Новые технологии в традиционной углеводородной энергетике.

Information
[-]
Новые технологии в традиционной углеводородной энергетике  


Наверное, является банальностью утверждение, что распределение природных ресурсов среди государств не отличается справедливостью. И только развитие новых технологий позволяет как-то ликвидировать или хотя бы уменьшить эту «несправедливость».

Оказывается природный газ есть везде в мировом океане. Надо только суметь его добыть. Об этом в первой части статьи, которая написана Михаилом Китай. B ней частично использованы материалы, любезно предоставленные Владимиром Юсуповым.

2-ая часть статьи – это стенограмма радиопередачи, автором которой является Михаил Шевелев (передача недавно прозвучала на радио «Свобода»). Эта часть статьи (интервью  Владимира Мордковича и Валерия Баликоева) посвящена возможности получения жидкого углеводородного топлива исходя из природного газа. 

Т.о. в недалеком будущем вырисовывается перспектива, когда в мировом океане появятся крупные корабли, добывающие со дна кристаллогидраты метана и на борту перерабатывающие их в жидкое топливо. Подобная возможность должна, на мой взгляд, заинтересовать и бывших советских инженеров, которых, наверное, сейчас немало в странах Западной Европы. Думаю, что от них не отстанут и т.н. «олигархи»: сейчас есть возможность вложить свои деньги в дело, несомненно, имеющее большое будущее.    

 

Часть 1. Кристаллогидраты метана - альтернативный источник энергии

М.С.Китай (Россия, Москва) 

Mихаил Китай – старший научный сотрудник института проблем лазерных информационных технологий РАН, кандидат физ.-мат. наук. Автор благодарит В.И. Юсупова, старшего научного сотрудника Тихоокеанского океанологического института дальневосточного отделения РАН, любезно разрешившего использовать материал его доклада о кристаллогидратах метана.

История всех стран сейчас, в «новое» время, тесно связана с технологией. Например, в энергетике и промышленности начала ХХ века нефть играла сравнительно малую роль по сравнению с углем и железной рудой. Именно поэтому в Первую мировую войну шли такие ожесточенные бои за Рурский бассейн. Через 25 лет технология  изменилась коренным образом – в промышленности, в военном деле всё большую роль стали значить жидкие углеводороды. Районы нефтедобычи становились основной целью и желанной добычей воюющих армий.

С середины ХХ века все большую роль в энергетике стал играть природный газ. Во многих странах, в т.ч. и в России, газ добывается в тех же районах, что и нефть. Технология нефте- и газодобычи, конечно, отличаются друг от друга, но уровень промышленного развития, требуемый для реализации этих технологий, примерно один и тот же.

Сейчас высокоразвитые страны прилагают серьезные усилия для развития т.н. альтернативной энергетики. Однако, на настоящий момент реализовано лишь два её направления: гидроэнергетика и атомная энергетика, основанная на реакции ядерного распада урана. Гидроэнергетика фактически оказалась эффективной лишь на горных реках с большим перепадом высот. Атомная энергетика довольно опасна с точки зрения экологии. Тому пример сильнейшее землетрясение, повлекшее цунами, которое произошло 11-го марта 2011 г. в Японии. Ко всему прочему, на японской АЭС Фукусима-1 началась неуправляемая ядерная реакция, затронувшая отработанное ядерное топливо. В настоящее время судьба этой атомной станции неясна. И это произошло в Японии, в стране, отличающейся чрезвычайно высокой  (может быть самой высокой в мире) технологической культурой. Конечно, первоначальной причиной взрыва на АЭС явился природный катаклизм невиданной силы. Т.о. видно, что и атомная энергетика не является панацеей от всех бед. К тому же, запасы урана (топлива для АЭС) довольно ограничены. Термоядерная реакция реализована в виде водородной бомбы. Однако, провести ее в стационарном, невзрывном варианте до сих пор никому не удалось. Хотя заведомо термоядерная электростанция будет экологически чистой, а топливом для нее сможет послужить изотоп водорода (дейтерий), содержащийся в обычной воде. При этом по энергетическому выходу стакан обычной воды будет эквивалентен 60-тонной цистерне высококачественного бензина. Но это реализуется только после того, как будет освоено «управление» сложнейшим, капризным нелинейным объектом - высокотемпературной плазмой. Могут возразить, что та же самая термоядерная реакция реализуется на Солнце. Оно светит уже несколько миллиардов лет и будет светить еще столько же. Конечно это так, но на Солнце высокотемпературная плазма стабилизируется за счет силы всемирного тяготения. Именно поэтому точно воспроизвести реакцию, «зажечь» на Земле еще одно Солнце физически невозможно. 

Т.о. пока что дальнейшее развитие цивилизации, в основном, связано с углеводородной энергетикой. В международном плане значительные трудности этого вида энергетики связаны с тем, что основные запасы нефти и природного газа сосредоточены в странах, не отличающихся приверженностью к демократии и, самое главное, предсказуемостью политики. Многие государства прилагают усилия, чтобы как-то выскочить из этой ловушки. Про один из возможных выходов я и хочу рассказать в этой статье.

Все привыкли к тому, что запасы газа сосредоточены в ограниченных районах: на  севере России, в Туркмении, Ливии, на дне Северного моря. Пробурив скважину в соответствующем месте, газовики получают на выходе мощный поток природного газа метана СН4. Иногда этот газ является примесью нефти, но и в этом случае отделить жидкость (нефть) от газа (метана) несложно. Для перевозки газ сжижают, а для хранения  его нередко закачивают в гигантские подземные хранилища, ограниченные непроницаемыми для газа земными породами. В последнее время США, Польша, Эстония наладили переработку горючих сланцев в газовое топливо. Однако, запасы горючих сланцев довольно ограничены. Тем не менее, природный газ разведан лишь на ничтожную долю имеющихся на Земле запасов СН4. Речь идет о т.н. кристаллогидратах метана (далее КГМ).

Что это такое? При определенных условиях 4 молекулы метана окружают себя «шубой» из 23 молекул воды Н2О. Молекула метана внедрена в кристаллическую решетку воды. Это соединение неустойчивое, оно существует лишь при температуре ниже -200С (это как раз не страшно). Сложность в том, что при такой температуре, КГМ существует лишь при давлении больше 18 атм. Такое давление достигается на глубине моря порядка 180 м. Если температура увеличивается (на глубине любого моря температура воды +40С), то КГМ существует лишь при давлении ~30 атм, что соответствует глубине в 300 м. Именно такая (физики говорят «фазовая диаграмма» КГМ ) создает основные трудности в добыче метана со дна морского.

С одной стороны КГМ внешне похоже на снег, у него та же плотность 0,9 кг/дм3. Но КГМ на воздухе горит, не обжигая рук (см. рис. 1).

Рис. 1. КГМ горит, не обжигая рук, при этом выделяется вода.

В этом смысле КГМ является практически идеальным, экологически чистым топливом. Однако, при нормальных условиях (давление 1 атм, температура ~ 200С) кристаллогидраты метана мгновенно разлагаются.

Где находятся залежи КГМ ? Ответ на этот вопрос хорошо виден на карте, приводимой на рис. 2.

Рис. 2. Карта установленных (желтые точки) и предполагаемых (красные точки)

залежей КГМ в водах шельфа мирового океана.

Интересно, что 98% залежей КГМ приходится на осадочные породы в толще океана, и лишь 2% приходится на полярные области.

Расчеты показывают, что КГМ остаются стабильными на глубинах моря больше 350 м или на морском дне (там температура выше) на глубинах больше 1000 м. В этом и есть основная трудность добычи этих ископаемых.

В 2003 году в российском химическом журнале появилась статья, связывающая залежи КГМ с т.н. «Тайной Бермудского треугольника». Автор этой статьи высказывает предположение, что КГМ, находящиеся на дне мелководного Бермудского треугольника (это район севернее Кубы, Карибского моря и восточнее Мексиканского залива), при тектонических разломах и подвижках морского дна внезапно оказываются на меньшей глубине. При этом КГМ разлагается, выделяя газ метан, а корабли, оказавшиеся в воде с резко упавшей плотностью, идут ко дну. Самолеты, попавшие в метановое облако, теряют управление, и также терпят катастрофу. 

Стоит ли «овчинка выделки»? На данный момент мировые разведанные запасы газа оцениваются в 1,8·1014 м3. По оценкам, сделанным в 2005 году, запасы КГМ в океане оцениваются примерно в 670 раз больше -1,2·1017 м3 . Некоторые специалисты оценивают отношение запасов более, чем в 20 000 раз.

Метан может сыграть решающую роль в т.н. «парниковом» эффекте, ответственном за всемирное потепление. Сейчас концентрация СН4 совершенно ничтожна - 2·10-6 (около двух миллионных долей), а это в 200 раз меньше, чем концентрация СО2 в атмосфере Земли. Тем не менее, парниковый эффект в атмосфере Земли нарастает. По мнению ученых, доля метана в этом эффекте за последние 50 лет поднялась до 10%. Продолжающееся потепление может привести к таянию арктических льдов, повышению уровня моря, существенному изменению характера распределения осадков.

Поиск в ИНТЕРНЕТе сейчас дает более 400 000 ссылок на запросы, связанные с  КГМ. Ведущие мировые страны (Япония, Германия, Франция, Корея, Индия, Китай) в начале 21-го века сформулировали национальные программы по исследованию КГМ. В СССР аналогичная программа под руководством ГКНТ существовала с середины 80-х годов ХХ века. В настоящее время, аналогичные исследования начинаются в независимой России. В частности, научно-исследовательское судно «Академик Лаврентьев» проводит исследования в Охотском море совместно с Германией, а также Японией и Южной Кореей.

В ноябре 2010 г. канадские и японские ученые впервые смогли добиться устойчивого выхода газа из месторождения газовых гидратов. Скважину пробурили в слое вечной мерзлоты на крайнем севере Канады, на берегу моря Бофорта. Эксперимент обошелся в 47,4 млн американских долларов. И хотя стабильный выход газа удалось поддерживать только на протяжении всего шести суток, уже можно сказать, что это настоящий прорыв в области добычи "голубого топлива". «Теперь очевидно, что можно получать газ из гидратов, используя существующие технологии»,- заявил старший научный сотрудник министерства природных ресурсов Канады Скотт Дэллимор. С ним  соглашается технический руководитель программы Соединенных Штатов по использованию газовых гидратов Рэй Босуэлл. Он считает, что Канада располагает в своей арктической зоне запасами гидратов, достаточными для удовлетворения внутренних потребностей в течение нескольких столетий.

Что это может значить для России? С одной стороны, у нас собственных газогидратов очень много. Расположены они чаще всего в зоне вечной мерзлоты или на дне Северного Ледовитого океана. Они также обнаружены на дне Байкала. Значит, мы тоже сможем их разрабатывать и поставлять газ на внешний рынок. Но тогда он вряд ли кому-то за рубежом понадобится. Потому что - и это другая сторона проблемы - таких газогидратов очень много раскидано по всему миру. Залежи обнаружены не только на севере американского континента, но и у берегов Панамы, Бразилии, Чили, Западной Африки, Японии и Новой Зеландии и еще во многих других регионах. То есть при желании буквально каждая страна сможет обеспечить себя газом самостоятельно.

Рис. 3. НИС «Академик М.А.Лаврентьев».

С борта этого исследовательского корабля Россия ведет исследования КГМ.

 

Часть 2. О возможной революции в переработке углеводородов

Владимир Мордкович, Валерий Баликоев (Россия, Москва)

Радио Свобода продолжает следить за судьбой уникальной российской технологии создания искусственной нефти и моторных топлив, у истоков которой стояла компания ЮКОС. Внедрение этой технологии может кардинально изменить степень воздействия человека на окружающую среду и геополитические реалии.

О том, как происходит этот процесс, рассказывают доктор химических наук Владимир Мордкович и предприниматель Валерий Баликоев, бывшие гостями Радио Свобода полтора года назад.

- Каковы успехи за отчетный период? В коммерциализации, в развитии самой технологии?

Валерий Баликоев: Есть успехи и там, и там.

- Тогда начнем с науки, которая все-таки важнее бизнеса.

Владимир Мордкович: Мы много занимались проверкой уже полученных результатов. Организовали экспертизу нашего катализатора в одном из ведущих профильных институтов Академии наук и убедились, что он в 3-4 раза производительнее тех, что используются сейчас лидерами отрасли. Кроме того, мы провели подробную инженерную и экономическую проработку нашей технологии и отправили результаты в английскую фирму "Genesis", которая специализируется на сертификации инновационных технологий для тяжелой промышленности. Их вердикт: да, получать с помощью этой технологии моторное топливо из газа или угля эффективнее и выгоднее, чем, например, передавать тот же газ по трубе.

- Если все работает, значит, вы, Валерий, богаты, как Крез?

В.Б.: Потенциально – да.

- Почему потенциально?

В.Б.: Для того чтобы с новой технологией войти в большой бизнес, надо потратить еще много времени и денег. Например, предстоит построить большой завод, производящий синтетическую нефть из газа или угля. Индустрия должна увидеть работающее предприятие, приносящее реальную прибыль.

- Почему вы должны этим заниматься, а не какой-нибудь "Газпром" или "Газпромнефть"?

В.Б.: Технологическое недоверие мы преодолели. Но проблема в том, что нефтяные и газовые компании сфокусированы на сегодняшнем бизнесе, они мало смотрят вперед. На нас они смотрят с интересом, но говорят: да, нам это нужно, но приходите с промышленной технологией, опробованной на большом заводе.

- И это в ситуации, когда объем сжигаемого попутного газа равен 10 процентам всей добычи "Газпрома"? Разве они не платят за это существенные штрафы?

В.Б.: Конечно, это для них уже стало проблемой, и дальше будет хуже. Например, существует постановление правительства о том, что с 2012 года объем утилизации попутного газа должен быть не меньше 95 процентов. А пока по сжиганию попутного газа мы опережаем даже Нигерию. Проблема формулируется просто: вместо того, чтобы сжигать ценное сырье и загрязнять атмосферу, можно из этого сырья производить высококачественное топливо и сжигать его с меньшим экологическим ущербом.

- Владимир, я бы хотел задать вопрос вам как человеку, 11 лет проработавшему в Японии. То, что ваша технология не применяется – это какая-то специфическая российская косность или так устроены отношения науки и бизнеса во всем мире?

В.М.: Так устроена бюрократия во всем мире, но мы нашли собственное несимпатичное дополнение. Ни одна российская компания не считает своим бизнесом создание собственно технологий. Ни "Газпром", ни "Газпромнефть" в принципе не хотят это обсуждать: дайте нам готовое производство – вот их позиция. Если им сверху говорят: занимайтесь научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими разработками, они говорят "есть!". Но НИОКР – понятие широкое, оно может включать в себя и запуск спутника, и разведочные работы.

- Переход на Евро-3, видимо, можно считать ярким примером отечественных НИОКР…

В.М.: Быстрота внедрения новых технологий – а это вещь относительная, иногда и десять лет считаются очень коротким сроком – зависит от количества небольших инновационных компаний. Это их задача – пробить эту корку. Чем мы и занимаемся.

В.Б.: Мы понимаем, где живем, и знаем особенности и наших добывающих компаний, и иностранных. Им эту технологию надо принести в том виде, в котором они могут ее потребить. Помимо научной экспертизы мы построили промышленную установку по созданию искусственной нефти из метана. Получили продукт очень высокого качества – по сути это смесь бензина и дизеля. Так что в деле коммерциализации мы движемся довольно успешно.

- Для вас принципиально реализовать эту технологию в России?

В.Б.: Нам бы этого очень хотелось. В конце концов, мы живем здесь, и обидно быть гражданами страны, которая лидирует в деле варварского разбрасывания ресурсов. Есть и другие соображения. Наша технология очень подходит для освоения отдаленных газовых месторождений. Доносить газ до потребителя с помощью газопроводов и компрессорных станций – это очень дорогой процесс. Технология сжижения и доставки морем, которая начала стремительно распространяться лет десять назад – тоже недешевое удовольствие. Поэтому нам кажется, что строительство наших установок в отдаленных областях – Ямал, Восточная Сибирь – это очень серьезная ниша для бизнеса.

- Слово "Сколково" у вас пробуждает какие-то чувства? Вы пробовали там предлагать свои разработки?

В.Б.: Контакты были… Но кажется, что пока они больше заняты решением организационных вопросов.

- В торопливости их, похоже, не обвинишь.

В.М.: Мы пока не очень понимаем, что можно сделать за счет партнерства со Сколково. И это непонимание взаимно.

- А вот это нежелание заниматься технологиями – это родовая черта и государственных, и частных добывающих компаний?

В.М.: И тех и других, может быть, к частным это относится в большей степени. Они говорят: у нас свой бизнес, нам нужно оборудование, дайте нам его готовым…

- На что же вы тогда рассчитываете?

В.Б.: На давление государства. И на самом деле, оно уже становится ощутимым. Добывающим компаниям придется решать проблему попутного газа. Просто раньше они стояли перед выбором: или сжигать газ и платить экологические штрафы, или гасить факела, останавливать добычу, разбрасываясь тем самым финансовым ресурсом. Теперь есть способ решить одновременно и политическую, и промышленную задачи.

- Есть еще и традиционный способ: включить административный ресурс и переносить срок введения ограничений с 2014 года и до бесконечности. Как с Евро-3.

В.Б.: Уже перенесли, первый срок был 2011 год. Но мы намерены достаточно громко и настойчиво говорить о том, что аргумент "нет технологий" уже несостоятелен.

- Правильно ли я понимаю, что внедрение и распространение ваших установок изменит и какие-то геополитические обстоятельства? Ведь нефть и газ – это не простые полезные ископаемые.

В.Б.: Нам кажется, что диалектический скачок уже произошел, потому что до нас все предлагаемые технологии создания искусственной нефти были убыточными. Да, геополитические и макроэкономические последствия этого будут серьезными. Изменится вся инфраструктура доставки энергоносителей, потому что транспортировать и хранить жидкость на порядок легче и дешевле, чем газ. Так, например, может измениться схема добычи газа на шельфовых месторождениях. Если установка компактна и может за счет этого размещаться, например, на морской платформе, значит, отпадает потребность в трубе, по которой газ транспортируют на берег для сжижения. Одно это может серьезно изменить запасы газа в мире. Кроме того, есть большое число так называемых низконапорных месторождений, где добыча при нынешних технологиях экономически невыгодна, а вся инфраструктура уже существует, и сами месторождения выработаны максимум на 70 процентов. Нам в таких местах даже компрессоры не нужны. Таких мест больше всего в России и Северной Америке.

- Благодаря вашей технологии небольшие города и поселки смогут стать энергоавтономными?

В.Б.: И это может драматически сказаться на глобальной ситуации. Например, сейчас главный источник энергоносителей – Персидский залив. А если разовьется технология добычи нефти из угля? Лидер по запасам этого ископаемого – Соединенные Штаты. Уже сейчас энергобаланс меняется из-за того, что развилась технология использования сланцевых газов.

- Если и когда ваши идеи найдут применение, будет ли это означать, что Россия перестанет быть сырьевой экономикой?

В.М.: Россия станет более современной сырьевой экономикой, а наши двигатели внутреннего сгорания перестанут варварски загрязнять окружающую среду. И не только мы, но все человечество станет потреблять углеводороды более разумно и эффективно.

- То, что вы описываете, так заманчиво, что остается единственный вопрос – когда?

В.Б.: Мы готовы к строительству первого опытно-коммерческого завода. Дело за инвестициями в размере от 40 до100 миллионов долларов. Мы потратили последние полтора года на то, чтобы независимая экспертиза подтвердила параметры нашей технологии, а бизнес и научный мир могли на это опираться. Но надо понимать, что промышленные технологии – это та область, где ничего не происходит быстро. Набирающая сейчас популярность технология добычи газа из сланцевых пород начинала разрабатываться в США в 50-е годы прошлого века. Первая установка по сжижению газа появилась в 1960 году. Бывают случаи, когда технологии внедряются быстро: например, реформинг бензина. Когда во время Второй мировой войны возникла острая потребность в высокооктановом бензине, советский академик Ипатьев решил эту задачу за несколько лет и для СССР и для США. Но не хотелось бы, чтобы такие стимулы возникали вновь.
 

Опубликовано 21.10.2011

Михаил Шевелев


Date: 24.11.2011
Add by: ava  oxana.sher
Visit: 1501
Comments
[-]
 александр | 23.03.2013, 17:00 #
Странно читать о безразличии частного бизнеса.... уже прошла информация о вложении "российских олигаторов" в английскую технологию искусственных УВТ из попутных газов, в то время как есть российские (СИНТОП) использующие в качестве реактора ДВС. "эффективные менахеры" скорее выкинут халявные бабки на еще одну яхту абрамовича или купят парочку Халков или еще одного "тренера" для угробления российского спорта... стебатся можно бесконечно. А когда топливный рынок рухнет в одночасье, у России не будет потребителя для внезапно подешевевшего топлива... даже за копейки его не сможет купить безработный  Кретинизм крепчает 
Guest: *  
Name:

Comment: *  
Attach files  
 


Subjective Criteria
[-]
Статья      Remarks: 0
Польза от статьи
Remarks: 0
Актуальность данной темы
Remarks: 0
Объективность автора
Remarks: 0
Стиль написания статьи
Remarks: 0
Простота восприятия и понимания
Remarks: 0

zagluwka
advanced
Submit
Back to homepage
Beta