Смутные дни (USA8)
Переходя с анализу скучных цифр и многоцветных графиков, посвящённых перерабтки "твёрдого в жидкое" нам стоит понимать, что так или иначе, нам, как и проектировщикам и строителям будущих заводов по производству синтетического жидкого топлива, надо ответить, по сути дела, на три простых, но при этом - очень комплексных вопроса:
1. Откуда брать в достаточных количествах сырьё для производства жидкого топлива?
2. Как обеспечить максимально эффективную переработку этого сырья в жидкое топливо?
3. Как обеспечить максимально возможное качество полученного жидкого топлива?
Эта триада "из чего?- как?- во что?" незримо присутствует во всех проектах переработки и синтеза жидких топлив. Выбор сырья определяет требования к технологии и одновременно задаёт возможности по получению тех или иных конечных продуктов. С другой стороны, желание получить максимально удобные для использования жидкие топлива сразу задаёт доступные технологии и сужает список возможных вариантов начального сырья.
Количество возможных источников сырья достаточно велико - это биомасса, торф, каменный и коксующийся уголь, сланцы всех видов, бурый уголь и сапропель. Поэтому для начала стоит исключить то, что нам не подходит по объективным причинам возможных технологий переработки.
Технологии получения жидкого топлива из твёрдого сырья принципиально делятся на два больших семейства - биологические методы и химические методы.
Биологические методы подразумевают использование для ферментации твёрдого сырья различных видов бактерий. Бактерии очень охотно перерабатывают только "живую" биомассу, но с переходом на минеральные топлива их "энтузиазм" по ферментации твёрдых топлив падает очень быстро. Бактерии ещё могут в какой-то мере перерабатывать торф (однако, при переработке такого твёрдого сырья уже гораздо более эффективны бактерии-анаэробы, которые любят производить биогаз - смесь метана и углекислоты, нежели потребные людям этанол и бутанол,), но уже для переработки лигнита, а тем более - коксующегося или каменного угля, их усилия бесполезны.
Химические методы, в отличии от биологических, не имеют таких ограничений и могут работать практически с любым видом твёрдого топлива. Но у них, как и у биологических методов, есть свои ограничения. Если бактерии можно сравнить со стрелками-снайперами, которые выискивают для нас в конгломерате твёрдого топлива нужные молекулы и превращают их во что-то полезное, то химические методы - это, в чистом виде - установка залпового огня "Град" со стрельбой по площадям. И, если бактерии без проблем работают с конгломератами биомассы, чуть ли не на 90% состоящими из воды, то химические методы в своей применимости обычно ограничены так называемым условием поддержания автогенного горения.
Проблема химических методов в том, что основная масса их начинает действовать при температурах выше 100° С. Поэтому, для того, чтобы они работали, твёрдое топливо должно нагреться, а нагреться оно может обычно только в процессе горения. Кроме того, до момента испарения основной массы воды, содержащейся в топливе, температура его не поднимется сильно выше тех же 100° С - кто жарил "бифштекс с кровью" - поймёт меня сразу.
Поэтому для пригодности твёрдого топлива для целей химического синтеза обычно используют так называемый "треугольник твёрдых топлив", предложенный в начале ХХ века шведским учёным Таннером:
Треугольник Таннера.
В результате многочисленных опытов было установлено, что топливо, имееющее более 60% зольности, более 50% влаги и менее 30% горючей части не способно самостоятельно поддерживать горение. Соответсвенно, если мы хотим запихнуть в процесс химического синтеза такое замечательное топливо, где-то за пределами реактора надо сжечь топливо нормальное. А зачем тогда платить дважды? Давайте сразу синтезировать жидкости из нормального топлива, которое может хотя бы гореть само по себе!
Применяя треугольник Таннера к анализу твёрдых топлив мы сразу видим малую перспективность таких источников сырья, как горючие сланцы или сапропели. Их высокая зольность (до 70%) начисто закрывает нам использование химических методов, а высокая степень разложения их органического вещества не позволяет использовать методы биологические.
Лимитированным представляется и использование для производства жидкого топлива торфа. Торф из залежи обычно добывается при влажности до 90%, после хорошего жаркого лета (а оно отнюдь не всегда бывает на широтах торфяных болот) в буртах фрезерный, добытый торф подсушивается до 50%. Нет солнца - нет торфа. И лишь потом можно надеяться использовать торф в нормальных химических или биологических методах синтеза.
Поэтому, собственно говоря, кандидатов, как мы сказали в прошлой части, всего два - биомасса (BTL)и уголь (CTL). Для процессов BTL используются, в основном, биологические методы, но применяются и химические. Для процессов CTL используют только химические методы.
Оценка ресурсной базы для каждого из этих кандидатов, в случае, если мы хотим лишь провести грубую прикидку "сверху" достаточно проста и тривиальна.
Начнём с угля (процесс CTL).
Уголь, как и нефть, распределён по миру очень неравномерно. Всего 9 стран владеют 90% от мировых резервов угля.
Вот эта "великолепная девятка":
США - 27,1%
Россия - 17,3%
Китай - 12,6%
Индия - 10,2%
Австралия - 8,6%
ЮАР - 5,4%
Украина - 3,8%
Казахстан - 3,4%
Польша - 1,5%
Всего же уголь найден более, чем в 70 странах, а добывается в 50 из них.
Уголь, как и нефть, тоже подчиняется кривой Хабберта для исчерпаемых, конечных запасов. Если историческим маркером и модельной страной для нефти были США, то для угля это была Великобритания:
Великобритания прошла "пик угля" ещё в 1914 году. Добыча угля в Великобритании в то время составила безумные по нынешним меркам 292 млн. тонн угля в год, из которых "Империя-над-которой-не-заходило-солнце" 98 млн. тонн ещё и умудрялась экспортировать за рубеж. Именно на английском "отборном кардиффском" ставил свои рекорд скорости русский крейсер "Аскольд".
В ХХ веке ещё две страны прошли пик угля - это была Германия (1940) и Япония (1939). Можно, безусловно, говорить, что спад в добыче угля в этих странах был обусловлен иными объективными причинами, нежели исчерпание запасов - например, переходом на более удобную нефть, но, пожалуй, сейчас уже никакими усилиями в Великобритании не возродить производство и 200 млн. тонн угля в год - остаточные запасы этой страны сейчас оцениваются совокупно всего лишь в 1,5 млрд. тонн, то есть, при темпе производства в 200 млн. тонн, их хватит Соединённому Королевству всего-навсего на семь с половиной лет.
Сейчас всего лишь 6 стран осуществляют 79% мировой добычи угля. Их список похож на список стран-держателей запасов, но определённые передвижки тут всё же имеются (добыча в миллионах тонн, процент от общемировой добычи):
Китай - 2 380 (38,4%)
США - 1 054 (17,1%)
Индия - 447 (7,2%)
Австралия - 374 (6,0%)
Россия - 309 (4,9%)
ЮАР - 257 (4,7%).
По сути дела, сейчас вся существующая добыча угля в этих странах идёт на производство электроэнергии и отопление, в значительных количествах лишь компания Sasol в ЮАР, на одном из современных заводов по процессу Фишера-Тропша переводит часть добытого угля в синтетические жидкие топлива. В 2006 году Sasol потребил 58 млн. тонн угля из 257 млн. тонн, добытых в ЮАР (что составило 22% от добытого).
Не весь этот уголь пошёл исключительно на синтез жидких моторных топлив (Sasol по факту очень многопрофильная компания и часть продуктов синтеза используется в "пересекающихся" химических процессах), но, по независимым оценкам и собственной информации компании Sasol, текущее состояние их технологии позволяет им выпускать около 54,75 млн. баррелей синтетических жидких топлив в год, затрачивая на это около 41 млн. тонн. угля в год.
Учитывая, что почти все эти топлива представляют из себя достаточно качественный бензин с удельным весом около 750 кг/м3, то общее производство Sasol можно оценить, как 6,53 млн. тонн синтетического топлива в год. С учётом потраченного на производство этого топлива угля мы выходим на коэффициент перевода угля в синтетические топлива в районе 6,2-6,3 тонны угля на тонну синтетического бензина - или 1,3-1,35 барреля нефти из одной тонны угля, если считать этот коэффициент в обратную сторону. Как видим, со времён Фишера и Тропша в деле производства бензина из угля ровным счётом ничего не поменялось.
Теперь можно принципиально оценить, сколько бензина из угля может получить современные США, разверни они завтра масштабную программу строительства заводов по технологии CTL.
Вот прогноз по возможному росту добычи угля в США:
Добыча угля в США, прогноз.
Как видно из приведенных графиков, пик добычи угля в США в обеих сценариях приходится на 2035-2040 год.
В сценарии интенсивной добычи Америка может надеяться добывать около 1 600 млн. тонн угля в год, в случае более спокойного сценария уровень добычи может составить около 1 500 млн. тонн в год. Таким образом, в случае развития своей собственной угольной отрасли по максимуму, США могут ожидать получить дополнительно максимально около 550 млн. тонн угля в год.
Если весь этот уголь дополнительно добываемый уголь пустить на производство жидких моторных топлив, то США могут ожидать производство синтетического бензина из этого источника в объёме около 715 млн. баррелей в год. Что соответствует дневному производству синтетических бензинов в объёме около 1,95 Мбд. Для этого в США необходимо построить 13 таких перерабатывающих комплексов, как существующий завод Sasol в Южной Африке. Больше строить смысла нет - всё добывать уголь быстрее не получится ни при каких раскладах.
Строительство только самого завода CTL производительностью в 80 000 баррелей в день в Индии, который будут строить по южно-африканским технологиям, по планам обойдётся в сумму около 10 млрд. долларов:
http://www.greenworldinvestor.com/2010/06/02/is-the-coal-to-liquid-ctl-tata-sasol-10-billion-plant-an-appropriate-use-of-indias-resources/
Поэтому, можно прикинуть, что программа CTL, рассчитаная на 1,95 млн. баррелей в день, вполне может затянуть на сумму в 245 миллиардов долларов, если в США можно будет построить заводы с индийскими издержками, с индийской оплатой труда строителей и индийскими же требованиями по охране окружающей среды.
И да, результатом такой масштабной программы будет то, что технология CTL сможет покрыть около 10% потребности современных США в жидких моторных топливах.
1. Откуда брать в достаточных количествах сырьё для производства жидкого топлива?
2. Как обеспечить максимально эффективную переработку этого сырья в жидкое топливо?
3. Как обеспечить максимально возможное качество полученного жидкого топлива?
Эта триада "из чего?- как?- во что?" незримо присутствует во всех проектах переработки и синтеза жидких топлив. Выбор сырья определяет требования к технологии и одновременно задаёт возможности по получению тех или иных конечных продуктов. С другой стороны, желание получить максимально удобные для использования жидкие топлива сразу задаёт доступные технологии и сужает список возможных вариантов начального сырья.
Количество возможных источников сырья достаточно велико - это биомасса, торф, каменный и коксующийся уголь, сланцы всех видов, бурый уголь и сапропель. Поэтому для начала стоит исключить то, что нам не подходит по объективным причинам возможных технологий переработки.
Технологии получения жидкого топлива из твёрдого сырья принципиально делятся на два больших семейства - биологические методы и химические методы.
Биологические методы подразумевают использование для ферментации твёрдого сырья различных видов бактерий. Бактерии очень охотно перерабатывают только "живую" биомассу, но с переходом на минеральные топлива их "энтузиазм" по ферментации твёрдых топлив падает очень быстро. Бактерии ещё могут в какой-то мере перерабатывать торф (однако, при переработке такого твёрдого сырья уже гораздо более эффективны бактерии-анаэробы, которые любят производить биогаз - смесь метана и углекислоты, нежели потребные людям этанол и бутанол,), но уже для переработки лигнита, а тем более - коксующегося или каменного угля, их усилия бесполезны.
Химические методы, в отличии от биологических, не имеют таких ограничений и могут работать практически с любым видом твёрдого топлива. Но у них, как и у биологических методов, есть свои ограничения. Если бактерии можно сравнить со стрелками-снайперами, которые выискивают для нас в конгломерате твёрдого топлива нужные молекулы и превращают их во что-то полезное, то химические методы - это, в чистом виде - установка залпового огня "Град" со стрельбой по площадям. И, если бактерии без проблем работают с конгломератами биомассы, чуть ли не на 90% состоящими из воды, то химические методы в своей применимости обычно ограничены так называемым условием поддержания автогенного горения.
Проблема химических методов в том, что основная масса их начинает действовать при температурах выше 100° С. Поэтому, для того, чтобы они работали, твёрдое топливо должно нагреться, а нагреться оно может обычно только в процессе горения. Кроме того, до момента испарения основной массы воды, содержащейся в топливе, температура его не поднимется сильно выше тех же 100° С - кто жарил "бифштекс с кровью" - поймёт меня сразу.
Поэтому для пригодности твёрдого топлива для целей химического синтеза обычно используют так называемый "треугольник твёрдых топлив", предложенный в начале ХХ века шведским учёным Таннером:
Треугольник Таннера.
В результате многочисленных опытов было установлено, что топливо, имееющее более 60% зольности, более 50% влаги и менее 30% горючей части не способно самостоятельно поддерживать горение. Соответсвенно, если мы хотим запихнуть в процесс химического синтеза такое замечательное топливо, где-то за пределами реактора надо сжечь топливо нормальное. А зачем тогда платить дважды? Давайте сразу синтезировать жидкости из нормального топлива, которое может хотя бы гореть само по себе!
Применяя треугольник Таннера к анализу твёрдых топлив мы сразу видим малую перспективность таких источников сырья, как горючие сланцы или сапропели. Их высокая зольность (до 70%) начисто закрывает нам использование химических методов, а высокая степень разложения их органического вещества не позволяет использовать методы биологические.
Лимитированным представляется и использование для производства жидкого топлива торфа. Торф из залежи обычно добывается при влажности до 90%, после хорошего жаркого лета (а оно отнюдь не всегда бывает на широтах торфяных болот) в буртах фрезерный, добытый торф подсушивается до 50%. Нет солнца - нет торфа. И лишь потом можно надеяться использовать торф в нормальных химических или биологических методах синтеза.
Поэтому, собственно говоря, кандидатов, как мы сказали в прошлой части, всего два - биомасса (BTL)и уголь (CTL). Для процессов BTL используются, в основном, биологические методы, но применяются и химические. Для процессов CTL используют только химические методы.
Оценка ресурсной базы для каждого из этих кандидатов, в случае, если мы хотим лишь провести грубую прикидку "сверху" достаточно проста и тривиальна.
Начнём с угля (процесс CTL).
Уголь, как и нефть, распределён по миру очень неравномерно. Всего 9 стран владеют 90% от мировых резервов угля.
Вот эта "великолепная девятка":
США - 27,1%
Россия - 17,3%
Китай - 12,6%
Индия - 10,2%
Австралия - 8,6%
ЮАР - 5,4%
Украина - 3,8%
Казахстан - 3,4%
Польша - 1,5%
Всего же уголь найден более, чем в 70 странах, а добывается в 50 из них.
Уголь, как и нефть, тоже подчиняется кривой Хабберта для исчерпаемых, конечных запасов. Если историческим маркером и модельной страной для нефти были США, то для угля это была Великобритания:
Великобритания прошла "пик угля" ещё в 1914 году. Добыча угля в Великобритании в то время составила безумные по нынешним меркам 292 млн. тонн угля в год, из которых "Империя-над-которой-не-заходило-солнце" 98 млн. тонн ещё и умудрялась экспортировать за рубеж. Именно на английском "отборном кардиффском" ставил свои рекорд скорости русский крейсер "Аскольд".
В ХХ веке ещё две страны прошли пик угля - это была Германия (1940) и Япония (1939). Можно, безусловно, говорить, что спад в добыче угля в этих странах был обусловлен иными объективными причинами, нежели исчерпание запасов - например, переходом на более удобную нефть, но, пожалуй, сейчас уже никакими усилиями в Великобритании не возродить производство и 200 млн. тонн угля в год - остаточные запасы этой страны сейчас оцениваются совокупно всего лишь в 1,5 млрд. тонн, то есть, при темпе производства в 200 млн. тонн, их хватит Соединённому Королевству всего-навсего на семь с половиной лет.
Сейчас всего лишь 6 стран осуществляют 79% мировой добычи угля. Их список похож на список стран-держателей запасов, но определённые передвижки тут всё же имеются (добыча в миллионах тонн, процент от общемировой добычи):
Китай - 2 380 (38,4%)
США - 1 054 (17,1%)
Индия - 447 (7,2%)
Австралия - 374 (6,0%)
Россия - 309 (4,9%)
ЮАР - 257 (4,7%).
По сути дела, сейчас вся существующая добыча угля в этих странах идёт на производство электроэнергии и отопление, в значительных количествах лишь компания Sasol в ЮАР, на одном из современных заводов по процессу Фишера-Тропша переводит часть добытого угля в синтетические жидкие топлива. В 2006 году Sasol потребил 58 млн. тонн угля из 257 млн. тонн, добытых в ЮАР (что составило 22% от добытого).
Не весь этот уголь пошёл исключительно на синтез жидких моторных топлив (Sasol по факту очень многопрофильная компания и часть продуктов синтеза используется в "пересекающихся" химических процессах), но, по независимым оценкам и собственной информации компании Sasol, текущее состояние их технологии позволяет им выпускать около 54,75 млн. баррелей синтетических жидких топлив в год, затрачивая на это около 41 млн. тонн. угля в год.
Учитывая, что почти все эти топлива представляют из себя достаточно качественный бензин с удельным весом около 750 кг/м3, то общее производство Sasol можно оценить, как 6,53 млн. тонн синтетического топлива в год. С учётом потраченного на производство этого топлива угля мы выходим на коэффициент перевода угля в синтетические топлива в районе 6,2-6,3 тонны угля на тонну синтетического бензина - или 1,3-1,35 барреля нефти из одной тонны угля, если считать этот коэффициент в обратную сторону. Как видим, со времён Фишера и Тропша в деле производства бензина из угля ровным счётом ничего не поменялось.
Теперь можно принципиально оценить, сколько бензина из угля может получить современные США, разверни они завтра масштабную программу строительства заводов по технологии CTL.
Вот прогноз по возможному росту добычи угля в США:
Добыча угля в США, прогноз.
Как видно из приведенных графиков, пик добычи угля в США в обеих сценариях приходится на 2035-2040 год.
В сценарии интенсивной добычи Америка может надеяться добывать около 1 600 млн. тонн угля в год, в случае более спокойного сценария уровень добычи может составить около 1 500 млн. тонн в год. Таким образом, в случае развития своей собственной угольной отрасли по максимуму, США могут ожидать получить дополнительно максимально около 550 млн. тонн угля в год.
Если весь этот уголь дополнительно добываемый уголь пустить на производство жидких моторных топлив, то США могут ожидать производство синтетического бензина из этого источника в объёме около 715 млн. баррелей в год. Что соответствует дневному производству синтетических бензинов в объёме около 1,95 Мбд. Для этого в США необходимо построить 13 таких перерабатывающих комплексов, как существующий завод Sasol в Южной Африке. Больше строить смысла нет - всё добывать уголь быстрее не получится ни при каких раскладах.
Строительство только самого завода CTL производительностью в 80 000 баррелей в день в Индии, который будут строить по южно-африканским технологиям, по планам обойдётся в сумму около 10 млрд. долларов:
http://www.greenworldinvestor.com/2010/06/02/is-the-coal-to-liquid-ctl-tata-sasol-10-billion-plant-an-appropriate-use-of-indias-resources/
Поэтому, можно прикинуть, что программа CTL, рассчитаная на 1,95 млн. баррелей в день, вполне может затянуть на сумму в 245 миллиардов долларов, если в США можно будет построить заводы с индийскими издержками, с индийской оплатой труда строителей и индийскими же требованиями по охране окружающей среды.
И да, результатом такой масштабной программы будет то, что технология CTL сможет покрыть около 10% потребности современных США в жидких моторных топливах.