фото: Григорий Ифтодий
Предварительные исследования АЛРОСА и ведущих научных центров в Москве экспериментально подтвердили возможность поглощения кимберлитом углекислого газа из атмосферного воздуха при его переработке. В перспективе это поможет создать базу для реализации алмазодобытчиками климатических проектов по улавливанию и хранению углекислого газа из воздуха.
В 2021 году АЛРОСА завершила первую серию научных исследований поглощения коренной алмазоносной породой – кимберлитом – углекислого газа из атмосферы. Предварительные результаты экспериментов подтверждают гипотезу о способности кимберлитовой руды поглощать значительные объемы СО2.
Способность ультраосновных пород поглощать углекислый газ из воздуха давно известна и упоминается в научной литературе, отмечает руководитель направления по внедрению инноваций Центра инноваций и технологий АЛРОСА Алексей Масанов. Однако это явление раньше не имело практического интереса и изучалось только в геологическом аспекте – для геохимических поисков алмазных месторождений по продуктам преобразования кимберлитов в результате воздействия на породу атмосферного воздуха и воды.
В природе все системы стремятся к равновесию, поэтому всегда что-то основное (или то, что дает щелочную среду) взаимодействует с чем-то кислотным. В воздухе это главным образом СО2. Кимберлит – это типичная ультраосновная порода с переменным составом.
Способности трубки Удачная
В 2021 году Центр инноваций и технологий вместе с Научно-исследовательским геологическим предприятием (НИГП) АЛРОСА и экспертами Института общей и неорганической химии имени Н. С. Курнакова РАН провели химические исследования гипотезы о возможности поглощения кимберлитовой рудой углекислого газа из воздуха при ее переработке.
Специалисты проанализировали образцы керна руды с глубоких горизонтов трубки Удачная и уже пустой породы с хвостохранилища после извлечения алмазов. Химический состав проб, которые находились в хвостохранилище от 1 месяца до 10 лет, сравнили с химическим составом исходной руды из керна скважин. Исследовали образцы с помощью ИК-спектроскопии, CHN-элементного анализа, рентгенодифракционной спектроскопии. В итоге установили следы химического преобразования исходной руды под воздействием воды и углекислого газа из атмосферы за несколько лет.
Результаты исследования подтвердили предположение: в образцах отработанной породы из хвостохранилища обнаружились продукты реакции карбонизации минералов, составляющих кимберлит. Такие реакции могли происходить только путем поглощения из воздуха на этапе обогащения и пребывания в хвостохранилище в течение некоторого времени. По словам Алексея Масанова, в случае ультраосновной руды – кимберлита трубки Удачная – расчетное поглощение достигает 80 кг на 1 т исходной руды за счет преобразования исходных минералов (оливина, флогопита и клинопироксена) и накопления карбонатов и гидрокарбонатов в форме кальцита и доломита.
Зеленый потенциал от Африки до Крайнего Севера
АЛРОСА – не первая алмазодобывающая компания, которая заинтересовалась этим эффектом. В 2016–2018 годах De Beers проводила подобные исследования и получила схожие результаты. Сейчас эти работы на Западе продолжает исследовательская группа CarbMinLab из Колумбийского университета. Объектами исследований De Beers были алмазные рудники в ЮАР и Канаде. Их результаты показали сильную зависимость способности поглощения углекислого газа из воздуха при переработке руды от ряда факторов, первый и самый главный из которых – химический состав исходного кимберлита. Потенциал поглощения впечатляющий: если пропускать углекислый газ через водную взвесь кимберлита, то его совокупное поглощение может достигать 342 кг на 1 т для так называемого черного кимберлита (из-за наличия в составе свежего неизмененного оливина).
Среди источников эмиссии парниковых газов в добыче алмазов основное место занимают транспортный комплекс и объекты энергетики. Сегодня Группа АЛРОСА получает порядка 90% электроэнергии из возобновляемых источников, в логистическом блоке замещает использование традиционного жидкого топлива на природный газ, что позволяет структурно снизить выбросы парниковых газов.
Но сегодня достичь углеродной нейтральности только за счет модернизации текущих производственных процессов представляется сложным. Достижение амбициозных целей по углеродной нейтральности АЛРОСА возможно за счет комбинированного подхода, который предусматривает также и обеспечение поглощения СО2 из атмосферы, и компенсационные мероприятия.
Кимберлиты алмазных трубок отличаются по минеральному составу. Ведущую роль в интенсивности карбонизации играет количество кремнезема в кимберлите: чем больше в исходной породе кварца, тем меньше она сможет вступать в реакцию с углекислым газом. И наоборот, чем больше в исходном кимберлите ультраосновных минералов – оливина, флогопита, пироксена и др., тем способность поглощения выше. Содержание последних, в свою очередь, обусловлено тем, насколько кимберлит, слагающий трубку, сохранил свой исходный химический состав за последние 300–350 млн лет с момента образования в среднем палеозое, когда трубка представляла собой подземную часть вулкана, возникшего на одном из протоконтинентов. За это долгое время от вулкана не осталось и следа, а то, что осталось от протоконтинентов, стало частью современных материков. Алмазы, которые выносила лава этих вулканов, добываются сейчас главным образом в Африке, Канаде и Якутии.
В Африке, в Архангельской области, где кимберлитовые трубки подвергались сильному воздействию грунтовых вод и СО2, который эти воды несли с поверхности, руда значительно преобразовалась, и сегодня их потенциал поглощения невысок. Например, кимберлиты Архангельской алмазоносной провинции (там добычей занимается «дочка» АЛРОСА «Севералмаз») представляют собой большей частью сапонитовую глину. Это конечная форма химического преобразования кимберлитовой руды, поэтому она не способна значительно поглощать углекислый газ из воздуха.
А вот на Крайнем Севере кимберлитовые трубки пребывали длительное время в сравнительно инертных условиях и максимально сохранили оливин и флогопит. Будучи мало подверженными химическим преобразованиям в течение миллионов лет с момента образования, якутские месторождения, в частности трубка Удачная и Верхняя Муна, демонстрируют впечатляющие показатели поглощения СО2.
Предварительные результаты показывают, что потенциал поглощения СО2 из атмосферы сравним, а в некоторых сценариях может в несколько раз превышать выбросы углекислого газа Группы АЛРОСА. Так, поглощение СО2 кимберлитом трубки Удачная может составить до 80 кг на 1 т перерабатываемого сырья. Если на других месторождениях Группы будут получены схожие результаты, то можно будет говорить о том, что потенциал поглощения углекислого газа со стороны компании в четыре раза превосходит выбросы в эквиваленте СО2.
Подтверждение и корректная оценка ежегодных объемов поглощения СО2 кимберлитом позволят по-новому взглянуть на АЛРОСА и алмазодобывающую отрасль в целом, а также дадут потребителям еще один очень значимый аргумент для покупки именно природных бриллиантов.
Захвати и храни
Если сравнивать климатический проект АЛРОСА с другими проектами CCS (Carbon Capture & Storage), заявленными и реализуемыми в мире, то у первого есть ключевое преимущество: поглощение происходит самопроизвольно и уже экономически оправдано добычей алмазов, в отличие от проектов CCS, так или иначе связанных с форсированным внедрением СО2 из воздуха в ультраосновные породы посредством растворения в воде и закачки в недра базальтовых пустот на глубины от 500 м.
Это требует значительных энергетических затрат. Самый успешный на сегодня проект Orca Carbmix, реализованный в Исландии швейцарской компанией Climeworks, даже при синергии с одной из крупнейших в мире геотермальных электростанций «Хедлисхейди», требует больших операционных затрат. По признанию авторов проекта, стоимость утилизации СО2 сейчас превышает 600 US$/т, а целевой конкурентной стоимостью, к которой обращены стремления разработчиков, является 100–150 US$ за одну тонну СО2.
Способность кимберлитовой руды самопроизвольно поглощать углекислый газ из воздуха является естественным надежным природным способом захватывать, поглощать СО2 и утилизировать его в виде конечных продуктов – карбонатов кальция и магния как основы осадочных пород на Земле. Причем этот способ гораздо надежнее чем, например, поглощение СО2 деревьями, поскольку деревья накапливают углерод активно только на первых стадиях своего роста, а, кроме того, случается, что деревья горят во время частых летних пожаров, с соответствующими обратным эффектом и выбросами в атмосферу СО2, а карбонат утилизирует его навечно.
Среди других позитивных факторов – на обогатительных фабриках АЛРОСА предварительная подготовка добытой руды происходит в барабанных мельницах с большим количеством воды, а вода при этом играет роль транспорта СО2, растворимость которого в воде гораздо больше, чем его содержание в воздухе. К тому же растворимость СО2, как, впрочем, и других газов, в воде тем больше, чем вода холоднее, поэтому суровый якутский климат идет на помощь процессу.
Исследования продолжаются
АЛРОСА с участием ведущих научных центров геологии и геохимии продолжила исследования на предприятиях в Якутии и Архангельской области. Их планируется завершить в конце 2023 года. Если на других месторождениях получатся схожие результаты, можно будет сделать вывод о том, что поглощение углекислого газа при разработке месторождений в 2–3 раза превышает эмиссию парниковых газов (в эквиваленте СО2) при добыче, обогащении и дальнейшей огранке в бриллианты.