Лучше солнечных панелей

Продолжение. Начало - Марсианские приложения для земных целей

 

В прошлый раз уже говорилось о том, что технологии для освоения поверхности Марса включали в себя возможность использования метанола для работы топливных элементов. Как ни странно, но и это изобретение нашло себе применение в сфере нефтедобычи, причем – в том же контексте борьбы с парниковыми газами.

Надо сказать, что Министерство обороны США на протяжении многих лет вкладывало серьезные средства в разработку источников питания, которые можно было бы использовать для космических миссий. Как раз на эти средства в лаборатории NASA был спроектирован и запатентован топливный элемент, работающий на метаноле. Именно использование метанола дало впоследствии возможность для удачного трансфера данного изобретения в нефтедобывающую промышленность.

Разумеется, не в последнюю очередь здесь сказалась всё та же борьба с выбросами парниковых газов. На этот раз речь шла о метане. Обычно на буровых площадках используется давление этого газа, исходящего из скважины, для работы пневматических агрегатов, нагнетающих в скважину метанол. Последний используется добытчиками нефти для предотвращения замерзания скважин. Метан при этом просто выбрасывается в атмосферу. Напомним, что он является одним из сильнейших парниковых газов.

Производители топливных элементов, ища рынки для сбыта своей продукции, увидели здесь альтернативный вариант использования метанола, применив его как раз для работы источников питания. Иначе говоря, проблему замерзания скважин можно было решать с помощью топливных элементов, работающих на метаноле, уже находящемся на месте добычи. Тем самым появлялась возможность устранения выброса природных газов (прежде всего, как было сказано, метана).

Как отмечают эксперты, в настоящее время сокращение выбросов метана является ОДНИМ ИЗ ПРИОРИТЕТОВ в нефтегазовой отрасли. В свете современных тенденций, направленных на реализацию климатических целей, указанная практика считается столь же недопустимой, как и сжигание попутного газа. Эксперты уверены в том, что нефтедобывающие компании будут вынуждены отказаться от выбросов метана - либо в силу прямого запрета со стороны контролирующих инстанций, либо исходя из заботы о собственном имидже.

Например, в Канаде, где на метан в процессе добычи нефти приходится порядка шести процентов выбросов всех парниковых газов в стране, уже через три года заработают новые правила, призванные снизить эти выбросы вдвое. Указанные правила вынуждают производителей осуществлять модернизацию скважин за счет обращения к инновационным технологиям. Эксперты оценивают этот рынок на уровне трех миллиардов долларов. Примерно 10 процентов от данной суммы как раз пойдет на новые системы электрооборудования.

Разработчики таких технологий не скрывают восторга в свете открывающихся перспектив. По их заявлениям, им нравится, когда чистая коммерческая выгода сочетается с пользой для экологии. В данном случае топливные элементы имеют неоспоримые преимущества даже перед таким «зеленым» направлением, как фотовольтаика. Дело в том, что солнечные панели не вырабатывают достаточно электроэнергии для осуществления упомянутой работы, связанной с защитой скважин от замерзания. Термоэлектрические генераторы также не подходят из-за низкого КПД. Между тем как эффективность топливных элементов оказывается выше как минимум в пять раз.  

В 2018 году в Канаде было развернуто пять буровых площадок, где была применена данная технология. В 2019 году добавилось еще тринадцать. При этом, что весьма показательно, военные ведомства продолжают финансировать работы в указанном направлении, содействуя дальнейшему совершенствованию топливных элементов. Разработчики также не хотят останавливаться на достигнутом. Их главные задачи – увеличение объемов производства и снижение цены, что позволит выйти на новые, более масштабные рынки. В данном случае «под прицелом» находятся различные транспортные средства и бытовые силовые агрегаты.

Говоря о выбросах метана, необходимо упомянуть еще одну «космическую» технологию. Как утверждают ученые, метан встречается на Земле повсюду. Будучи одним из сильнейших парниковых газов, он приковывает к себе повышенное внимание как со стороны экологов и климатологов, так и со стороны производителей. И те, и другие нуждаются в точной информации относительно количества парниковых газов, утекающих в земную атмосферу. При этом учитывается не только количество, но и конкретное место утечки.

Так вот, однажды у исследователей Марса зародилось подозрение, что метан присутствует не только на Земле, но и на Красной планете. Как известно, источником метана выступают бактерии. Отсюда следует, что поиски этого газа на Марсе совпадают с поисками органической жизни (или хотя бы с ее последствиями). Думаю, нет смысла говорить о том, насколько захватывающей является для нас данная тема.  В этом случае наличие метана (даже в мизерных количествах) явилось бы важным индикатором жизни на Марсе.

Понятно, что для подобных исследований необходимо соответствующее оборудование, способное уловить метан даже «по запаху», то есть по наличию нескольких молекул. Отсюда вытекает вполне логичный шаг: снабдить отправляемые на Марс аппараты как раз таким оборудованием. С этой работой справилась одна из команд NASA под руководством Криса Вебстера. Ими был представлен прибор, способный с помощью лазерного спектрометра обнаружить даже мельчайшие следы метана (измеряемые в частях на триллион). Именно такой прибор установили на марсоходе Curiosity.

Нетрудно догадаться, какую пользу могут принести такие «марсианские» приборы для обнаружения технологических выбросов и утечек метана в местах нефтедобычи. В настоящее время для этих целей уже созданы мощнейшие датчики, с которыми работают специалисты, выезжающие на проверку скважин. Кроме того, такие датчики могут устанавливаться на дроны, благодаря чему работа осуществляется намного быстрее и комплексно - в сравнении с традиционными операциями по обнаружению утечек. Новая система позволяет осуществить полную проверку скважины всего за 15 минут. При этом ее чувствительность в 1000 раз выше, чем у старого оборудования.

Как утверждают разработчики, данная система может использоваться по трем направлениям. Первое, это повышение уровня безопасности рабочих, а также населенных пунктов, расположенных в местах нефтедобычи и газодобычи, за счет очень точного выявления опасных утечек. Опасность может представлять, как метан (являющийся горючим газом), так и некоторые токсичные газы, также распознаваемые новой системой. Вторая область применения – выявления потенциальных точек утечки метана. И, наконец, такие приборы позволяют минимизировать потери продукта (того же метана в местах газодобычи).

При этом система «заточена» на то, чтобы помогать производителям нефти и газа соблюдать новые правила, требующие скрупулезной отчетности по всем выбросам и утечкам. Как мы понимаем, эти правила направлены на то, чтобы минимизировать воздействие парниковых газов на климат планеты. И надо сказать (на что обращают внимание и сами разработчики), что в некоторых странах, а также в ряде штатов США, указанные правила очень жесткие в плане требований по обнаружению утечек. А раз так, то «марсианская» разработка оказалась как никогда кстати.

Разумеется, мы не можем в одной публикации охватить весь список космических технологий, пригодившихся для решения наших земных проблем. Для этого пришлось бы написать отдельную книгу. Однако и то, что мы привели здесь, наглядно показывает, что даже работа на «фантастические» проекты, связанные с другими планетами, в состоянии с лихвой окупиться и принести конкретную пользу людям.

Николай Нестеров