Новые системы прямого захвата океана могут произвести революцию в области удаления углерода, преобразуя растворенный CO₂ в биоразлагаемый пластик и помогая смягчить разрушительные последствия закисления океана для морской жизни.
Наши океаны — это огромные резервуары углекислого газа, содержащие примерно в 150 раз больше CO₂, чем атмосфера Земли. Однако это естественное хранение имеет свою цену: повышение уровня CO₂ способствует закислению океана — химическому сдвигу, который ставит под угрозу здоровье морских экосистем во всем мире.
Закисление океана происходит, когда CO₂ растворяется в морской воде, образуя угольную кислоту, которая снижает pH и доступность карбонат-ионов, необходимых морской фауне для построения раковин и скелетов. Эта деградация угрожает кораллам, моллюскам, планктону и другим кальцифицирующим организмам, оказывая каскадное воздействие на биоразнообразие и морские пищевые цепи. Наблюдаются региональные различия в закислении, но более общая тенденция представляет серьёзную угрозу для здоровья океана и рыболовства, подрывая морское биоразнообразие и экосистемные услуги.
Эксперты Международного агентства по атомной энергии и более 150 океанологов предупреждают, что быстрые темпы закисления океана беспрецедентны за последние десятки миллионов лет. Если не остановить процесс, к середине столетия большая часть океана может стать непригодной для коралловых рифов, что серьёзно повлияет на виды, зависящие от этих мест обитания.
Нарушение также затрагивает широкий спектр морских организмов, помимо кораллов, включая рыб и водоросли, многие из которых сталкиваются с физиологическими проблемами и проблемами выживания из-за изменения химического состава океана. Экономические и экологические последствия подчеркивают необходимость принятия решительных мер по борьбе с выбросами парниковых газов.
Для решения этих задач появляются инновационные технологические подходы. Одной из перспективных разработок является метод прямого захвата океана (DOC) – процесс извлечения растворенного углекислого газа непосредственно из морской воды электрохимическим способом. Хотя метод DOC пока не получил широкого распространения и первоначальные затраты остаются высокими, оцениваясь примерно в 373 доллара США за тонну CO₂, недавние исследования Китайской академии наук и Китайского университета электронных наук и технологий предлагают впечатляющий прогресс. Их система DOC достигает эффективности около 70%, потребляет около 3 кВт⋅ч на килограмм CO₂ и снижает затраты на улавливание примерно до 230 долларов США за тонну.
Этот новый метод начинается с подкисления морской воды электричеством для высвобождения чистого газообразного CO₂, после чего химический состав воды восстанавливается и вода безопасно возвращается в океан. Уловленный CO₂ затем преобразуется в муравьиную кислоту в висмутовом каталитическом реакторе. Муравьиная кислота служит высокоэнергетическим субстратом для модифицированных морских бактерий, в частности, штамма Vibrio natriegens, которые метаболизируют муравьиную кислоту, производя янтарную кислоту. Янтарная кислота служит прекурсором для биоразлагаемых пластиков, в частности, полибутиленсукцината (PBS), предлагая экологичную альтернативу пластикам, полученным из нефтехимических продуктов.
Хотя этот подход всё ещё находится на стадии исследований и разработок, потенциальная возможность преобразования растворённого в океане углерода в ценные биохимические вещества, такие как биоразлагаемые пластики, указывает на многогранность решения. Помимо производства пластика, та же технология может быть адаптирована для синтеза химикатов, полезных для производства топлива, фармацевтических препаратов и продуктов питания. Однако сроки коммерциализации и экономическая целесообразность остаются неопределёнными, поскольку другие компании, например, голландская Brineworks, ставят перед собой схожие цели и прогнозируют конкурентоспособные цены.
Решение проблемы закисления океана требует как сокращения выбросов, так и инновационных стратегий управления углеродом. Как показывает эта новая технология DOC, сочетание улавливания углерода с устойчивым химическим производством может обеспечить двойную выгоду: защиту морских экосистем и повышение ценности уловленного углерода. Ближайшие годы будут иметь решающее значение для наблюдения за развитием этих технологий и их интеграцией в более широкие усилия по охране здоровья океана и борьбе с изменением климата.
