Самой тревожной причиной изменения климата на сегодняшний день, является выброс в атмосферу планеты различных парниковых газов. Особую проблематику представляет, в частности, углекислый газ (CO2). Эта двуокись углерода всегда выбрасывается в воздух, когда люди сжигают ископаемое топливо для получения энергии. Самые большие выбросы происходят от автомобилей, работы заводов и производства электроэнергии. Так как же человечество может сократить выбросы этого компонента, обеспечивая себя необходимой энергией, которой требуется всё больше? Для борьбы с изменением климатической стабильности рекомендуют использовать чистую энергию в тех случаях, когда это возможно. Особенно с учётом растущего числа центров обработки данных, которые потребляют огромное количество электричества, выделяя в процессе работы серверов, очень большое количество тепла. Чистая (зелёная) энергия — это та, которую получают из возобновляемых источников (солнечный свет, ветер, морские течения и т.п.), при получении которой не загрязняется атмосфера, а также сэкономленная за счёт мер по повышению энергоэффективности. Эти методы условно подразумевают нулевой уровень выбросов вредных веществ в атмосферу, но при этом не учитывается тот углеродный след, который требуется для производства устройств, извлекающих эту энергию, а также не решены вопросы с безвредной утилизацией.
Но повсеместно люди всё ещё используют ископаемое природное топливо (уголь, нефть или газ), которое образовалось за миллионы лет под землёй из останков мёртвых организмов и растений. Это происходит потому, что они дёшевы. Но данные энергоносители выделяют много парниковых газов в атмосферу, которые удерживают тепло и тем самым повышают температуру поверхности Земли. Если люди смогут найти доступные альтернативы чистой энергии, то меньшему числу людей придётся сжигать ископаемое топливо, а это значит, что воздух будет чище, загрязнение окружающей среды уменьшится, природа станет здоровее, а климат — стабильнее.
На протяжении большей части нашей истории люди использовали простые инструменты и полагались на базовые формы энергии, такие как огонь и ветер. Однако около 200 лет назад произошёл важный переход — промышленная революция. Были изобретены машины, чтобы выполнять работу более эффективно. Это привело к огромным достижениям для человека, таким как технологии и транспорт. Однако эти машины работают на сжигании ископаемого топлива, которое выбрасывает диоксид углерода в атмосферу, где он задерживается и повышает температуру Земли. Это явление известно, как парниковый эффект. Если его не обратить вспять, то накопление углекислого газа в атмосфере изменит климат нежелательным образом: от долгосрочного повышения температуры до экстремальных погодных явлений, таких как ураганы, засухи, наводнения и повышение уровня моря. Мы можем даже увидеть волны тепла в Арктике или морозы в тропиках. Глобальное потепление также может привести к вымиранию некоторых животных и растений.
Вы когда-нибудь задумывались, как выглядит наша планета изнутри и что находится глубоко под вашими ногами? Прежде всего, Земля слоистая. Она состоит из очень горячего ядра в центре, мантии, окружающей ядро, и тонкой коры на поверхности, где мы все живём и где можно найти ценные сокровища, такие как золото, алмазы, нефть и газ. Земная кора состоит из различных типов горных пород, которые имеют крошечные каналы и отверстия внутри, очень похожие на муравейник. В то время как большинство людей мало обращают внимания на то, что находится под поверхностью Земли, учёные изучают, как это может помочь бороться с изменением климата и производить чистую энергию. Вы часто слышите об альтернативах ископаемому топливу, таких как солнечная и ветровая энергия, но знаете ли вы, что у нас есть огромное количество тепловой энергии, которая ждёт, чтобы её извлекли из глубины земли? Горные породы глубоко под нашими ногами могут обеспечить решение наших энергетических потребностей и сократить выбросы вредных элементов в атмосферу.
В центре Земли находится внутреннее ядро, которое чрезвычайно горячее и твёрдое. Внутреннее ядро окружает внешнее ядро, которое также очень горячее и способствует переносу тепла наружу, поскольку находится в жидком состоянии. Мантия — это толстый слой горных пород, по которому тепло медленно поднимается к поверхности. Земная кора — это тонкий, твёрдый внешний слой, на поверхности которого мы живём. Она состоит из твёрдых пород, которые содержат крошечные отверстия, называемые порами, и соединительные каналы, называемые горловинами. Поры и горловинные каналы заполнены водой, нефтью или газами.
Учёные разрабатывают решения для улавливания углекислого газа из воздуха и его безопасного хранения под землёй, эффективно и навсегда удаляя вредные выбросы. Крошечные поры и каналы в породах земной коры могут быть даже меньше толщины волоса, но их миллиарды. В совокупности они образуют огромный объём пространства, настолько большой, что весь объём вредных выбросов, выделяемый промышленностью, мог бы легко поместиться внутри. Таким образом, люди могли бы закачивать CO2 глубоко под землю в эти поры и улавливать его таким образом, чтобы предотвратить его обратный выход на поверхность. Но как этот процесс будет производить энергию?
Представьте себе Землю как печёный картофель, заполненный расплавленным горячим маслом в центре и завёрнутый в алюминиевую фольгу (земную кору). Температура в ядре точно неизвестна, но считается, что она составляет около 6000 градусов по шкале Цельсия. Это в 30 раз выше максимальной температуры вашей кухонной духовки. Конечно, ближе к земной коре температура ниже. Тем не менее, это тепло можно извлечь из горячих пород с помощью жидкостей (обычно воды) и транспортировать на поверхность в качестве возобновляемого источника энергии, называемого геотермальной энергией. Учёные предложили новую технологию, называемую углеродным геотермальным энергетическим шлейфом (CPG — CO2 Plume Geothermal). Метод, при котором углекислый газ используется для получения чистой энергии путём его нагревания в подземных горячих породах и впоследствии используется путём транспортирования обратно на поверхность для извлечения тепла Земли и выработки электроэнергии. Этот подход подразумевает закачивание газа под землю через глубокие скважины в горячие породы, где температура может достигать 150–250 градусов. Он нагревается, проходя через поры и каналы породы, а затем достигает другой скважины, которая выкачивает его обратно на поверхность в виде горячей жидкости. Из неё извлекается это тепло в виде геотермальной энергии.
Охлаждённый газ возвращается под землю, и цикл начинается снова, но одной из самых больших проблем является высокая стоимость бурения глубоких скважин. Но используя этот метод двойного назначения можно снизить затраты, производя чистую энергию, которую можно продать! Для эффективного использования этой технологии крайне важно выбрать правильное место и понять, как углекислота будет перемещаться под землёй.
В месте проведения пилотного исследования электростанция CPG могла бы генерировать в среднем около 164 мегаватт электроэнергии в год — этого достаточно для обеспечения электроэнергией тысяч домов ежедневно, что эквивалентно примерно 2300 электромобилям. Более того, было подсчитано, что эта система чистой энергии конкурентоспособна по цене: она может производиться по средней стоимости около пяти тысяч рублей за мегаватт-час — дешевле, чем электроэнергия от ядерной энергетики, и примерно такая же по стоимости, как энергия ветра или солнца. Системы CPG могут удерживать около 1,15 гигатонн углекислого газа за 10 лет — это примерно соответствует вредным выбросам от 230 миллионов автомобилей за год. Безопасное хранение такого количества CO2 под землёй станет переломным моментом в борьбе с изменением климата.
