Карбоновые фермы: понятие, цели создания, перспективы

Цель создания карбоновых ферм

Карбоновая ферма — это специальная природная (естественная) или сельскохозяйственная территория, на которой происходит поглощение углекислого газа из атмосферы биологическим способом. Карбоновые фермы нужны для того, чтобы максимально активно поглощать углекислый газ при помощи растительного мира, экосистем, как естественных (например, леса), так и созданных человеком плантаций специальных растений. Карбоновыми фермами также могут быть сельскохозяйственные угодья, на которых применяют особые агротехнологии, чтобы не только выращивать обычную продукцию, но одновременно "закачивать" углерод в почву на длительное хранение. Карбоновые фермы, которые создаются параллельно с карбоновыми полигонами, предназначены для отработки этих специальных технологий, подходящих для разных широт и типов экосистем.
Оба понятия, "карбоновый полигон" и "карбоновая ферма", ассоциируются с декарбонизацией. Однако, между ними существует разница.

На карбоновых полигонах проводятся научные исследования, разработка технологий, математических моделей, методов измерения карбонового следа. А на карбоновых фермах эти методы применяются на практике для того, чтобы получить эффективные технологии поглощения СО2 земными экосистемами.

Карбоновые фермы создаются с той целью, чтобы растения (леса, сельхозкультуры или специальные культуры) активно поглощали углерод при помощи особых технологий.
Карбоновые фермы могут быть организованы практически на любом участке поверхности: полях, горах, болотах, морях.

Объем поглощения СО2 зависит от видов растений. Прекрасно справляются с этой задачей осина, ольха, паловния, бамбук, эвкалипт и другие растения. Также важна степень освещения поверхности солнечным светом. В темных таежных лесах способность растений поглощать С2 ниже, чем, например, в субтропических. Для реализации экологических проектов необходимо правильно выбирать для них место.

Министерство науки и высшего образования РФ в феврале 2021 года начало реализацию проекта по созданию в регионах страны карбоновых полигонов и карбоновых ферм с целью мониторинга парниковых газов и изучения способности окружающей среды поглощать углерод из атмосферы. Проект организован в связи с актуальностью проблемы перехода мировой экономики на углеродную нейтральность и декарбонизацию во всех сферах человеческой деятельности.

Существуют несколько способов декарбонизации. Один из них – биологический способ, при котором поглощение и связывание углерода происходит в процессе деятельности живых организмов — растений, водорослей и бактерий. Например, картофель преобразует CO₂ в крахмал, а сахарная свекла перерабатывает углекислый газ в сахара. Растения наземные и водные, фитопланктон, живущий в морских и океанических экосистемах, активно поглощают углексилый газ через фотосинтез.


География проекта в России
Карбоновые фермы планируются к открытию в республиках Башкортостан и Татарстан, Ростовской области, Чеченской Республике. В некоторых регионах карбоновые фермы уже созданы.

В 2020 году в Калужской области на территории национального парка "Угра" началась реализация проекта "Карбон", в рамках которого создана первая в России карбоновая ферма.
Компания Ctrl2Go создала на 600 гектарах земли "карбоновые фермы", чтобы научиться измерять поглощение углерода и производить углеродные квоты. Инвентаризация леса на этой территории позволяет определить эталонные участки, где измеряется оборот углерода в деревьях, растительности, почве, опавших листьях и хвое. Одновременно с этим делаются снимки со спутников и дронов.

Спектральные наблюдения выявляют зоны лесоповала, где нужно провести противопожарные мероприятия, так как при пожаре весь накопленный углерод попадает обратно в атмосферу. Полученные данные попадают в программу, которая ищет между ними корреляцию при помощи технологий искусственного интеллекта, Big Data и машинного обучения.

Выявив закономерности, создатели проекта надеются со временем уйти от наземных измерений. Вручную инвентаризовать миллионы квадратных километров российских лесов неэффективно. Похожие технологии измерений используются в Америке, Канаде, Европе и Новой Зеландии.


В 2020 году Воронежский Государственный Лесотехнический Университет ( ВЛГТУ) выиграл конкурс Министерства образования и науки РФ на создание центра по работе над проектами по снижению количества выбросов парниковых газов предприятиями.

В рамках проекта ВЛГТУ создаст карбоновую ферму в интересах индустриального партнера – предприятия с объемом выбросов более 150 тыс. м³ в год, и внедрит её в производственный процесс, что сделает продукцию более конкурентоспособной.

Ученые на площади более 3 тысяч га планируют исследовать, какие древесные породы являются лучшими с позиции депонирования углерода, в каком возрасте древостои имеют максимальную поглотительную способность, какие агротехнические приемы обеспечат наибольший секвестрационный потенциал лесных участков.


На участках леса, переданных в бессрочное пользование ВГЛТУ для осуществления научно-образовательной деятельности, ученые планируют создать карбоновую ферму, которая будет представлять собой лесную углеродную плантацию. Эта работа началась в 2020 году и завершится только через 3 года, когда будет высажено более 1 млн саженцев древесных растений.


На лесных участках учебно-опытного лесхоза ВГЛТУ будут высаживаться быстрорастущие древесные породы сосны, березы, тополя, так как они обеспечивают наибольший прирост биомассы при максимальном секвестрационном потенциале лесных экосистем в условиях лесостепи.

В ботаническом саду при Уральском федеральном университете (УрФУ) выращивают саженцы для карбоновых ферм. Среди них: горец Вейриха, ваточник сирийский, мордовник шароголовый и некоторые другие высокопродуктивные растения семейства трав. Растения неприхотливые – растут зимой, не требуют повышенного тепла или света.

Ваточник сирийский — стойкая кормовая культура с высоким содержанием протеина (больше, чем в кукурузе). При достаточном количестве влаги может достигать трех метров. Для карбоновых ферм также подходит мордовник шароголовый. Помимо того, что он высокоактивен в связывании углерода, в нем еще содержатся лекарственные вещества - алкалоиды.

Ученые уверены, что растения можно экологично утилизировать: использовать в качестве биотоплива, для корма животным, или в пищу для людей, как, например, амарант. Из семян амаранта делают муку с высоким содержанием полезной аминокислоты — лизина. Это также источник кальция, магния, натрия, фосфора и железа. Амарант — одно из немногих растений группы C4-фотосинтеза. Это означает, что у таких растений процесс связывания углерода в четыре раза эффективнее, чем при обычном фотосинтезе. Такие растения крайне перспективны для карбоновых ферм.

Ученые Омского аграрного университета создали карбоновую ферму, где высадили несколько видов культур для изучения их влияния на атмосферу. Карбоновый полигон занял территорию в 17 гектаров в Саду им. Кизюрина. Официально это территория кампуса-1 Омского Государственношо Аграрного Университета. Место идеально подошло для карбонового полигона. Здесь выращивают различные породы деревьев, а на сортоиспытательном участке высажены популярные у аграриев региона культуры: пшеница, ячмень, горох, кукуруза, овес. На каждой делянке на глубине 40–50 см установлены три почвенные камеры. Они собирают информацию о количестве накопленного в почве углерода. Деляны также оснащены устройствами слежения за состоянием почвы и посевов Crop Talker, устройством сбора и передачи информации TTcloud, собственной метеостанцией.

Растения, способные эффективно запаковывать углерод в почву, – это не только деревья, кустарники, но также и сельскохозяйственные культуры. В Омском ГАУ создали интересную культуру – многолетний пырей сизый "Сова". Это многолетнее растение имеет корни до двух метров в длину, запаковывает большое количество углерода в почве, устойчиво к засухе. Его можно выращивать на зерно. По сравнению с обычной мукой, "Сова" содержит больше жирных кислот, кальция, фолиевой кислоты. Также его зеленую массу можно использовать как корм для животных. Такие эксперименты помогают аграриям не только посчитать свой углеродный след, но и вырастить новые альтернативные сельхозкультуры.



Экономический интерес
В России идея карбоновых ферм появилась в том числе и в связи с большим количеством заброшенных земель. По разным оценкам их примерно 40–50 млн гектаров. Эти территории зарастают естественной растительностью, в том числе лесом. Скорость зарастания и секвестрации углерода в наземной и подземной биомассе на этих территориях необходимо измерять и уточнять.

На карбоновых фермах происходит так называемая "консервация" углерода. А "законсервированный" углерод будет иметь свою стоимость. Если карбоновая ферма "докажет", что поглощает определенное количество углекислого газа, то в дальнейшем эти углеродные единицы можно будет продать предприятиям, стремящимся улучшить свои показатели по выбросам.


Предположим, что промышленная компания платит штраф за каждую тонну выбросов СО2 в размере 40 долларов. Поглощение же одной тонны углерода на ферме стоит 10 долларов, а продает ферма эту тонну за 20 долларов. Тогда данному предприятию будет гораздо выгоднее купить квоту у фермы, чем продолжать платить штраф. Бизнес-план в упрощенном варианте таков: ферма получает аттестацию, выпускает и продает ценные бумаги, номинал которых – тонны утилизированного СО2. Предприятия покупают эти бумаги и таким образом освобождаются от уплаты налога на выбросы.


По оценкам ученых, объемы поглощения углекислого газа в России только лесами могут достигать 250 млн. тонн в год. Организация экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) оценивает размер платы за 1 тонну выбросов на уровне 30 евро. и выше. Это означает, что только естественные леса в России могут принести стране примерно 7,5 млрд. евро в год. При правильном управлении природными ресурсами, этот доход можно увеличить. Организация карбоновых ферм – один из приоритетных проектов России на ближайшие десятилетия. Страна имеет огромные зеленые территории, свободные земли для создания "углеродных" угодий. Карбоновые фермы в перспективе смогут продавать свой углеродопоглощающий урожай, развивать экологичную экономику и стать статьей доходов государства.

Зарубежный опыт
В мире существует организация Carbon Farms International, базирующаяся в Канаде, основными направлениями дейтельности которой являются:

• Секверстация углерода.
• Производство продуктов питания
• Защита лесов
• Улучшение условий жизни.

Миссию организации можно сформулировать следующим образом: "Преобразование неразвитых пастбищ в тропиках в эффективные углеродные фермы для землепользования, с целью сокращения СО2 в атмосфере и производства большего количества продовольствия, чем раньше. Оказание помощи инвесторам в достижении их целей в области изменения климата, а мелким фермерам – в преодолении нищеты".

На практике, организация помогает своим клиентам запускать углеродные фермы размером от 100 гектаров. Она находит землю, разрабатывает план фермы и проводит клиента через весь процесс.

Во всём мире сейчас бурно развивается регенеративное, или карбоновое, сельское хозяйство. Существуют национальные программы, работающие в Северной Америке, Китае, Европе, в Юго-Восточной Азии.
Соединенные Штаты Америки также работают в направлении по биологической секверстации углерода. Американцы разработали карту всей своей территории с расчетом углеродного баланса лесов. В карте учитывается соотношение количества углерода, которое выделяется при дыхании почвенной микрофлоры, и углерода, аккумулированного в растениях. Карта помогает восстанавливать насаждения, развивать регенеративное сельское хозяйство, а также продавать квоты компаниям.

В Европе земельный сектор считают ключевым в достижении углеродной нейтральности. Еврокомиссия провела исследования в следующих направлениях, которые способствуют сокращению выбросов парниковых газов:

• восстановление и повторное увлажнение торфяников,
• агролесоводство,
• поддержание и повышение содержания органического углерода в почве (SOC) на минеральных почвах,
• управление SOC на пастбищах,
• углеродный аудит животноводческих ферм.

После этого было опубликовано техническое руководство по созданию углеродного землепользования (carbon farming) в Европейском Союзе, которое призвано помочь частным компаниям и государственным органам в продвижении и внедрении инициатив по углеродному землепользованию.

В мире специальные территории для наблюдений за выбросами и поглощением парниковых газов существуют уже достаточно давно – с момента начала изучения и наблюдения за количеством парниковых газов в атмосфере.