Урана не надо — метан давай!
Ученые всего мира ищут адекватную замену атомной энергетике, газовой и нефтяной трубе.
«Блеск цивилизации не уменьшится от того, что она исчерпает эксплуатируемые ею запасы энергии. Ведь она может перейти к использованию других ее источников» — вывод Станислава Лема находит все большее подтверждение, а его «Сумма технологии» усилиями ученых сегодня приобретает иной смысл.
Уголь в перспективе
Директор крупнейшей шахты им. Засядько, профессор, доктор технических наук Ефим Звягильский в своей статье «Угольная промышленность Украины: факты, цифры, перспективы» писал: «Настало время изучить целесообразность использования тепловой энергии глубинных пород …решительно расширять утилизацию шахтного газа метана с получением из него электро- и теплоэнергии. Использование результатов даже части перечисленных направлений будет способствовать повышению конкурентоспособности украинского угля».
Перспективным направлением стало и получение так называемой «угольной нефти» из низкокалорийного природного твердого топлива – «молодого» каменного угля, бурого угля, торфа и сланца. Запасы их хотя, в принципе, и исчерпаемы, но на ближайшие лет 300—400 их хватит с лихвой. При этом содержание золы в углях не должно превышать 10% (то есть необходимо предварительное обогащение), серы — 1,0%. В результате возможно получение бензина, дизтоплива, топочного мазута, а также различных ценных смол для органического синтеза. Например, угольщики и химики КНР к 2015 году намерены производить из угля не менее 1 млн баррелей дизтоплива в день. А общемировые инвестиции в решение этой проблемы уже достигли $15 млрд.
Много метана в «сухой» воде
Метан и прочие газообразные углеводороды из угольных и газовых закромов традиционно транспортируют по трубопроводам или в баллонах. Сегодня химики разрабатывают новый способ транспортировки газа — в виде порошка.
Группа ученых во главе с профессором Эндрю Купером из Университета Ливерпуля придумала способ хранения природного газа. Выяснилось, что газообразный метан (CH4) можно аккумулировать в веществе, условно названном «сухой водой». Это смесь из мелкодисперсного кварца и воды – на вид обычный белый порошок. Метан реагирует с водой, создавая особый кристаллический материал – метановый газогидрат, где отдельные молекулы газа «сидят» в водяных «клетках» (отсюда и другое имя этих соединений – клатраты). Всего шесть граммов такой смеси могут образовывать газогидрат с литром метана уже при замерзании воды. Преимущества этого способа синтеза гидрата перед другими методами очевидны, пишут английские химики в статье для «Журнала Американского химического общества» (JAСS). Прежде всего, это высокая способность к поглощению и использование простых и недорогих материалов.
Такое вещество образуется и в природе, когда вода смешивается с простейшим углеводородом при высоком давлении и низкой температуре. Известно, что крупные залежи кристаллической субстанции существуют глубоко на морском дне. И неожиданно много ее в Байкале. Так что же сулит «сухой метан» на практике?
В первую очередь новая разработка найдет применение в транспортировке природного газа, большую часть которого составляет именно CH4. Новый материал может стать альтернативой трубопроводам. Профессор Денди Слоан из горнотехнического училища Колорадо (США) говорит, что затея имеет смысл, так как 70% природных хранилищ этого газа невелики по размерам и к ним экономически невыгодно тянуть трубы. Кстати, нечто сходное уже пытались разрабатывать многие научные группы мира, используя для этих целей гелий и азот, простые соединения углерода, полимеры и еще множество экзотических веществ. Японская корпорация Mitsui Engineering and Shipbuilding даже создала опытный проект корабля, вырабатывающего «сухой метан», перевозящего его, а заодно и потребляющего часть для своих нужд. Другой вариант практического применения – сухое горючее для автомобилей. Кстати, транспортные средства на метане не только более экологичны – их двигатели имеют больший КПД.
Но есть у этой технологии и недостатки. Газогидрат метана стабилен только при хранении в холоде (-70°C), а при нагреве вещества выше этой температуры CH4 снова высвобождается. Английские ученые пытались решить проблему, добавляя тетрагидрофуран и тетрабутиламмоний бромид, и тогда гидрат оставался стабильным даже при комнатной температуре. Но эти соединения дестабилизировали «сухую воду», и будет ли найден ответ на этот вопрос, покажет время. Другое ограничение — низкое количество циклов внедрения и высвобождения метана. Через некоторое время капли воды начинают коагулировать, снижается скорость их реакции с газом. Впрочем, порошку можно вернуть начальные свойства, если смесь хорошо перемешать, но это усложнит весь процесс. И это означает, что до конкретного бизнес-применения нового техпроцесса путь еще далек. Но первые этапы уже пройдены.
Гидратное Черное море, газовый Байкал
«Славный корабль – омулевая бочка…» – это из гимна самому глубокому пресноводному и пока еще самому чистому озеру на Земле. Но уже есть не бочки, а современные глубоководные обитаемые аппараты «Мир», которые участвовали в международной научной экспедиции на Байкале. В июле 2009 года эти батискафы в глубинах байкальских вод нашли открытые поля метановых газогидратов (МГГ), лежащих на поверхности осадка. До этого их находили под слоем осадка, в 30—50 см ниже уровня дна и глубже. Сегодня эти уникальные соединения применяют для опреснения морской воды, но ученые оценивают их как один из потенциальных мощных источников энергии, как «топливо будущего». Во время погружения в районе грязевого вулкана Санкт-Петербург у острова Ольхон (южная котловина озера) на глубине около 600 м удалось поднять на поверхность около 5 кг МГГ.
В 1960-е годы советские ученые нашли их первые залежи на севере СССР – в озерах Якутии, вблизи угольных карьеров Нерюнгри. Именно тогда газогидраты начали рассматривать как потенциальный источник топлива в ближайшем будущем. Сегодня в них видят одну из альтернатив традиционному современному топливу. По оценкам многих экспертов, их разведанные мировые запасы содержат больше углеводородов, чем все современные залежи нефти и газа. Более того, в отличие от нефти и газа это возобновляемый ресурс. Объемы газогидратов на дне Байкала ученые из Восточно-Сибирского отделения РАН (Иркутск) оценивают наравне с запасами крупнейшего Ковыктинского нефтегазового месторождения в той же Иркутской области России.
Но и в нашем Черном море есть ответ байкальским МГГ. «За счет его ресурсов мы сможем полностью покрывать потребность страны в природном газе на протяжении тринадцати столетий либо восполнять его дефицит (около сорока миллиардов кубометров) в течение двадцати пяти веков», — заверяет директор НИВФ «Лед-газогидрат» профессор Одесской государственной академии холода Леонард Смирнов. Чтобы обеспечить энергетическую свободу страны, достаточно внедрить технологию добычи метана из газогидратных залежей со дна Черного моря. Кстати, в мире уже известно 220 таких месторождений, прогнозные запасы которых в энергетическом эквиваленте более чем вдвое превышают все разведанные на планете запасы угля, нефти и газа вместе взятые.
По расчетам Л.Смирнова, для полномасштабного запуска добычи метана из МГГ нужно $480 млн инвестиций. Первые пять лет после начала проекта деньги могут поступать траншами, а затем разработка не только вернет вложенные в нее средства, но и принесет прибыль в размере $103 млн. Однако пока ученый не представляет, где ему достать необходимые средства.
