В настоящее время основные источники теплоэнергетики – это нефть и нефтепродукты, а также природный газ, уголь, атомные и гидроэлектростанции. Причём все эти источники, кроме гидроэнергетики, невозобновляемые и не смогут обеспечить энергосбережение в будущем.
О том, можно ли избежать энергокризиса в стране, и в чём тут может помочь химическая промышленность, мы беседуем с доцентом кафедры общей химии Белгородского государственного университета, кандидатом технических наук Владимиром Перистым.
Сколько запасов осталось?
Татьяна Черных, «АиФ-Белгород»: Владимир Александрович, в чем причина надвигающихся теплоэнергетических проблем?
Владимир Перистый: На нашей планете в течение миллионов лет происходили химические превращения биомасс в ископаемые топлива – торф, нефть, природный газ, горючие сланцы, уголь. Но эпоха цивилизации привела к возрастанию народонаселения планеты при увеличивающихся масштабах энергопотребления. И в настоящее время скорость потребления ископаемых топлив в тысячи раз больше, чем это было необходимо для их образования в те далёкие геологические эпохи.
Кроме того, начиная с конца XX века начали происходить структурные изменения в соотношении использования природных топлив – потребление нефти и особенно природного газа стало прогрессивно возрастать по сравнению с потреблением твёрдых топлив (уголь, торф, сланцы). С учётом предполагаемого прироста добычи нефти (около 0,8% в год) её запасов на Земле должно хватить до 2070 года. Это усреднённая величина, не учитывающая конкретную конъюнктуру отдельных стран.
Россия относительно всех стран обладает богатыми месторождениями ископаемых топлив. Так, по отношению к мировым запасам на долю России приходится почти 30% запасов различных углей, 36% торфа, 12% нефти, 33% газа, 25% горючих сланцев. И вообще, в недрах России залегает более 20% суммарных мировых запасов ресурсов.
Так, при нашем расходовании около 40 млн тонн в год – на собственные потребности и на зарубежные поставки – запасов российской нефти нам должно хватить приблизительно на 20 лет, а природного газа – на несколько больший срок.
– Каким путём можно найти выход из такой ситуации?
– Технически реально перевести работу всех теплоэлектростанций (ТЭС), заменив мазут как продукт переработки нефти и природный газ твёрдыми видами топлива. Безусловно, при этом несколько ухудшится экологическая ситуация в местах расположения углесжигающих ТЭС. Но заменить бензин, дизтопливо, реактивное топливо – эти широко применяемые продукты нефтехимии – непосредственно твёрдыми видами топлив весьма и весьма проблематично, хотя их запасов, по оценкам геологов, нам должно хватить на сотни лет.
– То есть переход ТЭС на уголь может несколько улучшить проблему теплоэнергетики. Но может ли химическая наука дать технологию переработки твёрдых видов топлив в жидкие горюче-смазочные масла (ГСМ) для нужд всё увеличивающегося автопарка?
– Метод конверсии до жидких топлив химической науке известен: угольная пыль смешивается с каменноугольной смолой (продукт коксования угля), и образовавшаяся паста гидрируется водородом на железных катализаторах при давлении в 250 атмосфер и температуре 400–600 градусов Цельсия с последующим дополнительным гидрированием уже более лёгкого гигрогенизата на никелевых катализаторах. Причём варьируя параметры и условия технологии, можно химизм гидрирования направить на получение либо синтетического бензина, либо дизтоплива, либо смазочных масел.
Однако конверсия угля может стать рентабельной при дешевизне как угля, так – особенно! – и водорода, промышленное производство которого основано, опять же, на применении природного газа.
Водород из воды
– Почему же только природного газа? Ведь существуют способы получения водорода из воды, который может быть даже экологически чистым видом топлива?
– Крупнотоннажное производство водорода путём электролиза воды экономически неприемлемо для теплоэнергетики. Ведь расход электроэнергии на осуществление электролиза превышает экзотермию (тепловыделение) горения полученного водорода.
Масштабный оптимизм в проблематике методов получения водорода как сырья, доля химических синтезов в частности, так и вообще в свете решения проблемы водородного топлива для теплообеспечения, исходит от геологов, которые считают, что ядро Земли представляет собой не железо и другие металлы, а металлогидриды, которые при их гидратации водой могут быть дешёвым источником водорода на миллионы лет. Но это только гипотеза, а реальной технологии не предвидится.
Поэтому на сегодня основной реальный источник водорода – парокислородная конверсия природного газа, запасы которого у нас больше, чем запасы нефти, то есть 33% по отношению к 12% нефти относительно общемировых ресурсов. Поэтому переработка наших солидных угольных запасов (около 30% по отношению к общемировым) в дефицитные и востребованные горюче-смазочные масла (ГСМ) не лишена экономического смысла.
– А каким путём, химически более простым, можно превратить наши немалые угольные ресурсы, скажем, в более ценное и удобное газообразное топливо?
– На ваш вопрос ответил ещё гений Дмитрий Иванович Менделеев, который в 1888 году высказал идею о более экономичном, безопасном и менее трудоёмком использовании угольных месторождений путём их подземной газификации. Менделеев считал, что каменный уголь можно извлекать из земли не в виде откалывания его глыбами, а использовать естественные пожары пластов угля под землёй, управляя процессом горения так, чтобы получить неполные продукты горения в виде газов. По предложению И. В. Сталина в 1932 году впервые в мире была организована комиссия по подземной газификации углей и начались опытные работы, которые не могли в то время быть успешными ввиду ещё не достигнутого в СССР высокого научно-технического потенциала.
Конечно, Менделеев в своё время думал прежде всего о безопасности и облегчении труда шахтёров. Но сегодня, когда на горизонте маячит призрак подступающего энергокризиса, идея Дмитрия Ивановича актуальна и требует для её воплощения в жизнь всестороннего научного химико-технического и экологического обоснования, а также ответственного решения такой сложной задачи со стороны геологов и маркшейдеров, то есть горных инженеров и техников.
Правильно ли добывают нефть?
– Запасы нефти более ограниченны по сравнению с природным газом и углём. Но возникает вопрос – экономично ли происходит сейчас сама нефтедобыча?
– Ещё в 70-х годах прошлого века в СССР разрабатывалась технология воздушного бурения на нефть и газ, которая могла сократить в пять раз период освоения скважин. В научно-исследовательском институте ВНИИПАВ (г. Шебекино) с этой целью мной была тогда разработана отечественная технология производства «воздушно-бурильного» реагента (олефинсульфонатов). Но из-за косности и бюрократизма данная технология не была внедрена, и высокопроизводительный метод воздушного бурения не был реализован.
Что касается вопроса полноты поднятия на поверхность нефти из пласта, то следует прежде всего кратко коснуться самого процесса нефтедобычи. Ведь её традиционные методы – спонтанный и глубинно-насосный – позволяют поднять на поверхность не более 60% нефти от её потенциального содержания в нефтеносном пласте, который имеет сложную лабиринтную стереометрию горных пород и песчаников, в которых остаётся труднодоступная так называемая вторичная нефть.
Для её доизвлечения предполагается несколько методов: заводнение нефтяных пластов с применением поверхностно-активных веществ (ПАВ), закачка горячей воды, подача острого пара и жирного газа, движущийся внутрипластовой очаг горения, вытеснение остаточной нефти мицеллярными растворами и даже применение расчётных подземных ядерных взрывов. Однако реального применения заслуживают только два метода – заводнение пластов растворами ПАВ и метод применения мицеллярных растворов. Но оба эти метода, позволяющие рационально и почти полностью доизвлекать залежи остаточной вторичной нефти, требуют для своего широкого развития возрождения былой химической промышленности – источника эффективных ПАВ и мицеллообразующих компонентов.
Что дальше?
– Всё, о чем мы говорим, касается невозобновляемых источников энергии, они так и называются, потому что когда-то иссякнут. А что дальше?
– Существуют методы, позволяющие избежать «летального» энергокризиса и обеспечить при этом скромное энергопотребление. Это так называемые возобновляемые источники энергии: использование энергии Солнца для теплоснабжения и преобразование его лучистой энергии в электричество, а также гидроэнергетика, энергия ветра, морей, приливов и отливов и даже энергия морских волн. Конечно, данные энергоисточники не могут быть 100%-ной панацеей, они имеют и свои отрицательные моменты и технические трудности, вопросы экономики, возможные нарушения экологии и т. д. Но разъяснить ситуацию относительно возобновляемых источников энергии и сущность фундаментального стратегического подхода, позволяющего избежать энергокризиса, я хотел бы, с вашего позволения, в следующем интервью.