В ответ на растущую угрозу природных катастроф учёные с поддержкой Европейского космического агентства (ESA) разработали «цифрового двойника» Земли — инновационную модель для моделирования природных бедствий. Этот проект позволит лучше понять и предотвратить реальные риски, связанные с изменением климата, благодаря моделированию различных климатических условий и их последствий для нашей планеты.

Источник изображения: geralt / Pixabay

Земля не смогла бы выжить без воды, которая занимает 71 % всей её поверхности, а океаны составляют примерно 97 % этой цифры. Круговорот воды в природе является крайне сложным процессом из-за непрерывно меняющегося климата, на который оказывает влияние и человек. Поэтому прогнозирование стихийных бедствий, таких как наводнения, оползни и засухи, требует создания и анализа моделей, содержащих как можно больше данных с высоким разрешением, охватывающих каждый сантиметр планеты, от самых высоких горных вершин до водных глубин.

Проект создания «цифрового двойника» Земли направлен на то, чтобы предоставить учёным инструмент, с помощью которого можно вводить в модель новые данные и симулировать сценарии природных катастроф в различных условиях по всему миру. Это позволит наблюдать за потенциальными рисками, которые могут возникнуть во время оползней или других бедствий, как если бы они происходили в реальном времени, что, в свою очередь, поможет лучше подготовиться к возможным разрушительным событиям в будущем.

Разработка такой модели требует огромных усилий от учёных, которые используют данные, полученные со спутников, включая измерения влажности почвы, осадков, глубины снега, испарения и течения рек, собранные в определённые промежутки времени. Эти данные позволяют создать подробную картину динамики этих переменных на планете. Модель, содержащая данные с высоким разрешением, может служить интерактивным инструментом для учёных.

«Моделирование Земли с высоким разрешением очень сложно, поэтому идея состоит в том, чтобы сначала сосредоточиться на конкретной цели, — сообщил Лука Брокка (Luca Brocca) из Национального исследовательского совета (CNR) Италии, являющийся ведущим автором исследования. — Именно эта идея лежит в основе разработанного нами проекта — цифровые двойники для изучения земного водного цикла в Средиземноморском бассейне. Наша цель — создать систему, которая позволит неспециалистам, в том числе лицам, принимающим решения, и гражданам проводить интерактивное моделирование».

На первом этапе были смоделированы территории вокруг реки По в Северной Италии и другие части Средиземноморского бассейна. «Мы должны начать с того, что нам хорошо известно, — добавил Брокка. — Долина реки По очень сложная: у нас есть Альпы, есть снег, который трудно моделировать, особенно на неровном и сложном рельефе, как горы. Затем есть долина со всеми видами человеческой деятельности — промышленностью, ирригацией. Затем у нас есть река и экстремальные события — наводнения, засуха. А затем мы переместились в Средиземноморье, которое является хорошим местом для изучения экстремальных явлений, связанных как с избытком, так и с недостатком воды».

Усилия учёных сфокусированы на анализе крупных регионов с целью последующего расширения исследований на более локальные области. Планируется расширение модели на другие регионы Европы и сотрудничество с учёными других континентов. Отмечается, что сложность разработанных алгоритмов требует их доработки по мере поступления значительных объёмов данных. Кроме того, по словам учёных, необходимо проводить больше наземных наблюдений, чтобы продолжать проверять данные, полученные со спутников.

График, показывающий устойчивый рост средней температуры по планете с 1880 года (источник изображения: NASA)

Для повышения точности и надёжности «цифрового двойника» Земли проект предусматривает внедрение искусственного интеллекта (ИИ). Использование ИИ позволит минимизировать ошибки, возникающие вследствие атмосферных колебаний в момент получения спутниковых данных. Предполагается, что ИИ, эффективно обученный на соответствующих данных, сможет работать как дополнительный инструмент анализа, уточняя модели в режиме реального времени.

Это будет не только способствовать повышению точности прогнозов, но и оптимизировать время, требуемое для аналитической обработки данных, тем самым освобождая ресурсы для решения других критически важных задач в области климатических исследований. Примеры применения ИИ в области прогнозирования погодных условий и предсказания лесных пожаров уже демонстрируют значительные преимущества данного подхода, подтверждая его эффективность и перспективность для реализации проекта «цифрового двойника» Земли.

В журнале Science Advances вышла статья исследователей Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) и NASA, в которой учёные предложили средство для сдерживания роста нагрева Земли. Решение не отменяет необходимости снижать парниковые выбросы, но может стать одним из методов сдерживания неуклонного роста температуры на поверхности планеты.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Так, временным или вспомогательным методом для сдерживания климатических изменений может быть осушение верхних слоёв атмосферы. Технически это можно сделать уже сейчас. Для этого достаточно разбрасывать с самолётов лёд на высоте 17 км — чуть ниже стратосферы. Лёд охладит поднимающийся на высоту с потоками воздуха влажный водяной пар и превратит его в осадки.

Расчёты показали, что если каждую неделю распылять по 2 т льда, то это примерно на 5 % снизит нагрев планеты от последствий, связанных с выбросом углекислого газа. На самом деле — это очень небольшое влияние на климат Земли, поэтому предложенный метод надо рассматривать не как альтернативу для сохранения темпов углеродных выбросов, а как возможность немного затормозить катастрофические изменения климата.

Учёные подчёркивают, что они лишь предлагают концепцию для обсуждения. Несомненно, она подлежит более тщательному анализу, прежде чем её начнут реализовывать. Одно дело работать в лаборатории, другое дело — на улице. Случиcь что-то неожиданное, назад можно уже не повернуть. Поэтому не участвующие в проекте учёные осторожно встретили предложение по вмешательству в глобальные атмосферные процессы. Кроме того, такие вещи необходимо обсуждать в ООН или в профильных международных организациях. Планета, как ни как, это наш общий дом и хорошо бы принимать коллегиальное решение по его обустройству.

Службы слежения за активностью Солнца зафиксировали 1 января 2024 года в 00:55 по московскому времени сильнейшую за последние 7 лет вспышку на Солнце. Вспышка была экстремального класса с индексом X5. Предыдущая сильнейшая вспышка последних лет произошла около трёх недель назад с интенсивностью X2.8.

Источник изображения: NOAA

Во время наблюдения вспышки 1 января был замечен значительный выброс коронарной массы — вещества (плазмы) из внешней атмосферы звезды. Облако плазмы направилось в сторону Земли. Наблюдения показали, что в итоге оказалось задето лишь магнитное поле по краю планеты. Это вызовет сегодня полярные сияния в северных широтах и, по-видимому, будет проявляться аналогичным образом также завтра и послезавтра. Значительных радиовозмущений не наблюдалось.

Частота и интенсивность вспышек на Солнце стали увеличиваться с началом нового 25 цикла 11-летней активности звезды. Пик активности прогнозируется во вторую половину 2024 года, хотя, согласно предыдущим наблюдениям, его следовало ожидать в первой половине 2025 года. Есть большая вероятность, что в этом году Солнце поведёт себя необычным образом и 25-й цикл будет отличаться от предыдущих значительно повышенной активностью.

Наибольшую угрозу вспышки на Солнце несут спутникам и экипажам космических кораблей. Вблизи Земли магнитное поле планеты защищает их от радиации. Но близость Земли несёт другую угрозу. Вспышка на Солнце может породить настолько сильный выброс, который способен расширить ионосферу планеты и повысить её плотность в верхних слоях. Это начнёт тормозить спутники на низкой околоземной орбите (аппараты Starlink уже падали в подобных ситуациях) и к этому надо быть готовым заранее.

Руководство климатической инициативы Frontier от имени группы компаний с участием Alphabet, Stripe, Shopify и других гигантов сообщило о заключении сделки стоимостью свыше $57 млн по удалению из атмосферы Земли свыше 158 тыс. т CO₂ к 2028 году. Удалять углекислый газ будет стартап Lithos Carbon с помощью разбрасывания базальтовой крошки по сельскохозяйственным землям. Считается, что эта горная порода при выветривании связывает CO₂ на тысячи лет.

Разбрасывание базальтовой крошки на полях. Источник изображения: Frontier

Горные породы при естественном выветривании связывают атмосферный углекислый газ, переводя его в плохорастворимые соединения. Но это крайне медленный процесс. Гораздо быстрее связывание происходит, если порода измельчена до состояния крошки и даже пыли. Тогда химические реакции идут быстрее и CO₂ «минерализуется» завидными темпами. Искусственные процессы ускоренного выветривания назвали «усиленным выветриванием» и включили его в список потенциальных инструментов для борьбы с климатическими изменениями.

Впрочем, благая идея затормозилась почти сразу. Во-первых, это дорого. По самым оптимистичным оценкам стоимость связывания тонны CO₂ базальтом составит около $200. Компания Lithos Carbon собирается брать за это ещё больше — $370 за тонну. И это ещё недорого, говорят в стартапе, ссылаясь на практику прямого извлечения CO₂ из атмосферы, которая стоит сегодня $600 за тонну.

Но главным препятствием на пути реализации идеи ускоренного выветривания с помощью базальтовой крошки — это эфемерность показателей. Надёжных методик для оценки объёма поглощения CO₂ в результате деятельности стартапа, нет. Им можно верить только на слово и на кое-какие расчеты учёных. Компания обещает, что будет точно знать, сколько углекислого газа поглотит базальтовая крошка, поскольку будет регулярно измерять кислотность почв и проводить другие химические экспертизы в местах ускоренного выветривания. Однако специалисты сомневаются, что покупатели услуг будут получать точные данные. Скорее всего, сетуют они, показатели будут завышенными, поскольку надёжных методик проверки эффективности метода нет.

Тем не менее, Stripe, Alphabet, Shopify и McKinsey Sustainability. Autodesk, H&M Group, JPMorgan Chase, Workday, Zendesk, Canva и Boom Supersonic и ряд других компаний подписали соглашение по поглощению CO₂ из воздуха с Lithos Carbon. Стартап берёт базальт в открытом карьере, измельчает его и раздаёт местным фермерам, которые с помощью внесения крошки в почву поддерживают её щелочной баланс. В почве крошка под воздействием влаги и воздуха связывает CO₂ и грунтовыми водами выносит минералы в реки и моря, где порода будет удерживать углекислый газ в минеральных соединениях не меньше 10 тыс. лет.

Компания Lithos Carbon обещает проследить за сохранением плодородия почв и качеством воздуха в регионе своей ответственности, ведь базальтовая пыль, поднятая в атмосферу, вряд ли добавит кому-то здоровья.

По данным наблюдения за Солнцем, на его обращённой к Земле стороне образовалась гигантская корональная дыра. Через такие прорехи в короне Солнца устремляются потоки солнечного ветра, способные доставить проблемы средствам связи и навигации на Земле, а также радость от наблюдения полярных сияний до средних широт и даже ближе к экватору.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: SOHO (NASA/ESO)

Корональные дыры — это области в солнечной короне, где плотность и температура плазмы значительно ниже, чем в остальных областях. Чаще всего плотность в области корональных дыр примерно в сто раз меньше, чем в остальных областях короны. В оптическом диапазоне такие «прорехи» не видны. Они фиксируются в рентгеновском диапазоне.

Чаще всего корональные дыры возникают во времена спада активности Солнца. Поэтому нынешнее появление корональной дыры, и такой огромной, выглядит необычно. Впрочем, нынешний солнечный 11-летний цикл необычен по многим причинам, включая то, что пик активности может произойти на год раньше ожидаемого — вместо середины 2025 года осенью 2024.

Прошедшая неделя также намекала на растущую активность Солнца. Возмущения на звезде вызвали до десятка геомагнитных бурь на Земле, начиная с самых слабых класса G1 до сильной уровня G3 на эти выходные.

Можно только поприветствовать усилия учёных и национальных космических агентств, которые готовы встретить пик текущего цикла во всеоружии. За этим будут следить до десяти космических аппаратов, включая запущенный в начале осени индийский спутник, и свыше десяти земных телескопов, включая два новейших китайских радиотелескопа. Солнце в новом сезоне не будет обойдено вниманием земной науки. Собираясь улетать далеко из-под магнитного зонтика Земли, мы должны чётко понимать, какая космическая погода нас ждёт в пути.

В мире существует потребность в неисчислимом количестве холодильных и кондиционирующих установок. Сегодня все они используют хладагенты, зачастую вредные для окружающей среды. Попытки найти приемлемую альтернативу предпринимаются давно, но пока без особого успеха. Группа учёных создала прототип кондиционера будущего, у которого отсутствуют компрессор и «парниковые» хладагенты — аммиак и другие.

Источник изображения: Luxembourg Institute of Science and Technology in Belvaux

В основе перспективной холодильной установки лежит электрокалорический эффект. Он проявляется в том, что особый материал нагревается в том случае, когда к нему прикладывается электрическое поле. Снятие электрического поля приводит к остыванию материала. Фактически такой материал отводит тепло из системы через фазовый переход, осуществляемый при изменении электрического поля, что намного удобнее, экономически выгоднее и безопаснее для экологии по сравнению с традиционными парокомпрессионными схемами.

Прототип электрокалорической холодильной установки создали учёные из Люксембургского института науки и техники в Бельво. Разработке посвящена статья в журнале Science. Опытная установка представляет собой набор плиток из похожего на керамику материала, который не разрушается при многократных циклах охлаждения и нагрева. Между плитками циркулирует жидкость, которая является переносчиком тепла из охлаждаемой камеры наружу.

В ходе экспериментов было показано, что прототип обеспечивает разницу температур в 20,9 К при максимальной мощности 4,2 Вт. «Более того, максимальный коэффициент полезного действия, даже с учетом энергии, затрачиваемой на перекачку жидкости, достигает 64 % от КПД цикла Карно при условии правильной рекуперации энергии», — сообщают авторы в аннотации к статье. Полученные цифры дают надежду, что электрокалорический эффект станет практической альтернативой холодильным и отопительным установкам будущего, обеспечив более чистую альтернативу современным кондиционерам и холодильникам.

Международное энергетическое агентство (МЭА) опубликовало новые планы для достижения углеродной нейтральности к 2050 году. Агентство больше не делает ставку на непроверенные технологические решения в виде широкого использования водородного топлива и улавливания углекислого газа. Вместо них эксперты рекомендуют умножить усилия по переходу на возобновляемую энергетику и ускорить отказ от сжигания ископаемых ресурсов.

Источник изображения: Hugo Herrera / The Verge

Согласно представленным в 2021 году планам МЭА, чтобы удержать рост средней температуры на Земле на уровне 1,5 °C от доиндустриального уровня, необходимо отказаться от инвестиций в новые проекты по добыче и использованию ископаемого топлива. Среди ряда шагов для достижения углеродной нейтральности к 2050 году, наряду с переходом на возобновляемые источники энергии рекомендовалось переходить на водородное топливо и создавать системы для улавливания углекислого газа в процессах производства.

За прошедшие с момента публикации плана два года планета нагрелась на 1,2 °C и обещает нагреться к 2050 году выше критического уровня в 1,5 °C, установленного Парижским соглашением по климату. За это же время водородные технологии и перспективные решения по улавливанию углерода показали себя малоперспективными и не способными развиться до зрелого уровня. Стало очевидно, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе они не смогут спасти Землю от глобального потепления и делать ставку на них больше нельзя. И если до этого МЭА ожидало от новых технологий сокращения выбросов до 50 %, то теперь ожидания снижены до 35 %.

Так, в докладе сказано, что «производство водорода является скорее климатической проблемой, чем решением климатических проблем». Водород, напомним, должен снизить выбросы тяжёлого транспорта, который загрязняет атмосферу наиболее сильно — это авиация, судоходство, железнодорожный транспорт и грузовики. Для производства водорода в основном в мире используется природный газ, что ведёт также к росту выбросов в атмосферу парниковых газов.

Благие намерения уничтожаются современными технологиями производства водорода. Пока это не изменится, экологическая польза водородного топлива достаточно сомнительна и эксперты решили это признать. Поэтому в новых планах МЭА прогноз по доле большегрузного автомобильного транспорта на топливных ячейках на дорогах в 2050 году снижен по сравнению с планами 2021 года на 40 %.

Аналогичным образом на 40 % снижены предсказания по улавливанию выбросов углерода при производстве энергии. «До сих пор история [улавливания углерода] была в основном историей неоправдавшихся ожиданий», — сказано в новом докладе МЭА. Министерство энергетики США (DOE) потратило сотни миллионов долларов на неудачные проекты по улавливанию углерода в основном из-за «факторов, влияющих на их экономическую жизнеспособность», как было сказано в одном из отчётов федерального регулятора.

«Извлечение углерода из атмосферы обходится очень дорого. Мы должны сделать всё возможное для того, чтобы перестать выбрасывать его в атмосферу», — заявил в пресс-релизе исполнительный директор МЭА Фатих Бироль. Эти технологии могут быть использованы лишь в критических случаях, когда не будет другого выхода.

Вместо непроверенных технологий МЭА рекомендует утроить мощности возобновляемых источников энергии в мире, чтобы в первую очередь прекратить генерировать загрязнение, приводящее к потеплению планеты. Расходы на экологически чистую энергетику должны увеличиться более чем в два раза: с $1,8 трлн в этом году до $4,5 трлн к началу следующего десятилетия. Энергоэффективность также должна удвоиться в те же сроки, а наиболее богатые страны мира должны достичь нулевого уровня выбросов за несколько лет до достижения глобальной цели в 2050 году.

Будет ли услышан голос экспертов? В США активно осваивают бюджетные средства на технологии улавливания углекислого газа из атмосферы и газов, сопутствующих производству. В России также готовы следовать этому курсу, и уже оценили потенциал ресурсов для хранения CO₂ из промышленных источников, к чему подталкивает введение климатических налогов на выбросы.

В рамках заключённого ещё в феврале этого года соглашения компания IBM и NASA создали и открыли доступ к открытой ИИ-платформе для геопространственного анализа спутниковых снимков. В основе инструмента лежат спутниковые снимки (гармонизированные данные) из базы NASA, собранные европейским спутником Sentinel-2. Новый ИИ-инструмент облегчит анализ геоданных и поможет учёным лучше понимать климатические изменения и перспективы.

Источник изображения: IBM

«Никогда еще не была так очевидна важная роль технологий с открытым исходным кодом для ускорения таких важнейших областей открытий, как изменение климата, — сказал Шрирам Рагхаван (Sriram Raghavan), вице-президент IBM Research AI. — Объединив усилия IBM по созданию гибких, многократно используемых систем ИИ с хранилищем спутниковых данных NASA и сделав их доступными на ведущей платформе ИИ с открытым исходным кодом HuggingFace, мы сможем использовать силу сотрудничества для более быстрого и эффективного внедрения решений, которые улучшат состояние нашей планеты».

Данные NASA — это собранные за прошедший год мультиспектральные изображения со спутника с разрешением 30 м на пиксель — обрабатываются моделью IBM watsonx.ai. На сайте HuggingFace можно обнаружить всё необходимое для начала использования этого инструмента. Платформа поможет решить не только прогностические задачи, связанные с климатом планеты, но также позволит давать ответы на насущные вопросы, связанные с землепользованием, вырубками, пожарами, наводнениями и тому подобными проблемами.

Можно ожидать, что появление «разумного» интерфейса в таком деле, как анализ мультиспектральных спутниковых снимков, где неспециалисту ни за что не разобраться, подтолкнёт науку и приведёт к появлению практических решений для экономики, сельского хозяйства, строительства и многих других областей, зависящих от прихотей погоды.

Астроном Иштван Сапуди (István Szapudi) из Института астрономии Гавайского университета опубликовал расчёты, согласно которым климатические изменения на Земле можно остановить потенциально доступным способом. Для этого между Землёй и Солнцем надо разместить что-то вроде зонтика, например, полотно из графена. Но изюминка идеи заключается в другом. В качестве якоря для зонтика учёный предложил использовать астероид, припаркованный в точке Лагранжа L₁.

Источник изображения: Brooks Bays/UH Institute for Astronomy

Идея борьбы с глобальным потеплением с помощью поглощения части солнечного света не нова и, в общем-то, всегда лежала на поверхности. К счастью или нет, власти ведущих стран Земли не спешат реализовывать тот или иной проект. Последствия плохо просчитанных действий на этом направлении могут накликать на наши головы другие проблемы, а мы и с текущими пока не очень-то справляемся.

Главная идея Иштвана Сапуди заключается в том, что в космос не нужно будет доставлять с Земли неимоверный по тяжести груз для удержания зонтика. Якорь можно будет найти в космосе, благо NASA уже испытало возможность ударного воздействия на астероиды для изменения их траектории. Достаточно будет найти подходящий астероид и направить его в точку Лагранжа L₁ между Землёй и Солнцем. Размещение астероида в L₁ в качестве противовеса уменьшит общую массу полезной нагрузки (собственно экрана) до 35 тыс. т. Вся конструкция вместе с якорем будет весить 3,5 млн т. Но это примерно в 100 раз легче, чем если бы зонтик свободно летал в пространстве без привязи.

Сегодня с технической точки зрения такой проект неосуществим. Однако предложенная астрономом версия уже на шаг ближе к реализации, поскольку на несколько порядков снижает ограничения по массе выводимой в космос полезной нагрузки. Прорыв в производстве графена и относительно небольшая затенённость, которая нужна для предотвращения глобального потепления (поглощение от 1 % до 2 % солнечного света), могут дать нам шанс смягчить последствия изменения климата, пока мы не получим иное и более надёжное средство для решения этой проблемы.

Белый дом опубликовал отчёт о проблемах солнечной геоинженерии, работа над которым была заложена Конгрессом в бюджет 2022 года. В отчёте рекомендовано глубже изучить проблему искусственного вмешательства в солнечную активность на нашей планете, чтобы проблема глобального потепления не превратилась в проблему недостатка освещения для растений и в сокращение флоры и фауны. Чиновники ЕС солидарны с выводами и рекомендуют не спешить.

Источник изображения: Pixabay

Отдельно Белый дом подчёркивает, что действующая администрация не собирается запускать комплексную исследовательскую программу по вопросам модификации солнечного излучения (solar radiation modification, SRM). В представленном докладе излагаются аргументы в пользу того, как должна выглядеть такая исследовательская программа и почему она может быть полезной.

Основной темой доклада стало рассмотрение солнечной геоинженерии по принципу «риск против риска», чтобы риски вмешательства не превысили риски, связанные с бездействием и с соответствующим изменением климата (потеплением). Есть целый ряд факторов, которые могут негативно повлиять на экосистему Земли, если нам вдруг удастся уменьшить интенсивность падающего на планету солнечного света. Необходим сложный научный анализ каждого из них и оценка совокупного их влияния на климат, чтобы принять взвешенное решение, а это очень и очень сложно, а сегодня и вовсе невозможно.

В то же время последствия изменения климата становятся всё более очевидными и не сулят человечеству ничего хорошего в будущем. Это переносит проекты солнечной геоинженерии из области фантастики в область научного и, возможно, практического интереса. Климатические вмешательства могут быть менее опасными, чем глобальное потепление, которое произошло бы без них.

В докладе Белого дома основное внимание уделяется двум методам солнечной геоинженерии. Во-первых, это использование стратосферных аэрозолей, например, диоксида серы. Во-вторых, это осветление (увеличение отражательной способности) облаков над морскими и океаническими акваториями за счёт внесения морской соли в восходящие потоки воздуха. Поскольку в ряде федеральных агентств уже ведутся исследования в области модификации солнечного излучения (правда, фрагментарно) и, в частности, изучение влияния вулканов на климат, то тема аэрозольного вмешательства обещает получить фундаментальную поддержку.

В докладе выражено сожаление, что исследования в области управления солнечной радиацией ограничены и не скоординированы, что оставляет существенные пробелы. Наличие плана исследований поможет Соединенным Штатам подготовиться к внедрению модификации солнечной радиации другим правительством или частным структурам.

Преимуществом управления солнечной радиацией является быстрота. «SRM даёт возможность значительно охладить планету в течение нескольких лет», — говорится в докладе.

Источник изображения: Pixabay/jplenio

При этом эксперты перечисляют потенциальные риски вмешательства в интенсивность инсоляции. Например, аэрозоли в стратосфере могут разрушить озоновый слой. Может измениться структура осадков со всеми вытекающими для растений и животных последствиями, включая повышение уровня моря и гибель экосистем, а также стагнация сельского хозяйства. Одним словом, риски необходимо изучить вплоть до количественных оценок каждого и только тогда принимать решение о модификации солнечного излучения.

Также в докладе говорится, что даже запуск программ SRM не отменяет главной стратегии — сокращения вредных выбросов в атмосферу от деятельности человека. Программа исследований по модификации солнечного излучения будет соседствовать с «основополагающими элементами смягчения последствий выбросов парниковых газов и адаптации к ним», как сказано в докладе. Тем самым программа по модификации солнечного света не является постоянным решением, а лишь вспомогательная и обратимая мера на пути к смягчению климатических опасностей.

Европейский союз также официально выступил против солнечной геоинженерии, выложив в публичное пространство соответствующий документ. «Она не является решением проблемы климата и для её внедрения недостаточно понимания последствий такого вмешательства», — сказано в докладе.

«В нынешнем состоянии развития преднамеренное вмешательство в природные системы Земли, такое как развертывание модификации солнечной радиации (SRM), представляет собой неприемлемый уровень риска для людей и окружающей среды», — резюмируют европейские законодатели. В то же время ЕС будет поддерживать международные коллективные исследования по этой теме.

На днях на Берлинском саммите инициативы Earth Virtualization Engines генеральный директор NVIDIA Дженсен Хуанг (Jensen Huang) рассказал специалистам по цифровому моделированию климата об инструментах и методах, которые компания предлагает в этой области, с которыми им придётся работать в ближайшие годы. Иллюстрацией прорыва в климатологии стал сгенерированный в облаке платформы NVIDIA «мультик» виртуального полёта с уровня выше облаков на улицы Берлина.

Источник изображений: NVIDIA

Не секрет, что NVIDIA готовит предсказательную климатологическую платформу и, в целом, создаёт цифрового двойника Земли в проекте Earth-2. Для компании было бы удачным, если бы другие аналогичные проекты использовали её аппаратное и программное обеспечение. Дженсен Хуанг уверен, что международная инициатива Earth Virtualization Engines получит значительный импульс в развитии, если воспользуется тремя «чудесами» NVIDIA: высокой скоростью моделирования климата с разрешением порядка 2 км²; способностью предварительной обработки «огромного» количества данных; и возможностью интерактивной визуализации данных на платформе NVIDIA Omniverse.

Данные надо подать в максимально понятной и простой форме, уверяет глава NVIDIA, чтобы политики, бизнесмены, компании и исследователи могли строить свои стратегии на основе чёткого понимания проблемы. Графические процессоры NVIDIA и соответствующие климатологические платформы компании это обеспечивают.

Все три объявленных «чуда» возможны в скором времени на масштабируемой аппаратной платформе с использованием ускорителей NVIDIA GH200 Grace Hopper. Они обеспечивают до 10 раз более высокую производительность для приложений, работающих с терабайтами данных. Массовое производство процессоров стартовало около месяца назад и приведёт к появлению готовых решений в течение года.

В качестве примера компания показала моделирование температуры в Северной Африке. Глобальная модель прогнозирования погоды FourCastNet компании на основе данных была запущена на фреймворке NVIDIA Modulus с открытым исходным кодом для создания, обучения и тонкой настройки моделей машинного обучения на основе физики. Платформа смогла рассчитать 21-дневные погодные траектории для 1000 отдельных компонентов за десятую часть времени, которое ранее требовалось для расчёта каждого компонента, и с в 1000 раз меньшим потреблением энергии.

«Для участников саммита Хуанг продемонстрировал потрясающую интерактивную визуализацию глобальных климатических данных в облаке с высоким разрешением, увеличивая масштаб от вида земного шара до детального вида Берлина. По словам Хуанга, этот подход может работать для прогнозирования климата и погоды в таких разных местах, как Берлин, Токио и Буэнос-Айрес», — говорится в блоге компании.

«Эти новые типы суперкомпьютеров только появляются, — сказал Хуанг. — Это настолько свежая вычислительная технология, насколько вы можете себе представить».

Портал «Глобальная энергия» со ссылкой на аналитиков Ember сообщил, что по итогам 2022 года выбросы парниковых газов в энергетике достигли нового исторического максимума — 12,43 млн т эквивалента CO₂. К счастью, эксперты отмечают снижение удельной углеродоёмкости генерации — это означает, что энергетика понемногу «зеленеет».

Источник изображения: НИТУ МИСИС

В период с 2021 по 2022 год выбросы парниковых газов в энергетике выросли на 1,3 %. За тот же период удельная углеродоёмкость генерации снизилась на 1,1 % или до 436 г эквивалента CO₂ на каждый кВт•ч выработки. Подобную картину специалисты наблюдают в течение последних 20 лет. Один параметр растёт (к сожалению, довольно быстро), а другой — снижается. Так, с 2000 года по 2022 год выбросы парниковых газов в мире выросли на 78 %. На этом фоне за тот же период средний объём выбросов при выработке 1 кВт•ч электроэнергии снизился на 6 % или с 466 до 436 г CO₂-эквивалента.

За указанный период прирост потребления электроэнергии в мире вырос на 90 %, что и стало причиной увеличения выбросов, ведь главный упор был на быстрое получение электричества, что возможно только в случае использования дешёвого ископаемого топлива. Особенно проявил себя Азиатско-Тихоокеанский регион, где бурный рост экономик породил волну строительства, прежде всего, угольных электростанций. Так, только на долю Китая и Индии в период с 2000 по 2022 годы пришлось 81 % общемирового ввода мощностей угольных электростанций (1221 из 1500 ГВт).

Сегодня в Азиатско-Тихоокеанском регионе ежегодная потребность в электричестве достигает внушительных 13 546 ТВт•ч. Это сопоставимо с приростом потребления электроэнергии во всём мире за последние 20 лет.

США тоже не отставали в вопросе наращивания генерации от ископаемых источников, но в основном строили электростанции на газе. Потребление электричества в США с 2000 по 2022 годы выросло на 13 % (до 4338 ТВт•ч). За это время в стране ввели в эксплуатацию мощности объёмом 179 ГВт, что составило 19% от мирового объёма. В Китае, для сравнения, за то же время ввели в строй 107 ГВт мощностей или 11 % от общемирового объёма. Тем самым выбросы парниковых газов в США выросли к 2022 году с 301 млн т CO₂-эквивалента в 2000 году до 828 млн т в 2022 году.

Снижение углеродоёмкости, которое шло параллельным курсом, произошло за счёт введения чистой энергетики от ветряков и солнечных ферм до гидроэлектростанций и генерации с помощью других чистых или возобновляемых ресурсов. В 2000 году на ветровые и солнечные фермы приходилось 0,2 % глобальной выработки электроэнергии, в 2022 году — уже 12 %. В целом доля низкоуглеродных источников за это время выросла с 35,8 % до 39,1 %, а доля генерации на ископаемом топливе упала с 64,2 % до 60,9 %.

Из представленной отчётности можно заключить, что мир медленно и неуверенно идёт к цели стать углеродонейтральным к 2050 году или около того. В этой связи специалисты начинают бить тревогу — мы не успеваем решить проблему, и это станет катастрофой для следующих поколений.

«Мировое сообщество не имеет реальных возможностей для ограничения роста температуры в пределах 2,0 °С и тем более 1,5 °С; эти возможности не станут доступными, если рост населения мира не будет приостановлен в течение жизни текущего или следующего поколения», — утверждает Александр Клименко, соавтор исследования, академик РАН, профессор, д.т.н., ведущий эксперт центра компетенций НИТУ МИСИС. Но это уже другая, хотя и довольно пугающая история.

Созданный учёными из Калтеха стартап Captura собирается построить в порту Лос-Анджелеса опытный комплекс по прямому улавливанию углекислого газа из океанской воды. Пилотный проект позволит оценить все плюсы и минусы технологии, а также даст время решить, что делать с добытым таким образом CO₂. Экологи опасаются, что всё это поддерживается добывающими углеводороды компаниями только для отвода глаз.

Проект станции по извлечению CO₂ из океанской воды. Источник изображения: Caltech

Власти США назвали технологии улавливания углекислого газа одними из перспективных для борьбы с углеродным следом. На эти цели на ближайшие годы будут выделены миллиарды долларов. Большие и маленькие компании разрабатывают уникальные проекты и строят установки. Правда, часто уловленный такими установками CO₂ приходится выпускать обратно в воздух, объясняя это отладкой процессов. Как и каким образом утилизировать уловленный углекислый газ или превращать его в продукцию или химическое сырьё — на это пока однозначного ответа нет.

Стартап Captura, который публично заявил о себе в этом году, был основан два года назад и сумел в 2022 году выиграть денежный приз на конкурсе XPrize, учреждённом Илоном Маском для ряда инновационных областей, куда также входит тема борьбы с потеплением климата. Стартап смог запустить свой первый пилотный проект в августе прошлого года в Ньюпорт-Бич, Калифорния. Мощность установки позволяла извлекать из морской воды до 1 т CO₂ в год. Установка в государственно-частном исследовательском центре AltaSea в порту Лос-Анджелеса, которую вскоре начнут создавать, сможет извлекать из морской воды уже до 100 т CO₂ в год.

Установка по прямой добыче CO₂ из морской воды (мощность — 100 т CO₂ в год). Источник изображения: Captura

Новые заявленные объёмы извлечения углекислого газа из океанской воды тоже небольшие — это выбросы всего 22 автомобилей в течение года. Новая установка призвана выявить все положительные стороны проекта, а также все его недостатки, что более важно учесть перед созданием более масштабных объектов. Например, остаётся открытым вопрос качества фильтрации морской воды — технология запросто может убить планктон, а это кормовая база морских обитателей. Также планктон сам поглощает CO₂.

В процессе работы установка Captura будет забирать определённый объём морской воды и небольшую часть из этого объёма — менее 1 % — подвергнет процедуре электродиализа. Это ещё сильнее закислит воду, в процессе чего будет выделена условно кислота и базовый бессолевой раствор. Кислота добавляется в основную массу закачанной воды, где с её участием начинают происходить химические реакции с активным выделением CO₂. Углекислый газ улавливается, а освобождённая от него вода с добавленным бессолевым раствором возвращается обратно в океан.

Основная идея в этом проекте — это позволить Земле с помощью океанов самоочищаться от избытка CO₂. Океанские воды легко поглощают избытки углекислого газа из воздуха и ежегодно освобождают атмосферу на 6 млрд т CO₂ или около того. Улавливая CO₂ из морской воды мы очищаем этот природный фильтр и позволяем ему работать лучше. Также мы снижаем кислотность океанских вод, что положительно действует на множество морских экосистем от моллюсков до коралловых рифов.

Надо отметить, что одним из главных спонсоров Captura в новом проекте является крупнейшая в США добывающая компания Southern California Gas. Другими инвесторами стартапа называются нефтегазовые гиганты Aramco и Equinor. Всё это даёт повод подозревать добывающие компании в желании создать видимость борьбы с выбросами парниковых газов вместо того, чтобы сократить или вовсе прекратить добычу ископаемых, в чём уверены многие экологи.

И все же множество компаний, особенно крупных технологических, обращаются к разработкам, направленным на прямую фильтрацию CO₂ из воздуха и воды, чтобы компенсировать часть своих выбросов. Так, Captura заключила контракт с группой Frontier, созданной компаниями Stripe, Alphabet, Meta✴, Shopify и McKinsey. Эта группа и инициатива намерены облегчить другим компаниям компенсацию выбросов с помощью новых технологий удаления углерода. Через Frontier компания Captura намерена продавать углеродные кредиты, которые представляют собой тонны CO₂, извлеченные из океана. Кредиты, скорее всего, будут получены от ещё одного экспериментального завода, который стартап планирует построить в следующем году. Это не первый такой проект и, очевидно, не последний. Не исключено, что что-то из этого даст ощутимый результат.

Специалисты Массачусетского технологического института провели углублённое моделирование сценариев загрязнения воздуха в США и его влияния на здоровье и жизни граждан. Рассматривались три сценария работы энергосистемы страны: как есть, с расширенным использованием возобновляемых источников в паре с АЭС и без атомных электростанций, но с ТЭЦ на угле и газе, а также с возобновляемыми источниками. Оказалось, что полный отказ от АЭС приведёт к загрязнению воздуха и погубит тысячи жизней.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня США имеют больше всего активных ядерных реакторов в мире: 92 штуки. АЭС вырабатывают около 20 % электрической энергии в стране. Проблема в том, что подавляющему большинству реакторов свыше 50 лет и их вскоре надо либо останавливать, либо сертифицировать для продления сроков эксплуатации. Сейчас это вопрос острой дискуссии в обществе и в политике. Учёные из MIT решили с цифрами в руках оценить тот или иной выбор и сделать это наиболее наглядным образом: как изменения повлияют на здоровье и жизни людей.

Компенсировать нехватку электричества в случае полной остановки АЭС можно только за счёт сжигания угля, нефти или газа. Это приведёт к дополнительным выбросам парниковых газов и, в целом, к загрязнению атмосферы. Загрязнение и изменение климата приведёт к 5200 преждевременным смертям каждый год с момента полного отказа от атомной энергетики. Особенно это коснётся Восточного побережья, где сейчас много АЭС и работу которых придётся заменять электростанциями на ископаемом топливе. Остроту проблеме придаёт тот факт, что вблизи электростанций на ископаемом топливе в основном проживают афроамериканцы и умирать они начнут первыми.

Если стране удастся к 2030 году достичь ранее поставленных климатических целей и, в частности, довести выработку энергии из возобновляемых источников до значительных величин, то остановка АЭС хотя и ухудшит ситуацию, то не так сильно и не во всех регионах страны. В таком случае уровень преждевременных смертей в отдельных районах США будет достигать 260 человек в год. Эти смерти по-прежнему будут обусловлены электростанциями на ископаемом топливе, которые будут компенсировать нехватку электричества с закрытием АЭС.

«В дебатах о сохранении атомных электростанций, качество воздуха не было в центре внимания, — говорят авторы исследования. — Мы обнаружили, что загрязнение воздуха от электростанций, работающих на ископаемом топливе, настолько пагубно, что всё, что его увеличивает, например, остановка атомной станции, будет иметь существенные последствия, причем для некоторых людей в большей степени, чем для других».

На днях в Колорадо была запущена демонстрационная установка компании Global Thermostat по прямому удалению углекислого газа из атмосферы. Правда, запущенная система призвана лишь продемонстрировать технологии, и полученный газ она выбрасывает обратно в воздух. Задача проекта — отработать технологию и привлечь потенциальных клиентов. Разработчики рассчитывают, что технология будет проста как конструктор Лего и может быть освоена широким кругом заказчиков.

Демонстрационная установка компании в Колорадо. Источник изображения: Global Thermostat

Компания Global Thermostat возникла в 2010 году и сразу наделала шуму. Она считалась одной из немногих, кто предложил более-менее осуществимую стратегию прямого удаления из атмосферы углекислого газа — пособника повышения температуры на Земле. В 2019 году известный авторитет и визионер Билл Гейтс включил Global Thermostat в перечень компаний, ответственных за одну из десяти прорывных технологий ближайшего десятилетия. В 2021 году компанию Global Thermostat потряс этический скандал с генеральным директором, и параллельно были обнаружены финансовые нарушения.

Новый директор — Пол Нахи (Paul Nahi) — пришёл из бизнеса по продажам солнечных установок и направил бизнес Global Thermostat в новое русло. До него работа Global Thermostat строилась по тому же принципу, что у конкурентов, таких как швейцарская компания Climeworks или американская CarbonCapture. Все они самостоятельно создавали и продвигали проекты мощных установок по прямому удалению CO₂ из атмосферы. Это значит, что каждая из этих компаний должна была решать массу вопросов от выбора площадки, создания инфраструктуры и решений по утилизации захваченного углекислого газа. Это огромный комплекс работ, в котором можно завязнуть. Новый директор Global Thermostat понял, что это не его путь.

Основываясь на собственном опыте продаж солнечных панелей, новый директор Global Thermostat предложил продвигать модульные конструкции установок по улавливанию углекислого газа. Они должны легко масштабироваться и быть эффективными — это прежде всего. Сегодня стоимость добычи каждой тонны CO₂ из атмосферы примерно равна $600. Компания Global Thermostat обещает сократить эту цифру вдвое за два года. Для этих целей послужит новый полигон в Колорадо, который также станет витриной компании.

Активисты «зелёной повестки» обвиняют Global Thermostat в сотрудничестве с нефте- и газодобывающими компаниями. И действительно, у компании есть закрытые для разглашения финансовые сделки с ExxonMobil и Tokyo Gas. Таким образом, добывающие компании могут замыливать общественности глаза вместо того, чтобы просто взять и прекратить добычу ископаемых.

«Я не думаю, что кто-то верит в то, что внезапно мир перестанет использовать нефть и газ. Я был бы рад, если бы это произошло, но это просто неосуществимо», — сказал Нахи изданию The Verge. Иначе говоря, он принимает неизбежное, но участвует в переменах к лучшему.

Для Global Thermostat и других компаний, которые включились в процесс по прямому удалению CO₂ из атмосферы, наступили хорошие времена. Администрация Байдена дала толчок развитию технологий удаления углерода, приняв Закон о снижении инфляции, который более чем в три раза увеличил налоговые льготы для проектов прямого улавливания и хранения углекислого газа.

Кроме того, подписанный в 2021 году двухпартийный Закон об инфраструктуре предусматривает $12 млрд на улавливание и хранение CO₂. При финансовой поддержке Министерства энергетики инженерно-строительная компания Black & Veatch начала работу с Global Thermostat над проектированием установки прямого улавливания CO₂ мощностью 100 000 тонн в год. Демонстрационная установка компании в Колорадо, для справки, улавливает всего 1000 т CO₂ в год. Масштабный проект поможет сделать её лучше и эффективнее. На это надеются все.