АЛЬТЕРНАТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ СНИЖЕНИЯ ВЫБРОСОВ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА

Малышев Владлен Платонович; Виноградов Олег Владимирович; Родионов Игорь Александрович

/42 "Civil SecurityTechnology", Vol. 18, 2021, No. 4 (70) УДК 351.861

Safety in emergencies

Альтернативное направление снижения выбросов углекислого газа

ISSN 1996-8493

В.П. Малышев, О.В. Виноградов, И.А. Родионов

Аннотация

В настоящей статье рассмотрены возможные направления снижения выбросов углекислого газа за счет поглощения различными абсорбентами и последующим получением химических веществ, которые могут быть использованы в значительных количествах в различных отраслях промышленности.

Ключевые слова: парниковые газы; углеродный след; углеродная единица; поглощение парниковых газов в природных и антропогенных объектах.

Alternative Direction of Reducing Carbon Dioxide Emissions

ISSN 1996-8493

V. Malyshev, O. Vinogradov, I. Rodionov

Abstact

This article discusses possible ways to reduce carbon dioxide emissions due to the absorption of various absorbents and the subsequent production of chemicals that can be used in significant quantities in various industries.

Key words: greenhouse gases; carbon footprint; carbon unit; absorption of greenhouse gases in natural and anthropogenic objects.

01.12.2021

Введение

Глобальное потепление климата существенно увеличило риск возникновения крупных лесных и ландшафтных пожаров и катастрофических паводков.

В соответствии с современными взглядами, причиной повышения среднегодовой температуры поверхности Земли является рост концентрации в атмосфере так называемых парниковых газов.

Парниковые газы не являются загрязняющими веществами, оказывающими прямое вредное воздействие на здоровье человека, поэтому важна не их концентрация в отдельных местах (странах), а абсолютные значения в масштабах всей планеты, дающие представление о вероятности глобального потепления.

Основными парниковыми газами являются двуокись углерода, метан, хлорфторуглероды (фреоны) и родственные газы. Концентрация остальных элементов незначительна и не оказывает на состояние атмосферы ощутимого воздействия.

Главной причиной повышения концентрации парниковых газов в атмосфере является хозяйственная деятельность человека, в частности, сжигание ископаемых видов топлива или сельскохозяйственное производство.

Проблема парниковых газов

Наша цивилизация ежегодно выбрасывает в атмосферу до 10 млрд тонн углеродсодержащих веществ. Это, примерно, шестая часть от глобального круговорота углерода в экосистемах [1]. В связи с этим в настоящее время наблюдается существенное увеличение в атмосфере Земного шара количества паров углеродсодержащих веществ и других парниковых газов. Под парниковыми газами понимаются газы, создающие в атмосфере экран, задерживающий инфракрасные лучи. В результате этого происходит нагревание нижнего слоя атмосферы. Роль каждого из газов антропогенного происхождения может быть проиллюстрирована данными, приведенными в табл. 1.

За последние двадцать лет температура в среднем по Земному шару повысилась, примерно в среднем, на 1 градус. На основе расчетов с использованием компьютерных моделей показано, что если сохранится нынешняя скорость поступления парниковых газов в атмосферу, то за следующие десять лет температура, в среднем по Земному шару, может увеличиться на 1,5-2 градуса, а это грозит повышением уровня

Мирового океана на 45-65 см. и затоплением низменных территорий в Европе, Азии, Америке и Африке [2].

В Российской Федерации весьма уязвимыми к изменениям климата являются сельское, лесное и водное хозяйства. Это связано, главным образом, с перераспределением осадков и увеличением числа и интенсивности засух. За последние 20 лет количество лесных пожаров в Российской Федерации увеличилось на 10,9 тысяч, а площадь лесов России сократилась на 9,1%. В настоящее время количество паводкоопасных зон в нашей стране составляет 8,9 тысяч, потенциальная площадь разлива которых составляет 400 тысяч квадратных километров, в них проживает 12,5 млн человек [3]. По данным Минприроды России в следующем десятилетии частота возникновения крупномасштабных ЧС природного характера может увеличиться более чем в два раза, а ежегодный экономический ущерб составит от 50 до 60 млрд рублей [4].

Наиболее сильно изменяется климат в Арктике, примерно в 1,5-2 раза быстрее, чем в среднем по всей Земле. За последние несколько десятилетий рост температуры в различных частях Арктики составил от 0,7 до 4 °С. Происходит интенсивное снижение общей площади арктических льдов и территорий «вечной мерзлоты». Таяние «вечной мерзлоты» (около 60% территории России расположено в этой зоне) представляет большую опасность для расположенных в районах Крайнего Севера сооружений (дорог, нефте- и газопроводов, резервуаров, площадок нефтегазопромысловых объектов, зданий и др.). Деградация вечной мерзлоты вызывает массовые деформации зданий и сооружений в городах Севера. В настоящее время деформировано почти 60% зданий и сооружений в Игарке, Диксоне, Вилюйске, фактически 100% в поселках Таймыра, около 40% в Воркуте. К 2050 году ущерб для инфраструктуры Арктической зоны Российской Федерации может составить до 5 трлн рублей [5].

Изменение климата сопровождается увеличением числа дней с аномально высокой и низкой температурой. Устойчивая продолжительная жаркая погода вызывает увеличение смертности и заболеваемости сердечнососудистыми заболеваниями. Наиболее высоки показатели среди пожилых людей, страдающих хроническими заболеваниями сердечнососудистой системы, органов дыхания, диабетом, а также госпитализированных лиц, людей, проживающих на верхних этажах зданий, в городах по сравнению с пригородом. Во время жары при увеличении максимальной дневной

Таблица 1

Роль газов антропогенного происхождения, участвующих в нагревании нижнего слоя атмосферы

Парниковый газ Основные источники Доля влияния на глобальное потепление, %

Диоксид углерода (СО2) Сжигание ископаемого топлива (свыше 70%), вырубка лесов, природные пожары 60

Метан (СН4) Таяние мерзлоты, рисовые плантации, утечка газа, жизнедеятельность животных 20

Хлорфторуглероды (фреоны) и родственные газы Утечка при различных промышленных применениях 14

Оксид азота (N20) Сжигание биомассы, применение удобрений, сжигание ископаемого топлива 6

/44 "Civil SecurityTechnology", Vol. 18, 2021, No. 4 (70)

Safety in emergencies

температуры на 10 °С число обращений и смертность от отдельных причин возрастают на 100%, общая смертность — на 8% [6].

Изменения климата в наибольшей степени влияют на тех возбудителей болезней, чей жизненный цикл связан с более или менее длительным существованием во внешней среде и, следовательно, с определенными требованиями к ее условиям и возможностью адаптации к их изменениям. Необычайно продолжительные и исключительно тяжелые социально-экономические последствия, обусловленные пандемией, вызванной короновирусом COVID-19, могут быть также связаны с изменением климата [7].

Данные, приведенные в табл. 1, свидетельствуют, что наибольшее негативное влияние на изменение климатических условий оказывает углекислый газ. Основной вклад в эмиссию углекислого газа вносит сжигание ископаемого топлива, основными потребителями которого являются тепловые электростанции и транспортные средства, оснащенные двигателями внутреннего сгорания [8]. Тепловые электростанции России потребляют в год 12 млн тонн угля и выбрасывают в окружающую среду до 29 млн тонн углекислого газа [9].

Снижение влияния парниковых газов

В этом году Государственная Дума Российской Федерации приняла Федеральный закон «Об ограничении выбросов парниковых газов», который устанавливает порядок государственного учета выбросов парниковых газов при осуществлении хозяйственной деятельности [10]. Целью данного Федерального закона является создание условий для устойчивого и сбалансированного развития экономики Российской Федерации при снижении уровня выбросов парниковых газов. В качестве показателя выбросов используется углеродная единица, которая эквивалентна одной тонне углекислого газа. Контролю подлежат организации, хозяйственная деятельность которых сопровождается выбросами парниковых газов, масса которых эквивалентна 50 тыс. тонн углекислого газа в год.

Правительством Российской Федерации утверждена Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года в соответствии с которой, одной из общеотраслевых мер, направленных на реализацию Стратегии, является поддержка и распространение технологий улавливания, захоронения и дальнейшего использования парниковых газов [11].

Россия планирует снижать выбросы парниковых газов за счет поглощения их лесопосадками, тем более что в Российской Федерации самая большая территория мировых лесов — свыше 20%. Мы можем накапливать в древесине больше углекислого газа, чем его сжигаем с ископаемым топливом. Для этого планируется все малодоходные территории засадить генно-модифицированными сортами деревьев, а также снизить количество природных пожаров за счет профилактических мероприятий и повышения оперативности

реагирования на возгорания. Эти предложения изложены в докладе Российской делегации на Конференции ООН по изменения климата в Глазго [12].

Однако «климатические деревья» будут поглощать углекислый газ только в теплое время года [13]. В связи с этим представляется целесообразным, наряду с кар-боновыми лесопосадками, внедрять абсорбционные и хемосорбционные способы поглощения углекислого газа с последующим его использованием для синтеза химических веществ, которые могут быть использованы в значительных количествах в различных отраслях промышленности. Известно, что углекислый газ легко поглощается солями щелочных или щелочноземельных металлов [14, 15].

Для поглощения углекислого газа может быть использована технология кальциево-карбонатного цикла, которая заключается в использования в качестве хе-мосорбента оксида кальция, который, взаимодействуя с углекислым газом, образует плохо растворимый в воде карбонат кальция.

СО2 + CaCl2 + Н2О = СаСО3 +2НС1 (1)

Может быть также использован способ поглощения углекислого газа с помощью водного раствора аммиака, процесс протекает по следующей реакции:

NH3 + CO2 +H2O = (NH4)2CO3

(2)

В этом случае образуется химическое удобрение, содержащее азотную и карбонатную составляющую. В случае взаимодействия с газообразным аммиаком углекислый газ образует соль амино-угольной кислоты, которая при нагревании отщепляет воду и переходит в мочевину, которая является прекрасным азотным удобрением.

CO(NH2) ONH4 = CO(NH2)2 + H2O

(3)

Процесс поглощения может происходить в абсорбере, в который поступает воздух, содержащий углекислый газ, и концентрированный водный раствор солей щелочных или щелочноземельных металлов. В перспективе может быть разработана промышленная установка для объектов — потенциальных источников углекислого газа, например для тепловых электростанций, использующих в качестве ископаемого топлива уголь или дизельное топливо. Одновременно целесообразно предусмотреть возможность дальнейшей химической переработки углекислого газа.

Углекислый газ может быть также использован для получения соды, поташа и мочевины. Эти продукты широко используется в экономике Российской Федерации, включая химическую промышленность, фармацевтическое, стекольное, мыловаренное, бумажное и красильное производство.

Из одной тонны углекислого газа можно получить: 1,4 тонны мочевины, 2,4 тонны соды и 3,1 тонны поташа.

Выводы

Анализ опыта реализации стратегий ООН по устойчивому развитию в условиях глобализации [16] свидетельствует о возможности использования самых различных подходов для достижения намеченных целей. При этом предупредительные профилактические действия существенно снижают

финансовые затраты на преодоление угроз и вызовов [17]. В данном случае, предлагаемые способы борьбы с парниковыми газами, помимо влияния на климат, могут принести существенную пользу для экономики страны, так как продукты переработки углекислого газа смогут найти широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве и других отраслях экономики.

Литература

1. Зимов С. Дремлющая угроза, о плейстоценовых парках и невечной мерзлоте // Российская газета. 2021. № 245 (8596).

2. Стратегический глобальный прогноз / Под общей ред. А.А. Дынкина. М.: ИМЗМО РАН, 2012.

3. Фомин К. Климатические проблемы засушливого лета [Электронный ресурс] // Официальный сайт «Независимой газеты». URL: http://www.ng.ru/ng_energiya/2019-09-09/15_7671_ fire.html (дата обращения: 04.11.2021).

4. Оценка макроэкономических последствий изменений климата на территории Российской Федерации на период до 2030 года и дальнейшую перспективу // Под ред. В.М. Катцова и Б.Н. Порфирьева/ Росгидромет. М.: Д'АРТ: Главная геофизическая обсерватория, 2011. 252 с.

5. Коровин Г. Н. Влияние климатических изменений на лесные пожары в России / Г. Н. Коровин, Н. В. Зукерт // Климатические изменения: взгляд из России / Под ред. В. И. Данилова-Данильяна. М.: ТЕИС, 2003. С. 69-98.

6. Ревич Б. А., Григорьева Е. А. Риски здоровью российского населения от погодных экстремумов в начале XXI века // Проблемы анализа риска. 2021. Т. 18. № 2. С. 12-33.

7. Малышев В.П. Возможные направления работ по смягчению последствий коронавирусных инфекций // Проблемы анализа риска. 2021. Т. 18. № 2. С. 44-52.

8. Environmental and value creation. CO2 for EOR on the Norwegian Shelf - A case Study, Bellona report, 2015.

9. Иванова А.Ю., Дурманова Н.Д. Битва за климат: карбоновое земледелие как ставка России. М.: ВШЭ, 2021.

10. Федеральный закон от 2 июля 2021 г. № 296-ФЗ «Об ограничении выбросов парниковых газов».

11. Стратегия социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года, утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 октября 2021 г. № 3052-р.

12. Михеев Н.П. Риски перехода к низко углеродной экономике: угрозы и возможности нефтегазовой отрасли II Проблемы анализа риска. 2021. Т. 18. № 2. С. 34-43.

13. Улавливание и хранение двуокиси углерода: Доклад Mежправительственной группы экспертов по изменению климата. 2020.

14. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Изд. 3-е испр. и доп. Т. 1-2. M.: Изд-во «Химия», 1973.

15. The role of carbon offsets in greenhouse gas mitigation and enhanced ambition [Электронный ресурс] II IPIECA workshop summary. October 2021. URL: https:IIwww.ipieca.orgIresourcesI workshop-reportIthe-role-of-carbon-offsets-in-greenhouse-gas-mitigation-and-enhanced-ambitionI (дата обращения: 10.11.2021).

16. Доронина О.Д., Кузнецов О.А., Рахманин Ю.А. Стратегия ООН для устойчивого развития в условиях глобализации. M.: Изд-во РАЕН, 2005. 248 с.

17. Фалеев М.И., Быков А.А., Малышев В.П. Экономические механизмы ресурсного обеспечения мероприятий по защите населения и территорий от угроз военного, природного и техногенного характера I MЧС России. M.: ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2017. 340 c.

Сведения об авторах

Малышев Владлен Платонович: д. х. н., проф., засл. деятель науки РФ, ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), г. н. с. науч.-ис-след. центра. Москва, Россия. e-mail: [email protected] SPIN-код: 2163-3798.

Виноградов Олег Владимирович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС

(ФЦ), с. н. с. науч.-исслед. центра.

Москва, Россия.

e-mail: [email protected]

SPIN-код: 3056-0611.

Родионов Игорь Александрович: ФГБУ ВНИИ ГОЧС

(ФЦ), н. с.

Москва, Россия.

е-mail: [email protected]

Information about the author

Malyshev Vladlen P.: ScD (Chemistry Sc.), Professor,

Honored Scientist of the Russian Federation, All-Russian