Время новых энергетических технологий: пока не поздно…

Мировая цивилизация сидит на нефти и газе, как наркоман на игле: чем больше  потребляет, тем больше требует. Между тем, именно углеводороды медленно, но верно разрушают глобальную экономику. Всего несколько лет назад психологически недопустимой считалась цена в 50 долларов за баррель. Но барьер был взят. Потом стали говорить о 70 долларах как новом пороге. Но и этот рубеж взяли. Дальше – 100 долларов за баррель. Потом – 150? 200?

К сожалению,  умопомрачительные цены – не единственная проблема…

«Углеводородная наркозависимость»

Разведанные запасы и нефти, и газа стремительно подходят к концу.  Потенциальных месторождений также хватит ненадолго. Еще пара-тройка десятилетий и черно-голубое золото уже не купишь ни за какие деньги – его попросту не будет.

А есть еще и экологические проблемы. Потерпевший крушение нефтяной танкер, горящий нефтепромысел – обычная картинка в теленовостях. Экологи отчаянно бьют тревогу – нефтегазовые корпорации отравляют планету. В океанах умирает рыба, а на земле стремительно уменьшаются запасы чистой пресной воды. Об удручающем загрязнении воздуха скромно умолчим.

И вот что странно. Все эти проблемы появились не сегодня. Более 30 лет прошло с тех пор, как разразился первый глобальный нефтяной кризис. Почему же человечество до сих пор не нашло никакого способа противостоять губительной углеводородной зависимости?

Начнем с наиболее известных и очевидных.

Назад к углю?

Одним из перспективных направлений поиска альтернативных источников энергии является частичный возврат к углю. Но конкурировать полноценно с нефтью и газом такой альтернативе будет непросто. Отсюда и несколько противоречивые угольные перспективы. Ожидается, что доля потребления угля уменьшится с 2000 по 2020 год с 39% до 35%. Однако на фоне общего увеличения энергопотребления роль угольных электростанций будет возрастать. Их низкая эффективность заставляет модернизировать существующие и разрабатывать новые агрегаты на угольном топливе.

В отличие от природного газа, и тем более нефти, запасы каменного угля и горючих сланцев достаточно обширны. Уголь, как и древесина, отходы и мусор, не считается так называемым «удобным» топливом. Но сейчас открыты технологии газификации твердых видов топлива, что может поставить их в технологическом смысле на одну ступень с природным газом. Именно в США в ряде штатов сложилась активная фронда против нефтегазового лобби. В ряде штатов США, например в Индиане, или Пенсильвании, приняты собственные программы развития угольной отрасли. Там, наперекор самым влиятельным лобби, уделяется особое внимание развитию технологии газификации угля.

Альтернативные источники

Гидроэнергетика. Еще одним выходом из тупика представляется гидроэнергетика. Но она, по оценкам экспертов, может рассчитывать максимум на сохранение своей стабильной ниши

Существуют и такие экологически безопасные варианты, как производство электроэнергии за счет ветра и геотермальных источников, а также использование в качестве топлива отходов сельскохозяйственного производства и муниципального мусора. Например, в Калифорнии, где утилизация отходов животноводства представляет серьезную проблему, принята целевая комплексная программа разработки и внедрения установок по получению тепла и электроэнергии на основе газификации этих отходов.

В Бразилии, где развито сельское хозяйство, а цены на нефть высоки, большое внимание уделяется использованию этанола – продукта переработки сельскохозяйственных отходов.

Есть вариант развивать использование газа из карбогидратов, добываемых из отложений на морском дне. Специалисты полагают, что если технологию их добычи поставить на коммерческую основу, то их запасов хватит более чем на сто лет.    

Синтетика в энергетике. Речь идет о так называемом синтетическом жидком топливе. Его основа –  синтетический газ, смесь водорода и монооксида углерода (угарного газа), с использованием катализаторов на основе никеля, палладия, кобальта.  

Уже много лет существуют  технологии, позволяющие получать из синтез-газа метанол, этанол и другие жидкие горючие органические соединения.

Кстати, еще в 1930-40-е годы технологии получения синтетического бензина имели широкое применение в нацистской Германии. Немцы изобрели способ получать синтетическое топливо… из угля. Основанные в те годы немецкие компании до сих пор работают на мировом рынке и являются одними из ведущих производителей электроплазменных установок для конверсии угля в газообразные и жидкие топлива.

Следующий шаг был сделан режимом апартеида в ЮАР в 60-е годы. Международные санкции и отсутствие собственной нефти побудили правительство ЮАР искать решение топливных проблем путем все той же газификации угля.

Интерес к производству синтетического топлива поддерживается угледобывающими компаниями и властями нескольких  угледобывающих штатов США –   Иллинойс, Индиана, Пенсильвания и другие. По мере того как цены на углеводороды ползли вверх, в США  все активнее стали  использоваться смеси дизеля и синтетических видов топлива.

Проблема остается одна –  эффективная  очистка синтез-газа перед его сжиганием и направлением продуктов в газовую турбину. Если бы ее удалось решить, то у углеводородов появился бы весьма серьезный конкурент.

Биодизель. Биодизельное топливо – одна из основных, наряду со спиртом, альтернатив бензину и дизельному топливу. Оно получается при переэтерификации растительного масла этиловым или метиловым спиртом. В результате появляется во всех отношениях безопасная жидкость. В разлитом виде топливо не наносит никакого вреда природе и на 99% перерабатывается живущими в почве и воде бактериями. При сжигании выделяется столько же углекислого газа, сколько его потребило при жизни растение, из которого изготовлено масло. Биодизель не взрывоопасен, единственный его минус — необходимость подогрева топлива зимой.

В Европе биодизель изготавливают из рапса, в США – из сои, в Юго-Восточной Азии – из пальмового и кокосового масла. Как водится, благие начинания экологов активно прессуются нефтяными компаниями, поэтому доля биодизеля в общем объеме потребляемого топлива даже в передовой Европе не превышает нескольких процентов.

Есть и другие варианты биодизеля. Например, в США, Бразилии, Мексике и Юго-Восточной Азии активно внедряется смесь дизельного топлива со спиртом, называемая O2Diesel. NExBTL – топливо, изготавливаемое финской компанией «Несте Ойл» (Neste Oil), – комбинация биодизеля, сделанного из растительного и животного масла, с водородом.

Этанол. Самая прогрессивная страна в этом вопросе – Бразилия. Здесь автомобили ездят на 25% смеси спирта с бензином, спирт составляет 20% всего потребляемого топлива. Причина проста – огромное количество сырья, из которого можно вырабатывать спирт. Если биодизель в основном развивается в Европе, то по спирту определенно лидирует Новый Свет – за сухой закон отыгрываются, наверное. Следом за Бразилией идут США, Венесуэла и Канада.

Как правило, используются 10-20% смеси спирта и бензина – их можно применять на обычных бензиновых двигателях. В принципе, можно делать и более насыщенные спиртом смеси, но тогда приходится менять систему зажигания автомобиля. Использование спирта в 2004 году в США позволило снизить выбросы CO2 в атмосферу почти на 8 млн тонн.

Водородная энергетика. Умы специалистов и политиков занимает и так называемая «водородная энергетика». Водород может быть использован непосредственно как топливо для получения электрической энергии с помощью устройств, получивших название топливных элементов. Причина такого интереса связана с тем, что водород принято считать топливом с высокими энергетическими характеристиками, а топливные элементы не дают вредных эмиссионных выбросов (продуктом работы топливных элементов является водяной пар). Сегодня практически в каждом крупном городе США есть несколько автобусов городского пассажирского автотранспорта, работающих на водородных топливных элементах.

Схема предельно проста: сначала воду расщепляют на водород и кислород, а затем водород окисляют кислородом, снова получая воду и энергию. Все это, естественно, абсолютно безопасно для окружающей среды. Проблема в том, что водород нельзя использовать в двигателе внутреннего сгорания – нужны новые двигатели, новые автомобили и новая инфраструктура: автосервисы, заправки. Хотя, справедливости ради, стоит отметить, что водород можно применять в роторно-поршневых двигателях, которые встречаются у автомобилей «Мазда». По расчетам крупнейших концернов, речь о промышленной эксплуатации водородных автомобилей может зайти не раньше, чем в 2020-2030 году. Одновременно в Европе планируется начать строительство сети водородных заправок.   

Однако широкое внедрение водородной программы вряд ли возможно. По крайней мере, на данном этапе технологического развития. Поэтому специалисты активнее высказываются в пользу топлива, основанного на природном газе, метаноле и других жидких синтетических видах топлива.

Гибридный двигатель. Основной недостаток двигателя внутреннего сгорания наряду с неэкологичностью – неэкономичность, а именно невозможность сохранения и повторного использования энергии, например, при торможении. Гибридный – когда есть и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор – решает эту проблему, а заодно бережет топливо и чистоту воздуха. Суть его работы такова: обычный бензиновый двигатель приводит в действие электрогенератор, который в свою очередь управляет электромоторами, приводящими в действие автомобиль. К этому прилагается аккумулятор, запасающий энергию при торможении, что уменьшает расход топлива. При необходимости увеличения мощности включаются одновременно и топливный, и электродвигатель. В городе, на малых скоростях, дело обходится только электромотором.

В отличие от других, гибридный двигатель вовсе не является экспериментальным и уникальным и уже лет десять ставится на авто в промышленных масштабах. Лидер в их производстве — компания «Тойота», выпускающая городские машины «Приус» и внедорожники «Лексус RX 400h» и «GS 450h». «Форд» и «Хонда» делают гибридные версии своих автомобилей. На повестке дня – выпуск гибридных версий «Пежо 307» и «Ситроен С4».

Струйные газотурбинные двигатели. В настоящее время идет активный поиск и других новых энергетических технологий. Например, российские ученые предложили применение эжекторного соплового аппарата газотурбинного двигателя для преобразования тепловой энергии газа в кинетическую энергию. В отличие от ветровых, солнечных и геотермальных источников энергии, работа струйных газотурбинных двигателей не зависит ни от времени суток, ни от погодных условий. А вот их мощность будет выше. Причем там еще и не используется органическое топливо. И вообще, они могут работать в любых условиях внешней среды – хоть под водой, хоть в космосе. А их производство не требует никаких особо новых технологий и потому вполне возможно чуть ли не на обычном машиностроительном заводе. Хотя для производства более сложных двигателей такого типа все же требуется соответствующий научно-технический и производственный потенциал.

Квантовая энергетика. Есть и квантовая технология производства энергии. Она дает, по мнению ее сторонников-ученых, выход на новое поколение энергетики – квантовые двигатели, реакторы, теплогенераторы. Главное, она может вывести циклы преобразования энергии на новый уровень – такие, как, например, цикл преобразования тепловой энергии в электрическую или полного сжигания отходов.

Аккумуляторы из серебра и цинка. Компания «Цинк Матрикс Пауэр» вывела на рынок свою новую энергетическую разработку – перезаряжаемые серебряно-цинковые аккумуляторы. Доказывается, что они смогут постепенно вытеснить традиционные литиево-ионные аккумуляторы в силу очевидных достоинств: безопасности (они не взрывоопасны), большей энергоемкости и достаточно несложной схемы работы.

Так в чем же дело?

Прорыв в энергетической сфере привел бы к гигантскому переделу мирового богатства. «Не у дел» могли бы остаться целые страны, а, главное, титаны транснационального бизнеса. Например, Кувейт или Бруней в одночасье лишились бы ВСЕГО национального дохода. А ведь султан Брунея много лет был вообще богатейшим человеком на планете и лишь в последнее десятилетие уступил нескольким суперворотилам типа Билла Гейтса.

Новая энергия – это победа человечества, но приговор  нефтегазовым корпорациям. Все сходятся во мнении, что период высоких цен, если он продлится достаточно долго, может кардинально изменить энергетический рынок и то, как он движет миром.

Существует целый ряд способов искусственного сдерживания развития новой энергетики – от тайной скупки патентов до организации пиар кампаний против атомных станций и т.д.

Конечно, для домохозяйки цифры могут показаться убедительными –  речь идет о сотнях миллионов долларов. Однако на кону стоят гораздо более внушительные – многомиллиардные – прибыли.

Во-первых, тайная скупка патентов. Известны случаи, когда нищий российский ученый таинственным образом исчезал (со всем семейством), скажем, из Новосибирского отделения Российской академии наук или из секретного городка где-нибудь под Челябинском, а затем его будто бы случайно видели в Майами – без бороды, но на дорогом автомобиле. Все ради одной цели – не дать его ноу-хау выйти раньше времени на рынок.

Мы перечислили целый ряд направлений, в которых уже достигнуты прорывы. Но для того, чтобы количество перешло в качество, необходимо одно – одолеть нефтегазовое лобби. Это можно сделать лишь путем колоссальных финансовых вложений в новые энергетические технологии.

Даже самые богатые корпорации не могут позволить себе слишком широко  финансировать исследования с непонятным результатом. Для них риски слишком велики и явно перевешивают возможные прибыли, или они просто скрывают проводимые исследования.

Тупик? Заколдованный круг? Не совсем. Выход все же есть.

Такие риски на себя может взять только государство. Именно оно в полной мере заинтересовано в развитии стратегических направлений, к которым и относятся новые технологии в энергетике. Достаточно привести пример военных ноу-хау, к которым некогда относились и телевидение, и радио. Военные заказы всегда были лакомым куском для корпораций. Именно ВПК – самый привлекательный заказчик и для ученого, и для производственника в любой стране, особенно в такой, которая претендует на военную мощь.

Если даже частная компания и делает вложения в разработку новых энергетических технологий, то это происходит, в основном, в тех направлениях, которые все равно финансируются государством.

Между тем, элементарный анализ расходов государств на научные исследования в бюджетах показывает, что они явно недостаточны. Больше всего денег в науку вкладывают те же США. Но и там расходы госбюджета на эту статью не превышают 5-7% (из года в год цифра колеблется). Нефтяные корпорации, чьи интересы выражает напрямую президент США, не горят желанием инвестировать в подрыв собственной золотой жилы – пускай и в ущерб всей нации, да и всему миру.

В Индии процент несколько выше – до 10, но бюджеты Индии и США различаются по объему. Россия в 2010 году затратила на науку…0,3% своего бюджета! И это при всем росте цен на нефть и газ. А какова доля этой суммы на энергетические исследования? Ясно, что она совсем уж ничтожна.

Ученые и эксперты в один голос утверждают – при РАДИКАЛЬНОМ  увеличении государственных расходов на научно-технологические исследования и внедрение разработок в производство эта проблема была бы давно решена.

Правительства стран мира тратят деньги на что угодно, только не на решение самой насущной проблемы человечества. Но это напоминает тактику и стратегию страуса, зарывающего голову в песок.

Представим хотя бы двукратное увеличение расходов на научные исследования в энергетике. 12% американского бюджета и 20% индийского – это уже серьезно. И даже если бы значительная часть этих денег была израсходована впустую, все равно итоговый эффект был бы колоссальным. Переход на новые виды топлива хотя бы четверти заводов и автопарка стал бы подлинной революцией и породил бы цепную реакцию, заставившую и других последовать такому примеру. А законодательное принуждение, которое, скорее всего, последовало бы за этим, сделает то, что больше никому не под силу. И спасет мир.

А что мы видим на сегодняшний день? Вот, скажем, появляется в журнале «TheDailyTelegraph» статья Леонардо Мауджери – автора книги «Нефтяной век: мифология, история и будущее самого неоднозначного мирового ресурса». Диссонансом к тревожным высказываниям большинства экспертов звучат его слова о том, что нефти на планете еще очень много, и что на дворе «новый нефтяной век, а вовсе не конец той нефти, которую мы знаем» (PeakOil, NotThisCentury, ‘TheDailyTelegraph’, November 10, 2009). Мауджери доказывает, что паника по поводу истощения природных ресурсов на земле – явление не новое. Еще в 1919 году геологическая служба США предсказывала, что нефть в Соединенных Штатах закончится через десять лет. Его вывод – то немногое, что известно о скрытых в мировых недрах ресурсах, скорее дает основания для оптимистического взгляда в будущее. Более того, говорит он, еще не разработан такой метод, который позволял бы целенаправленно искать новые месторождения или хотя бы устанавливать истинные размеры известных запасов. Причем сегодня средний уровень добычи составляет примерно 35% предполагаемых залежей нефти, то есть, только 35 баррелей из 100 могут быть извлечены на поверхность. По самым последним оценкам возможных извлекаемых нефтяных ресурсов, сделанным Международным энергетическим агентством на основе предыдущих работ геологической службы США, эта цифра составляет около 2,6 трлн баррелей. Сегодня мир потребляет около 30 млн баррелей нефти в год. Это означает, что запасов нефти хватит на большую часть нынешнего столетия.

Но кто такой Леонардо Мауджери? Выясняется – не кто иной, как вице-президент итальянского нефтегазового концерна «Эни» по стратегическому развитию. Как говорится, вопросов больше нет. Вот он – лоббизм в действии при обработке глобального общественного мнения.

Нефтегазовый бизнес обладает колоссальной  политический  властью в мире. Достаточно вспомнить действия стран-членов ОПЕК в 70-е годы, вызвавшие кризис в экономике всего мира, но имевшие чисто политическую подоплеку – давление на США и Израиль после арабо-израильской войны 1973 года.

Теснейшая связь прежней администрации США с нефтяным бизнесом была никем не скрываемым фактом, как и суммы, затраченные нефтяными корпорациями США на две избирательные кампании бывшего президента Буша-младшего (да и старшего, кстати, тоже).

И если ради интересов нефтегазового лобби единственная сверхдержава мира затевает войны, например в Ираке и Афганистане, то понятным было ее нежелание внедрять новые технологии. В этом смысле приход к власти Обамы и демократов, в большей степени связанных с высокотехнологичным бизнесом в духе «Майкрософт» и Силиконовой долины  – это благо не только для США, но и  для всего мира.

Главная надежда человечества  – Китай?

Китай более всех страдает от углеводородной зависимости. Экономика здесь растет гигантскими темпами и требует огромного количества энергии. Более того, экономический рост в этой стране, безусловно, продолжится, а, значит, завтра энергии потребуется еще больше.

Добавьте к этому богатеющее население – миллионы китайцев ежегодно пересаживаются с велосипедов в собственные авто. Спрос на бензин растет.

К тому же для пекинского правительства особенной проблемой становится экологическая безопасность. В Китае нет традиций борьбы за чистоту окружающей среды «снизу», как на Западе. Поэтому роль государства как защитника экологии неизмеримо возрастает.

В каком-то смысле Китай попался в классический замкнутый круг. Его экономика растет и ему требуется все больше энергии, все больше нефти и газа. Рост потребления в Китае – одна из главных причин рост мировых цен на нефть.

Иными словами – чем быстрее Китай развивается, тем дороже ему приходится платить за собственные успехи.

Руководство Китая свободно от влияния нефтегазового лобби. Оно просто не успело здесь сложиться. И Пекин начинает проявлять особенный интерес к альтернативным источникам энергии в связи с быстрым развитием экономики страны и ростом потребления энергии. Здесь готовы внедрять любые виды топлива и технологии производства электроэнергии. Если в 2009 году Китай потреблял 10,2% мировой энергии (для сравнения, США – 24,3%), то к 2025 году эта доля вырастет до 14%. Китай намерен увеличить долю электроэнергии, получаемой от альтернативных источников, в общем потреблении до 10% к 2020 году.

Китайские экономисты отдают предпочтение не углю, а развитию термоядерного синтеза. Термоядерный реактор использует энергию синтеза ядер изотопов водорода. Изотопы выгорают, практически не оставляя радиоактивных отходов. При этом на единицу веса термоядерного топлива получается примерно в 100 раз больше энергии, чем при расщеплении урана.

Можно сделать главный вывод: чем больше стран последуют именно китайскому, а не европейско-американскому примеру, чем больше средств будут готовы их правительства вкладывать в разработку и внедрение новых технологий, тем больше шансов на то, что крах мировой экономики, к которому мы неизбежно скатываемся, не превратится в реальность.

Подготовил Вадим Фёдоров