Урану не треба — метан давай!
Учені всього світу шукають адекватну заміну атомній енергетиці, газовій і нафтовій трубі.
«Блиск цивілізації не зменшиться від того, що вона вичерпає експлуатовані нею запаси енергії. Адже вона може перейти до використання інших її джерел» — висновок Станіслава Лема все більше підтверджується, а його «Сума технології» зусиллями вчених сьогодні набуває іншого значення.
Вугілля в перспективі
Директор найбільшої шахти ім. Засядька, професор, доктор технічних наук Єфим Звягільський у своїй статті «Вугільна промисловість України: факти, цифри, перспективи» писав: «Настав час вивчити доцільність використання теплової енергії глибинних порід, …рішуче розширювати утилізацію шахтного газу метану з одержанням із нього електро- і теплоенергії. Використання результатів навіть частини цих напрямів сприятиме підвищенню конкурентоспроможності українського вугілля».
Перспективним напрямком стало й одержання так званої «вугільної нафти» з низькокалорійного природного твердого палива — «молодого» кам’яного вугілля, бурого вугілля, торфу та сланцю. Запаси їх хоча, у принципі, і вичерпні, але на найближчі років 300—400 їх цілком вистачить. При цьому вміст золи у вугіллі не має перевищувати 10% (тобто необхідне попереднє збагачення), сірки — 1%. У результаті можливе одержання бензину, дизпалива, топкового мазуту, а також різних цінних смол для органічного синтезу. Наприклад, вугільники й хіміки КНР до 2015 року мають намір виробляти з вугілля не менше 1 млн барелів дизпалива на день. А загальносвітові інвестиції у вирішення цієї проблеми вже досягли $15 млрд.
Багато метану в «сухій» воді
Метан та інші газоподібні вуглеводні з вугільних і газових засіків традиційно транспортують трубопроводами або в балонах. Сьогодні хіміки розробляють новий вид транспортування газу — у вигляді порошку.
Група вчених на чолі із професором Ендрю Купером з Університету Ліверпуля винайшла спосіб зберігання природного газу. З’ясувалося, що газоподібний метан (CH4) можна акумулювати в речовині, яку умовно називають «сухою водою». Це суміш із дрібнодисперсного кварцу й води — на вигляд звичайний білий порошок. Метан реагує з водою, створюючи особливий кристалічний матеріал — метановий газогідрат, де окремі молекули газу «сидять» у водяних «клітках» (звідси й інша назва цих сполук — клатрати). Лише шість грамів такої суміші можуть утворювати газогідрат із літром метану вже після замерзання води. Переваги цього способу синтезу гідрату перед іншими методами очевидні, пишуть англійські хіміки в статті для «Журналу Американського хімічного товариства» (JAС). Насамперед, це висока здатність до поглинання й використання простих і недорогих матеріалів.
Така речовина утворюється й у природі, коли вода змішується з найпростішим вуглеводнем за високого тиску й низької температури. Відомо, що великі поклади кристалічної субстанції залягають глибоко на морському дні. І несподівано багато її в Байкалі. То що ж обіцяє «сухий метан» на практиці?
Насамперед нова розробка застосовуватиметься в транспортуванні природного газу, більшу частину якого становить саме CH4. Новий матеріал може стати альтернативою трубопроводам. Професор Денді Слоан із гірничотехнічного училища Колорадо (США) говорить, що задум має сенс, бо 70% природних сховищ цього газу невеликі за розмірами й до них економічно невигідно прокладати труби. До речі, щось таке вже намагалися розробляти багато наукових груп світу, використовуючи для цього гелій і азот, прості сполуки вуглецю, полімери й ще безліч екзотичних речовин. Японська корпорація Mitsui Engineering and Shipbuilding навіть створила дослідний проект корабля, що виробляє «сухий метан», перевозить його, а заразом і споживає частину для своїх потреб. Інший варіант практичного застосування — сухе пальне для автомобілів. До речі, транспортні засоби на метані не тільки більш екологічні — їхні двигуни мають більший ККД.
Але є в цієї технології й недоліки. Газогідрат метану стабільний тільки в разі зберігання в холоді (-70°C), але за нагрівання речовини вище цієї температури CH4 знову вивільняється. Англійські вчені намагалися розв’язати проблему, додаючи тетрагідрофуран і тетрабутиламоній бромід, і тоді гідрат залишався стабільним навіть за кімнатної температури. Але ці сполуки дестабілізували «суху воду», і чи буде знайдено відповідь на це запитання, покаже час. Інше обмеження — низька кількість циклів акумулювання й вивільнення метану. Через якийсь час краплі води починають коагулювати, знижується швидкість їхньої реакції з газом. Утім, порошку можна повернути початкові властивості, якщо суміш добре перемішати, але це ускладнить увесь процес. І це означає, що до конкретного бізнес-застосування нового техпроцесу ще далеко. Але перші етапи вже пройдено.
Гідратне Чорне море, газовий Байкал
«Славный корабль — омулевая бочка…» — це з гімну найглибшому прісноводному й поки ще найчистішому озеру на Землі. Але вже є не бочки, а сучасні глибоководні населені апарати «Мир», які брали участь у міжнародній науковій експедиції на Байкалі. У липні 2009 року ці батискафи в глибинах байкальських вод знайшли відкриті поля метанових газогідратів (МГГ), які лежать на поверхні осаду. До цього їх знаходили під шаром осаду, у 30—50 сантиметрах нижче рівня дна й глибше. Сьогодні ці унікальні сполуки застосовують для опріснення морської води, але вчені оцінюють їх як одне з потенційних потужних джерел енергії, як «паливо майбутнього». Під час занурення в ділянці грязьового вулкана Санкт-Петербург біля острова Ольхон (південна улоговина озера) на глибині близько 600 м удалося підняти на поверхню близько 5 кг МГГ.
У 1960-ті роки радянські вчені знайшли їхні перші поклади на півночі СРСР — в озерах Якутії, поблизу вугільних кар’єрів Нерюнгрі. Саме тоді газогідрати почали розглядати як потенційне джерело палива в найближчому майбутньому. Сьогодні в них бачать одну з альтернатив традиційному сучасному паливу. За оцінками багатьох експертів, їх розвідані світові запаси містять більше вуглеводнів, ніж усі сучасні поклади нафти й газу. Більш того, на відміну від нафти й газу це поновлюваний ресурс. Обсяги газогідратів на дні Байкалу вчені зі Східно-Сибірського відділення РАН (Іркутськ) оцінюють нарівні із запасами найбільшого Ковиктинського нафтогазового родовища в тій же Іркутській області Росії.
Але й у нашому Чорному морі є відповідь байкальським МГГ. «За рахунок його ресурсів ми зможемо цілком покривати потребу країни в природному газі протягом тринадцяти століть або заповнювати його дефіцит (близько сорока мільярдів кубометрів) протягом двадцяти п’яти століть», — запевняє директор НДВФ «Лід-газогідрат» професор Одеської державної академії холоду Леонард Смирнов. Щоб забезпечити енергетичну свободу країни, досить упровадити технологію видобутку метану з газогідратних покладів із дна Чорного моря. До речі, у світі вже відомо 220 таких родовищ, прогнозні запаси яких у енергетичному еквіваленті більш ніж удвічі перевищують усі розвідані на планеті запаси вугілля, нафти й газу разом.
За розрахунками Л.Смирнова, для повномасштабного видобутку метану із МГГ потрібно $480 млн інвестицій. Перші п’ять років після початку проекту гроші можуть надходити траншами, а потім розробка дозволить не тільки повернути вкладені в неї кошти, а й принесе прибуток у розмірі $103 млн. Однак поки вчений не уявляє, де йому знайти необхідні кошти.
