Мы уже неоднократно убеждались в том, что всё новое является (при глубоком рассмотрении) хорошо забытым старым. Проводимый сегодня во многих странах «зеленый» энергетический переход, направленный на снижение углеродных выбросов, не стал здесь исключением. Этой теме мы уже посвятили достаточно много внимания, и тем не менее, вызывает изумление тот факт, что она далеко не нова, как кажется на первый взгляд.
Так, в настоящее время в мире решается судьба ископаемого топлива, где на первом месте значится уголь. Именно с углем принято связывать начальные этапы индустриализации, когда, по солидарному мнению, современных климатологов, началось антропогенное воздействие на климат через углеродные выбросы. Как мы знаем, среди борцов с глобальным потеплением доминирует радикальная позиция, требующая полного отказа от ископаемого топлива, и прежде всего – от угля. В то же время (о чем мы также много писали) далеко не все страны готовы «зарубить» у себя угольную генерацию, ссылаясь на причины чисто экономического характера. Но самое главное, среди специалистов в области энергетики есть те, кто не готов поставить крест на угле. Вместо этого рассматривается внедрение принципиально новых технологий, позволяющих сделать уголь более «чистым», чтобы тем самым – через технологическую модернизацию – вписать его в контекст официально утвержденных «низкоуглеродных» стратегий.
Напомним, что темой «чистого» угля уже десятки лет активно занимаются ученые СО РАН. Здесь предлагается целый набор технологий – специальный микропомол угля, создание водно-угольных суспензий, а также газификация угля, когда на выходе вы получаете горючий газ и твердый угольный сорбент. Обо всем этом мы уже достаточно много писали, так что нет смысла специально останавливаться. Напомним также, что технологии «чистого» угля разрабатываются в США. Так, в начале «нулевых», при Буше-младшем, на одну такую технологию было выделено три миллиарда долларов. Спустя пятнадцать лет данная технология была «обкатана» на двух экспериментальных предприятиях. Помимо этого, стоит напомнить и о технологии сжигания угля, где используется так называемый «цикл Аллама» (кстати, эту технологию специалисты СО РАН считают вполне «зеленой» и перспективной).
Может показаться, будто упомянутые технологии «чистого» сжигания угля соответствуют исключительно нашему дню и приняты во внимание именно в силу того, что на глобальном уровне поставлен вопрос о «зеленом» энергетическом переходе. На самом же деле тема энергетического перехода впервые зазвучала как раз на волне бурных процессов индустриализации, проходивших в западных странах во второй половине XIX века. И первым «застрельщиком» этой темы стала Великобритания, где уже тогда были подняты вопросы об альтернативных источниках энергии и о более рациональном, а точнее – более «чистом» сжигании угля.
В чем заключалась суть проблемы, почему уже тогда поднимался такой вопрос? Дело в том, что в 1866 году была созвана Королевская комиссия, которая в течение пяти лет собирала данные по запасам угля в английских копях. Опираясь на эти данные, ученые пришли к выводу, что через 50 лет угольные запасы в Великобритании истощатся настолько, что это топливо станет дефицитным и потому - очень дорогим. Английской промышленности (а равно и английским домовладениям) грозил серьезный удар. Чтобы отдалить эту беду как можно дальше, было настоятельно рекомендовано относиться к топливу более бережливо. Бережливость, в свою очередь, подразумевала более эффективное сжигание угля. Такой способ, естественно, должна была предложить наука.
В то время уголь сжигался незатейливо, из-за чего из труб валил густой черный дым. Этот дым свидетельствовал о неполном сгорании топлива, когда немалая часть его банально вылетает через трубу в виде сажи. Об экологии тогда еще так сильно не беспокоились, как в наши дни. А вот об экономических аспектах энергетики (в силу приведенных выше доводов) задумались основательно. Было понятно: топливо не должно вылетать в атмосферу! Поэтому на первый план выступала задача – создать технологию бездымного сжигания угля.
Отметим, что в наши дни над такой задачей давно уже работают специалисты Института теплофизики СО РАН. Предложенные ими методы сжигания угля вполне созвучны современным проблемам, где на первый план выдвигаются вопросы экологии. Отсюда вытекает убеждение, будто такая работа отражает исключительно современные проблемы, особо актуальные для XXI столетия. Но, как мы видим, технологии бездымного сжигания топлива (по сути – «низкоуглеродные», «зеленые» технологии) стали разрабатываться полтора века назад! Мотивации у разработчиков, конечно, были несколько другие, но сама суть работы от этого не меняется.
Каким путем пошли тогдашние британские ученые? На их взгляд, бездымное сжигание угля экономически более всего выгодно в том случае, если на его основе производить горючий газ. Газ обеспечивает полноту сгорания и позволяет достигать очень высоких температур. В британских научных изданиях того времени этой теме посвящались отдельные доклады. Их авторы доказывали, что несмотря на определенные затраты энергии, необходимой для осуществления процесса газификации, в любом случае имеется выгода, поскольку таким путем мы получаем своего рода «концентрированное» топливо, и при его использовании избегаем больших тепловых потерь, имеющих место при обычном сжигании угля. В конце позапрошлого века уже были опробованы на практике различные методы превращения угля в газ, получившие дальнейшее развитие (кстати, в России в те годы эту тему излагал наш знаменитый химик Дмитрий Менделеев).
Такой газ, в частности, использовался для освещения улиц. И поскольку на смену газовым фонарям шло электрическое освещение, ученые приходили к заключению, что в дальнейшем «угольный» газ найдет себе широчайшее применение в энергетической отрасли в качестве основного топлива. То есть рассматривалась возможность именно такого варианта развития угольной генерации (вместо непосредственного сжигания угля). Отметим, что эти рассуждения полуторавековой давности удивительно перекликаются с нынешним предложением от ученых СО РАН осуществлять масштабную газификацию угля по технологии термококс, когда на выходе вы получаете горючий синтез-газ (смесь водорода и окиси углерода) и угольный сорбент. Как мы уже писали, с созданием таких энергетическо-производственных комплексов наши специалисты связывают реальную революционную трансформацию в угольной энергетике. Но, как видим, о примерно такой же трансформации британские ученые рассуждали на заре индустриальной эпохи.
Помимо угля были еще предложения относительно газификации торфа. Торф в те времена был относительно дешевым видом топлива, однако по ряду показателей сильно проигрывал углю. Его удельная плотность была намного ниже, и потому при равной массе с углем торф занимал в пять раз больший объем. Его теплоемкость также была существенно ниже, и для выработки равного количества энергии торфа требовалось (по массе) в два с половиной раза больше, чем угля. Тем не менее его не списывали со счетов, поскольку из-за растущего спроса на уголь последний заметно рос в цене. В конце позапрошлого века в Европе даже случались периоды неожиданных ценовых скачков, что ставило экономику на грань энергетического кризиса (такой случай, например, произошел в 1872 году). Поэтому углю искали возможные замены, и торф был здесь в первом ряду. Мало того, высказывались мысли, что в случае полного исчерпания угля энергетическая отрасль может переключиться на торф.
Указанные выше недостатки этого топлива пытались решить, также используя технологии газификации. Причем, интересно, что помимо производства горючего синтез-газа (по старой терминологии – «водяного газа», из-за наличия большой доли водорода в его составе) предлагалось параллельно производить аммиак (в торфе содержатся соединения азота) и реализовывать его на рынке в целях компенсации энергетических затрат. Были даже предложения превращать торф в газ прямо в торфяниках, а потом перегонять его по трубам в центры промышленной деятельности.
Наконец, тему газификации распространили и на нефть! Как мы понимаем, в чистом виде сжигать ее в голову не приходило. Отсюда напрашивалась тема переработки. Что касается энергетики, то здесь особую привлекательность имела идея производства из «черного золота» горючего газа (известно, что путем пиролиза из нефти можно получать этилен и пропилен). Специалистами того времени отмечались некоторые технологические преимущества нефти перед углем. Так, с одной тонны угля получалось примерно 270 кубометров горючего газа. Тогда как с одной тонны нефти – почти 680 кубометров газа (причем, более высокого качества). Кроме того, работа с нефтью позволяла использовать компактное оборудование, не требующее больших объемов для организации промышленной площадки.
Отметим, что вопрос о переработке нефти ставился в эпоху до массового выпуска транспортных средств на ДВС. Иначе говоря, именно так закладывалась научно-техническая база для последующей нефтепереработки, когда потребовалось огромное количество бензина и дизеля. В целом же, оглядываясь назад, начинаешь глубже понимать плодотворность некоторых идей, недостаточно оцененных в самом начале. Идея искусственного получения горючих газов – одна из них. И несмотря на то, что она прозвучала на заре индустриализации, ее актуальность (как мы смогли убедиться) не только не снижается в наши дни, но и с каждым разом становится всё более и более актуальной, особенно – в контексте стратегии «низкоуглеродного» развития.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии