Тренды устойчивых технологий для зеленого будущего

В середине июля международная консалтинговая компания McKinsey опубликовала ежегодный обзор наиболее значимых технологических трендов. В топе — генеративный искусственный интеллект и, возможно, несколько неожиданно, зеленые технологии, связанные с электрификацией и переходом к возобновляемым источникам энергии. 

В этой статье разберемся, как технологии связаны с концепцией устойчивого развития, за какими зелеными направлениями в стоит следить и что происходит в GreenTech в 2024 году.

Что такое устойчивое развитие и как технологии помогут к нему прийти

Устойчивое развитие — это комплекс социальных и экономических изменений, которые позволят удовлетворять человеческие потребности, не нанося ущерба природе и будущим поколениям. 

Конкретные цели в этой области в 2015 году представила Генеральная Ассамблея ООН. Всего их 17, каждая разбита на задачи, среди которых:

• существенно уменьшить объем отходов, благодаря развитию безотходного производства,
• значительно увеличить долю энергии из возобновляемых источников в мировом энергетическом балансе,
• удвоить глобальный показатель повышения энергоэффективности,
• внедрить на промышленных предприятиях экологически безопасные технологии, 
• создать устойчивые системы производства продуктов питания,
• существенно сократить попадание вредных химических веществ в воздух, воду и почву.

Достичь этих целей без внедрения технологических инноваций во все процессы производства и использования ресурсов, невозможно. Более того, считается, что именно новые технологии помогут человечеству разрешить 70% обозначенных проблем.

GreenTech, или зеленые технологии — это технологии, которые разрабатывают для уменьшения вреда, наносимого людьми природе. Иногда их также называют устойчивыми. 

Какие зеленые технологии сейчас в центре внимания

Захват и хранение углерода

Можно сократить выбросы CO₂, физически не давая ему попасть в атмосферу. Это возможно благодаря технологии захвата и хранения углерода (Carbon capture, utilisation and storage, CCUS).

Технологическая цепочка CCUS выглядит следующим образом: установленное на предприятии оборудование идентифицирует CO₂, выделяет его из дымовых газов, очищает с помощью фильтров и сжимает для дальнейшего захоронения или переработки — например, в углеродно-нейтральное синтетическое топливо. 

Захватывать CO₂ можно и напрямую из атмосферы. Такой метод называется Direct air capture (DAC) и он несколько сложнее CCUS: вентиляторы нагнетают большие объемы воздуха, из которого благодаря специальному сорбенту на лопастях «процеживается» углерод. Специалисты утверждают, что прямой захват воздуха более перспективен, чем другие способы удаления углерода в больших объемах, но на данных момент технологию нужно усовершенствовать — и удешевить. 

В 2024 году технология захвата углерода вошла в список приоритетных в США, ЕС, Великобритании, Канаде, Японии и других странах — правительства утвердили меры поддержки CCUS. К 2030 году в мире развернут 50 новых объектов, которые позволят обезвреживать 50 миллионов тонн CO₂ в год.

Промышленное хранение энергии

Одна из ключевых проблем при переходе на возобновляемые источники энергии — как сделать их доступными постоянно, а не только, когда ярко светит солнце и дует ветер? Для этого нужно найти недорогой способ в течение долгого времени хранить большие объемы энергии.

И хотя технологии, позволяющие накапливать энергию, давно известны — гидроаккумулирующие электростанции, накопители энергии сжатого воздуха (CAES), аккумуляторы, маховики и их комбинации, — промышленное хранение энергии сейчас в центре внимания инновационных компаний, таких как Aquion Energy, Highview Power и Malta (Google X).

«Зеленый» водород

Один из главных GreenTech-трендов последних лет — внедрение водородной энергии. Оно действительно позволит снизить объем выбрасываемых в атмосферу газов — машины, работающие на водородных топливных элементах, выбрасывают только водяной пар.

Но традиционные способы производства водорода сложно назвать экологичными — его получают, обрабатывая природный газ метан или уголь. Объем выбросов углекислого газа в атмосферу при этом огромен.

Существует технология, позволяющая получить водород путем электролиза, используя энергию из альтернативных источников, но стоимость такой добычи крайне высока — и это одна из главных причин, замедляющих повсеместный переход на водородное топливо. Так что одна из целей ученых по всему миру — найти экономически доступные альтернативы.

В начале 2024 года исследователи из Израильского технологического института представили технологию, которая позволяет существенно снизить стоимость добычи «зеленого» водорода за счет отказа от дорогостоящих мембран и уплотнительных компонентов.

В мае их коллеги из Университета Твенте также продемонстрировали новый метод производства водорода, позволяющий отказаться от использования драгоценных металлов, таких как платина, без ущерба для производительности. Если эти технологии удастся вывести на рынок, вероятно, это ускорит переход на водородную энергию.

Технологии циркулярной экономики

Активно развивается разработка технологий производства, позволяющих повторно использовать ранее обработанные материалы. Благодаря этому снижается энергопотребление, используется меньше сырья и сокращается количество отходов. 

Работа идет в двух основных направлениях: совершенствование системы обращения с отходами и создание из них новых материалов, не уступающих традиционным по технологическим характеристикам. 

В этой области достаточно впечатляющих достижений. Так, израильская компания UBQ Materials разработала способ получать термопластик из несортированных бытовых отходов. Совсем несортированных, в том виде, в каком они лежат в мусорном баке.

А австралийская компания BlockTexx представила технологию, позволяющую перерабатывать более не годную одежду из самых популярных в мире тканей в целлюлозу и полиэтилентерефталат (PET). Полученные материалы можно использовать в строительстве, сельском хозяйстве или снова в производстве текстиля.

Альтернативы продуктам животноводства

Разведение скота производит более 8% глобальных выбросов парниковых газов, загрязняет воду и наносит ущерб биоразнообразию планеты из-за постоянного расширения пастбищных земель. 

Сократить этот вред — привлекательная идея. В отличие от всеобщего перехода на веганскую диету. Поэтому одно из самых любопытных и активно развивающихся направлений в GreenTech прямо сейчас — поиск альтернатив продуктам животноводства. 

Простой переработкой растительных белков в молоко- и мясоподобные продукты сейчас никого не удивишь — почти в каждой кофейне вам предложат латте на кокосовом, соевом или миндальном молоке. В авангарде технологии производства мяса и молочных продуктов в условиях лабораторий: 

• из клеток животных в биореакторе, в пробирке или с помощью 3D-печати,
• путем прецизионной ферментации, при которой генетически модифицированные микроорганизмы производят нужные белки, жиры и витамины.

В обоих случаях полученные продукты генетически и по органолептическим свойствам неотличимы от продуктов животноводства.

Тепловые насосы

Как бы странно это ни звучало, тепловые насосы, изобретенные в 1800-х годах, считают одной из ключевых технологий в области электрификации и возобновляемых источников энергии. И тому есть причины.

В глобальном масштабе они способны к 2030 году сократить выбросы углекислого газа не менее чем на 500 миллионов метрических тонн — столько CO2 за год выбрасывают все автомобили в Европе. 

Тепловые насосы могут питаться от бытовых солнечных панелей или от электросети, работающей на возобновляемых источниках энергии. Они энергоэффективны — на 1 кВт/ч потребляемой энергии дают 3 кВт/ч тепла.

Повсеместному распространению таких насосов препятствует цена — они существенно дороже газовых отопительных приборов. Так что усилия инженеров направлены на то, чтобы сделать тепловые насосы более доступными для простых людей и еще более энергоэффективными.

Устойчивое топливо

Еще один тренд в зеленых технологиях — разработки устойчивого жидкого топлива.

На данный момент это понятие включает в себя: 

• биотопливо из органических отходов,
• синтетическое топливо, произведенное путем химической конверсии из природного газа, угля, биомассы и непригодных для традиционной обработки нефтепродуктов,
• топливо из вторичного углерода, которое делают из ископаемых отходов, которых нельзя избежать, повторно использовать или переработать.

Устойчивое топливо можно использовать в автомобилях с двигателем внутреннего сгорания — вместо того, чтобы отправлять их на свалку за неэкологичность. Скорее всего, оно будет особенно важно для авиации, в то время как автомобили и морской транспорт перейдут на электричество и водородное топливо.

В июле 2024 года был представлен новый класс синтетического топлива, которое может достигать чистых нулевых выбросов парниковых газов. Оно совместимо с современной транспортной инфраструктурой, а в качестве сырья использует биомассу или CO₂. Создатели топлива предполагают, что оно может дополнить электрификацию большегрузного транспорта.

Зеленые технологии важны для обеспечения устойчивого развития и сохранении планеты для будущих поколений. Внедрение инноваций, таких как захват и хранение углерода, промышленное хранение энергии, использование зеленого водорода и развитие технологий циркулярной экономики, способствует уменьшению негативного воздействия на окружающую среду и позволяет эффективно использовать природные ресурсы. Поддержка и развитие этих технологий необходимы для достижения глобальных экологических целей и создания устойчивого будущего.