Одним из перспективных вариантов сокращения выбросов CO2 являются технологии секвестрации (CCU|S), требующие реализации капиталоемкого этапа улавливания. В данной работе предлагается использование кластерного подхода к его организации, предполагающего сокращение затрат за счет проявления эффекта масштаба при объединении стационарных источников выбросов в единую сеть с совместной инфраструктурой. Для анализа экономических эффектов такой организационной схемы была разработана модель с применением алгоритмов оптимизации (SLSQP, метод Нелдера – Мида и др.), учитывающая пространственные характеристики источников, объемы выбросов и парциальное давление СО2 в газовых потоках. Апробация модели осуществлялась на основе информации о 533 российских промышленных предприятиях энергетической и цементной отраслей, а также черной металлургии с совокупными годовыми выбросами более 0,5 млрд т СО2. Для предварительного анализа пространственных и технологических данных этих предприятий была разработана методика (на основе алгоритма DBSCAN), позволившая выделить 94 географические области их концентрации. Информация о промышленных предприятиях, формирующих шесть крупнейших областей, была использована для моделирования 90 конфигураций проектов улавливания и транспортировки СО2 с совместной инфраструктурой. Результаты показали, что в рассмотренных примерах кластерный подход позволил сократить затраты на улавливание на 6,44-13,51 % в зависимости от максимального радиуса кластера. Дополнительное сокращение транспортных затрат за счет использования общих газопроводов составило в среднем 37,26 и 57,01 % при дальности доставки 200 и 500 км соответственно. При этой же дальности и максимальном радиусе кластера не менее 20 км среднее сокращение совокупных затрат по рассмотренным конфигурациям составило 17,81 %. Полученные результаты подтверждают значимость организационных решений для масштабирования проектов CCU|S и формирования новых межотраслевых технологических цепочек. Предложенные подходы могут использоваться для выбора перспективных зон реализации пилотных проектов CCU|S и планирования высокоэффективных локальных сетей улавливания и транспортировки СО2 с совместной инфраструктурой.

One promising avenue for reducing CO2 emissions is through the use of carbon capture, utilization, and storage (CCU|S) technologies, which necessitate capital-intensive capture stage implementation. This study proposes implementing a cluster-based approach to its organization, which enables cost reduction through economies of scale achieved by integrating stationary emission sources into a single network with a shared infrastructure. To evaluate the economic effects of this organizational framework, an optimization model was developed utilizing algorithms (SLSQP, Nelder – Mead method, etc.) that account for: spatial distribution of emission sources, emission volumes, CO2 partial pressure in flue gas streams. The model was tested using data from 533 Russian industrial enterprises in the energy, cement, and ferrous metallurgy sectors, with aggregate annual emissions exceeding 0.5 billion tons of CO2. For a preliminary analysis of the spatial and technological data of these enterprises, a methodical approach was developed (based on the DBSCAN algorithm), which made it possible to identify 94 geographical areas of their increased concentration. Information about industrial enterprises forming six largest regions was utilized for modeling 90 configurations of carbon capture and transportation projects with shared infrastructure. The results demonstrated that the cluster-based approach reduced the cost of capture in the considered examples by 6.44-13.51 %, depending on the maximum radius of a cluster. An additional reduction in transportation costs due to the use of joint gas pipelines averaged 37.26 and 57.01 % for a 200 and 500 km distances, respectively. Under the same distances and with a maximum cluster radius of no less than 20 km, the average reduction in aggregate costs across the evaluated configurations amounted to 17.81 %. The results obtained confirm the importance of organizational solutions for scaling up CCU|S projects and establishing novel cross-sectoral technological chains. The proposed methodologies can be effectively employed to identify promising areas for the implementation of CCU|S pilot projects and to design highly efficient local networks for CO2 capture and transportation with shared infrastructure.