Механизм парникового эффекта прост: поднимается температура поверхности планеты в результате тепловой энергии, которая появляется в атмосфере из-за нагревания газов. Основные газы, которые ведут к парниковому эффекту на Земле – это водяные пары и углекислый газ (CO2).
Если бы не парниковый эффект, на нашей планете не было бы жизни, так как средняя температура поверхности земного шара была бы значительно ниже, чем сейчас. Но при повышении концентрации парниковых газов увеличивается непроницаемость атмосферы для инфракрасных лучей, поэтому повышается температура Земли. Именно это и приводит к вредному изменению климата – тают ледники, изменяется уровень моря, что ведет к затоплению целых островов и прибрежной территории, возникает угроза для экосистем, биоразнообразия и здоровья человека.
По мнению экологов, полностью предотвратить прогнозируемые изменения климата человечеству вряд ли удастся. Но один из способов смягчить климатические изменения – повысить эффективность потребления энергии и выбросы парниковых газов.
Парниковая пластмасса
Энергоэффективные технологии разрабатываются уже долгие годы, в мире начался настоящий бум возобновляемой энергетики. Технология переработки СО2 – основного парникового газа – с недавних пор используется в производстве. Так, например, на заводе концерна Bayer в г. Дормаген (Германия) парниковые газы будут применять для производства высококачественных пластмасс. Компания уже приступила к разработке плана строительства нового промышленного объекта. CO2 будет применяться на этапе производства прекурсора для изготовления высококачественных пеноматериалов. Цель нового завода в Дормагене — изготовить достаточные объемы прекурсора для использования на производстве начиная с 2015 года.
Применение углекислого газа принесет выгоду и пользу для окружающей среды. При переработке CO2 заменяет некоторое ископаемое сырье, например, исходные нефтепродуктов, для которых прежде не было альтернативы.
«CO2 предстает в новом свете: продукты сжигания превращаются в полезное и выгодное сырье. Благодаря этому наша компания одной из первых в мире внедрила совершенно иной способ производства высококачественных пеноматериалов», — говорит Патрик Томас, генеральный директор Bayer MaterialScience.
Полученное вещество используется для производства пенополиуретана (поролона). Этот высококачественный материал применяется для изготовления множества предметов быта, среди которых мягкая мебель, комплектующие запчасти для автомобилей, холодильное оборудование, изоляционные материалы для зданий и проч. Внутренние тестирования новых пеноматериалов демонстрируют как минимум такое же высокое качество, что и обычные материалы, произведенные стандартным способом на основе нефтепродуктов.
Цементная инновация
Одной из самых динамично развивающихся отраслей в строительстве остается производство цемента. Так, прогноз мирового роста объема выпуска портландцемента, согласно которому предусматривалось его удвоение каждые 10 лет, в 2011 году оправдался, несмотря на всемирный экономический кризис, и приблизился к 3 млрд. т/год.
С этим связано и увеличение выброса в атмосферу СО2 цементными предприятиями. Выход – в сокращении выбросов при обжиге клинкера, входящего в состав цемента, благодаря утилизации СО2. Такой способ предложили ученые из Казани. СО2 можно утилизировать в виде минеральных удобрений или карбонатов, поскольку в этом случае замыкается углеродный цикл и углерод, извлеченный из земных недр в составе топлива, вновь возвращается в исходную среду. Стоит отметить, что другие способы утилизации, несмотря на ощутимый экономический эффект, не решают экологическую проблему – СО2, отработав в одной из технологических операций, попадает назад в атмосферу.
Благодаря технологии казанских ученых, выделенный СО2 может быть направлен на производство минеральных удобрений, например, бикарбоната аммония, относящегося к углеаммиакатным удобрениям. Таким образом, одна инновация позволит расширить бизнес цементопроизводящим предприятиям и улучшить ситуацию с вредными выбросами. Технология производства углеаммиакатных удобрений достаточно экономна: она отличается простотой, малым энергопотреблением, замкнутостью цикла, позволяет получить ценный агрохимический продукт – бикарбонат аммония, который используется в сельском хозяйстве наряду с традиционными химическими продуктами – мочевиной и аммиачной селитрой, и снизить выбросы диоксида углерода в атмосферу.
Топливо из солнечного света и углекислого газа
Углекислый газ, на самом деле, имеет сотню применений. Так, например, существует технология, благодаря которой СО2 может использоваться при изготовлении топлива. В 2010 году компания Joule Unlimited заявила о выдаче патента США на уникальную технологию преобразования солнечного света и диоксида углерода в жидкий углеводород, которым можно заменить обычное дизельное топливо.
Нововведение отличается от стандартных процессов производства биотоплива, которые требуют наличия дорогостоящих промежуточных продуктов, вроде сахара, водорослей или сельскохозяйственной биомассы.
Joule Unlimited первыми запатентовали прямой одноступенчатый непрерывный процесс производства углеводородного топлива, не требующий наличия какой-либо сырьевой базы. Тем самым они подготовили почву для небывало эффективной и дешевой замены ископаемого топлива, стоимость которой оценивается всего лишь в $30 за эквивалент барреля.
По этой технологии используются специально выведенные фотосинтезирующие микроорганизмы для прямого синтеза молекул дизельного топлива. Микроорганизмы работают как биокатализаторы, используя солнечный свет, избыточный СО2 и техническую воду для непосредственного производства углеводородов уровня дизельного топлива, которые химически отличаются от биодизеля, но при этом вполне совместимы с существующей инфраструктурой.
Является ли этот продукт биотопливом? В Joule Unlimited называют его солнечным топливом. В процессе производства не используются промежуточные биомассы, будь то сахар, водоросли или зерновые, но, с другой стороны, для синтеза топлива из солнечного света, CO2 и воды используются биологические организмы. В любом случае, даже если это и так, это совершенно особый вид биотоплива. Фотосинтезирующие свойства микроорганизмов используются не для создания биомассы, а для создания конечного, готового к использованию продукта.
Даже если человечеству и не удастся помешать потеплению климата, в наших силах сдержать темпы роста температуры, в основном, за счет применения инноваций на производстве и выделению средств на научные разработки. Ведь большинство способов утилизации парниковых газов не просто позитивно влияет на окружающую среду, но производит долгосрочный экономический эффект.