В. Арутюнов - Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики

Запасы сланцевых углеводородов, по сути, являются первичными по отношению к традиционным запасам. Они распределены по всей территории Земли достаточно равномерно, поэтому общедоступны. А совокупные ресурсы нетрадиционного газа превосходят даже перспективные потребности человечества, по крайней мере, в том временном диапазоне, в котором их вообще можно как-то планировать. До последнего времени единственным препятствием для их добычи было отсутствие соответствующих технологий добычи. На сегодняшний день это препятствие уже не существует в отношении сланцевого газа, и, видимо, в ближайшее время будет преодолено и в отношении других его разновидностей.

Возникает закономерный вопрос: сможет ли природный газ полностью заменить в мировой энергетике и, что более важно, мировой экономике в целом безусловно более удобную нефть, особенно в таких ключевых областях, как транспорт и нефтехимия.

Что касается транспорта, то уже несколько десятилетий существуют промышленные технологии конверсии природного газа в жидкие углеводороды, то есть синтетическую нефть и жидкие моторные топлива. Построены гигантские заводы, и уже накоплен большой опыт их эксплуатации. Пока еще экономика производства синтетического жидкого топлива (СЖТ) проигрывает экономике на основе природной нефти. Но технологии производства СЖТ постоянно совершенствуются, а себестоимость добычи природной нефти закономерно растет, так что ситуация неизбежно изменится. Проблема обеспечения сырьем современной нефтехимии не столь острая. В середине ХХ века обильные ресурсы нефти и относительная простота деструктивных процессов ее переработки (крекинг, пиролиз, дегидрирование, изомеризация), позволяющих широко использовать равновесные каталитические процессы, обеспечили быстрое развитие нефтехимии и ее огромную роль в мировой экономике. Однако если исключить производство моторных топлив, то современная нефтехимия потребляет всего лишь около 5 % добываемой нефти, так что удовлетворить ее потребности будет проще.

Одновременно бурно развивается новая отрасль – газохимия. В настоящее время существует разветвленная группа химических производств на базе природного газа. Среди основных крупнотоннажных продуктов – аммиак, метанол, водород, а также ацетилен, галогенпроизводные метана и другие продукты. В свою очередь, на базе аммиака, метанола, ацетилена производятся десятки химических продуктов, таких как азотная кислота, азотные удобрения, карбамид, формальдегид, карбамидно-формальдегидные смолы, высокооктановый компонент бензинов – метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), меламин и смолы на его основе. Природный газ является основным источником промышленного получения водорода, мировое производство которого достигло 1,4 млрд м 3/год.

Начало массовой добычи сланцевого газа в США дало новый импульс развитию газохимии. За несколько последних лет там было анонсировано строительство около 100 новых газохимических предприятий с общим объемом капитальных вложений более 70 млрд долл. А объем ежегодно производимой на них химической продукции уже к 2017 году должен превысить 70 млрд долл., что уже вполне сопоставимо с доходами от российского газового экспорта.

Благодаря огромным ресурсам газа и новым технологиям их добычи и химической переработки XXI век неизбежно станет веком газа и газохимии. Однако для того, чтобы природный газ действительно смог заменить нефть в качестве углеводородного сырья для получения огромной гаммы современных нефтехимических продуктов, предстоит еще пройти большой и сложный путь. Дело в том, что газохимия (по сути, нефтехимия на основе метана) принципиально отличается от традиционной нефтехимии «конструктивной» направленностью своих процессов. Ее цель – получение из наиболее простой и наиболее стабильной углеводородной молекулы СН 4всей огромной совокупности более сложных и менее стабильных (!!!) продуктов, производимых современной нефтехимией, а это очень непростая задача. Но задача в принципе решаемая, поэтому вряд ли стоит сомневаться в том, что она будет практически решена по мере переключения экономики на газовое сырье.

Есть ли реальные альтернативы природному газу в качестве источника энергии в течение переходного периода до освоения термоядерной энергии? Какие еще источники использует современная энергетика, на что она может реально рассчитывать в ближайшее время и в более отдаленной перспективе?

Прежде всего, в распоряжении мировой энергетики имеются огромные залежи каменного угля. Уголь – старейший промышленный энергоресурс, обеспечивший успех промышленной революции в XIX веке. Ни один другой источник не занимал такой доминирующей позиции – в начале прошлого века доля угля в мировой энергетике превышала 60 %. Но сейчас она постоянно снижается (рис. 13) и, видимо, в течение текущего века будет оставаться на уровне 20 % или чуть выше. Основные причины, обусловившие снижение доли угля в мировой экономике, связаны с неудобством использования твердого топлива, трудностью автоматизации процессов его переработки, относительно низкой калорийностью угля, что делает нерентабельным его перевозки на большие расстояния, и экологическими проблемами, возникающими при его использовании. Практически все недостатки, свойственные углю как энергоресурсу, присущи и другим твердым горючим ископаемым, например, горючим сланцам и торфу, использование которых в энергетике имеет только местное значение.

Главным же достоинством угля является большой объем его запасов, накопленных в ходе биологической эволюции. Ресурсы каменного угля в земной коре огромны. Они распределены достаточно равномерно, так что пока нет проблем с его источниками. Наибольшими запасами обладают три страны – США, Россия и КНР (рис. 35).

Рис. 35. Доказанные извлекаемые мировые запасы угля. Серым цветом показана доля антрацита и коксующегося угля, темно-красным – низкосортного лигнита

Несмотря на снижение доли угля в мировой энергетике, его мировая добыча продолжает увеличиваться и уголь даже частично отвоевывает некогда утраченные позиции. Особенно велика его доля в производстве электроэнергии: в КНР она составляет около 75 %, а в США – около 50 %. Однако использование угля в энергетике связано с серьезными экологическими проблемами, начиная от высокого уровня эмиссии оксидов серы, азота и тяжелых металлов и кончая более высоким, по сравнению с нефтью и природным газом, удельным выбросом диоксида углерода. До сих пор не удалось также решить проблему рентабельной конверсии угля в жидкое топливо, несмотря на почти столетнюю историю этих попыток.