Часть Первая. Марсианские приложения для земных целей
Рассказывают, что однажды Сергей Королев встретился с Юрием Кондратюком (одним из пионеров отечественной космонавтики) и предложил ему поучаствовать в создании ракетной техники. Выдающемуся конструктору была необходима команда серьезных профессионалов. Однако у Кондратюка были другие планы – в то время он занимался проектированием ветряков. Королев недоумевал: как можно сравнивать космические ракеты с какими-то там ветряками? Но тот объяснил ему, что ветряки однажды сыграют очень важную роль в жизни нашей планеты.
В таких случаях у нас принято говорить: «как в воду глядел». Действительно, в наше время ветряки рассматриваются как важный способ в деле защиты планеты от перегрева. Тема очень хорошо известная, чтобы на ней останавливаться подробно. Понятно, что Юрий Кондратюк не ставил перед собой такой цели: роль возобновляемых источников энергии когда-то трактовалась совсем иначе, чем сейчас. Но тут важен другой момент: некоторые космические технологии неожиданным образом стали востребованы сейчас именно в деле борьбы с глобальным потеплением. Недавно на сайте NASA был представлен внушительный список космических технологий, помогающих сегодня в борьбе с климатическими изменениями. Подобный трансфер, конечно же, не предполагался изначально, но благодаря творческому подходу привел к появлению очень актуальных приложений, важных для решения земных задач. Приведем лишь несколько таких примеров, касающихся (как ни странно) повышения экологической безопасности в нефтегазовой отрасли.
Начнем с самой популярной темы – с программ по освоению Марса. В наше время нередко можно услышать скептические высказывания по поводу колонизации других планет. Дескать, зачем тратить огромные средства на реализацию возвышенных фантазий о космических путешествиях, когда на Земле так много проблем, требующих незамедлительного решения? Однако практика показывает, что исследования даже в таких областях могут однажды пригодиться как раз для улучшения ситуации на нашей планете.
Вот наиболее красноречивый пример. Так, еще в 1990 году в NASA осуществлялась работа над пилотируемым полетом на Марс – с расчетом на его последующую колонизацию. Данный план марсианской экспедиции (известный как Mars Direct) предполагал использование ресурсов, находящихся на самой Красной планете, для получения топлива. Речь, конечно же, не шла об освоении инопланетных недр. Топливо предполагалось создавать на месте, используя для этого углекислый газ, которого очень много содержится в марсианской атмосфере. В качестве дополнительного ресурса выступал водород, завезенный с Земли. В результате были созданы системы, которые могли, например, собирать углекислый газ или отделять его от других газов, повышать его давление на два порядка, объединять его с водородом для получения метана и воды.
В 1996 году была разработана специальная система, позволяющая из указанных компонентов получать на выходе метанол и воду. С помощью электричества вода, в свою очередь, могла разделяться на водород и кислород. Метанол и кислород должны были использоваться для работы ракетных двигателей. Водород, в свою очередь, мог подаваться обратно в систему для рекомбинации с углекислым газом. Кроме того, метанол планировалось использовать для приведения в действие топливных элементов. Кислород, со своей стороны, был необходим для дыхания людей. Впоследствии компания-разработчик предложила варианты производства углеводородов с более низким соотношением водорода и углерода. Это позволяло снизить объемы водорода, завозимого с Земли.
В 2008 году ведущий инженер этого марсианского проекта – Роберт Зубрин – пришел к выводу, что некоторые из этих технологий могут быть адаптированы для использования в нефтегазовой отрасли. Первоначально предполагалось применять диоксид углерода для извлечения дополнительной нефти из недействующих скважин. Но затем инженера осенила мысль, что указанные технологии пригодны для разделения и обработки газов, выходящих из действующих нефтяных скважин. Получение из этих газов определенных видов топлива дало бы возможность производителям нефти осуществлять продажи дополнительного продукта, помогая при этом соблюдать нормы по загрязнению атмосферы парниковыми газами. В наше время указанный момент принципиально важен, особенно в свете организованной борьбы с климатическими изменениями.
Дело в том, что метан и другие природные газы, выходящие из нефтяных скважин (особенно в самом начале их эксплуатации), представляют собой довольно серьезную проблему для добывающих компаний и для окружающей среды. Как известно, большая часть этого газа сжигается в факелах, что приводит к дополнительному выбросу углекислого газа и некоторых «грязных» продуктов горения. Такая практика имеет давнюю историю, но в наше время с этим пытаются бороться правительства разных стран. По оценкам Всемирного банка, сжигание в факелах ежегодно дает 350 миллионов тонн выбросов углекислого газа, являющегося главным «виновником» глобального потепления. Кроме того, некоторые продукты горения – по данным Стэндфордского университета – вызывают различные воспаления, раздражения и респираторные заболевания у людей, проживающих по соседству с местами добычи. Согласно исследованиям NASA, сажа от газовых факелов на двух крупных нефтедобывающих участках Северной Америки попадает на арктическое побережье, где она поглощает солнечную радиацию и тем самым дополнительно содействует потеплению.
Помимо этого, сжигание в факелах представляет собой огромную трату энергетических ресурсов. Так, если полагаться на данные Всемирного банка, то только в 2017 году на объектах добычи нефти в мире было сожжено более 140 миллионов кубометров природного газа. Это эквивалентно почти четверти годового потребления природного газа в США!
Отсюда, как мы понимаем, возникает спрос на технологии переработки попутных газов, напрямую шагнувшие в наши земные реалии из программ по освоению Марса. С появлением новых нефтяных скважин упомянутая выше «марсианская» система охлаждения и разделения газообразных фракций привела к появлению как минимум двух десяток специальных установок на территории нефтедобычи в США. Такой трансфер космической технологии в область нефтедобычи оказался неожиданным для разработчиков. Однако за последние годы ими уже накоплен достаточно большой опыт в данной сфере. По большому счету, разработка для Марса оказалась вполне пригодной для коммерческого использования на Земле. Тем самым оправдались понесенные затраты. Причем, как утверждают сами разработчики, данные технологии находятся в процессе постоянного совершенствования. В частности, растет производительность установок. Так, одна новейшая установка способна за сутки переработать от тридцати до ста сорока тысяч кубометров газа. Показательно также и то, что такое оборудование может доставляться к месту переработки на обычных грузовиках и управляться удаленно!
Приведенный пример красноречиво показывает реальный вклад космических разработок в экономику. Как шутят по этому поводу разработчики: если мы способны посадить на поверхность Марса марсоход с ядерным двигателем, то наверняка сможем наладить переработку газа на нефтяных месторождениях.
Николай Нестеров
Окончание следует
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии