Биоугольное удаление CO2

Фотосинтез забирает углерод из атмосферы за один вегетационный сезон, и разложение возвращает его почти так же быстро. Биоугольное удаление разрывает обратный путь: биомассу нагревают без кислорода, пока часть её углерода не превратится в твёрдое вещество, которое микробы разрушают на порядки медленнее, чем исходную древесину или солому. Здесь ничего не хранится в резервуаре или скважине. Долговечность — свойство химической структуры самого углерода, и всё остальное в этом маршруте следует из неё.

Что пиролиз делает с углеродом

Биомасса — это целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, у каждого своё температурное окно разложения: гемицеллюлоза первой, целлюлоза около 300–400 °C, лигнин в самом широком диапазоне и с наибольшим вкладом в уголь. С ростом температуры твёрдую фазу покидают вода, диоксид углерода, монооксид углерода, метан и смолы. Остаток теряет водород и кислород быстрее, чем углерод: дегидратация, отщепление метильных групп и замыкание колец перестраивают его в кластеры конденсированных ароматических циклов — небольшие неупорядоченные графеноподобные листы, уложенные несовершенной стопкой. Стойкость следует из этой структуры. Почвенные микробы разбирают полисахариды гидролазами по гидролизуемым связям; конденсированный ароматический углерод не даёт им ни субстрата, ни таких связей. Его углерод-углеродные связи — одни из самых прочных в органической химии, и распространённые почвенные ферменты не рвут их со значимой скоростью. Биоуголь потому сохраняется не за счёт бескислородных условий, как торф, а за счёт собственной структуры: амазонские тёмные земли, обогащённые древесным углём столетия и тысячелетия назад, до сих пор чёрные и богатые углеродом.

Водород как индикатор

Ароматизация глазу не видна, но оставляет след в элементном составе: по мере сшивания кластеров водород уходит быстрее углерода, и молярное отношение H:C падает. У свежей древесины оно около 1,5; у хорошо углефицированного угля опускается ниже ~0,4; сертификационные методики относят значения выше ~0,7 к недостаточно стойким, чтобы считать такой углерод долговременным. Это прокси, а не период полураспада. Полевая стойкость зависит от почвы, климата и свойств угля, а модели пулов углерода неизменно показывают небольшую лабильную фракцию, разлагающуюся за годы–десятилетия, рядом с ароматическим большинством, чьё среднее время жизни — столетия. Низкое H:C говорит, что лабильной фракции мало, но не что её нет, — потому долговечность выпускают классами с вероятностями, а не гарантиями.

Почему долговечность задаёт цену кредита

Расплата в том, что те же условия, которые ароматизируют углерод, уничтожают выход. Более горячий и долгий пиролиз переводит всё больше оставшегося углерода в газ: массовый выход падает примерно с трети сухой биомассы к пятой части и ниже, даже когда содержание углерода в угле растёт к 90 процентам. Каждая тонна долговременного углерода куплена тоннами углерода, ушедшего с дымовыми газами. Учёт следует этой логике: удалением считается только фракция, переведённая из быстрого биологического цикла в медленный, а углерод, вернувшийся в атмосферу — непереработанный или сожжённый, — удалением не является. Поэтому реестры и покупатели оценивают не тоннаж, а долговечность. Почвенный биоуголь несёт остаточный риск лабильной фракции и нарушения земель; пиролизное масло, закачанное в геологические формации, близко к постоянному хранению и стоит соответственно. Предельная величина маршрута — доля углерода сырья, которую химия конденсации способна удержать; поднять её стоит энергии, выхода или того и другого.