Компания Microsoft только что поддержала крупный проект по улавливанию выбросов углекислого газа от электростанции, работающей на дровах и биомассе. Сегодня технологический гигант объявил о заключении сделки с датской энергетической компанией Ørsted о покупке экологических кредитов на эквивалент 2,76 млн тонн углекислого газа, которые будут захвачены на электростанции Ørsted в Аснесе за 11 лет. При этом некоторые эксперты со скепсисом относятся к такой стратегии Microsoft.

Источник изображения: pixabay

Согласно пресс-релизу Ørsted, на сегодняшний день это одна из крупнейших сделок по сокращению выбросов углекислого газа. Предполагается, что этот шаг поможет Microsoft достичь своей цели стать углеродно-отрицательной к 2030 году, когда компания станет удалять из атмосферы больше углекислого газа, чем она генерирует в ходе своей деятельности. Однако технология улавливания выбросов углекислого газа все ещё находится в зачаточном состоянии, и некоторые экологические группы и исследователи скептически относятся к тому, что стратегия, которую Microsoft только что помогла финансировать, может быть эффективным способом борьбы с изменением климата.

Без поддержки Microsoft компания Ørsted не смогла бы установить устройства для улавливания углерода на своей электростанции. «Для того, чтобы сделать этот проект жизнеспособным, были необходимы датские государственные субсидии и контракт с Microsoft», — говорится в заявлении Ørsted. С помощью Microsoft компания смогла заключить ещё более крупный 20-летний контракт с Датским энергетическим агентством (DEA) на захват выбросов CO₂ в городе Аснес на западе Зеландии и второй электростанции недалеко от Копенгагена. После того, как устройства улавливания углекислого газа будут установлены, к 2026 году они смогут улавливать в общей сложности 430 000 тонн CO₂ ежегодно. Для сравнения, это примерно эквивалентно тому, сколько углекислого газа выбрасывает одна газовая электростанция в год.

Ørsted, помимо прочего, применит технологии, которые смогут сразу отфильтровывать CO₂ из дымовых труб электростанций, предотвращая выбросы в атмосферу. Компания считает, что таким образом её электростанции, работающие на биомассе (опилки, обрезки и другие древесные отходы, солома и прочие сельскохозяйственные отходы), станут углеродно-отрицательными. Она планирует захоронить избыточный углекислый газ под Северным морем и продавать Microsoft кредиты, эквивалентные каждой тонне CO2. Затем Microsoft сможет использовать эти кредиты, чтобы заявить, что она устранила часть собственного загрязнения парниковыми газами.

В последнее время Microsoft делает смелые ставки на климатические технологии и технологии экологически чистой энергии. На прошлой неделе было объявлено о плане закупки электроэнергии у строящейся термоядерной электростанции, хотя некоторые эксперты считают, что такую передовую электростанцию будет невозможно построить ещё несколько десятилетий.

Европейский парламент разработал новый законопроект с целью улучшения маркировки продуктов в ЕС — он запретит указывать вводящие в заблуждение характеристики продукта, например, необоснованные заявления об их экологичности или сроке службы батареи. Также будущий закон обяжет производителей рассказывать о стоимости ремонта и запретит ограничивать использование сторонних запчастей или аксессуаров.

Источник изображения: pixabay

Директива будет нацелена на упаковку и рекламные объявления с неоправданными заявлениями о безвредности продуктов, такими как «климатически нейтральный» и «экологически чистый», если они не подкреплены реальными доказательствами. Законопроект также предусматривает чёткую маркировку стоимости ремонта продукта и любых потенциальных ограничений на ремонт со стороны производителей.

Чтобы продукты служили дольше, ЕС хочет запретить внедрение конструктивных особенностей, которые ограничивают срок службы продукта или приводят к преждевременному выходу товара из строя. Кроме того, производителям хотят запретить ограничивать функциональность продукта, когда он используется с расходными материалами, запасными частями или аксессуарами (например, зарядными устройствами или чернильными картриджами), произведенными другими компаниями.

«Промышленность больше не будет получать прибыль от производства потребительских товаров, которые ломаются по истечении гарантийного срока. Теперь производители должны будут в понятной форме предоставлять информацию о возможностях и стоимости ремонта. Этикетки на продуктах будут информировать граждан о том, какие товары гарантированно прослужат дольше, а производители, чьи товары более долговечны, будут получать прибыль. Джунгли ложных экологических заявлений закончатся, так как будут разрешены только сертифицированные и обоснованные указания об безвредности продукта» — Биляна Борзан (Biljana Borzan), вице-президент Прогрессивного альянса социалистов и демократов в Европейском парламенте.

Цель нового законопроекта — помочь потребителям совершать более осознанные покупки и побудить компании предлагать более экологичные продукты. Европейский парламент также хочет запретить вводящие в заблуждение утверждения о сроке службы батареи, а также сообщать потребителям о запланированном устаревании и конструктивных особенностях, которые ограничивают жизненный цикл продукта.

Поскольку проект закона уже принят в рассмотрение, вскоре должны начаться обсуждения между Европарламентом и странами-членами Евросоюза.

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.

На этой неделе компания Tesla опубликовала свой отчет о воздействии на окружающую среду за 2022 год, который дает четкое представление об углеродном следе компании по производству электромобилей. Впервые Tesla раскрыла данные о воздействии на выбросы от своих цепочек поставок, что делает ее общий углеродный след намного больше, чем сообщалось в прошлом.

В прошлом году компания раскрыла только информацию о том, сколько парниковых газов было выброшено в атмосферу в результате ее непосредственной деятельности и зарядки электромобилей клиентами. В общей сложности они эквивалентны 2,5 миллионам тонн углекислого газа (CO₂). Но это не даёт полной картины, поскольку климатическое воздействие цепочек поставок — считающееся косвенными выбросами — составляют бóльшую часть углеродного следа компании.

В этом году Tesla, наконец, опубликовала данные о выбросах цепочек поставок за 2022 год, что эквивалентно примерно 30,7 миллионам тонн углекислого газа. Что называется, почувствуйте разницу. Эта информация особенно актуальна тем, что в США разгорается борьба между компаниями и Комиссией по ценным бумагам и биржам (CES) по поводу того, какой объём выбросов должен быть отражён в отчетности согласно законодательству.

Углеродный след компании обычно делится на три основные группы или «сферы деятельности». Первая «сфера» включает прямые выбросы от собственных заводов, офисов и транспортных средств. Вторая включает выбросы от использования электроэнергии, отопления и охлаждения. И, наконец, последняя включает в себя все остальные косвенные выбросы от цепочек поставок и жизненного цикла продукции, производимой компанией. В третьей «сфере» существует 15 различных категорий выбросов, на которые их можно классифицировать.

Это обычная практика, когда компании сообщают только о своих выбросах в рамках 1 и 2 сфер деятельности, поэтому углеродный след компании может казаться гораздо меньше, чем есть на самом деле. Например, выбросы компании Tesla в 1 и 2 сферах составили всего 610 000 тонн CO₂ в 2022 году. Это ничтожно мало по сравнению с косвенными выбросами компании в сфере 3.

Конечно, углеродный след, например, Ford гораздо больше, чем у Tesla — более 337 миллионов тонн CO₂ в 2022 году (почти все выбросы относятся к 3-й «сфере»). Это потому, что Ford продал в прошлом году в три раза больше автомобилей, чем Tesla, а также потому, что большинство автомобилей Ford используют двигатели внутреннего сгорания. То, что Tesla производит электромобили, не означает, что её воздействие на окружающую среду незначительно.

Запущенный в 2021 году европейский проект I-Seed привёл к созданию первого рабочего прототипа биоразлагаемого робота, совершающего движения без источников питания. Система призвана создать дружественные природе датчики мониторинга среды, которые при всей своей ценности слежения за вредными и парниковыми веществами сами не нанесли бы природе вреда.

Источник изображения: Italian Institute of Technology

Разработка создана в Итальянском технологическом институте (IIT-Italian Institute of Technology) в Генуе исследователями лаборатории Bioinspired Soft Robotics (BSR) под руководством Барбары Маццолаи (Barbara Mazzolai) в сотрудничестве с Университетом Тренто. Научный руководитель проекта давно пользуется приёмом наблюдения за растениями в поисках отточенных земной эволюцией интересных решений.

В основу мягкого и биоразлагаемого робота был положен принцип распространения семян южноафриканской герани Pelargonium appendiculatum. Семена этого растения имеют в стенках неживую ткань, которая в процессе изменения влажности меняет длину волокон. Это условно целлюлоза, которой не нужна поддержка жизнедеятельности — метаболизм или питание. Но когда влажность меняется, семена начинают совершать движения, что происходит чисто механически. В процессе набухания и высыхания семена движутся до тех пор, пока не попадут в трещины в земле, что увеличит шанс их прорастания в благоприятных условиях.

Учёные изучили строение тканей и клеток семян и воспроизвели в виде мягкого робота. Робот изготовлен методом 3D-печати. Учёным пришлось изрядно поработать, чтобы подобрать для него подходящий материал.

«Эти биоразлагаемые и энергоавтономные роботы будут использоваться в качестве беспроводных инструментов, не требующих батарей для исследования и мониторинга поверхностного слоя почвы. Этот подсмотренный у природы подход позволил нам создать недорогие инструменты, которые могут быть использованы для сбора данных на месте с высоким пространственным и временным разрешением, особенно в отдаленных районах, где нет данных мониторинга», — сказал один из авторов исследования.

Теоретически для изготовления подобных роботов всё готово. Учёные разработали не только биоразлагаемую электронику, но даже полностью растворимые в кишечнике человека аккумуляторы. Если там они не опасны, то и природе не нанесут вреда.

Используя данные рентгеновской обсерватории NASA «Чандра» (Chandra) и других телескопов учёные обнаружили неизвестную ранее угрозу для жизни на планетах земного типа. На определённой фазе процесса образования сверхновых исходящее от области взрыва рентгеновское излучение способно уничтожить биологическую жизнь на планетах в радиусе до 100 световых лет и больше. Раньше это явление не принималось во внимание. Но теперь к нему надо отнестись со всей серьёзностью.

Воздействие сверхновой и гибель жизни на планете земного типа в представлении художника. Источник изображения: NASA

Традиционно опасными для всего живого периодами в явлении сверхновых считались гамма-излучение в первые дни и месяцы после взрыва, а также поток высокоэнергичных частиц, приходящий через сотни и тысячи лет.

Новые наблюдения показали, что в процессе взрыва сверхновой возникает ещё одна угроза — поток рентгеновского излучения, который возникает в результате удара взрывной волны сверхновой звезды о плотный газ, окружающий взорвавшуюся звезду. Генерируемый процессом поток излучения может достичь обитаемой планеты в течение месяцев или лет и будет длиться десятилетиями, что приведёт к вымиранию биологической жизни на планетах земного типа.

Полученные данные проверены при наблюдении 31 сверхновой и последствий их взрывов. Наблюдения проводились в основном с помощью рентгеновской обсерватории NASA Chandra, и миссий Swift и NuSTAR, а также XMM-Newton Европейского космического агентства. Из данных следует, что планеты могут подвергнуться смертельным дозам радиации, находясь на расстоянии около 160 световых лет. На составном изображении ниже показаны четыре сверхновые в исследовании (SN 1979C, SN 1987A, SN 2010jl и SN 1994I).

Источник изображения: NASA/CXC/Univ. of Illinois/I. Brunton et al.

Среди представленных в наборе изображений четырёх сверхновых объект SN 2010jl произвёл наибольшее количество рентгеновского излучения. По оценкам авторов, эта сверхновая обеспечила смертельную дозу рентгеновского излучения для планет земного типа, находящихся на расстоянии менее 100 световых лет от неё.

Длительный поток рентгеновского излучения может серьёзно изменить химический состав атмосферы планеты. В частности, для похожей на Землю планеты этот процесс может привести к уничтожению значительной части озона, который защищает жизнь от опасного ультрафиолетового излучения звезды-хозяина. Это также может привести к гибели широкого спектра организмов, особенно морских, находящихся в основании пищевой цепи, что приведет к вымиранию.

В изменённом составе атмосферы начнёт преобладать диоксид азота, что проявит себя в виде образования коричневой дымки в воздухе. Растения на суше начнут погибать, и процесс рискует стать необратимым (это явление проиллюстрировано на заглавном изображении).

На Земле найдены изотопы, образование которых учёные объясняют избыточным гамма-излучением — это явный признак работы сверхновых. Тем самым последствия от взрывов могли сказаться на Земле в период от 2 до 8 млн лет назад. Оценки дают данные, что эти сверхновые находились на расстоянии от 65 до 500 световых лет от Земли.

В настоящее время Земля и Солнечная система находятся в безопасном пространстве с точки зрения потенциальных взрывов сверхновых, но масса других планет в Млечном Пути таковыми не являются. Поэтому такие высокоэнергетические события рискуют значительно сократить области в нашей галактике, известные как Галактическая зона обитаемости, где потенциально может существовать биологическая жизнь.

Авторы настоятельно рекомендуют проводить последующие наблюдения за взаимодействующими сверхновыми в течение месяцев и лет после взрыва, что позволит нам полнее оценить их опасность и степень влияния на близлежащие миры. Не стоит искать жизнь в радиационной пустыне, лишних ресурсов на это попросту нет.

Сегодня пластиковые отходы можно обнаружить во всех уголках Земли, где обитает человек. Это трудно перерабатываемый материал, который будет находиться в природе многие годы. Так называемое «Большое мусорное пятно» в Тихом океане даже начало формировать свою собственную биосферу с обильным заселением прибрежными видами морских организмов. И вот, учёные из Австралии обнаружили два вида почвенных грибков, которые оказались способны разрушать пластик.

Грибок в лаборатории. Источник изображения: Amira Samat & University of Sydney

Исследователи из Сиднейского университета на опыте подтвердили способность естественных грибков Aspergillus terreus и Engyodontium album разрушать полипропилен — вид пластика, который тяжело поддаётся переработке. При этом на долю полипропилена приходится до 25 % пластиковых отходов. Это пищевые контейнеры, вешалки для одежды, скотч и многое другое. В промышленную переработку попадает не более 1 % произведённого полипропилена, что означает наличие колоссальных объёмов отходов этого материала.

В лаборатории быстро выяснилось, что грибки активнее разрушают полипропилен, если пластик предварительно обработать ультрафиолетовыми лучами и нагревом (альтернативой нагреву может быть реакция Фентона). В природе есть и УФ-лучи от Солнца и тепло, что станет помощью грибкам при переработке пластика в естественной среде.

Слева пластик до заселения грибками, справа — после 30 суток разложения. Источник изображения: University of Sydney

В чашке Петри за 30 дней в лаборатории обработанный таким образом пластик разложился грибками Aspergillus terreus и Engyodontium album примерно на 21 %. За 90 дней наблюдения пластик в чашке был переработан грибками на 25–27 %. Вишенкой на торте для исследования стало выделение разрушающих пластик микроорганизмов из морской воды, но уровень их активности в отношении пластика был намного меньше, чем у почвенных грибков. С этим ещё предстоит поработать.

В то же время учёные отмечают, что выявление микроорганизмов, утилизирующих пластик, это только половина проблемы. К пластиковым отходам надо изменить отношение как в обществе, так и среди производителей. Не мусорить и перерабатывать — только так можно решить проблему с пластиковым мусором, но это сделать ещё сложнее, чем найти полезный грибок.

Производство цемента ежегодно вносит в атмосферу около 8 % от общего объёма углекислого газа. Это колоссальные объёмы, снизить которые надеются многие учёные во всём мире. В ход идут энергосберегающие технологии, уникальные добавки и хитрые техпроцессы, однако особенного прогресса пока нет. Возможно, это получится у учёных из Университета штата Вашингтон, которые придумали цемент, который поглощает больше CO₂, чем выбрасывается при его производстве.

Источник изображения: Pixabay

Сегодня выбросы CO₂ при производстве цемента происходят главным образом из-за высоких температур (энергозатрат) и химических реакций. Теоретически переход на возобновляемые источники энергии мог бы повысить экологическую чистоту цемента и бетона, но химические реакции всё равно остаются барьером, за который так просто не пройти.

Ранее было множество попыток снизить углеродный след химических реакций при производстве цемента. Известняк заменяли вулканическими породами, добавляли диоксид титана, пищевую соду, строительный мусор и даже глину. Более того, есть предложение использовать в качестве основы для строительных материалов картофельный крахмал. В новом исследовании, статья о котором опубликована в журнале Materials Letters, в качестве добавки предложен специальным образом обработанный древесный уголь, полученный при сжигании биологических отходов.

Древесный уголь и раньше пытались добавлять в смеси для изготовления цемента. На этот раз уголь был предварительно обработан сточными водами, что привело к нескольким положительным результатам. Во-первых, произведённый в процессе бетон оказался прочнее. Во-вторых, подготовленный для изготовления цемента древесный уголь смог поглотить из окружающего воздуха углекислый газ в объёме до 23 % от собственного веса.

Экспериментальный цемент с 30 % обработанного сточными водами древесного угля поглотил на 13 г больше CO₂, чем было выброшено при его производстве — он оказался углеродно-отрицательным. Для сравнения, обычный цемент выделяет при производстве до 900 г CO₂ на каждый килограмм. Разница очень и очень большая, что сулит интересные перспективы для нового материала.

Измерение прочностных характеристик бетона после 28 дней с момента изготовления показало, что прочность бетона на сжатие составила 27,6 МПа, что примерно соответствует прочности обычного бетона. Здания из подобного материала будут такими же прочными, как из обычного бетона, но также смогут десятилетиями поглощать CO₂ из атмосферы, а не только в процессе его изготовления.

Теперь учёные будут проверять устойчивость нового бетона к атмосферным воздействиям и другим повреждениям, чтобы уверится в его пригодности для строительства безопасных зданий и сооружений.

Учёные Дюкского университета (США) создали первую в мире печатную электронную схему из полностью перерабатываемых тонкоплёночных транзисторов, в которых не использованы токсичные материалы. По рабочим характеристикам этот транзистор заметно уступает своим полупроводниковым аналогам, но даёт надежду на экологически чистое будущее для области электроники.

Источник изображения: Ella Maru Studios

Специалисты решили доказать сначала экологическую чистоту печати и переработки транзистора как наиболее сложного и ответственного элемента любой электронной схемы. Если получится с транзистором, то с резисторами и конденсаторами проблем не будет. К тому же, тонкоплёночные транзисторы являются основой одной из массовой сегодня продукции — дисплеев, которые тысячами тонн ежегодно выбрасываются на свалку. Важно было показать экологически чистую перспективу также для этого направления электроники, что с успехом было проделано.

Основная проблема в печатной электронике заключается в том, что тяжело сохранить многослойную конструкцию, когда слоёв много и они разной консистенции — всё так и норовит смешаться. Подобное легко осуществимо при использовании «серьёзной» химии, но когда за дело берутся экологи и в качестве растворителя берут только чистую воду — тут-то и возникают проблемы.

Для изготовления нетоксичных тонкоплёночных транзисторов в качестве изолирующего материала была взята древесная целлюлоза (наноцеллюлоза), для проводящей краски был использован графен, а для печати полупроводниковых слоёв учёные воспользовались раствором с углеродными нанотрубками. Это три базовых раствора «чернил» для печати транзистора и электроники в целом. Во всех случаях растворителем была чистая вода.

Главная трудность возникла с печатью полупроводниковых элементов. Помещённые в воду углеродные нанотрубки слипались и укладывались неравномерно. Вопрос решили добавлением в раствор поверхностно-активных веществ, но их использование требует либо финальной промывки печатного материала химическими реактивами, либо длительной сушки. Оба способа не являлись экологически чистыми и требовали коррекции.

В итоге учёные разработали техпроцесс, который предусматривает поэтапную печать многослойных электронных структур с кратковременными периодами сушки. Утверждается, что метод абсолютно экологически чистый и служит доказательством концепции совершенно нетоксичной и полностью перерабатываемой электроники. Часть сырья может быть безопасно утилизирована — это целлюлоза, а углеродные трубки могут извлекаться и заново пускаться в производство новых электронных схем.

«Производительность наших тонкоплёночных транзисторов не соответствует лучшим из ныне производимых, но они достаточно конкурентоспособны, чтобы показать исследовательскому сообществу, что мы все должны прилагать больше усилий, чтобы сделать эти процессы более экологичными», — говорят авторы исследования, которое было опубликовано в журнале Nano Letters.

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».

Законодатели Европейского союза одобрили закон, который фактически запретит продажу новых автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в регионе с 2035 года. После этого на территории блока будут продаваться только транспортные средства, не производящие вредных выбросов в процессе эксплуатации.

Источник изображения: Counterpoint

Договорённости по данному вопросу были достигнуты между представителями стран-участниц Евросоюза ещё в октябре прошлого года. Теперь же Европейский парламент одобрил принятие закона, который требует, чтобы продаваемые в ЕС новые автомобили и фургоны имели значительно более низкие выбросы углерода к 2030 году и нулевые выбросы к 2035 году. Это, по словам отраслевых групп, должно привести к прекращению продаж новых автомобилей, которые используют традиционные двигатели внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе, и ускорить переход на электромобили.

По условиям договорённостей, которые были достигнуты в прошлом году и теперь утверждены, новые легковые авто после 2030 года должны выбрасывать на 55 % меньше вредных веществ по сравнению с уровнем 2021 года, а фургоны — на 50 %. После 2035 года в регионе будет разрешено продавать исключительно автомобили, работающие на углеродно-нейтральном топливе. То есть новые машины с ДВС в теории продавать будет можно, но они не должны использовать традиционное топливо, а лишь варианты без вредных выбросов.

Отраслевые специалисты считают, что новый закон приведёт к постепенному прекращению продаж новых автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания, а также ускорит переход на электромобили. «Привязывать наших граждан и промышленность к прошлому — неразумный шаг. Мы должны обеспечить ясность регулирования», — прокомментировал данный вопрос один из чиновников ЕС.

Несколько других стран уже приняли аналогичные законопроекты или объявили сроки запрета продаж новых авто с двигателями внутреннего сгорания, включая Канаду, Великобританию и Норвегию. Например, в Норвегии запрет вступит в силу с 2025 года. Представители автомобильной промышленности ожидают, что глобальный толчок к запрету продаж новых бензиновых и дизельных автомобилей ускорится к 2030 году.

Правительство США пока еще не установило дату запрета продаж автомобилей с ДВС на традиционном топливе, но штат Калифорния, который традиционно лидировал в переходе на более чистые автомобили, в прошлом году принял правила, запрещающие продажу новых бензиновых и дизельных автомобилей после 2035 года. По словам аналитиков, этот шаг потенциально может побудить другие штаты, которые обычно следуют примеру Калифорнии, также ввести запреты.

Отдельно Европейская комиссия во вторник предложила новые, менее строгие цели по сокращению выбросов от большегрузных транспортных средств, таких как грузовики. В предложении говорится, что выбросы от большинства новых грузовиков и автобусов дальнего следования должны снизиться в ближайшие годы и достигнуть к 2040 году сокращения на 90 % по сравнению с уровнями 2019 года. Предложенные цели по сокращению выбросов большегрузных транспортных средств потребуют одобрения 27 стран-членов ЕС и Европейского парламента, чтобы стать законом. Европейская ассоциация автопроизводителей заявила, что отрасль готова предоставить легковые автомобили с нулевым уровнем выбросов, но предложенные цели для грузовиков и автобусов будет трудно выполнить.

Несмотря на массовое внедрение новых электромобилей и гибридов, мировая автомобильная промышленность все ещё очень далека от достижения целей Парижского соглашения по снижению содержания углекислого газа в атмосфере. Такой вывод сделан в новом климатическом отчёте глобальной консалтинговой фирмы Kearney, подготовленном по заказу двух автопроизводителей.

Источник изображения: Rivian

Парижское соглашение в рамках конвенции ООН об изменении климата регулирует меры по снижению содержания углекислого газа (СО₂) в атмосфере с 2020 года. Соглашение было подготовлено взамен Киотского протокола в ходе Конференции по климату в Париже и подписано 222 странами. Цель соглашения — «активизировать осуществление» Рамочной конвенции ООН по изменению климата, удержать рост глобальной средней температуры «намного ниже» 2 °C и «приложить усилия» для ограничения роста температуры величиной 1,5 °C. Участники соглашения объявили, что пик выбросов СО₂ должен быть достигнут «настолько скоро, насколько это окажется возможным».

На данный момент почти каждая автомобильная компания взяла на себя обязательство потратить следующие несколько лет на добавление в свой модельный ряд электрических и гибридных автомобилей и, в конечном итоге, полностью отказаться от двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Источник изображения: Kearney

Но в новом климатическом исследовании Kearney, опубликованном на этой неделе, у производителей электромобилей Rivian и Polestar есть более мрачное сообщение: одной электрификации транспорта будет недостаточно. Самая большая проблема заключается в том, что автопроизводители в первую очередь сосредоточились на сокращении выбросов выхлопных газов автомобилей, но ведь выбросы производятся и в процессе производства составных частей и самих электромобилей, да и в процессе логистики. Поэтому автомобильной промышленности нужно прикладывать больше усилий для снижения уровня выбросов — одного лишь выпуска электромобилей недостаточно.

Довольно необычно, когда два конкурента — американский стартап Rivian, специализирующийся на электрических пикапах и внедорожниках и бренд электромобилей Polestar шведской Volvo — объединяют усилия для борьбы за охрану окружающей среды.

«Обе наши компании ранее были разочарованы отсутствием честного, основанного на реальных исследованиях и научных данных пути для того, чтобы автомобильная промышленность смогла соответствовать Парижским соглашениям об ограничении повышения средней температуры в 1,5 °C. Мы чувствовали, что движемся слишком медленно, — прокомментировала содержимое отчёта Kearney пресс-секретарь Polestar Эллен Бруме (Ellen Broomé). — И это первый раз, когда кто-либо из нас видел отчёт, в котором подсчитывался остаточный углеродный баланс для автомобильной промышленности и то, что потребуется, чтобы выйти на правильный путь. Результаты были шокирующими и отрезвляющими. Стало действительно ясно, что одной электрификации будет недостаточно и что нам нужны срочные и коллективные меры по борьбе с изменением климата».

Источник изображения: Polestar

Два автопроизводителя заявили, что отчёт был передан нескольким «ведущим» автопроизводителям перед его выпуском, и им также было предложено обсудить его выводы для возможного будущего сотрудничества. Каким конкретно компаниям был передан отчёт, представители Rivian и Polestar не сообщили. Информации об ответной реакции автопроизводителей также пока не поступало.

«Это не обещание или форум для бесконечных дискуссий, а возможность для автопроизводителей признать данные и вместе начать действовать там, где они могут. Важно, чтобы мы начали действовать сейчас», — добавила Бруме.

Автомобильная промышленность уже не в первый раз предстаёт в глазах аналитиков отстающей в достижении климатических целей, даже несмотря на активный переход на электромобили. Буквально на прошлой неделе некоммерческий Международный совет по чистому транспорту опубликовал технический документ, в котором говорится, что электромобили должны будут составлять две трети всех продаж легковых автомобилей в США в 2030 году, чтобы достичь парижских целей, что намного превышает план администрации Байдена достичь 50-процентных продаж электромобилей в текущем году.

Источник изображения: everypixel.com

Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) заявила, что все выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 43 % к 2030 году, чтобы соответствовать парижским соглашениям. При этом, согласно отчёту, только автомобильная промышленность, по прогнозам, превысит эти ограничения как минимум на 75 % к 2050 году.

Отчёт Kearney основан на общедоступных данных и почти полностью рассматривает доминирующие транспортные средства с аккумуляторными батареями, не учитывая другие экологически чистые технологии, такие, как водородные топливные элементы. В отчёте показано, насколько агрессивным должно быть внедрение электромобилей в ближайшие годы, чтобы укладываться в решения парижских соглашений. Для этого доля электромобилей должна составить почти 100 процентов от всех новых автомобилей, проданных к 2032 году — практически невыполнимая цель. Для сравнения, более консервативная рекомендация Международного энергетического агентства требует, чтобы к 2030 году доля электромобилей составила 60 % для достижения нулевых выбросов СО₂ к 2050 году.

«Помимо огромных операционных препятствий, которые необходимо преодолеть, такой уровень амбиций и радикальное ускорение также вызовут значительные социально-экономические последствия, которые различаются в зависимости от региона, создав проблемы, особенно в регионах с высокой плотностью населения и относительно низким доходом», — отмечается в отчёте. Средняя стоимость нового электромобиля в конце прошлого года составляла около 65 000 долларов.

Источник изображения: everypixel.com

Существует и оборотная сторона медали — сокращение выбросов от электрогенерирующих компаний, которые служат источником энергии для электромобилей, что ранее считалось прерогативой энергетических компаний, а не автопроизводителей. Тем не менее, автомобильные компании «действительно предлагают потребителям значительные возможности повлиять на их поведение», говорится в исследовании, например, инвестиции автопроизводителей в компании по производству экологически чистой энергии или создание новых предприятий в этой области.

Но больше всего работы автопроизводителям предстоит в области цепочек поставок. В то время как сами электромобили производят гораздо меньше выбросов на протяжении жизненного цикла, чем автомобили с ДВС, дополнительные ресурсы, связанные с производством аккумуляторов, увеличивают выбросы цепочки поставок на 35–50 процентов по сравнению с производством классических автомобилей с ДВС, говорится в исследовании.

Источник изображения: Kearney

«Самый большой след приходится на батареи, сталь, железо и алюминий, используемые в транспортных средствах, а точнее на количество и тип энергии, используемой в производстве», — говорится в исследовании. Для достижения парижских климатических целей потребуется, чтобы почти все производственные процессы использовали экологически чистую энергию, включая добычу и переработку материалов для аккумуляторных батарей.

Автопроизводители в ближайшие несколько лет будут работать над сокращением общих выбросов, используемых при производстве аккумуляторов, при этом в значительной степени модернизируя материалы, используемые при их производстве. В исследовании содержится призыв к автопроизводителям принять универсальные стандарты для коллективной работы над достижением этих целей.

Многие автопроизводители уже работают над сокращением выбросов по всем направлениям, а не только над переходом на автомобили с батарейным питанием. BMW, например, объявила о целях в области устойчивого развития, которые включают в себя увеличение количества переработанных и повторно используемых материалов, используемых для производства, и снижение общего объёма выбросов углерода на 40 % к концу этого десятилетия. General Motors заявляет, что к 2025 году она сможет работать на 100 % возобновляемых источниках энергии. Mazda планирует сделать свои заводы углеродно-нейтральными к 2035 году.

На данный момент, многие автопроизводители предпочитают выпускать электрические внедорожники и пикапы — отчасти потому, что их более высокие ценники помогают финансировать революцию электромобилей — даже несмотря на то, что эти автомобили менее экологичны из-за их более высоких потребностей в зарядке и дополнительных ресурсов, необходимых для производства.

Для Polestar и Rivian планы по продвижению предложений, содержащихся в отчёте Kearney, включают проект климатически нейтрального автомобиля Polestar к 2030 году и собственную сеть быстрой зарядки Rivian, работающую на возобновляемых источниках. Представитель Rivian Гарри Портер (Harry Porter) также сообщил, что автопроизводитель инвестирует в проекты по возобновляемым источникам энергии, включая проект солнечной энергетики в Теннесси.

Источник изображения: pexels.com

«Каждый год, который проходит без значительных сокращений выбросов, — это упущенная возможность и неудача, после которой нам придётся работать ещё усерднее, — говорится в заключении отчёта Kearney. — Нужно собраться вместе, чтобы разработать план решения этой проблемы и реализовать этот план как можно быстрее».

Источник изображения: Polestar

«Чего люди, кажется, не понимают, так это того, что речь идёт не о спасении планеты, а о спасении нашей цивилизации, нас самих. Планета уже бывала опустошена несколько раз в своей истории, и она всегда восстанавливалась. Безусловно, эти катаклизмы преобразили её, но она продолжает существовать. И продолжит после того, как закончится наша цивилизация» — так прокомментировал отчёт один из читателей.

Регулируемая электроникой прозрачность окон далеко не новость. Меняющие прозрачность электрохромные иллюминаторы, например, установлены на авиалайнере Boeing 787 Dreamliner. Новое «умное» стекло, разработанное учёными из Университета Торонто, может менять не только прозрачность, но также степень пропускания инфракрасного излучения и каждый режим не зависит от настроек другого. Здания с такими окнами обещают экономить до 50 % на отоплении, охлаждении и освещении.

Источник изображения: Raphael Kay, Adrian So

Секрет новой технологии подсмотрен у природы, как часто это бывает в учёной среде. Природа за миллионы лет эволюции понапридумывала такого, что нам ещё изучать и изучать. Возьмём пример кожного покрова хамелеонов и кальмаров. Он способен менять цвет по команде нервной системы животных. Происходит это за счёт управления пигментами в клетках кожи, которые в виде взвеси плавают в жидкой среде клеток. Канадские учёные предложили аналогичный способ для умных оконных стёкол, обеспечив регулируемую прокачку жидкости с пигментом в отдельных слоях.

Умное стекло представляет собой два отдельно управляемых слоя. В одном слое через систему капилляров прокачивается жидкость с пигментами для отражения инфракрасного излучения, а в другом — видимого. Раздельное управление слоями позволяет в жаркие дни отражать оба диапазона излучения и дополнительно смягчать (рассеивать) видимый свет для поддержания комфортного освещения в помещении, а в холодные дни инфракрасная блокировка отключается с сохранением регулировки света в видимом диапазоне.

Компьютерное моделирование показало, что предложенное решение в случае использования одной только инфракрасной фильтрации снизит потребление зданий на отопление, охлаждение и освещение на 25 %, а если к этому добавить фильтрацию видимого света, то экономия за год может достичь впечатляющих 50 %. Цифры выглядят заманчиво, но внедрить всё это в производство и строительство будет стоить колоссальных усилий и затрат.

Производительные компьютеры, обеспечивающие функции автопилота на машинах нового поколения, могут стать столь же мощными источниками углеродных выбросов, что и центры обработки данных. Таковы результаты подсчётов, проведённых учёными Массачусетского технологического института (США).

Источник изображения: Kenny Eliason / unsplash.com

Авторы исследования взяли за исходную точку предположение, что к 2050 году платформами автопилота будут оборудованы 95 % автомобилей, то есть около миллиарда транспортных средств в мире. Если уровень энергопотребления необходимых для этого бортовых компьютеров составит 840 Вт, то при средней продолжительности эксплуатации всего один час в день их совместный вклад в объёмы углеродных выбросов сравняется с показателями ЦОД на 2018 год. В 2018 году ЦОД обеспечивали 0,3 % мировых выбросов углерода — столько же, сколько Аргентина.

Учёные согласны, что их выводы пока носят преимущественно условный характер: сами подсчёты производить не так сложно, но в исходных данных пока значителен фактор неопределённости, потому что речь идёт о технологиях, которых ещё нет. К примеру, платформы автопилота высших (4 и 5) уровней пока находятся в области исследований, и за основу пришлось взять существующие алгоритмы глубоких нейросетей с показателями необходимых для их работы вычислительных мощностей.

В большинстве рассмотренных сценариев учёные установили, что средняя мощность бортового компьютера не должна превышать 1,2 кВт, а рост энергоэффективности электроники должен ускориться — она должна удваиваться каждые 1,1 года, а не каждые 2,8 года, как сейчас. По мнению исследователей, полностью автономные машины выйдут на дороги нескоро, поэтому ещё остаётся время на решение проблемы бортовых компьютеров и связанных с ними углеродных выбросов.

Среди потенциальных способов повышения эффективности учёные отмечают особую конфигурацию бортовых компьютеров, включающую в себя специализированные аппаратные компоненты и оборудование общего назначения, а также оптимизацию работы программных алгоритмов. И здесь важно избежать излишнего упрощения систем, чтобы не идти на компромисс с вопросами безопасности. Кроме того, придётся оценить вклад и других необходимых для работы автопилота компонентов — камер и сенсоров, которые в данном исследовании вообще не учитывались.

Стволы заброшенных шахт могут стать основой для создания гравитационных аккумуляторов, считают учёные из австрийского Международного института прикладного системного анализа (IIASA). Шахты уже имеют необходимую для этого инфраструктуру и могут быть сравнительно легко приспособлены для нужд резервного хранения энергии. Это может быть актуально для таких стран, как США, Россия, Китай и Индия, где ресурсы добываются давно и в больших масштабах.

Источник изображения: Pixabay

Гравитационные аккумуляторы накапливают энергию в поднятых на высоту тяжестях. В моменты пикового потребления электричества груз спускается вниз и вырабатывает энергию в генераторе. В период излишков электричества в сети груз возвращается на высоту до очередной потребности в энергии. В случае шахт тоннели можно заполнять песком, что исключает возврат груза на высоту и даже обещает положительный выход энергии. Разгрузкой песка будут заниматься автоматические конвейеры и самосвалы, как, собственно, и погрузкой песка на высоте в лифт.

По оценкам исследователей, мировой потенциал хранения энергии в заброшенных шахтах может составлять от 7 до 70 ТВт·ч, о чём они сообщили в работе в журнале Energies. Большинство установок можно будет разместить в странах, где уже имеется большое количество заброшенных шахт, таких как Китай, Индия, Россия и США.

Источник изображения: IIASA

«Когда шахта закрывается, она увольняет тысячи рабочих [...] UGES создаст несколько вакансий, поскольку шахта будет предоставлять услуги по хранению энергии после прекращения работы, — сказал ведущий автор статьи Джулиан Хант (Julian Hunt) из IIASA. — Шахты уже имеют базовую инфраструктуру и подключены к электросети, что значительно снижает стоимость и облегчает внедрение станций UGES».

Надо сказать, идея гравитационного накопления энергии уже активно воплощается в гидроаккумулирующих объектах, когда вода закачивается на высоту в моменты избытков энергии и вырабатывается в часы пикового потребления путём её сброса через турбины. Аналогичный принцип (реже) также используется для хранения энергии в закачанном воздухе. С шахтами это тоже может быть интересно, хотя в этом случае придётся следить за уровнем аварийности подземных структур, а это может быть довольно дорого.