Россия расширит международное сотрудничество по карбоновым полигонам

Что такое карбоновые полигоны, при чем здесь международное сотрудничество, климат и подводные фермы, «Ъ-Наука» спросил у экспертов в этой области.

Первый морской карбоновый полигон. Калининградской область, 27 марта 2023 года

Антон Шашкин, советник министра науки и высшего образования РФ, секретарь экспертного совета:

— Что такое карбоновые полигоны?

— Карбоновые полигоны — пилотный проект Министерства науки и высшего образования Российской Федерации по созданию в России принципиально новых технологий — основы будущей низкоуглеродной индустрии. Почему пилотный? Потому что это первый большой проект министерства в этой области, который задаст ориентиры на многие годы вперед.

На карбоновых полигонах отрабатываются технологии мониторинга парниковых газов в природных экосистемах, то есть измеряется углеродный баланс лесов, полей, болот, рек, который и отвечает на главный вопрос: поглощают ли эти экосистемы углекислый газ из атмосферы, накапливают углерод в биомассе и почве или, наоборот, являются источником тех самых парниковых газов, которые виновны в нагревании планеты? Ученые из Института океанологии РАН и Московского государственного университета провели кластеризацию, или сортировку, ландшафтов России и выбрали 100 ландшафтных типов, которые отличаются друг от друга рельефом, климатом, растительностью, типами почв. Для того чтобы посчитать общий углеродный баланс страны, мы должны научиться определять углеродный баланс каждого ландшафта. Это первая задача карбоновых полигонов.

Каждый полигон может состоять из нескольких типов ландшафтов. На сегодняшний день изучаются 20 процентов типов ландшафтов. Здесь главное — это постоянство проводимых измерений, нам надо накопить данные за пятилетний период минимум, чтобы точно измерить углеродный баланс какой-либо экосистемы. Измеряется всё: на земле с помощью специальной аппаратуры рассчитывается скорость фотосинтеза и роста биомассы, состав почвы, метеоусловия, потоки главных парниковых газов и многое другое. На верхних этажах информация получается со спутников и беспилотных систем, которые сканируют поверхность Земли специальными сенсорами: мульти- и гиперспектральными камерами, лазерами, радарами. Задача — свести нижние и верхние данные и с использованием методов искусственного интеллекта рассчитать углеродный баланс территории.

Вторая задача полигонов — научиться так управлять некоторыми экосистемами, чтобы повысить их способность поглощать максимально большое количество углекислого газа и обеспечить долговременное хранение углерода в биомассе или почве. Например, на полигоне Воронежского государственного лесотехнического университета совместно с компанией СИБУР создана лесная карбоновая ферма. Это плантация специальных быстрорастущих деревьев, высаженных на месте леса, когда-то погибшего от пожара. По расчетам, такая плантация будет поглощать до 15 тонн углекислого газа на каждом гектаре. В обычных лесах, да и то не всех, поглощается примерно 2,5 тонны на одном гектаре.

В соответствии с мировыми тенденциями и международными соглашениями эти поглощенные тонны впоследствии можно будет превратить в деньги на карбоновых рынках. И речь идет не только о лесах и лесных плантациях. Сейчас на карбоновых полигонах отрабатывается примерно 30 технологий поглощения углекислого газа, по-научному — секвестрации, в различных болотных, полевых, луговых, морских экосистемах. С учетом громадных размеров нашей страны и ее природных богатств грядущие экономические перспективы России на углеродных рынках когда-нибудь станут сопоставимыми по обороту с торговлей нефтью и газом.

Мы уже начали отработку технологий секвестрации углерода в сельскохозяйственном секторе. Традиционно сельское хозяйство является одним из основных источников парниковых газов, особенно метана и закиси азота, которые на порядок более «парниковые», нежели углекислый газ. Во всем мире стремительно набирает обороты низкоуглеродная агроиндустрия — комплекс технологий, новых сортов, средств агрохимии, биологических препаратов и нового оборудования для снижения углеродного следа в земледелии и животноводстве, а также для обогащения почвы углеродом из атмосферы, что опять-таки скоро станет дополнительным источником дохода для агропроизводителей.

Третья задача полигонов — образовательная. На карбоновых полигонах работают больше 40 образовательных программ, по которым подготовлено почти 800 специалистов по различным «климатическим» направлениям. Это геоинформационные технологии, углеродный менеджмент и климатическая отчетность, экологическое право и многое другое. В марте этого года стартует первая международная российско-китайская программа подготовки специалистов по сертификации природно-климатических проектов и работе на углеродных рынках.

Конечно, и раньше готовились специалисты по таким направлениям, как климатология, экология, природопользование. Но сейчас нам нужны профессионалы в области дистанционных методов углеродного мониторинга, специалисты по методам искусственного интеллекта для обработки больших массивов климатических данных, проектировщики климатических проектов. С запуском российских и международных углеродных бирж и началом торговли новым товаром — углеродными единицами — резко увеличится спрос на юристов, аудиторов, сертификаторов для секвестрационного рынка.

И четвертая задача — просветительская. Новые технологии, сенсоры, дроны, спутники — это важно, но недостаточно. Надо постепенно менять многие привычки и традиции, которые при ближайшем рассмотрении не вполне соответствуют принципам ответственного потребления, заботы об охране природы, сохранения биоразнообразия, но главное — снижения углеродного следа нашей цивилизации. До объявленной многими странами, в том числе Россией, углеродной нейтральности осталось не так много времени. Необходимо активно работать с молодежью, с тем поколением, которое должно достигнуть эту нейтральность, ведь она — главное условие борьбы с катастрофическими климатическими изменениями. Мало кто задумывается, насколько наш обычный жизненный обиход влияет на судьбу планеты. Какая-нибудь популярная песня, прослушанная миллиардами пользователей YouTube, отправляет в атмосферу больше углекислого газа, чем целая африканская страна за год. И это неудивительно: IT-индустрия — это про затраты энергии, которые и ведут к выбросам парниковых газов. Хранение и обработка гигантских количеств данных, работа миллиардов девайсов, все наши мессенджеры и социальные сети ответственны за 15–20% из тех 50 млрд тонн углекислого газа, ежегодно отправляемого человечеством в атмосферу. Человечество выбрасывает 30–40% выращенной еды по дороге «от грядки до полки». Но и после полки в отходы уходит гигантское количество неиспользованных продуктов, что также вносит вклад в глобальную углеродную эмиссию. Университеты и молодежь должны стать проводниками к новым формам взаимодействия человека и природы, обеспечивая знаниями о возможных последствиях климатических изменений и прививая совершенно новые поведенческие привычки.

— Как карбоновые полигоны связаны с разработками природно-климатических проектов?

— Достижение официальной и международно признанной цели — остановить рост глобальной температуры в пределах полутора и даже двух градусов — невозможно исключительно за счет снижения выбросов парниковых газов. Нужны дополнительные усилия и разумное использование природного потенциала для поглощения и хранения захваченного углекислого газа.

Секвестрация природными системами имеет преимущества по сравнению с промышленными системами прямого улавливания углерода: похожие на гигантские пылесосы установки забирают углекислый газ из атмосферы, сжижают его и отправляют на вечное хранение в старые шахты, скважины, подземные резервуары, возможно, на дно океана. Пока непонятно, где найти места для хранения десятков миллиардов тонн, как транспортировать это количество, насколько надежны эти места.

Биологические решения лишены этих недостатков. По оценкам МГЭИК, эти решения в лесном и сельском хозяйстве помогут поглощать и депонировать ежегодно 8–14 млрд тонн СО2. При этом стоимость поглощения одной тонны не превысит 20 долларов США. Одновременно такие природоподобные технологии обеспечат не только захват атмосферной углекислоты, но приведут к сохранению биоразнообразия, остановят деградацию почв, смягчат последствия наводнений и засух.

Выращивание на карбоновых фермах деревьев, кустарников, трав, водорослей с высоким потенциалом поглощения позволит производить много биомассы, которая может быть использована для производства строительных материалов, горючего, пластика, кормов и многого другого. Это полностью соответствует мировому тренду — циркулярной экономике, основанной на повторном использовании, вторичной переработке и др.

Набор таких технологий достаточно широк, они применяются в зависимости от климатических, почвенных и других параметров территорий и экосистем.

Например, лесовосстановление на землях, которые когда-то были покрыты лесом, или на выведенных из оборота угодьях, не имеющих большой хозяйственной ценности. Такие экосистемы будут устойчиво поглощать CO2 в течение десятилетий. Дело не ограничивается деревьями и лесами: специальные травы, так называемые покровные культуры, способствуют значительному поглощению углерода почвами. Если предположить, что такими травами засеяны 10 млн га, то они могут поглотить за год выбросы 13 млн автомобилей.

Новые агротехнологии в сельском хозяйстве уменьшают нарушение почвенного покрова, помогают почве накапливать органические вещества, увеличивая содержание почвенного углерода. Снижается расход топлива, не происходит уплотнение почвы при чрезмерных прогонах техники, в целом уменьшается углеродный след продукции и повышается доходность агробизнеса.

Технологии ротационного выпаса в пастбищном животноводстве, основанные на дистанционном мониторинге состояния пастбищ и кормовых угодий, не только увеличивают товарную эффективность, но и позволяют восстанавливать деградированные почвы, обращают вспять процессы опустынивания, дополнительно снижают немалый углеродный след отрасли.

Всё перечисленное — это не абстрактные примеры, а работы, которые ведутся на карбоновых полигонах.

— Расскажите о разработке нового российского оборудования для природно-климатических проектов.

— Пилотный проект «Карбоновые полигоны» изначально был ориентирован на использование самых передовых образцов оборудования, производимого не только в России, но во многих странах — США, Германии, Нидерландах. К сожалению, эти страны прекратили поставки своего оборудования, в том числе по оплаченным контрактам. В кратчайшие сроки российскими специалистами — например, учеными и инженерами МФТИ — были разработаны аналоги, которые по своим характеристикам не уступают зарубежным. У нас скоро появится лазерный газоанализатор для выявления источников эмиссии климатически активных газов. Он позволяет обнаруживать утечки в магистральных газопроводах, оценивать выделение метана полигонами ТКО, а также осуществлять мониторинг водных объектов. Уже в этом году ожидается выпуск серийных образцов, которыми будут оснащаться карбоновые полигоны. Ученые Самарского университета разработали газовый хроматограф для анализа парниковых газов в атмосферном воздухе и почве. По сравнению с аналогами он намного легче и компактнее при сохранении необходимых технических характеристик.

У нас есть уникальный прибор, не имеющий аналогов в мире, разработанный в Дубне учеными ОИЯИ. Это мобильное оборудование определяет содержание углерода в почве с помощью метода меченых нейтронов. Измерения проводятся на глубине до 30 см без извлечения образцов почвы.

— Как развивается международное сотрудничество в этой области?

— Проектом «Карбоновые полигоны» руководит специально созданный экспертный совет при Минобрнауки России, на котором принимаются все основные решения как по развитию проекта, так и по новым участникам и результатам работы действующих полигонов. В этот совет входят ведущие ученые России в области климата, лесных и агротехнологий, эксперты по экономике углеродных рынков, представители бизнеса. В прошлом году мы, понимая необходимость развития международного сотрудничества, пригласили в состав нашего совета и зарубежных экспертов. Благодаря поддержке со стороны нашего Министерства иностранных дел свою готовность к участию в совместной работе выразили представители Китая, Индии, Сербии, Ирана, Египта и Объединенных Арабских Эмиратов. В декабре прошлого года на Конгрессе молодых ученых мы провели заседание экспертного совета уже в международном формате. Мы утвердили две новые программы карбоновых полигонов на базе Высшей школы экономики и Дальневосточного федерального университета. Тогда зарубежные коллеги высоко оценили наши начинания по созданию морского и аграрного карбоновых полигонов. Это сейчас самые передовые направления в мире. На полях конгресса мы договорились с коллегами из Ирана и Египта инициировать совместные исследования по борьбе с опустыниванием и деградацией почвы в рамках больших климатических проектов.

На этот и следующий год мы планируем провести перекрестные выезды для ознакомления зарубежных коллег с работой наших карбоновых полигонов и знакомства с их программами.

Спектр совместных работ обширен: например, с коллегами из Китая мы в этом году начинаем разработку единого регламента мониторинга парниковых газов и расчета углеродного баланса в природных экосистемах, с Аргентиной, Бразилией и Казахстаном инициируются проекты по регенеративному земледелию и агролесным проектам.

Прямо сейчас принимается решение о создании российско-китайского международного экспертного центра низкоуглеродных строительных технологий на базе университета «Сириус» и Пекинского университета лесной промышленности. Центр создается для оценки и международной аккредитации проектов строительства углеродно-нейтральных учебных кампусов, летних образовательных лагерей, санаторно-курортных комплексов. В ближайших планах у нас установить плотное сотрудничество по климатической теме с нашими партнерами из Центральной Азии. Для них это крайне важное направление, особенно по части мониторинга водных ресурсов, состояния горных ледников и восстановления нарушенных экосистем.

— Расскажите подробнее о международной молодежной экспедиции на Камчатку для выбора участка под морскую карбоновую ферму в бухте Большая Саранная.

— Этот проект — результат совместных усилий Минобрнауки России, Русского географического общества и Россотрудничества. Преследовались две цели. Первая — обследование территории и акватории Камчатского полуострова для создания организации новых ООПТ, карбоновых полигонов, а также развития экологического туризма. Вторая — вовлечение молодых ученых в это достаточно новое направление научной деятельности. В этой экспедиции принимали участие как российские, так и зарубежные молодые исследователи из Казахстана, Египта, Сербии, Беларуси, Узбекистана, Киргизии, Армении и Таджикистана. В течение пяти дней в морской акватории Камчатского полуострова проводились работы по оценке морских ландшафтов в бухте Большая Саранная. Собранные при поддержке Камчатского филиала Тихоокеанского института географии ДВО РАН материалы легли в основу выбора места для морского карбонового полигона. Помимо этого проводились изучение прибрежных экосистем и оценка антропогенных нагрузок на акваторию. Для многих ребят, участвующих в этой экспедиции, это был первый опыт выхода в море, все задачи были успешно выполнены.

— Расскажите подробнее о совместной с Китаем образовательной программе по подготовке климатических проектов.

— Программу подготовки специалистов по проектированию природно-климатических проектов мы начали еще в прошлом году. Надо признать, что в нашей стране не так много примеров успешных природно-климатических проектов. Один из них был реализован еще в 2000-е годы на Алтае по правилам Киотского протокола, но углеродные единицы по нему так и не были реализованы. Сейчас алтайские коллеги пытаются их реализовать через биржи цифровых валют, выпуская собственные углеродные токены. В Китае же, напротив, лесные климатические проекты запущены на миллионах гектаров, действует восемь углеродных бирж с общим объемом торгов более 326 млн тонн СО2 на сумму более 8 млрд юаней. Так что выбор одного из основных авторов этих проектов — Пекинского университета лесной промышленности — в качестве партнера по подготовке специалистов в России является логичным. От российской стороны выступить локомотивом взялся Тюменский государственный университет, поскольку он является оператором одного из карбоновых полигонов.

Для начала программа будет рассчитана преимущественно на лесные климатические технологии, а впоследствии мы ее будем расширять за счет сельскохозяйственных, морских и других проектов.

На сегодняшний день заявки на участие в программе подали более 40 научно-образовательных и индустриальных организаций из 20 регионов. Среди слушателей программы уже сегодня представители более десяти университетов и таких индустриальных компаний, как «СИБУР Холдинг», «Татнефть», СГМК и др.

— Как, на ваш взгляд, будет развиваться это направление в дальнейшем?

— Очевидно, что вопросы изменения климата, адаптации к этим изменениям останутся в повестке мирового сообщества надолго, если не навсегда. Многие климатические изменения необратимы, теперь предстоит научиться с этим жить. Поэтому тренд на сокращение выбросов, снижение концентрации атмосферного углекислого газа, применение технологий долговременного связывания углерода, дистанционный мониторинг углеродного баланса и контроль за выбросами сохранится и будет только развиваться. Поэтому проект «Карбоновые полигоны» будет прирастать новыми направлениями, которые так или иначе связаны с биоэкономикой. То есть будут развиваться такие направления, как переработка биомассы для производства строительных материалов, снижение климатического и экологического следа зданий и сооружений, переработка пищевых и промышленных отходов. Кстати, сейчас идет обсуждение с университетом «Сириус» о создании на их базе первого в России углеродно-нейтрального кампуса. Где все те направления, о которых мы говорили, будут применены и продемонстрированы в реальных условиях.

Доктор Цзюньли Цзинь, Центр службы атмосферы, Центр метеорологических наблюдений, Китайское метеорологическое управление:

— Каковы потенциальная сфера интересов китайских ученых в области мониторинга выбросов парниковых газов и оценки баланса углерода в природных и антропогенных экосистемах?

— В рамках Китайской метеорологической службы (CMA) мы регулируем национальную сеть наблюдений за парниковыми и другими реактивными газами. Наша деятельность сосредоточена на внедрении стандартизированных наблюдений, контроле качества наблюдений и данных, характеристике долгосрочных изменений основных парниковых газов (CO2/CH4/N2O/SF6/ODS) и т. д. Мы также заинтересованы в контроле наблюдений и данных углеродного баланса в отдаленных районах (так называемых фоновых территориях). Очевидно, что закрытие заводов может повлиять на выбросы парниковых газов в городских или развитых районах, а двойная обратная связь между природой и парниковыми газами усложняет задачу в отдаленных районах (там, где отсутствует прямое влияние промышленности).

— Как вы оцениваете потенциальные перспективы сотрудничества России и Китая в этом направлении?

— С одной стороны, CMA не отвечает за оценку и анализ выбросов парниковых газов в Китае. С другой стороны, у нас существуют правила международного обмена данными по парниковым газам, особенно для правительственных организаций, таких как CMA. В результате видится больше возможностей для сотрудничества в области методов наблюдения, методов использования данных, исследования моделей, учебных курсов и т. д.

— Каково ваше видение деятельности экспертного совета сегодня и в будущем?

— Я участвовал только в одном заседании экспертного совета в прошлом году, и, честно говоря, у меня еще нет полной картины того, что экспертный совет может делать сейчас и будет делать в будущем. Эксперты совета, которые уже работают в CMA, могли бы дать ряд экспертных заключений. Возможно, необходимо провести совместные переговоры с участием руководства CMA, если существует заинтересованность с вашей стороны. Основная задача CMA — уделять особое внимание глобальному наблюдению и контролю за элементами атмосферы.