Углерод остается взаперти в течение миллионов или сотен миллионов лет, пока не будет снова выпущен в результате вулканической активности. Поскольку кокколитофоры (планктон) являются «углеродными фиксаторами», которые выводят углекислый газ из окружающей среды, ученые предложили использовать их для решения проблем глобальных выбросов и изменения климата.

Project Vesta

Этот естественный механизм позволяет избавиться примерно от полумиллиарда тонн углекислого газа в год. Проблема в том, что общество стабильно вырабатывает более 35 миллиардов тонн в год. Итак, главный вопрос: есть ли способ радикально ускорить и расширить этот процесс?

Многочисленные исследования теоретически доказали, что процесс работает, но до сих пор никто не пытался сделать это на пляжах. «Мы изучили все материалы, накопленные за 30 лет научных исследований, в том числе массу теоретических работ и лабораторных экспериментов», — утверждает Том Грин, исполнительный директор Project Vesta.

Собрав всю информацию про выветривание оливина и изучив все исследования про улавливание CO₂ и другие реакции, способные помочь им в работе, учёные начали работу над более эффективным способом борьбы с изменением климата. Они поставили себе цель улучшить созданную природой технологию, повысив её скорость. И для этого решили использовать измельчённый оливин, рассыпая его на пляжах.

Логика здесь простая. Добавление большего количества HCO₃, может увеличить производство безвредных оболочек и других известняковых и кальциевых элементов. Измельчение оливина в песок создаёт большую площадь поверхности для ускорения поглощения CO₂.

Объективности ради замечу, что идея использования процессов вывода CO₂ не нова. В опубликованной газа 30 лет назад статье предлагается использовать силикаты для улавливания углекислого газа. Пять лет спустя исследователь Exxon Харун Хешги предложил использовать негашеную известь для той же цели, и в том же году Клаус Лакнер, эксперт в удалении углеродов, детально исследовал множество типов породы.

Но эти идеи и сами по себе сложны, и по цене были недёшевы. А песок из оливина, по расчётам Project Vesta, будет на порядок эффективнее при низких затратах. Где-то порядка 10 долларов за тонну углекислого газа, если их технология будет использоваться в больших масштабах.

Project Vesta обнародовал планы проведения исследования-эксперимента в Карибском бассейне в ближайшее время. Это последовало вскоре за заявлением Stripe о том, что она заплатит стартапу за удаление 3333 тонн углекислого газа за 75 долларов США за тонну в рамках своего обязательства тратить не менее 1 миллиона долларов ежегодно на проекты с вредными выбросами.

Работа будет вестись на двух пляжах. В ходе исследования один пляж будет покрыт оливиновым песком, а второй пляж оставят в нормальном состоянии в качестве контрольного образца. На предварительном этапе также будет проведена работа с некоторыми из научных неизвестных, которые касаются прибрежных районов с повышенным уровнем выветривания.

Эксперимент, вероятно, продлится год или два. В конечном счёте команда надеется получить данные, которые демонстрируют, насколько быстр и эффективен этот процесс. Полученные результаты могут быть использованы для уточнения научных моделей.

Проблемы и возможные последствия

При изучении идеи стартапа рождается масса вопросов. Самый очевидный из них звучит так: «Когда вы добываете, измельчаете, отгружаете и рассыпаете по пляжам огромное количество оливина, то не производите ли больше выбросов, чем сможет вытянуть из воздуха этот минерал?». Представители Project Vesta уверяют, что польза перевешивает. Исследования и лабораторное моделирование показали, что волны значительно ускорят расщепление оливина. А в одном документе сделан вывод, что реализация этого проекта на 2% «самых энергичных шельфовых морей мира» способно компенсировать все годовые выбросы человека.

Но главная проблема заключается в том, что материалы должны быть тщательно отшлифованы, чтобы химические процессы шли годами, а не десятилетиями. Некоторые исследователи подсчитали, что процесс шлифовки настолько дорогостоящ и энергоёмок, что весь подход кажется нежизнеспособным. Тем не менее, другие приходят к выводу, что оливиновый песок удалит значительно больше углекислого газа, чем произведёт.

Также есть вопрос к конечному итогу работы Project Vesta. Пока сложно предсказать, помогут ли волны ускорить процесс вывода CO₂, насколько хорошо можно будет измерить и проверить поглощение углекислого газа или насколько легко общественность примет идею рассыпания зелёных минералов вдоль берега моря.

Ещё одна проблемная область, за которой нужно внимательно следить — это возможные побочные эффекты для окружающей среды. Минералы являются фактически геологическим антацидом, поэтому они должны снижать подкисление океана, по крайней мере, на очень локальных уровнях, что может принести пользу некоторым чувствительным прибрежным видам. Но оливин также может содержать следовые количества железа, силиката и других материалов, которые могут стимулировать рост некоторых видов водорослей и фитопланктона, и в противном случае изменить экосистемы и пищевые цепи способами, которые трудно предсказать.

Учёных беспокоят экологические проблемы, которые могут возникнуть в результате распространения минерала на пляжах, где его не было раньше. Некоторые критики полагают, что оливин может выделять тяжелые металлы, такие как никель. Однако представители Project Vesta заверяют скептиков, что никель, выделяющийся в воду, не является биодоступным, что означает, что он не должен воздействовать на морские виды.

Конкуренты

Проект имеет некоторые преимущества по сравнению с другими подходами для удаления CO₂. Во-первых, стоимостью. Во-вторых, основная альтернатива, восстановление лесов, необязательно приведёт к снижению углекислого газа, так как они часто горят, а деревья вырубаются. А в случае с Project Vesta основную работу берёт на себя океан.

Мне также кажется нужным упомянуть и другие проекты, которые развиваются в том же направлении. Исследователи в Исландии направляют раствор углекислого газа, захватываемого электростанциями или специальными механизмами, в базальтовые образования глубоко под землей, где вулканическая порода покрывает его устойчивыми карбонатными минералами. Центр Leverhulme проводит полевые испытания, чтобы оценить, может ли базальтовая каменная пыль, добавленная на поля кукурузы и сои, действовать как удобрение и как средство вытягивания углекислого газа.

А учёные из Университета Британской Колумбии вместе с коллегами из других университетов в Канаде и Австралии изучает различные варианты использования минеральных ископаемых, добываемых как побочный продукт при добыче никеля, алмазов и платины. Идея состоит в том, чтобы просто рассыпать их по полю, добавить воду и довести до состояния суспензии. Они ожидают, что так называемые шахтные хвостохранилища будут быстро вытягивать и минерализовать углекислый газ из воздуха, образуя прочный блок, который можно захоронить. Их модели показывают, что это может устранить углеродный след шахт.