Экономика потепления: зачем и как считать способность томских лесов и болот «улавливать» углерод

Эмиссия парниковых газов — одна из главных причин глобального потепления. Но как точно измерить, какая страна вносит наибольший вклад в это дело? И какие экосистемы «грешат» выбросами, а какие, наоборот, поглощают СО2? Один из механизмов таких измерений — карбоновые полигоны, с прошлого года они стали активно развиваться по всей России, а Томский госуниверситет получил право стать оператором  полигона в нашем регионе. Об экономике карбонового баланса рассказываем в новом выпуске проекта «Осторожно, климат!».

В 1980 году эмиссия СО2 в мире составляла около 5 млрд тонн. К 2020-му она увеличилась примерно вдвое. Если не бороться с «антропогенными» выбросами, их объем будет расти по экспоненте, что может привести к повышению средней температуры на планете на 5,4 градуса к 2100 году. Если же, наоборот, взять углерод под контроль, к 2070 году можно снизить выбросы практически до нуля, и тогда температура к концу столетия повысится всего на 0,9-2,3 градуса. Идеальный сценарий!

Реализовывать его со скрипом, но начали: сейчас более 60% мирового ВВП регулируется разными видами «карбонового» законодательства. Для каждой страны производятся расчеты баланса парниковых газов, от которых зависят «карбоновые налоги» (например, для ввоза товаров в ЕС). Чтобы вычислить баланс, нужно знать источники СО2 и его поглотители. Но тут происходит странная штука: согласно официальным документам ООН, поглощающая способность российских лесов в разы меньше, чем немецких, польских или турецких (у нас  — примерно 0,7 тонны СО2 на 1 гектар леса, в Германии —5 т/га, в Польше и Турции — примерно 4,3 т/га).

Прогнозная цена одной тонны СО2 — 80$ к 2030 году. Из-за неточных расчетов баланса парниковых газов потери российских экспортеров могут превысить 60 млрд рублей.

«Если мы считаем баланс сами, то получаются совсем другие цифры. Например, есть данные измерений (методом газовой хроматографии) секвестрация углерода в конкретном лесном массиве возрастом 25-30 лет в Калужской области. Годовой объем получился 7 тонн СО2, то есть на порядок выше статистики ООН, - рассказывает главный ученый секретарь по научной и инновационной деятельности ТГУ, куратор проекта «Карбоновый полигон», д.т.н.  Людмила Борило. — Чтобы охватить измерениями разные экосистемы России, правительство запустило программу карбоновых полигонов - территорий, на которых с участием университетов и научных организаций проводятся исследования климатически активных газов. Томский госуниверситет стал оператором такого полигона в Томской области, научным руководителем проекта является директор Института оптики и атмосферы (ИОА) имени В.Е. Зуева СО РАН Игорь Пташник».

На данный момент в России действуют 15 карбоновых полигонов, их общая площадь – 39 157,3 Га.

Итак, что же собой представляет карбоновый полигон?

В случае с Томской областью это сеть из четырех научных станций, принадлежащих участникам «карбонового» проекта: ТГУ, ИОА СО РАН, Институту мониторинга климатических и экологических систем (ИМКЭС) СО РАН, Институту химии нефти СО РАН и Сибирскому научно-исследовательскому институту сельского хозяйства и торфа. Станции «закрывают» довольно большую территорию — 450 га. А главное — расположены в разных, характерных для Западной Сибири экосистемах: болото, лес, река…

«В проект мы взяли те станции, где уже были многолетние ряды наблюдений. Это важно, чтобы строить достоверные модели на будущее, — отмечает Людмила Борило. – Например, станция ТГУ «Кайбасово», расположенная в пойме Оби, работает уже более 30 лет. Стационары «Киреевск» и «Васюганье» созданы ИМКЭС в 2002 году. Болотно-таежный стационар «Плотниково» и вовсе действует с 1970-х годов».

Каждая станция в рамках системы карбоновых полигонов должна быть оснащена современным оборудованием, которое по единым мировым методикам измеряет потоки парниковых газов. Это и «научные» мачты высотой несколько десятков метров, оборудованные специальными датчиками, и  разнообразное метеорологическое оборудование, и наземные, и дистанционные приборы (например, квадрокоптеры).

«Оснащение одной станции обходится примерно в 100 млн рублей.  Это дорогое оборудование, на 80% американское (пока нам его еще поставляют, хотя сложности с логистикой есть). В этом году мы начали закупки в рамках другого проекта – «Уникальная научная установка» (он стартовал раньше, чем карбоновые полигоны), поэтому мачта в «Кайбасово» уже приобретена и первые измерения начнутся в ближайшее время», - рассказывает Людмила Борило.

Для изучения образцов карбоновый полигон оснащается хорошим (и тоже очень дорогим) лабораторным оборудованием:  хромато-масс-спектрометр, газовые и жидкостные хроматографы, ЯМР-спектрометр, пламенный фотометр...

Данные со всех станций будут стекаться на суперкомпьютер ТГУ «Скиф» и обрабатываться специальными программами. Эта работа начнется уже в 2023 году. В 2024-м должен появиться Центр AI в исследованиях и оптимизации углеродного следа.

На основании потока данных можно будет, во-первых, строить математические модели для прогнозирования выделения или поглощения углерода при различных климатических сценариях.  Во-вторых,  получать справедливые квоты на международных «углеродных биржах» (есть и такие!). В-третьих и в-главных для Земли – разрабатывать эффективные технологии секвестрации углерода для разных экосистем. Эксперты называют это индустрией №1 на 2025-2070 годы. Среди инструментов — карбоновые фермы, углеродные плантации, ZERO CARBON – поселения, технологии прямого захвата СО2…

«Техногенное воздействие на природу можно смягчить разными методами, — подытоживает Людмила Борило. — Также важно разрабатывать способы адаптации к условиям меняющегося климата: быть готовыми к подъему уровня океана, к природным катастрофам, уметь защищаться от пожаров и наводнений, разрабатывать программы по экономии воды, потреблению локальной еды, перепрограммированию потребления. Но эти методы должны опираться на точные данные — чтобы точно сработать».

Климатические исследования — один из стратегических приоритетов ТГУ: в рамках проекта «Глобальные изменения Земли: климат, экология и качество жизни» по программе «Приоритет 2030» создана интегрированная сеть комплексных исследований в арктической системе суша-шельф-бассейн Северного Ледовитого океана. Карбоновые полигоны — один из инструментов этой сети.