Политическая химия и альтернативная энергетика

Не перестаю удивляться тому, что уже много лет мы ведем разговоры 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. И это в стране, где есть  много талантливых химиков, технологов, специалистов по оборудованию, много специализированных научных коллективов, готовых к решению  энергетических проблем (не  с помощью игрушечных  ветряков,  экзотических китайских солнечных коллекторов с тепловыми трубками,  или скомпрометировавшей себя  недостаточным уровнем безопасности ядерной энергетики) и, прежде всего, получения  жидкого моторного топлива из альтернативных источников.

 

Вспомним, что  работы в этом направлении  не так давно очень активно проводились в России, где уже  со второй половины 1990?х годов  возникали идеи организации производства синтетического жидкого топлива (СЖТ) из кузбасского угля.  Работы  тогда остановились не из-за нерешенных научных проблем, а потому, что при тогдашней цене нефти около $19 производство СЖТ, с его высокой себестоимостью, в «крупнейшей энергетической державе» не представлялось актуальным. Сегодня ситуация изменилась. Рост цен на нефть и постепенное исчерпание ее запасов, весьма вероятно, стимулируют инвестиции в совершенствование технологий получения жидкого моторного топлива из альтернативных источников не только в России, но и в других странах.

 

Вообще, научно-инженерный поиск в этой сфере идет уже более 100 лет. Вспомним хотя бы, о  подземной газификации твердых топлив (угля, горючих сланцев) непосредственно на месте их залегания в недрах земной коры в горючий газ, который выводят на поверхность через буровые скважины. Превратить его в жидкое топливо сегодня для химиков не составляет особого труда. Но об этом немного ниже. У нас в стране была даже осуществлена подземная газификация угля в промышленном масштабе. Идея ее была предложена Д. И. Менделеевым (1888), который писал: "... настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там в земле его сумеют превращать в горючие газы..."; позднее (1912) эту же идею высказал У. Рамзай. В любой энциклопедии можно найти, что для стабильного получения горючего газа под землей необходимо учитывать особенности, как самого пласта топлива, так и вмещающих его пород. Подземная газификация угля осуществляется под действием высокой температуры (1000-2000 °С) и подаваемого под давлением дутья – 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 подземный генератор. В нем идут те же химические реакции, что и в обычных газогенераторах при газификации твердых топлив. Однако условия подземной газификации специфичны. Не все так просто. Вмещающие пласт топлива горные породы представляют собой своеобразные стенки реактора и одновременно материал, заполняющий выгазованное пространство. В газификации участвуют подземные воды, а также влага угля и горных пород. В отличие от наземной газификации, где топливо по мере расходования поступает в газогенератор, в случае подземной газификации при выгазовывании одного участка пласта топлива требуется переход к другому. Возникает необходимость параллельно с газификацией одних участков пласта подготавливать 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 исследований академика В.?Н.?Ипатьева был успешно осуществлен в 1913 г. немецким химиком Ф.?Бергиусом (патент 1919 г.). А в середине 1920?х гг.?Ф.?Фишер и Г.?Тропш разработали синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода (синтез Фишера–Тропша). В 1927 г. в Германии концерном I.?G.?Farbenindustrie была пущена первая крупная установка для получения бензина из бурого угля (100 тыс. т/год по бензину). К 1930?м годам производство синтетического бензина достигло нескольких миллионов тонн в год. К началу 1930?х гг. были введены в строй опытные и промышленные установки по гидрогенизации углей в Германии, СССР, Великобритании, Японии. Авторы гидрогенизационного метода получения из угля ИЖТ? Ф.?Бергиус и К.?Бош в 1931 г. были удостоены Нобелевской премии «за заслуги по введению и развитию методов высокого давления в химии». Несмотря на то, что синтетический немецкий бензин был тогда в десять раз дороже американского нефтяного, это позволило Германии приступить к    развязыванию второй  мировой войны (это к вопросу о политической химии). Гитлер форсированно готовится к большой захватнической войне: военное производство в 1934–40 годах увеличилось в 22 раза, а численность вооруженных сил – в 35 раз. Рост производства, бурное развитие автомобилестроения и авиационной отрасли привели к резкому увеличению потребности в горюче-смазочных материалах. Хотя бы отчасти решить эту проблему в Германии пытались за счет выпуска синтетического горючего и масел: строится 22 завода по выработке искусственного жидкого топлива (ИЖТ) из угля.

 

Собственная добыча нефти в стране была относительно невелика. 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 не приходится. Советскую нефть Германия начала импортировать в конце 20-х годов: в 1928 году советский нефтесиндикат и Рурский угольный синдикат совместно с немецкой фирмой «Бензол Фербанд» заключили договор о поставке в Германию до 1930 года 485 тысяч тонн нефти из СССР. В том же году в Германии создается компания по продаже советских нефтепродуктов «DEROP» (Deutsсhe-Russisch Oil Produktion) с небольшим участием немецкого капитала. Но после прихода к власти Гитлера СССР стал ограничивать поставки нефтепродуктов в Германию, и в 1938 году они упали до 79,9 тысячи тонн. В мае-июне 1939 года немецкий посол в Москве фон Шуленбург обращается к наркомам иностранных дел и внешней торговли Молотову и Микояну с просьбой увеличить поставки сырья в Германию. Но Советский Союз, видя опасность, которая исходила от нацистской Германии, делал все возможное, чтобы предотвратить войну. Увы, все инициативы СССР по поддержанию мира в Европе не встречали поддержки Запада.   

 

Вот почему  в Германии  основная ставка делалась все же на получение искусственного жидкого топлива (ИЖТ) посредством гидрогенизации угля. Дальше небольшая историческая справка. Метод гидрирования угля открыл Бергиус в 1913 г., но его доведение от лабораторного до промышленного масштаба потребовало многих лет. Изобретение купил «И.Г.Фарбениндустри», организовал его совершенствование и, используя аппаратуру синтеза аммиака (я очень прошу читателя обратить внимание на выделенное!), организовал производство ИЖТ на заводе Лейна в 1927 г. Другой метод гидрогенизации угля – «Фишер–Тропш» был разработан в 1925 г., но промышленное его использование удалось начать лишь в 1935 г. Обладателем способа стал концерн «Рурхеми». Основным методом оставался метод Бергиуса, которым в 1945 г. было произведено 3,5 млн т ИЖТ. Методом «Фишера–Тропша» тогда же производилось 600 тыс. т топлива в год . В годы II мировой войны крупный завод по производству ИЖТ был построен в Освенциме. Руководил этим производством Г.Бютерфиш. После окончания войны немецкий опыт был использован в СССР 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, по крайней мере в немецком варианте, так и не удалось запустить из за того, что  калорийность по-моему  кузбасских углей, которые предполагалось использовать,  была существенно выше, чем у бедных немецких углей  и реакторы конверсии этого не перенесли. Вообще, вопрос о режимах конверсии и конструкции реакторов  и в дальнейших работах в этом направлении оказался  коренным (были проблемы со смолообразованием и забивкой аппаратуры, коксованием, коррозией   и др.).

 

А мир перешел на тогда более дешевое нефтяное топливо. В то же время в ЮАР сложилась относительно благоприятная экономическая ситуация для производства ИЖТ.?Уголь добывался открытым способом и при дешевой рабочей силе также был дешев. Международное эмбарго, введенное против режима апартеида, вынуждало добиваться независимости от импорта. В связи с этим компания Sasol приступила к промышленной переработке каменного угля в ИЖТ и на сегодня является мировым лидером, как в объемах производства, так и в технологиях. В 2008 г. на заводах компании был впервые получен авиационный керосин.

 

Переход к рыночной экономике и рост цен на нефть оживили эти исследования. Даже у одного из нефтяных монополистов России сегодня есть несколько вариантов развития производства ИЖТ в Кузбассе, каждый из них имеет свои 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 близких по технологии и оборудованию) для  их  перепрофилирования  на выпуск ИЖТ, тем более, что выше я уже обращал внимание читателя на то, что это уже делалось почти 100 лет назад. 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 необходимости диверсификации энергоресурсов, использования экзотических  нетрадиционных источников энергии  и принять  важные политические решения  о реструктуризации отечественной химии с целью решения  энергетических проблем нашей страны?