Глобальное потепление — это актуальная экологическая проблема, которая усугубляется постоянными выбросами парниковых газов. Снизить их объемы возможно с помощью фотосинтеза, естественной способности растений поглощать углекислый газ из атмосферного воздуха. Для этого разрабатывают карбоновые фермы — земельные участки, на которых благодаря выполнению специальных мероприятий, например, посадке деревьев, увеличивается поглощение парниковых газов. Но в настоящее время в России такие проекты почти не реализуются. Ученые Пермского Политеха провели оценку углеродного баланса карбоновой фермы и выяснили, насколько это перспективно.
Статья с результатами опубликована в журнале «Экология и промышленность России» №9, 2023 год. Исследование выполнено в рамках научного проекта № FSNM-2020-0024 по заказу Министерства науки и высшего образования Российской Федерации.
На способность растений поглощать углекислый газ влияют климатические условия, типы почвы, вид, плотность посадки и возраст растений. При создании карбоновых ферм, как важных экологических проектов, необходимо учитывать не только их поглощающую способность, но и выбросы парниковых газов, которые возникают при их реализации, то есть определять углеродный баланс. Ученые ПНИПУ обосновали технологические параметры реализации карбоновой фермы в условиях умеренного климата, а именно вид растений — сосна обыкновенная, густоту посадки и период эксплуатации.
Реализация карбоновой фермы включает в себя три этапа. На первом происходит подготовка земельного участка и формирование искусственного насаждения деревьев, на втором – уход за ними, на третьем – вырубка и утилизация древесных остатков. При этом для соблюдения баланса важно правильно утилизировать биомассу, содержащую углерод, чтобы не произошло его обратного выброса в атмосферу. Для этого ученые предлагают схему взаимовыгодного сотрудничества с целлюлозно-бумажным комбинатом и теплоэлектростанцией, куда отправятся древесные отходы для дальнейшего вторичного использования.
Лучше всего углекислый газ поглощают виды деревьев с большой удельной массой, такие как тополь, дуб, береза и хвойные породы. Политехники выбрали для высадки сосну обыкновенную, так как она быстрее растет и устойчива к погодным условиям. Сосна способна наращивать биологическую массу (ствол и крона) к 60 годам жизни и до 150 лет накапливать в себе углерод.
Ученые оценивали поглощающую способность сосновой карбоновой фермы площадью 100 гектар. Для всех расчетов учитывались густота посадки, средняя высота и возраст деревьев.
— В результате расчетов мы установили, что основное улавливание углерода — более 54 % осуществляет живая фитомасса растения (хвоя, ветви, ствол), более 25 % накапливает почва. Также рассчитали, что за жизненный цикл (40 лет) карбоновая ферма способна поглотить 48000 тонн углекислого газа, — поделилась научный сотрудник Лаборатории рационального природопользования и природоподобных технологий, доцент кафедры «Охрана окружающей среды» ПНИПУ Елена Калинина.
Для работы карбоновой фермы используют различное оборудование, которое также приводит к выбросам парниковых газов. Чтобы рассчитать углеродный баланс фермы политехники определили основные источники выбросов – это техника для проведения операций по лесообработке и подготовке, транспорт и оборудование для утилизации древесных остатков. Общий объем выбросов парниковых газов при эксплуатации карбоновой фермы составляет 7000 тонн углекислого газа или 14% объемов поглощения.
Результаты исследования ученых ПНИПУ могут быть использованы при планировании и реализации климатических проектов в России по снижению выбросов парниковых газов. Моделирование показало, что разработка карбоновых ферм в условиях умеренного климата возможна, перспективна и эффективна для борьбы с глобальным потеплением.