Политическая химия и альтернативная энергетика

Большинство наших химических предприятий, которые раньше базировались на производстве аммиака, стоят уже много лет или вынуждены работать на ”золотом” природном газе, выпуская дорогую продукцию. Может, настала пора нашей власти перейти от разговоров о н

Не перестаю удивляться тому, что уже много лет мы ведемразговоры об альтернативной энергетике, нетрадиционных источниках энергии,диверсификации  энергоресурсов,  переработке в топливо  отходов производства  и бытовых отходов и т.д, и т.п.  Но, ведь дальше разговоров дело не идет. Иэто в стране, где есть  много талантливыххимиков, технологов, специалистов по оборудованию, много специализированных научныхколлективов, готовых к решению энергетических проблем (не  спомощью игрушечных  ветряков,  экзотических китайских солнечных коллекторовс тепловыми трубками,  илискомпрометировавшей себя  недостаточнымуровнем безопасности ядерной энергетики) и, прежде всего, получения  жидкого моторного топлива из альтернативныхисточников.

Вспомним, что  работыв этом направлении  не так давно оченьактивно проводились в России, где уже  совторой половины 1990?х годов  возникали идеи организации производствасинтетического жидкого топлива (СЖТ) из кузбасского угля.  Работы  тогда остановились не из-за нерешенных научныхпроблем, а потому, что при тогдашней цене нефти около $19 производство СЖТ, сего высокой себестоимостью, в «крупнейшей энергетической державе» непредставлялось актуальным. Сегодня ситуация изменилась. Рост цен на нефть ипостепенное исчерпание ее запасов, весьма вероятно, стимулируют инвестиции всовершенствование технологий получения жидкого моторного топлива изальтернативных источников не только в России, но и в других странах.

Вообще, научно-инженерный поиск в этой сфере идет уже более100 лет. Вспомним хотя бы, о  подземнойгазификации твердых топлив (угля, горючих сланцев) непосредственно на месте ихзалегания в недрах земной коры в горючий газ, который выводят на поверхностьчерез буровые скважины. Превратить его в жидкое топливо сегодня для химиков несоставляет особого труда. Но об этом немного ниже. У нас в стране была даже осуществленаподземная газификация угля в промышленном масштабе. Идея ее была предложена Д.И. Менделеевым (1888), который писал: "... настанет, вероятно, со временемдаже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там в земле его сумеютпревращать в горючие газы..."; позднее (1912) эту же идею высказал У.Рамзай. В любой энциклопедии можно найти, что для стабильного получениягорючего газа под землей необходимо учитывать особенности, как самого пластатоплива, так и вмещающих его пород. Подземная газификация угля осуществляетсяпод действием высокой температуры (1000-2000 °С) и подаваемого под давлениемдутья – различных окислителей (как правило, воздуха, О2 и водяного пара, реже -СО2). Для подвода дутья и отвода газа газификацию проводят в скважинах,расположенных в определенном порядке и образующих так называемый подземныйгенератор. В нем идут те же химические реакции, что и в обычных газогенераторахпри газификации твердых топлив. Однако условия подземной газификацииспецифичны. Не все так просто. Вмещающие пласт топлива горные породыпредставляют собой своеобразные стенки реактора и одновременно материал, заполняющийвыгазованное пространство. В газификации участвуют подземные воды, а такжевлага угля и горных пород. В отличие от наземной газификации, где топливо помере расходования поступает в газогенератор, в случае подземной газификации привыгазовывании одного участка пласта топлива требуется переход к другому.Возникает необходимость параллельно с газификацией одних участков пластаподготавливать к газификации иные его участки.

Что касается   синтеза жидкого топлива из синтез – газа, полученного подземной  газификацией угля или в наземных генераторах,то он  в продолжение исследованийакадемика В.?Н.?Ипатьева был успешно осуществлен в 1913 г. немецким химикомФ.?Бергиусом (патент 1919 г.). А в середине 1920?хгг.?Ф.?Фишер и Г.?Тропш разработали синтез углеводородов из монооксида углеродаи водорода (синтез Фишера–Тропша). В 1927 г. в Германии концерномI.?G.?Farbenindustrie была пущена первая крупная установка для получениябензина из бурого угля (100 тыс. т/год по бензину). К 1930?м годам производство синтетическогобензина достигло нескольких миллионов тонн в год. К началу 1930?х гг. были введены в стройопытные и промышленные установки по гидрогенизации углей в Германии, СССР,Великобритании, Японии. Авторы гидрогенизационного метода получения из угля ИЖТ? Ф.?Бергиуси К.?Бош в 1931 г. были удостоены Нобелевской премии «за заслуги по введению иразвитию методов высокого давления в химии». Несмотря на то, что синтетическийнемецкий бензин был тогда в десять раз дороже американского нефтяного, этопозволило Германии приступить к    развязываниювторой  мировой войны (это к вопросу ополитической химии). Гитлер форсированно готовится к большой захватническойвойне: военное производство в 1934–40 годах увеличилось в 22 раза, ачисленность вооруженных сил – в 35 раз. Рост производства, бурное развитиеавтомобилестроения и авиационной отрасли привели к резкому увеличениюпотребности в горюче-смазочных материалах. Хотя бы отчасти решить эту проблемув Германии пытались за счет выпуска синтетического горючего и масел: строится22 завода по выработке искусственного жидкого топлива (ИЖТ) из угля.

Собственная добыча нефти в стране была относительноневелика. Максимум добычи был достигнут в 1940 г. и составил всего 1056 тыс.тонн.  Был заметно увеличен импорт нефти,однако было ясно, что в случае войны полагаться на точность поставок неприходится. Советскую нефть Германия начала импортировать в конце 20-х годов: в1928 году советский нефтесиндикат и Рурский угольный синдикат совместно снемецкой фирмой «Бензол Фербанд» заключили договор о поставке в Германию до1930 года 485 тысяч тонн нефти из СССР. В том же году в Германии создаетсякомпания по продаже советских нефтепродуктов «DEROP» (Deutsсhe-Russisch OilProduktion) с небольшим участием немецкого капитала. Но после прихода к властиГитлера СССР стал ограничивать поставки нефтепродуктов в Германию, и в 1938году они упали до 79,9 тысячи тонн. В мае-июне 1939 года немецкий посол вМоскве фон Шуленбург обращается к наркомам иностранных дел и внешней торговлиМолотову и Микояну с просьбой увеличить поставки сырья в Германию. Но СоветскийСоюз, видя опасность, которая исходила от нацистской Германии, делал всевозможное, чтобы предотвратить войну. Увы, все инициативы СССР по поддержаниюмира в Европе не встречали поддержки Запада.  

Вот почему  в Германии основная ставка делалась все же наполучение искусственного жидкого топлива (ИЖТ) посредством гидрогенизации угля.Дальше небольшая историческая справка. Метод гидрирования угля открыл Бергиус в1913 г., но его доведение от лабораторного до промышленного масштабапотребовало многих лет. Изобретение купил «И.Г.Фарбениндустри», организовал егосовершенствование и, используя аппаратуру синтеза аммиака (я очень прошу читателя обратить внимание навыделенное!), организовал производство ИЖТ на заводе Лейна в 1927 г. Другойметод гидрогенизации угля – «Фишер–Тропш» был разработан в 1925 г., нопромышленное его использование удалось начать лишь в 1935 г. Обладателемспособа стал концерн «Рурхеми». Основным методом оставался метод Бергиуса,которым в 1945 г. было произведено 3,5 млн т ИЖТ. Методом «Фишера–Тропша» тогдаже производилось 600 тыс. т топлива в год . В годы II мировой войны крупныйзавод по производству ИЖТ был построен в Освенциме. Руководил этимпроизводством Г.Бютерфиш. После окончания войны немецкий опыт был использован вСССР при создании завода по переработке горючих сланцев в Кохтла–Ярве(Эстония). После Второй мировой войны немецкое производство ИЖТ было свернуто,заводы вывезены в СССР.?Имел удовольствие изучить один из таких вывезенных из Германии заводов в  Ангарске. Между прочим, этот завод, покрайней мере в немецком варианте, так и не удалось запустить из за того,что  калорийность по-моему  кузбасских углей, которые предполагалосьиспользовать,  была существенно выше, чему бедных немецких углей  и реакторыконверсии этого не перенесли. Вообще, вопрос о режимах конверсии и конструкцииреакторов  и в дальнейших работах в этомнаправлении оказался  коренным (былипроблемы со смолообразованием и забивкой аппаратуры, коксованием,коррозией   и др.).

А мир перешел на тогда более дешевое нефтяное топливо. В тоже время в ЮАР сложилась относительно благоприятная экономическая ситуация дляпроизводства ИЖТ.?Уголь добывался открытым способом и при дешевой рабочей силетакже был дешев. Международное эмбарго, введенное против режима апартеида,вынуждало добиваться независимости от импорта. В связи с этим компания Sasolприступила к промышленной переработке каменного угля в ИЖТ и на сегодняявляется мировым лидером, как в объемах производства, так и в технологиях. В2008 г. на заводах компании был впервые получен авиационный керосин.

Переход к рыночной экономике и рост цен на нефть оживили этиисследования. Даже у одного из нефтяных монополистов России сегодня естьнесколько вариантов развития производства ИЖТ в Кузбассе, каждый из них имеетсвои технологические, экологические и, главное, экономические особенности,связанные с по-прежнему высокой себестоимостью синтетического бензина.

А теперь о политической химии. Я не претендую  на открытие возможности использования наших многочисленных аммиачных производств (и некоторых других близкихпо технологии и оборудованию) для  их  перепрофилирования  на выпуск ИЖТ, тем более, что выше я ужеобращал внимание читателя на то, что это уже делалось почти 100 лет назад.Большинство  наших химическихпредприятий, которые раньше базировались на производстве аммиака, стоят уже много лет или  вынуждены работать на ”золотом” природномгазе, выпуская дорогую продукцию. Может, настала пора нашей власти перейти отразговоров о необходимости диверсификации энергоресурсов, использованияэкзотических  нетрадиционных источниковэнергии  и принять  важные политические решения  о реструктуризации отечественной химии сцелью решения  энергетических проблемнашей страны?