Заменители нефти: актуальность и перспективы
Не секрет, что нефть является невозобновляемым, конечным ресурсом. На данный момент на планете по-прежнему существуют богатые месторождения нефти, позволяющие вести ее добычу в огромных масштабах, но так будет не всегда. Со временем добыча нефти будет только дорожать, а новые нефтеносные провинции (такие, как Карская) будут открываться во все более и более труднодоступных и дорогих в освоении регионах планеты. Со временем единственной сферой применения остатков нефти на планете станет нефтехимия, и исполнятся пророческие слова Дмитрия Менделеева: «Нефть – не топливо: топить можно и ассигнациями».
Многие аналитики предполагают, что к моменту, когда использование нефти в качестве топлива утратит практичность, человечество ещё не достигнет той ступени развития, на которой станет возможным переход на качественно новую энергетику. Поэтому, хотя в краткосрочной перспективе вопрос об окончании нефти на планете не стоит, разработка технологий получения и использования альтернативных жидких органических топлив и смазочных материалов остается перспективным направлением.
При этом, учитывая, что в настоящее время мир становится всё менее стабильным, технологии получения заменителей нефти могут стать актуальными в зонах чрезвычайных ситуаций и боевых действий, в которых затруднена международная торговля этим ресурсом. Станет снова востребован опыт Второй Мировой войны, когда в СССР строились автомобили с газогенераторными двигателями, а в нацистской Германии производилась синтетическая нефть.
В настоящей статье мы рассмотрим несколько наиболее перспективных технологий получения и использования заменителей нефти, и проведем их сравнительный анализ.
Вариант №1: газообразное топливо
Газ как заменитель нефти обладает большим количеством достоинств. Хотя природный газ и является, как и нефть, невозобновляемым ресурсом, его запасы на планете оцениваются как существенно превосходящие нефтяные. Вдобавок, технологии добычи природного газа постоянно совершенствуются, хотя некоторые из них (в частности, добыча газа из сланцевых пластов) и становятся объектами критики. Природный газ выгодно отличается от нефти более высокой экологической чистотой: при сгорании он не выделяет соединений серы и других вредных неорганических газов. Добыча его значительно менее дорогостояща, чем добыча нефти. Многие аналитики предсказывают, что использование природного газа как заменителя нефти позволит человечеству прожить ещё около 100 лет, используя технологии сжигания углеводородов.
Наиболее эффективен природный газ в качестве моторного топлива. Он отличается высоким октановым числом и при использовании многократно снижает вредные выбросы двигателей внутреннего сгорания. Также существует богатый опыт использования газа (в частности, в Европе) в качестве топлива для тепловых электростанций.
Этими недостатками не обладают другие газообразные углеводороды, такие, как пропан и бутан, обычно объединяемые под названием «сжиженные углеводородные газы» (СУГ). Эти более тяжелые газы легко поддаются сжижению и остаются жидкими при комнатной температуре под относительно умеренным давлением. Пропан и бутан используются как в качестве моторного топлива, так и в качестве поставляемого в баллонах заменителя бытового природного газа в негазифицированных районах Российской Федерации. Фактически, СУГ предлагают преимущества природного газа без самого существенного его недостатка. Однако и самого существенного преимущества метана сжиженные углеводородные газы лишены: они далеко не так дёшевы. Всё дело в том, что в природном газе пропан и бутан присутствуют лишь в небольших количествах. Они легко отделяются от метана в виде конденсата при добыче природного газа, и также получаются в качестве попутных газов при добыче нефти, но в обоих случаях пропан и бутан составляют лишь малую часть добываемого продукта. Месторождений пропана или бутана в природе не существует, они лишь полезные ископаемые-спутники, получающиеся при добыче нефти и газа в небольших количествах. Поэтому полноценно заменить нефть они не могут.
Вариант №2: биотопливо
Интересной, но, увы, бесперспективной технологией является получение заменителей нефтепродуктов из растительных материалов. Речь идет о двух видах топлива: биобензине (смесях на основе этилового спирта) и биодизеле (смесях на основе сложных эфиров жирных кислот). Эти вещества могут с успехом заменить нефтепродукты, но их фатальным недостатком, перечеркивающим все перспективы биотопливных технологий, является низкая производительность. Чтобы получать объёмы биотоплив, сравнимые с объёмами ныне производимых нефтепродуктов, надо отдавать под выращивание соответствующих растений (не дающих никакого пищевого продукта) огромные сельхозплощади, или строить огромные чаны с искусственно выращиваемыми водорослями. Поэтому чистые биотоплива редко используются сейчас, а применяются только различные биодобавки к традиционным нефтепродуктам.
Вариант №3: каменный уголь
В качестве альтернативы газу некоторыми странами рассматривается и возвращение к каменному углю как основному добываемому топливу. В первую очередь речь идет о Китайской Народной Республике – стране, первой в мире по добыче угля, при этом не обладающей никакими значительными запасами нефти. Китай еще в 2004 году принял государственную программу по строительству заводов, преобразующих уголь в жидкое топливо. Это не чисто китайское ноу-хау: подобные технологии внедряла также гитлеровская Германия на позднем этапе Второй мировой войны, когда оказалась отрезана ото всех нефтедобывающих регионов. Основой для технологии послужила разработка, начавшаяся еще в кайзеровские времена и законченная в 1934 году немецкими химиками Фишером и Тропшем. Процесс Фишера-Тропша происходит в два этапа: на первом этапе в результате реакции каменного угля с водяным паром получалась смесь водорода и угарного газа – так называемый водяной газ, или синтез-газ. На втором этапе происходил синтез легких углеводородов из водяного газа. В результате каменный уголь перерабатывался в синтетический бензин.
Недостатком этого метода является высокая стоимость синтетического бензина по сравнению с получаемым из натуральной нефти. Однако, по всей видимости, КНР располагает технологиями, достаточными для того, чтобы удешевить процесс и сделать синтетическое моторное топливо дешевле, чем получаемое из импортируемой нефти. Однако китайцам придется решить еще одну проблему, связанную с процессом Фишера-Тропша, а именно крайнюю сложность получения из водяного газа тяжелых углеводородных фракций (газойля и моторных масел): катализатор быстро отравляется и расходуется, в результате стоимость получения тяжелых углеводородов этим методом получается запредельной.
Другой вариант использования каменного угля в качестве моторного топлива не предусматривает его химического преобразования, а использует тонкодисперсный порошок углерода (угольную пыль). Эксперименты с этим способом начались в США в 1970-е годы, но не получили особого развития; однако, достаточно большое распространение этот способ получил в такой стране, как Украина. На Украине разработан автомобиль «Таврия-130», использующий в качестве топлива угольную пыль; предпринимаются попытки его серийного производства.
Вариант №4: торф и продукты его переработки
Такое органическое полезное ископаемое, как торф, многими воспринимается как «уголь для бедных». Но, хотя торф и уступает каменному углю по многим показателям, он уникален среди природных топлив в одном аспекте: он образуется из растительной биомассы за историческое время и способен возобновляться. Так, за один год на территории Западной Сибири образуется от 10 до 20 миллионов тонн нового торфа. Но насколько это реально – переработать торф в синтетический заменитель нефти?
Свойства торфа более разнообразны, чем свойства каменного угля, что связано с его более сложным химическим составом. С одной стороны, торф также является годным сырьём для уже описанного процесса Фишера-Тропша: его также можно газифицировать и синтезировать из получаемого газа бензин. Точнее, для получения водяного газа используется так называемый торфовый полукокс – углеродный остаток, получаемый в результате пиролиза торфа. Однако тот же процесс пиролиза торфа дает и другие, более интересные продукты. В числе их и жидкие продукты – торфяной дёготь, смола. Эти продукты по своему составу напоминают тяжелые фракции нефти или мазут, но отличаются от них более высоким содержанием ароматических углеводородов. Помимо того, что из жидких продуктов пиролиза торфа можно получать бензол, фенол, толуол, нафталин и другие ароматические углеводороды, их также можно подвергать перегонке и крекингу, как нефть.
Что замечательно, так это то, что две технологии дополняют друг друга. Из так называемых фракций лёгкого масла и поглотительного масла, выделяемых из торфяных смол, можно получать вещества, аналогичные керосину, газойлю, минеральным маслам и другим тяжелым нефтепродуктам, которые затратны и затруднительно получать по способу Фишера-Тропша. А путем переработки торфяного полукокса по способу Фишера-Тропша можно получать бензин, пропан, бутан и другие легкие углеводороды. Из этого можно сделать вывод, что переработка торфа позволяет сочетать достоинства переработки каменного угля и биотопливных технологий: этот способ отличается и возобновляемостью ресурсов, и общей нефтеподобностью получаемых веществ (в отличие от биотопливных технологий, результатом которых является спирт, эфиры и другие кислородсодержащие вещества), и, в отличие от биотопливных технологий, не требует для успешного внедрения огромных сельскохозяйственных площадей или чанов с водорослями; в их роли выступают существующие в природе торфяные болота.
Будущее нефти: чем заменят нефть
Чем заменить нефть в будущем?
Каким будет будущее в мире без нефти, и какие альтернативные источники энергии смогут заменить традиционное топливо.
Что заменит нефть в будущем
Альтернативные источники энергии, которые смогут заменить нефть в будущем, на данный момент представлены в нескольких вариантах.
Биотопливо
Несколько лет назад доля альтернативного топлива в мире составляла около 2%, на сегодняшний день она выросла до 20%. Вместо нефти используют, например, биодизель – это экологически чистое топливо из животных жиров, соевого или растительного масла.
Пример использования был продемонстрирован в 2019 году – биотопливо использовалось для заправки самолетов и доказало свою экологическую эффективность: выбросы двуокиси углерода стали меньше на 60%, чем при использовании традиционного топлива. Производство биодизеля в 2019 году выросло в Индонезии – до 7,4 млн тонн, в США – до 7,6 млн тонн, в Бразилии – до 5,1 млн. тонн
Сжиженный газ
На изготовление топлива для транспортной отрасли идет 90% добываемой нефти, и здесь альтернативой «черному золоту» может стать сжиженный газ: он продлевает срок службы двигателя автомобиля и является одним из самых экологичных видов топлива. Еще один вариант замены — это водород: он дает больший запас хода, чем, например, электрические батареи электрокаров, а также выигрывает в скорости заправки.
Электричество
Электричество тоже может составить конкуренцию бензину: в 2019 году в нашей стране количество проданных новых электрокаров увеличилось до 261, что на 2,8% превышает показатель прошлого года. Возможное введение дополнительных стимулов для владельцев электрокаров, таких как отмена транспортного налога, разрешение на движение по выделенным полосам для общественного транспорта и бесплатная парковка, будет способствовать развитию рынка электромобилей в России.
Если использовать в качестве альтернативы нефти переработанные твердые бытовые отходы (ТБО), то можно решить сразу несколько важных и актуальных проблем как экологических, так и экономических. Например, если сжигать в печах цементных заводов текстиль, древесину, кожу, полимеры, бумагу, автомобильные покрышки, то расходы на традиционные источники энергии, которые составляют около 60% итоговой стоимости готовой продукции, можно сократить минимум на треть.
Каково будущее стран сильно зависящих от нефти? Ждать ли полного отказа от нефти? Несмотря на то, что субсидирование разработок альтернативы нефти в странах ЕС за последние 10 лет увеличились до 76 млрд евро, полного отказа мировой экономики от «черного золота» в ближайшее время не предвидится. Прогнозируется уменьшение доли нефти в мировом энергобалансе до 30% к 2040 году, что приведет к повышению спроса на ресурс за этот период примерно на 10%.
Что может заменить нефть и газ
Несмотря на то, что ископаемые виды топлива все еще доминируют над альтернативными на мировых рынках, но это, скорее, вопрос времени и более широкого применения последних.
Ископаемые виды топлива, такие как газ, нефть, пропан и натуральный газ составляют около 80% всего потребления энергии в США.
Альтернативные источники пока что являются экономически нецелесообразными.
Они менее эффективны и более дорогие (или, как в случае с атомной энергетикой, запрещены к распространению) в сравнении с ископаемыми.
В США насчитывается 99 ядерных реакторов, которые обеспечивают 20% потребности в электроэнергии.
У большинства стран концентрация намного выше. Например, во Франции это почти 80% потребности в электричестве.
В соответствии с данными Национального Космического Агентства НАСА, атомная энергия является наиболее эффективным заменителем ископаемых видов топлива.
В сравнении с углем, газом, нефтью и этанолом, атомная энергия оказывает незначительное влияние на окружающую среду.
Более того, атомная энергия обходится дешевле, чем иные чистые виды энергии, такие как солнечная, ветряная или водяная.
Тем не менее, в США (и во многих других странах), правительства остановили развитие ядерной энергетики на десятилетия.
Причем частично из-за опасений, связанных с возможными катастрофами, а частично из-за политических мотивов.
Солнечная и ветряная виды энергии сегодня являются очень популярными, ведь они возобновляемы. Ведутся споры о том, насколько они могут заменить ископаемые виды топлива.
По мнению Института энергетических исследований, это не совсем так.
Большинство современных солнечных и ветряных установок для производства энергии нуждаются в постоянном подключении к другому источнику питания, например, угольной станции.
Делается это на случай, если солнце уйдет за тучи или сила ветра ослабнет. Также, подобные установки несут довольно серьезные расходы.
По оценкам Института энергетически исследований, количество тех, кто сегодня потребляет такие альтернативные виды энергии варьируется в пределах 8-10%.
Однако Международное энергетическое агентство признает, что здесь необходимы некоторые условия, такие как субсидии и гранты со стороны государства.
Это позволит увеличить процент использования таких альтернативных источников.
Возможно вам также будет интересно прочитать статьи
Что заменит нефть в ближайшем будущем?
Ученые бьют тревогу. По сравнению с серединой XVIII века, когда началась индустриальная эпоха, концентрация углекислоты в атмосфере в начале века нынешнего выросла на 37%. По прогнозам, если темпы увеличения концентрации сохранятся, то к концу текущего столетия температура на нашей планете может увеличиться на 2,4 – 6,4 градуса Цельсия. Парниковый эффект, глобальное потепление и невиданный подъем уровня мирового океана с учетом этих данных уже не выглядят наукообразными страшилками и обретают черты вполне реальной опасности.
Можно ли бороться с напастью? Конечно можно, если изменить структуру промышленного производства и потребления энергии. Те времена, когда для современников было актуальным знаменитое сравнение эффективности сжигания нефти в топке паровоза со сжиганием банковских ассигнаций, давно прошли. Наши современники в необходимости высокотехнологичной переработки энергетического сырья не сомневаются.
Тем не менее, углеводороды по-прежнему главный источник энергии на нашей планете. Именно нефть, газ и уголь обеспечили столь заметный рост содержания в атмосфере углекислоты. Сможет человечество от них отказаться в пользу иных, более чистых источников – значит, выживут многие миллионы людей, которым грозит гибель ввиду подъема уровня мирового океана и связанного с этим сокращением пригодных для проживания территорий, как следствие – мирового передела, обусловленного не стремлением к наживе, а необходимостью выживания.
В авангарде научного сообщества, занимающегося проблемами мирового потепления, американские ученые. Но американские политики почему-то оказались менее восприимчивы к предупреждениям, чем европейцы.
Странами ЕС претворяется в жизнь план по борьбе с климатическими изменениями, реализация которого должна привести к сокращению выбросов СО2 в атмосферу на 20% в 2020 году, и даже на 30%, если европейцы не окажутся единственными, кто предпримет конкретные шаги, а к 2050 году вообще на фантастических 80 – 95%.
Пресса пишет, что план обойдется достаточно дорого. В ближайшие 40 лет странам Евросоюза придется тратить на защиту климата более четверти триллиона евро ежегодно. Казалось бы, где их взять, когда по всему миру страны сотрясают один за другим то экономические, то политические кризисы?
Но оказывается, при всей своей развитости, мы все еще продолжаем нестись незнамо куда на паровозе, в топке которого пылают бумажные деньги. По самым скромным подсчетам только экономия потребления энергии может принести до 175 миллиардов евро в год.
И все же главное направление борьбы с ростом концентрации СО2 не экономия потребления энергии, а переход на использования ее «чистых» видов из возобновляемых источников.
Главные источники чистой энергетики ближайшего будущего – полупроводниковое фотоэлектричество и биотопливо из отходов сельскохозяйственного производства.
Полупроводниковая фотоэнергетика – это преобразование в электроэнергию солнечного света с помощью полупроводников. Сегодня стоимость энергии, полученной таким образом, все еще выше, чем добытой сжиганием углеводородов, но процесс развития солнечной энергетики развивается лавинообразно.
Судите сами. За год в мире производится около 3,8 – 4 тысячи гигаватт электроэнергии, из которой только 7,5 гигаватт фотоэлектричества. Но каждые 1,7 года производство энергии методами полупроводникового преобразования солнечного света увеличивается вдвое. Займитесь несложными подсчетами, и увидите, что цифры 7,5 и 3800 разделяет всего лишь 17 лет.
Не менее бурные темпы развития у производства биотоплива. Сегодня широко известные его виды – биоэтанол, биометан, биобутанол и биодизель. Учеными разработаны новые энергоемкие молекулы – биоцетаны и биокетали, сырьем для которых послужат не посадки зеленой массы, вытесняющие посадки продовольственных культур, а отходы сельхозпроизводства. К примеру, получению тонны пшеничного зерна сопутствует почти две тонны соломы и других отходов, практически не используемых. По прогнозам, к 2030 году всех видов биотоплива в мире будет производиться столько же, сколько сегодня добывается нефти.
Фотоэлектричество и биотопливная энергетика обеспечены ресурсами и способны полностью удовлетворить потребности человечества в энергии. Возможно, что через 10 – 15 лет биржевые нефтяные котировки перестанут передавать в сводках горячих новостей.
Эксперты рассказали, почему Россия не может уйти от нефтегазовой зависимости
У России пока отсутствуют четкие планы по замене нефти и газа в будущем. Более того, пока даже не понятно, как можно было бы стимулировать сам отказ от использования сырья. При этом ситуация усложняется тем, что спрос на углеводороды и уголь может упасть даже раньше, чем планируется по программе энергоперехода из-за планов крупнейших экономик мира по декарбонизации, считают опрошенные «Газетой.Ru» эксперты. По планам российского правительства, к 2024 году на нефтегазовые доходы будет приходиться менее трети бюджета.
В складывающейся ситуации России в течение 10-15 лет нужно быть готовой частично уйти от нефтегазовой зависимости, заявил во вторник глава Счетной палаты Алексей Кудрин.
«Российская нефтяная отрасль живет примерно 60 лет, и у нас осталось лет 10-15, если не полностью от этого отказаться, то начать плавный переход от использования этого источника, как важнейшего в формировании нашей бюджетной системы», — сказал он (цитата по РИА «Новости»).
Кудрин добавил, что, по мировым прогнозам, к 2050 году использование углеводородных источников снизится в два раза, «и для России это вызов».
В пресс-службе Минэкономразвития «Газете.Ru» сообщили, что России важно четко определить, во сколько обойдется экономике внедрение низкоуглеродных технологий, «чтобы внедрение всех международных стандартов соизмерялось с уровнем инфляции, макроэкономическими условиями в стране». В министерстве добавили, что отраслевые стратегии будут синхронизированы со Стратегией низкоуглеродного развития, которая сейчас находится на согласовании в федеральных ведомствах.
Можно ли быстро отказаться от нефти и газа?
На ближайшие 10-15 лет может прийтись пик потребления нефти, а потом он начнет снижаться, отметил директор Центра экономической экспертизы Института государственного и муниципального управления НИУ ВШЭ Марсель Салихов. Это может привести к сокращению экспорта нефти. А вот газа – пока вряд ли, считает эксперт. Дело в том, что эти виды топлива имеют разные сферы применения, и у них разный углеродный след. В рамках энергетического перехода от углеводородов к возобновляемым источникам энергии природный газ рассматривается как «переходное» топливо. Поэтому его потребление не будет сокращаться, а может, даже будет увеличиваться, считает Салихов.
«Но есть очень высокая неопределенность относительно того, что будет с ценами в этой ситуации. Скорее всего, объемы экспорта начнут снижаться, и, естественно, это большой вызов для российской экономики и бюджетной системы»
Кроме того, можно будет привлечь масштабные инвестиции в водородную энергетику и возобновляемые источники энергии, но это тоже непростая история, отметил Митрахович. «Может ли Санкт-Петербург получать энергию, например, от солнечных станций? Он же не на экваторе находится, мягко говоря», — сказал он. По его словам, на некоторых проектах можно потерять деньги.
«Увеличить налоги на нефтянку, чтобы не было выгодно заниматься добычей нефти? Сейчас, например, спрос на нефть достаточно высокий. Мы видим, что администрация «зеленого» президента США Джо Байдена выступает с призывом к ОПЕК+ увеличить добычу нефти. Мы видим, что газ востребованный», — отметил эксперт.
При этом Станислав Митрахович подчеркнул, что долгосрочные прогнозы сложно проверить, и нужно ориентироваться на ближайшую перспективу. «В будущем всякое может произойти, но нам нужно отвечать на вопросы здесь и сейчас. Например, оправданы ли будут наши инвестиции в новые нефтяные проекты?» — задался вопросом он.
О высокой неопределенности говорит и эксперт по фондовому рынку «БКС Мир инвестиций» Михаил Зельцер. Он отметил, что в последние два года мир столкнулся с двумя кризисами. Первый произошел в начале 2020 года на фоне переизбытка энергии, который произошел из-за пандемии, а второй сейчас, когда, наоборот, образовался дефицит сырья. Поэтому судить на 15 лет вперед сложно.
«Все быстро меняется, а неопределенность остается. Но, безусловно, диверсификация снижает риски, в том числе и для бюджета, если есть разные источники его финансирования. Но отказываться от сырьевого уклада экономики нет смысла, тем более он высокотехнологичный», — считает аналитик.
По его словам, текущий энергокризис показал, что давление испытывают зависимые импортеры, а экспортеры «проявляют устойчивость к мировой турбулентности», а их финансовые активы растут.
