Магия отрицательных выбросов. Как остановить глобальное потепление?

Когда именно люди начали изменять атмосферу — вопрос спорный. По одной теории, процесс начался восемь или девять тысяч лет назад, еще до начала письменной истории, когда на Ближнем Востоке одомашнили пшеницу, а в Азии — рис. Первые фермеры стали расчищать земли под посевы, и, когда они прорубали и прожигали путь через леса, выделялся углекислый газ. Выделялось его довольно мало, но, по мнению сторонников этой теории, известной как «гипотеза раннего антропоцена», эффект был неожиданно благоприятным. Из-за природных циклов уровень CO2 в то время должен был снижаться. А из-за вмешательства человека он оставался более или менее постоянным.

«Переход от эпохи, когда климатом управляла природа, к эпохе, когда на климат начал влиять человек, состоялся несколько тысяч лет назад», — писал Уильям Раддиман, почетный профессор Университета Вирджинии и самый известный сторонник теории «раннего антропоцена».

Согласно второму, более распространенному мнению, этот переход в действительности начался только в конце XVIII в., когда шотландский инженер Джеймс Уатт разработал новый тип парового двигателя. Двигатель Уатта, как часто говорят, «запустил» промышленную революцию. По мере того как энергия воды уступала место энергии пара, начали расти и выбросы CO2, сначала медленно, потом с головокружительной скоростью. В 1776 г., когда Уатт представил свое изобретение на рынке, люди выделили в атмосферу около 15 млн т CO2 2. К 1800 г. цифра возросла до 30 млн т. К 1850 г. она увеличилась до 200 млн т в год, а к 1900 г. — почти до 2 млрд т. Сейчас эта цифра приближается к 40 млрд т в год. Мы изменили атмосферу так сильно, что каждая третья молекула CO2 в атмосфере на сегодняшний день была выброшена в результате человеческой деятельности.

Из-за этого вмешательства средняя мировая температура со времен Уатта повысилась на 1,1 °C. Это привело и продолжает приводить к целому ряду все более печальных последствий. Засухи длятся дольше, штормы бушуют сильнее, жара усиливается до смертоносных значений. Сезон лесных пожаров становится длиннее, а сами пожары — интенсивнее. Уровень моря поднимается все быстрее. Недавнее исследование, результаты которого были опубликованы в журнале Nature, показало, что с 1990-х гг. таяние льдов Антарктиды ускорилось втрое. В другом недавнем исследовании было предсказано, что в ближайшие несколько десятилетий большинство атоллов станут непригодными для жизни, то есть под воду уйдут целые страны, например Мальдивы и Маршалловы острова. Если перефразировать слова Дж. Р. Макнила, в свою очередь перефразировавшего цитату Маркса, можно сказать, что «люди сами делают свой климат, но они его делают не так, как им вздумается».

Никто не может точно сказать, насколько должна подняться температура на планете, чтобы гарантированно произошло полновесное стихийное бедствие — скажем, затопление густонаселенной страны, например Бангладеш, или коллапс важнейшей экосистемы вроде коралловых рифов. Официально порогом катастрофы называют повышение средней глобальной температуры на 2 °C. Представители почти всех стран подписались под этой цифрой на конференции ООН по изменению климата, которая состоялась в Канкуне в 2010 г.

На встрече в Париже в 2015 г. мировые лидеры изменили свое мнение. Они решили, что повышение на два градуса — это слишком много. Те, кто подписал Парижское соглашение, взяли на себя обязательства по «ограничению повышения глобальной средней температуры до 2 °C при одновременном поиске средств для еще большего ограничения этого повышения до 1,5 °C».

Но цифры в любом случае беспощадные. Чтобы температура не поднялась выше 2 °C, глобальные выбросы углекислого газа должны упасть почти до нуля за следующие несколько десятилетий. Чтобы она осталась в пределах 1,5 °C, они должны упасть почти до нуля за одно десятилетие. А для этого требуются модернизация сельского хозяйства, преобразование производства, отказ от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями и замена большинства электростанций в мире.

Технология связывания углекислого газа способна изменить ситуацию в лучшую сторону. Извлечение CO2 из атмосферы с использованием технологий «отрицательных выбросов», вероятно, могло бы компенсировать выбросы «положительные». В таком случае можно было бы даже допустить увеличение общих выбросов СО2 выше порогового значения, за которым следует катастрофа, а потом извлечь излишки углерода из воздуха и избежать беды — сценарий, который стал известен под названием «превышение».

Если и можно сказать, что у технологии «отрицательных выбросов» есть изобретатель, то это физик немецкого происхождения Клаус Лакнер. Лакнеру сейчас около 60 лет, это подтянутый мужчина с темными глазами и высоким лбом. Он работает в Университете штата Аризона, в городе Темпе, и однажды я встретилась с ним в его офисе. Офис был почти пуст, если не считать нескольких карикатур из журнала New Yorker на тему занудства ученых, которые, по словам Лакнера, жена вырезала специально для него. На одной из карикатур пара ученых стоит перед огромной доской, исписанной уравнениями. «Вычисления-то верные, — говорит один. — Просто не слишком элегантные».

Лакнер прожил в Соединенных Штатах большую часть взрослой жизни. В конце 1970-х гг. он приехал в Пасадену учиться у Джорджа Цвейга, одного из первооткрывателей кварков, а несколько лет спустя перешел на работу в Лос-Аламосскую национальную лабораторию ради исследований в области ядерного синтеза. «Какие-то разработки были секретными, — сказал он мне, — какие-то нет».

Термоядерный синтез — процесс, который дает энергию звездам, а у нас на Земле — термоядерным бомбам. Когда Лакнер работал в Лос-Аламосе, термоядерный синтез называли источником энергии будущего. Термоядерный реактор мог бы генерировать практически неограниченное количество безуглеродной энергии из изотопов водорода. Лакнер пришел к убеждению, что до создания термоядерного реактора остается как минимум еще несколько десятилетий. Теперь, несколько десятилетий спустя, все по-прежнему считают, что действующий реактор появится не раньше, чем через несколько десятилетий.

— Я понял, наверное, раньше многих, что заявления об ограниченности запасов ископаемого топлива сильно преувеличены, — сказал Лакнер.

Как-то вечером в начале 1990-х гг. Лакнер пил пиво со своим другом Кристофером Вендтом, тоже физиком. Они задумались, почему, как выразился Лакнер, «никто больше не делает по-настоящему больших безумных проектов». Эта мысль породила новые вопросы и новые разговоры (не исключено, что снова под пиво).

И они придумали собственный «большой безумный» проект, который, по их мнению, в действительности был не таким уж безумным. Через несколько лет после того самого первого разговора они опубликовали статью с огромным количеством уравнений, в которой утверждали, что самовоспроизводящиеся машины смогут удовлетворить мировые потребности в энергии, а заодно справиться с проблемами, возникшими от сжигания ископаемого топлива. Они назвали машины «аксонами», от греческого αυξάνω, что означает «расти». Аксоны будут получать энергию от солнечных панелей, затем самовоспроизводиться — создавать еще больше солнечных панелей, которые они будут собирать, используя кремний и алюминий, извлеченные из обычной грязи. Все увеличивающееся число панелей будет производить все больше энергии, и ее количество будет расти экспоненциально. Массив, занимающий территорию площадью около 220 км2 — размером примерно с Нигерию, но, как заметили Лакнер и Вендт, все же «меньше многих пустынь», мог бы многократно перекрыть все потребности земного шара в электроэнергии.

И эти же установки можно было бы использовать для извлечения углерода из атмосферы. По расчетам ученых, солнечная ферма такого размера сможет удалить весь углекислый газ, который люди выбросили в атмосферу до сегодняшнего дня. В идеале CO2 будет преобразован в твердую породу, примерно так же, как «мои» выбросы в Исландии. Только вместо небольших вкраплений карбоната кальция появятся огромные объемы — достаточное количество, чтобы покрыть площадь размером с Венесуэлу слоем примерно 170 см глубиной. (Куда девать всю эту массу камней, ученые не уточнили.)

Прошло еще несколько лет. Лакнер отложил идею аксонов в долгий ящик. Зато понял, что его все больше и больше интересуют «отрицательные выбросы».

— Если мысленно попытаться выйти за пределы возможного, то можно многое понять, — сказал он мне.

Он начал выступать с докладами и писать статьи на эту тему. По его словам, человечеству просто придется научиться извлекать углерод из воздуха. Одни коллегиученые решили, что он спятил, другие — что он провидец. «В ообще-то, Клаус гений», — как-то сказал мне Джулио Фридман, бывший заместитель министра энергетики, который сейчас работает в Колумбийском университете.

В середине 2000-х гг. Лакнер представил план разработки технологии поглощения углерода Гэри Комеру, основателю компании Lands’ End. Комер привел на встречу советника по инвестициям, который язвительно заметил, что Лакнер искал не столько венчурный капитал, сколько «капитал для авантюр». И все же Комер решился вложить $5 млн. Компании удалось создать небольшой опытный образец установки, но как раз на этапе поиска новых инвесторов разразился финансовый кризис 2008 г.

«Удачное мы выбрали времечко», — прокомментировал это Лакнер. Он не сумел собрать дополнительных средств и свернул деятельность компании. Тем временем потребление ископаемого топлива продолжало расти, а вместе с ним и уровень CO2. Лакнер пришел к убеждению, что человечество, не желая того, уже поставило себя в такую ситуацию, когда просто обязано начать извлекать углекислый газ из воздуха.

— Мы сейчас в весьма неприятном положении, — сказал он. — Я считаю, что если технологии по извлечению CO2 не оправдают надежд, то нам не избежать серьезных проблем.

В 2014 г. Лакнер основал Центр по отрицательным выбросам углерода в Университете Аризоны. Оборудование, которое он придумывает, собирают в мастерской в нескольких кварталах от его офиса. Туда мы и отправились после короткой беседы.

В мастерской инженер возился с чем-то похожим на внутренности раскладного дивана. Там, где в обычном диване был бы матрас, находилось переплетение пластиковых лент. Каждая лента содержала порошок, состоящий из тысяч и тысяч крошечных бусин янтарного цвета. По словам Лакнера, бусины изготавливались из смолы, которую обычно используют для очистки воды, и их можно покупать вагонами. В сухом состоянии порошок будет поглощать углекислый газ. Во влажном — выделять. Идея состояла в том, чтобы подвергнуть эти ленты воздействию крайне сухого воздуха Аризоны, а потом сложить «диван» в герметичный контейнер, наполненный водой. CO2, захваченный в сухой фазе, будет высвобожден во влажной; после этого его можно будет откачать из контейнера и повторить все сначала, многократно складывая и разворачивая «диван». Лакнер сказал мне, что, по его подсчетам, один аппарат размером с полуприцеп может извлекать тонну углекислого газа в день, или 365 т в год. Так как глобальные выбросы сегодня составляют около 40 млрд т в год, он прикинул: «Если построить сто миллионов таких установок», то можно более или менее угнаться за темпами выброса. Он признал, что эта цифра звучит устрашающе. Но тут же заметил, что айфоны существуют всего лишь с 2007 г., а сейчас ими пользуется почти миллиард людей. «Мы еще в самом начале пути», — сказал он.

С точки зрения Лакнера, ключ к тому, чтобы избежать «серьезных проблем», — это начать думать по-новому. «Нужно изменить мировоззрение», — сказал он мне. По его мнению, углекислый газ следует воспринимать так же, как сточные воды. Мы не ожидаем, что люди перестанут производить отходы. «Поощрять людей меньше ходить в туалет — это бред», — сказал Лакнер. При этом мы не позволяем им гадить на тротуар. По его утверждению, нам так сложно было разработать решение углеродной проблемы в том числе и потому, что вопрос перешел в моральноэтическую плоскость. Если считать, что выбросы — это плохо, то те, кто выделяет CO2 в атмосферу, становятся виноватыми.

«Такие моральные установки делают грешниками практически всех, а тех, кто обеспокоен изменением климата, но продолжает пользоваться благами современной цивилизации, — еще и лицемерами», — писал он. По его мнению, для продолжения дискуссии нужно сменить парадигму. Да, люди коренным образом повлияли на атмосферу. И это, вероятно, приведет ко всевозможным ужасным последствиям. Но люди изобретательны. Они придумывают безумные масштабные проекты, которые иногда и правда работают. В первые несколько месяцев 2020 г. был проведен масштабный неконтролируемый эксперимент. Пока бушевал коронавирус, миллиарды людей были вынуждены сидеть дома. На пике локдауна, в апреле, глобальные выбросы CO2 снизились, по оценкам, на 17% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года.

За этим снижением — самым большим из когда-либо зарегистрированных — сразу же последовал новый максимум. В мае 2020 г. содержание углекислого газа в атмосфере достигло рекордного уровня — 417,1 части на миллион.

Снижение выбросов и повышение концентрации CO2 в атмосфере указывают на упрямый факт, касающийся углекислого газа: если уж он попал в воздух, он там и остается. Сколько именно времени он там пробудет, вопрос сложный; но, как бы то ни было, выбросы CO2 накапливаются. Часто приводят пример с ванной. Пока из крана течет вода, закупоренная ванна будет наполняться. Чуть прикрутите кран, и ванна все равно будет наполняться, разве что помедленнее.

Продолжая аналогию, можно сказать, что ванна с превышением температуры на 2 °C наполнена почти до краев, а ванна с превышением на 1,5 °C практически переполнена. Вот почему математические расчеты, связанные с углеродными выбросами, так сложны. Сокращение выбросов абсолютно необходимо, но в то же время совершенно недостаточно. Даже если сократить выбросы вдвое — для чего пришлось бы перестроить большую часть мировой инфраструктуры, — уровень CO2 не упадет; он просто будет медленнее расти.

К тому же встает проблема справедливости. Поскольку выбросы углекислого газа накапливаются, то в изменении климата больше всего виноваты те, кто выделил в атмосферу наибольшее количество СО2. В США живет всего 4% мирового населения, но Штаты несут ответственность почти за 30% совокупных выбросов. Страны Европейского союза, в которых проживает около 7% населения земного шара, произвели около 22% совокупных выбросов. Для Китая, где проживает примерно 18% населения земного шара, эта цифра составляет 13%. Индия, которая, как ожидается, вскоре обгонит Китай как первую по численности населения страну в мире, несет ответственность примерно за 3%. На долю всех стран Африки и всех стран Южной Америки, вместе взятых, приходится менее чем 6% выбросов.

Чтобы снизить выбросы до нуля, прекратить выбрасывать в воздух СО2 должны все — не только американцы, европейцы и китайцы, но и индийцы, африканцы и жители Южной Америки. Но крайне несправедливо просить страны, которые почти не имели отношения к созданию этой проблемы, отказаться от использования углеводородного топлива, потому что другие страны уже произвели слишком много углеродных выбросов. Это также неразумно с геополитической точки зрения. Поэтому международные соглашения по климату всегда основывались на принципе «общей, но дифференцированной ответственности». В соответствии с Парижским соглашением развитые страны должны «выполнять ведущую роль путем установления целевых показателей абсолютного сокращения выбросов в масштабах всей экономики», в то время как в отношении развивающихся стран используется более расплывчатая формулировка, их призывают «активизировать усилия по предотвращению изменения климата».

Читайте также

Глобальное потепление происходит с беспрецедентной скоростью, а некоторые его процессы необратимы — ООН опубликовала новый доклад об изменениях климата

Все это делает идею достижения отрицательных выбросов очень заманчивой. О том, в какой степени человечество уже рассчитывает на эти технологии, свидетельствует последний доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), который был опубликован накануне Конференции по климату в Париже. Чтобы заглянуть в будущее, МГЭИК опирается на компьютерные модели, которые представляют мировые экономические и энергетические системы в виде сложного хитросплетения уравнений. Результаты расчетов этих моделей представляют в численной форме, при помощи них климатологи могут прогнозировать, насколько повысится температура. В своем докладе МГЭИК рассмотрела более тысячи сценариев. Большинство из них приводили к повышению температуры более чем на 2 °C (официальный порог бедствия), а некоторые — к потеплению даже более чем на 5 °C. Только 116 сценариев подразумевали потепление меньше чем на 2 °C, и из них 101 включал отрицательные выбросы. После Парижской конференции МГЭИК подготовила другой доклад, основанный на пороге 1,5 °C. Все сценарии, позволяющие достичь этой цели, основывались на отрицательных выбросах.

— Я думаю, — сказал мне Клаус Лакнер, — что на самом деле МГЭИК хочет сказать вот что: «Мы испробовали множество сценариев, и по сути каждый более или менее безопасный из них нуждается в магии отрицательных выбросов. Без них мы в тупике».