Проблема дефицита автомобильного топлива, благодаря львиной доле импорта (85%), уже давно нависала над Украиной. Война России против Украины и ее последствия — разрушение Кременчугского НПЗ, топливной инфраструктуры, блокирование морского пути импорта — крайне обострила эту проблему. Украине необходимы общенациональные проекты замещения традиционных автомобильных топлив альтернативными: биодизелем, биоэтанолом, биометаном, синтетическими жидкими топливами.
На самом деле в Украине есть разработки, способные обеспечить научно-техническое сопровождение технологий производства альтернативных автомобильных топлив. Как раз пришло время остановиться на наиболее подготовленных к внедрению разработках, в которых участвовали специалисты Института газа.
Начнем с общей картины баланса ископаемых топлив в Украине. Общая добыча энергетического углясоставляет около 22 млн тонн, импорт — 10 млн. То есть доля импорта угля как топливного ресурса равна 45%. Нефти в Украине добывается только 1,6 млн тонн. Рынок дизельного топлива — 7,4 млн тонн, из которых на импорт приходится 6,3 млн (85%). Рынок бензина — 2,1 млн тонн, импорт — 1 млн (50%). Добыча природного газа — 20 млрд кубометров, потребление — 28 млрд, реальная доля импорта составляет около 30%.
Рассмотрим ситуацию с другими автомобильными топливами.
Сжиженный газ (пропан-бутан, LPG): рынок в 2020 году составлял почти 2 млн тонн, импорт приближается к 80%.
Сжатый газ (метан, CNG): в последние годы автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) работали на 10% от номинальной производительности, потенциал использования этого вида топлива составляет приблизительно 1 млрд кубометров. Долю импорта условно можно считать пропорциональной к природному газу (30%).
Сжиженный газ (метан, LNG) и водород как топливо отсутствуют в Украине.
Таким образом, внутреннее производство традиционных автомобильных топлив (бензинов, дизельного топлива, пропан-бутана) в Украине практически отсутствует, — на импорт приходится около 80%. В то же время природный газ становится стратегическим топливом внутренней добычи, и наращивание загрузки АГНКС возможно.
Потенциал для замещения импортированного автомобильного топлива составляют альтернативные газовые топлива, среди которых нужно выделить:
- генераторный газ (СО+Н2) как продукт переработки углеродосодержащих отходов;
- биогаз (СН4+СО2), из которого могут быть выделены биометан и углекислый газ;
- водород (Н2), а именно — биоводород, «зеленый» водород, водород из углеводородов.
Генераторный газ и биогаз, в сущности, могут быть произведены из одного и того же сырья — биомассы сельскохозяйственных и других органических отходов.
В Институте газа разработана технология получения генераторного газа из древесных отходов и гранулированных отходов сельскохозяйственной деятельности. В рамках промышленной эксплуатации подтверждена надежность, безопасность и рабочие характеристики комплексов энергетической мощностью 2 и 3 МВт (см. рис. 1). Эти газификаторы надо рассматривать в первую очередь как средство производства синтез-газа для синтеза жидких топлив.
Биогаз является одним из самых перспективных топлив для использования именно в Украине, потенциал для переработки сельскохозяйственных отходов которой огромен.
Свалочный газ как разновидность биогаза выделяется из органической части бытовых отходов. Нами внедрено семь проектов добычи и утилизации свалочного газа, — добыто более 30 млн кубометров метана, произведено и поставлено в сеть на непрерывной основе свыше 100 млн кВт∙ч электроэнергии, выбросы парниковых газов были сокращены на более чем 500 тыс. тонн (см. рис. 2). Внедрение разработанных технологий в Украине позволит ежегодно стабильно производить 500 млн кубометров метана.
Сегодня в Украине весь биогаз перерабатывают в электроэнергию по «зеленому» тарифу — установленные мощности составляют около 100 МВт. Поскольку сейчас наметился профицит электроэнергии в Украине, этот газ можно рассматривать как уже существующее сырье для получения топлива. Нами создана энергоэффективная технология производства биометана из биогаза, а также первая в Украине исследовательская установка по получению целевой фракции метана (концентрация 99%) и диоксида углерода (также 99%). Следует отметить, что биометан является очень распространенным в мире топливом, — только в странах Европейского Союза существует более тысячи крупных биометановых заводов, его ежегодное производство составляет 3,6 млрд кубометров. В странах Скандинавии в газовых трубопроводах насчитывается уже до 30% биометана.
Как автомобильное топливо, биометан используют в сжатом и жидком виде. Сжатым газом в основном заправляют муниципальный транспорт, сжиженным — грузовики для дальних перевозок. При техническом сопровождении специалистов Института газа была внедрена система заправок сжатым метаном (АГНКС). Также создана первая в Украине исследовательская установка сжижения метана, предназначенная для малотоннажного производства сжиженного метана с высокой для такого класса (до 1,5 т/ч) энергоэффективностью (см. рис. 3).
Рассмотрим будущую модель производства и использования биометана в Украине. Пример — крупнейшая в Украине биогазовая установка в городе Теофиполе на Хмельнитчине производительностью 6 тыс. кубометров биогаза в час (около 30 млн кубометров в год). Конечный потребитель — ГП «УКРАВТОГАЗ». Таким образом, в Украине уже сегодня можно создать пилотную цепочку производства и заправки автомобилей сжатым биометаном. Применение в дальнейшем отечественных энергоэффективных технологий получения биогаза и биометана позволит создать конкурентоспособную вертикально структурированную отрасль автомобильного газового топлива.
Отличные перспективы в будущем у водорода. Но для его реального использования еще надо создать целый ряд условий и технологий, и в этом видится большая роль именно украинской науки. Необходимы инфраструктура производства, транспортировки и хранения водорода, водородные автомобили, заправочные станции. Пример по практическому использованию: в сентябре 2021 года в Украине зарегистрировали две б/у машины Toyota Mirai, работающие на водороде, но в нашей стране даже нет водородных заправок.
В Институте газа в рамках сотрудничества консорциума «Гидроген» ведутся исследования по использованию водорода и водородосодержащих газовых смесей (см. рис. 4). Доказано использование смесей с концентрацией водорода до 50%. Также исследовано влияние водорода на материал полиэтиленовых труб, герметичность материалов и соединений низкого и среднего давления. Созданы соответствующие экспериментальные стенды.
Высокотехнологичным продуктом может быть синтетическое топливо. Исторически этот продукт производили страны, импорт нефтепродуктов которым был физически ограничен (Германия, ЮАР). Подобный проект, разработанный харьковским ГП «Гипрококс», предполагает строительство новых шахт во Львовской области, газификацию угля, извлечение углекислоты, производство бензина и/или диметилэфира. Запланировано производство 700 тыс. тонн бензина и 1 млн тонн ДМЭ.
Хочу подчеркнуть, что в современном мире, а тем более в воюющей Украине, доступность и цена тех или иных топлив быстро меняются, нельзя быть уверенным в приоритетности их использования. То, что еще вчера считалось нецелесообразным и нерентабельным, сегодня может стать самым доступным. Но нужно по крайней мере максимально использовать отечественные возможности по производству разных топлив и иметь соответствующий набор собственных технологий.
В учреждениях НАН Украины создан целый ряд технологических решений, позволяющих увеличить производство альтернативных автомобильных топлив и заместить значительную часть импорта горючего. Если воспользоваться опытом промышленной переработки свалочного биогаза и обеспечить технологическую поддержку развития системы АГНКС, то это даст возможность производить 1,2 млрд кубометров в год отечественного автомобильного биометана, что эквивалентно 1 млрд литров бензина. Это, в свою очередь, позволит восстановить полноценное функционирование сети заправочных станций на 500 тыс. авто и одновременно будет способствовать декарбонизации транспортной отрасли.
На сегодняшний день приблизительная стоимость биогаза составляет 12,2 грн/м3. Из него можно получить 65% биометана по цене 23,5 грн/м3, израсходовав 1 кВт∙ч/м3. Такая цена вполне конкурентна на рынке природного газа. Собственные затраты АГНКС на сжатие газа и обслуживание сети заправок составляют около 13 грн/м3. Цена сжатого биометана на заправке будет равна 36,5 грн/м3 и будет конкурентной (-11%) по сравнению с эквивалентом сжатого природного газа 41,64 грн, или бензина 40,83 грн. Капитальные вложения в строительство биометановых заводов производительностью 1,2 млрд кубометров в год составят приблизительно 1,6 млрд долл. США, что позволит заместить годовой импорт бензина на 1,1 млрд долл.
Созданные технологии синтеза могут обеспечить дополнительное количество автомобильного топлива — до 2,3 млрд литров в год. Для этого необходимо продолжать исследования и укреплять экспериментальную базу для разработки эффективных технологий получения альтернативных автомобильных топлив. Иначе нашу зависимость от импортного топлива не вылечить.