Снижаем углеродный след: СО2 поймают «за хвосты»

Минерализация горных пород с высоким содержанием кремнезема и оксида магния – естественный природный процесс. При долгом воздействии атмосферного воздуха эти породы поглощают диоксид углерода. Это происходит так: контактируя с водой и воздухом, углекислый газ связывается с минералами и металлами в составе этих пород, образуя карбонаты. То есть СО₂ из атмосферы переходит во вторичные минералы.

Долгое время эта тема глубоко не изучалась, но сегодня, когда экологические проблемы выходят на передний план, она приобретает перспективное практическое значение. Необходимо сокращать антропогенное воздействие на климат, снижая выбросы СО₂, однако технологии, позволяющие добиться углеродной нейтральности, слишком расходоемкие, и внедрять их попросту невыгодно. Чтобы использовать диоксид углерода в создании химической продукции, необходимы огромные инвестиции: сначала требуется организовать локальный сбор выбросов, их очистку и выделение СО₂, и только затем газ можно перерабатывать. А чтобы захоронить выбросы парниковых газов, к этой производственной цепочке придется прибавить компримирование (сжатие) и транспортировку углекислого газа до полигонов.

Использование хвостов для поглощения СО₂ первыми стали изучать алмазодобывающие компании. Алмазосодержащая руда (кимберлит) при контакте с водой и атмосферным воздухом способна поглощать углекислый газ. Компания De Beers, являющаяся одним из лидеров отрасли, вместе с ведущими научными центрами Австралии, Канады и США в 2016–2018 годах провела исследования поглотительной способности кимберлитовых пород южноафриканских и канадских месторождений. Оказалось, что поглощение СО₂ целиком зависит от химического состава кимберлитов и составляет от 47 до 240 кг углекислого газа на тонну переработанной руды, то есть в среднем 138 кг. По оценкам российских компаний, содержание карбонатов в кимберлитовых хвостах десятилетней давности может достигать 150 кг на тонну породы.

«Норникель» перерабатывает огромные объемы руды, и потенциал поглощения СО₂ из атмосферы в хвостохранилищах компании может достигать нескольких миллионов тонн в год. Правда, этот показатель целиком зависит от химического состава породы. Чтобы получить реальные цифры, департамент технологических инноваций «Норникеля» реализует проект, направленный на оценку потенциала каждого хвостохранилища.

Хвосты – это тонко измельченная порода, содержащая частицы размером менее 0,4 мм (что-то вроде очень мелкого песка). Образующиеся на обогатительной фабрике обводненные хвосты в виде пульпы по трубопроводу направляются в хвостохранилище, где равномерно разливают по всей площади резервуаров. Благодаря тому, что помол породы очень мелкий, поверхность контакта с воздухом увеличивается и минерализация проходит намного быстрее, чем в природных условиях. Кроме того, отходы смешивают с водой, чтобы не допустить пыления. Карбонаты постепенно опускаются на дно, а сверху резервуары постоянно доливают пульпой – смесью воды с переработанной породой. Таким образом, процесс поглощения углекислого газа идет непрерывно. Если высчитать примерный объем уловленного СО₂ за все время работы как действующих, так и закрытых хвостохранилищ, можно понять, сколько тонн СО₂ хранилища «Норникеля» ежегодно поглощают из атмосферы.

Специалисты компании исследовали самое крупное хвостохранилище «Норникеля» – «Лебяжье», а также взяли пробы в хранилище № 1 Норильской обогатительной фабрики, которое закрылось еще в 1970-х. Интересно было исследовать накопление карбонатов и в самом старом хранилище, и в наиболее активно действующем. Керны забирали в разных точках, пробуривая породу до самого дна резервуара (максимально 50 м). Это позволило понять, как минерализация проходит в поверхностных слоях и как с течением времени менялся минералогический состав карбонатов, давно ушедших в глубину. В итоге было собрано 200 проб. Кроме того, отобрали образцы хвостов на хвостохранилище Талнахской обогатительной фабрики и непосредственно на фабрике (входящее сырье и выходящая пульпа). Продолжаются отборы на других площадках – обогатительной фабрике Кольской ГМК в Мурманской области и на Быстринском ГОКе в Забайкалье (этот комбинат работает всего пять лет, поэтому его хвосты самые молодые). Затем в профильном институте проведут анализ минералогического и элементного состава проб, чтобы оценить содержание в них поглощенного СО₂.

«Норникель» планирует снизить выбросы парниковых газов до 7,7 млн т в год (на 25%) уже к 2028 году. Сейчас это 10,3 млн т, причем собственно на производство приходится 9,1 млн т. В настоящее время компания работает над искусственной (ускоренной) минерализацией хвостов. Алмазодобывающие компании уже тестировали подобные технологии, прокачивая CO₂ через смесь породы и воды. На предприятиях «Норникеля» планируют ускорить минерализацию, пропуская через пульпу дымовые газы ТЭЦ или технологические газы плавильных печей, содержащие в том числе и СО₂. Процесс искусственной минерализации специалисты Департамента технологических инноваций смоделируют в лабораторной установке. Технология будет отрабатываться в разных вариантах: рассматривается как пропускание (барботаж) через пустую породу газа, содержащего 5–50% СО₂, так и насыщение породы стопроцентным диоксидом углерода в химической камере. Таким образом будет определяться углеродоемкость породы, то есть ее способность поглощать СО₂.

Компании тяжелой индустрии во всем мире работают над снижением углеродного следа своей продукции. Некоторые производители все дымовые выбросы пропускают через установки улавливания диоксида углерода, затем сжатый газ транспортируют до мест захоронения – например, для закачки СО₂ в пустой газоносный пласт. Нефтедобывающие компании закачивают СО₂ в нефтеносный пласт, чтобы повысить нефтеотдачу, однако эта технология только развивается и пока слишком дорога для широкого применения.

Сулаймон Ишанов, руководитель проектов по устойчивому развитию ГРК «Быстринское», рассказал, что «Норникель» может пропустить СО₂ через хвостохранилище и проанализировать эффективность поглощения. Если будет доказано, что технология работает, это решение масштабируют на все действующие объекты компании.

Накопленные в хвостохранилищах минеральные отходы (в том числе и карбонаты) компания собирается использовать в технологических процессах. Например, их можно применять в качестве добавок в закладочные смеси для выработок в рудниках.