Резкое повышение мировых цен на нефть и нефтепродукты, хроническая зависимость Украины от одного поставщика энергоносителей и, как следствие, критические ситуации со снабжением российского газа — все это не только создало значительные проблемы для отечественной экономики, но и представляет серьезную угрозу национальной безопасности. Поэтому сегодня так актуализировался поиск альтернативных источников энергии. О некоторых из них пойдет речь в интервью с директором Института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины академиком Валерием КУХАРЕМ.
— Валерий Павлович, проблема поиска альтернативных источников энергии сегодня волнует людей во многих странах. Что делается в Украине для решения этого вопроса?
— Думаю, что следует использовать различные подходы и средства. Прежде всего нужно уменьшить удельные затраты топлива, хотя это и имеет свои пределы. Бесспорно, даст свои результаты доскональная очистка выхлопных газов. Использование известных альтернативных видов топлива, которыми занимается и наш институт (биоэтанол, биодизель — эфиры рапсового масла, водород и тому подобное), также является перспективным, но не может радикально решить указанную проблему. Существуют и новые заманчивые проекты — например, приспособление двигателей для работы на альтернативном топливе — диметиловом эфире (ДМЭ). Его начали воспринимать как перспективный энергоноситель сравнительно недавно. В 1995 г. несколько известных фирм (Amoco Corp., Haldor Topsoe A/S и др.) на Всемирном конгрессе-выставке в Детройте (США) представили серию докладов. Они убеждали, что ДМЭ экологически чистое дизельное топливо. В следующих публикациях этот эфир уже фигурирует под названием «Дизельное топливо ХХІ в.». Хотя по энергоемкости ДМЭ в полтора раза (на единицу массы) уступает традиционной солярке, но по другим показателям его преимущества неоспоримы: цетановое число составляет 55—60 против 40—45, температура зажигания — 235°С, а не 250°С, как у дизельного топлива. К тому же свойства ДМЭ обеспечивают бездымное горение топлива, хороший холодный запуск двигателя, снижение уровня шума. И главное преимущество ДМЭ как дизельного топлива — экологически чистый выхлоп. Содержание токсических компонентов в нем (без применения каталитической обработки выхлопных газов) соответствует экологическим требованиям европейских норм «Евро-3» и «Евро-4». Нет принципиальных проблем и с адаптацией автотранспорта к новому топливу, поскольку по физическим свойствам ДМЭ близок к пропан-бутановым газовым смесям. Поэтому могут быть использованы уже наработанные условия их хранения и транспортировки.
Кроме перечисленного выше, расчеты японских исследователей показали, что применение ДМЭ как топлива для газотурбинных установок более экономично, чем сжиженного нефтяного или сжатого природного газа. Заметим также, что ДМЭ легко деградирует в атмосфере, а следовательно, может служить заменителем известных фреонов — активных «разрушителей», как считают специалисты, озоновых пластов атмосферы. Можно также применять ДМЭ с целью получения чистого водорода для использования в топливных элементах — электрохимических генераторах автомобилей недалекого будущего. Иными словами, сфера потребления ДМЭ как энергоносителя дает мощный стимул для развертывания его производства в крупных масштабах. А это, в свою очередь, создает предпосылки для концентрации усилий исследователей на методах его синтеза. Кроме того, ДМЭ в случае необходимости может быть направлен на производство из него бензина, хорошо известного автотоплива.
— Каковы успехи в этом направлении ученых института?
— У нас разработаны эффективные лабораторные процессы получения ДМЭ и высокооктанового бензина. Производство диметилового эфира осуществляется в две стадии: получение синтез-газа из угля (каменного или бурого) или природного газа (смесь оксидов углерода и водорода), а дальше — каталитический синтез ДМЭ из синтеза-газа.
— Известно, что вы были одним из инициаторов создания комплексной целевой программы прикладных исследований «Биотопливо» НАН Украины. Что в ней предусматривается в контексте нашего разговора?
— В концепции этой программы предусматриваются исследования по таким важным разделам, как усовершенствование технологий получения биотоплива (биодизель и биоэтанол), разработка методов получения из биомассы сухих отходов углеводородов — заменителей нефтяных, создание комплексных технологий использования биосырья для получения биотоплива и использование побочных продуктов, получение ряда известных или перспективных органических химикатов (полилактат, молочная кислота, гидроксимасляная кислота, глютаминовая кислота, фурфурол и продукты на его основе). «Запуск» программы даст возможность нашим научным сотрудникам внести свой вклад в решение этой глобальной проблемы. А кроме того, программа позволит объединить и скоординировать исследования, осуществляемые специалистами различных научных направлений (химиками, генетиками, микробиологами и пр.).
— Расскажите о достижениях института в этом вопросе.
— Совместно с коммерческими структурами в течение пяти лет правдами и неправдами внедрили в небольших объемах бензины марок А-80, А-92 и А-95, содержащие до 6% обезвоженного биоэтанола, но с обязательным, подчеркну, использованием специальных поверхностно-активных веществ (чтобы бензиновая смесь не расслаивалась при хранении и транспортировке). У нас в активе достижений проверенные в исследовательских условиях рецептуры бензинов, содержащих до 85% биоэтанола, остальное — нефтяной бензин. Такие бензины по основным показателям соответствуют европейскому стандарту E85.
Для ряда фермерских хозяйств Украины и Латвии мы предложили технологии получения биодизельного топлива на основе метиловых эфиров рапсового масла и генетически модифицированной сои. Ведутся активные исследования по получению биодизельного топлива по безотходной технологии с использованием этилового спирта вместо токсического метанола. Есть интересные результаты и по использованию растительных масел и их компонентов для различных технологических целей.
— Как вы оцениваете ближайшие перспективы развития органического синтеза?
— По-видимому, уже в ближайшее время нефтехимическое производство органических материалов (то есть не только автомобильного топлива) будет базироваться на «трех китах»: углеводородах, углеводах и продуктах метаболизма растений. «Дети черного золота» — углеводные из нефти, газа или продуктов газификации органического сырья и угля (синтез-газ) будут оставаться еще некоторое время основным сырьем для производства органических химикатов, растворителей и полимерных материалов. В то же время будут стремительно увеличиваться объемы и ассортимент органических химикатов, полученных из биомассы на основе «белой химии» (ферментативной технологии) с элементами традиционной технологии.
Растения, особенно генетически модифицированные, будут использоваться как источник экономически приемлемых пестицидов и красителей, лекарственных средств и тому подобное. Внимание к проблеме замены нефтяного сырья на биомассу побуждает исследователей к активному поиску новых продуктов технического и бытового назначения из крахмала и целлюлозы, природных жирных кислот и спиртов. Не исключено, что на рынок возвратятся некоторые «старые» продукты из целлюлозы и крахмала, которые были вытеснены сугубо синтетическими продуктами. С другой стороны, появление на рынке доступных в значительных объемах химикатов из биомассы будет важным стимулом для расширения сферы их применения и создания новых промежуточных и конечных продуктов.
Живая природа существует благодаря процессам устойчивости, взаимосвязи и круговорота вещества-энергии, которая является лучшим воплощением принципов постоянного развития. Углубление наших знаний о биологических процессах и использовании богатых возможностей биосферы служит основой для постоянного развития человечества.
— Украинские запасы энергетического угля, по оптимистическим прогнозам, составляют около 120 млрд. тонн, этого может хватить на более чем 400 лет добычи даже при возрастающем потреблении. Можно ли считать Украину наиболее перспективной страной среди стран СНГ для реализации проекта по производству альтернативных моторных видов топлива?
— Производство синтетического моторного топлива из синтез-газа основывается или на каталитическом процессе Фишера—Тропша, или на Мобил-процессе (тоже каталитическом) — через промежуточное получение метанола. Используя этот метод получали моторное топливо в Германии во время Второй мировой войны и в Южно-Африканской Республике, когда действовало эмбарго на ввоз нефти. Процесс технологически хорошо разработан, но дорогой. Сегодня указанный метод используют лишь отдельные заводы по производству жидкого топлива (фирмы «Шелл» в Малайзии и «Сасол» в ПАР), имеющие, скорее, демонстрационный характер возможностей современной каталитической химии. То же касается и производства бензина из метанола — небольшой завод фирмы «Мобил» в Новой Зеландии. Кстати, по оценкам экономистов нашего института, цена установки фирмы «Сасол» из ЮАР достигает 2,3 млрд. долларов. Она должна давать минимум 1 млн. тонн топлива в год, потребляя 3—4 млн. тонн угля. Строить более крупные производства на основе этих технологий рискованно, но рост цен на нефть и газ может оправдать производство синтетического моторного топлива. Например, в прошлом году появились сообщения о намерениях Китая, у которого есть крупные месторождения угля, построить несколько предприятий по технологии «Сасол».
— «Водород — топливо будущего». Сегодня эта фраза звучит все чаще. Во многих странах мира исследования по водородной энергетике отнесены к приоритетным направлениям развития альтернативных источников энергии. Наверное, мировой бум в сфере водородной энергетики не мог не привлечь внимание научных сотрудников института?
— Этой проблемой мы занимаемся уже почти три года. Есть определенные достижения. Например, за это время разработаны действующие образцы низкотемпературных топливных элементов для получения электроэнергии с использованием как топлива водородсодержащего сырья, например, глюкозы, сероводорода, продуктов бактериального брожения крахмала, патоки или водных растворов биомассы. Некоторые из этих разработок защищены международными и отечественными патентами. Уже сегодня у нас есть модель низкотемпературной топливной ячейки на основе водных растворов глюкозы, муравьиной кислоты и бактерий Aeromonas formicans, открывающей новые возможности в создании биотопливных ячеек для потребностей водородной энергетики.
Интересно, пожалуй, и то, что будущие водородные автомобили смогут работать, образно говоря, на микроорганизмах. Американцы в позапрошлом году обнаружили целый ряд штаммов, получающих водород из некоторых сахаров. Причем с очень высоким выходом — приблизительно 50%. В дальнейшем ученые собираются приучить их «питаться» целлюлозой, крахмалом и тому подобное. А полученный водород «сжигать» в топливных элементах.
В институте разработана программа развития альтернатив нефтепродуктам. Сотрудники шутки ради называют ее «Десять шагов навстречу». Очевидно, по аналогии со ставшей уже классической в Украине «Десять шагов навстречу людям»!