Рапсодия о рапсе

«Зря в прессе проливаются крокодиловы слезы о близящемся конце эры углеводородов — нефти, газа, угля, — таким неожиданным заявлением начал свой рассказ о нынешнем состоянии дел в энергетике директор Института биоорганической химии и нефтехимии НАН Украины академик НАНУ Валерий КУХАРЬ. — Это далеко не конец цивилизации. Более того, это спасение для всего живого на Земле. Потому что, когда на смену дымящим трубам тепловых электростанций, нещадно пожирающим кислород автомобилям придет следующее поколение машин, оно будет более щадящим и близким к живой природе. Кстати, спасительный заменитель бензиновому двигателю придуман давно. Это водородный двигатель, у которого из выхлопной трубы выбрасываются не ядовитые газы, а чистый водяной пар».

Наглый и проходящий сквозь стены

О перспективах водорода в энергетике и автомобилестроении «ЗН» уже писало. В.Кухарь считает, что успехам на этом поприще мешают старые, уходящие в прошлое отрасли. Их представители кричат о кризисе на своем направлении, но в то же время не спешат уступать место более перспективным конкурентам. Достаточно привести такой пример: на развитие керамического двигателя, фактически ничего принципиально не меняющего в автомобилестроении, уже потрачены миллиарды долларов. Не меньшие средства затрачены и на многие другие исследования по совершенствованию бензинового двигателя. И это в то время, когда на развитие водородного со скрипом находятся жалкие крохи. Энергетика и автомобилестроение, опирающиеся на использование углеводородов, всячески противятся любым революционным переменам, которые способны поставить под сомнение их монополию.

— Да, проблема водорода достаточно сложна, — признает Валерий Павлович. — Увы, это очень нежный элемент. Его замечательные достоинства — лишь продолжение его жутких недостатков. Чего стоит одна способность водорода взрываться практически при смешении в любых пропорциях с воздухом. Причем пределы взрывоопасности у него крайне широки — от одного процента до 99%. То есть добавь в воздух чуть-чуть водорода, и готова гремучая смесь. Или наоборот — добавь к водороду чуточку воздуха, и будешь сидеть как на пороховой бочке.

Кроме того, водород несет с собой много других хлопот. Если металл насыщается им, то теряет при этом прочность. А сколько забот может доставить его способность буквально проникать сквозь любые стены — молекулы водорода самые маленькие в материальном мире и поэтому его трудно удержать в замкнутом объеме. Все это дает представление о том, какой ворох сложнейших проблем нужно решить ученым и инженерам для создания водородной энергетики будущего. Хотя, разве трудности, стоявшие перед создателями бензинового двигателя в начале его пути, были меньше?

Капитан Врунгель когда-то использовал обычных лесных белок для того, чтобы разогнать свою яхту. Похоже, фантазия легендарного капитана может стать пророчеством — будущие водородные автомобили смогут работать на микроорганизмах. Американцы в прошлом году нашли целый ряд штаммов, производящих водород из некоторых сахаров. Причем с очень высоким выходом — порядка 40 — 50 процентов. В дальнейшем ученые собираются приучить их питаться целлюлозой, крахмалами, что будет гораздо дешевле. Как видим, путь к идеальному автомобилю будущего не особенно прост, но он обещает человечеству избавление от нелегких проблем, которые поставили перед людьми бензиновый мотор и тепловые электростанции. Кстати, в Киеве и Харькове в институтах НАН Украины когда-то проводились серьезные работы на этом направлении. Сегодня нужно возобновить былые исследования.

Бразилия нам поможет

На пути к идеалу люди то и дело обходятся эрзацами. Пока водородное топливо — журавль в небе. Синицей в этой ситуации называют спирт…

Это вызывает в памяти события середины XIX века, когда львовские фармацевты впервые получили первый чистый керосин. Открытие было сделано, когда они пытались добыть спирт… из нефти. Видимо, в этой идее есть рациональное зерно, потому что спустя полтора века химики упорно работают над тем, как этанолом… разбавить бензин.

Задача оказалась непростой — бензин этанол воспринимает, но только до определенного предела. Затем начинается расслоение. Чем ниже температура смеси, тем оно сильнее. Хорошо, если автомобилист пользуется этим новшеством на жарком юге. Здесь можно добавлять спирта в автомобильное топливо побольше, а вот на Аляске или в Сибири — нет. Чем ниже окружающая температура, тем хуже будет работать двигатель на смеси. Чтобы этого не случилось и ненастье не заставило ваш автомобиль с биотопливом врасплох, рекомендуется добавлять в бензин не более десяти процентов этанола. Таким образом, существует некоторая обидная зависимость от климата, в котором эксплуатируется машина.

Тем не менее в США уже созданы государственные программы, в которых четко указано, что их целью является получение дешевого этилового спирта из растительных остатков — биоэтанола. В Канаде даже запущен завод, производящий из одной тонны сельскохозяйственных отходов, по сути из соломы, 600 литров этанола. Мощность его около 12 тысяч тонн.

Интересные варианты созданы и для дизельного двигателя. Здесь в качестве заменителя дизельного топлива можно использовать растительные масла. Обсуждение этих программ в США идет на высшем государственном уровне — Буш лично обращался к нации с планом перехода на альтернативные виды топлива.

В Америке на биодизеле уже работают небольшие электростанции. Его активно начинают использовать также фермеры. Пионерами в использовании биодизеля стали сознательные члены американского правительства и экологически продвинутые университетские профессора. Они ездят на биодизельном топливе с добавками, получая от этого своего хобби некоторые преференции из госбюджета. Солярка из сои и рапса сегодня все-таки дороже той, что получается из ископаемого топлива, поэтому для ее внедрения в широкие американские народные массы нужна дотация. В США дотируются фермеры, чтобы они производили больше сои для получения масла для дизеля.

В Германии фермеры также получают дотации, если они выращивают не пшеницу (которой в Европе переизбыток), а рапс. Как выяснилось, производство рапса и сои вообще очень выгодно: масло идет на биодизель, а жмых, обогащенный белком, служит хорошим кормом для скота. Так немцы системно решают проблему кормов и топлива.

Планы передовых государств в развитии этого направления впечатляют, хотя следует учесть, что все данные в публикуемых западными правительствами перспективах развития альтернативной энергетики амбициозно преувеличены. Европейская комиссия когда-то объявляла, что до 2000 года намерена довести показатель возобновляемых источников энергии до восьми процентов. Правда, на деле они с трудом дотянули до двух. Сейчас в ЕС снова объявили о явно нереальных планах — к 2010 году повысить эти показатели до 12 процентов, а к 2030-му — до 18 процентов. Впрочем, ведущие специалисты осознают фантастичность этих цифр, но уверены — такой перебор в планировании пойдет на пользу делу.

В Бразилии несколько лет назад спроектирована установка комбинированного цикла для производства энергии. Все органические отходы сбрасываются в биореактор и получается низкокалорийный биогаз, имеющий много углекислого газа. Однако если избавиться от него, получается прекрасное топливо для парогазовых установок, КПД которых достигает 54—56 процентов! Вспомним, что на наших электростанциях в лучшем случае мы имеем 33 процента. Таким образом можно почти двое уменьшить количество газа, потребляемого для производства единицы энергии. В Бразилии сахарного тростника и других органических отходов очень много. Эта страна стала одной из первых, кто пошел на революцию в энергетике. После них об этом же заговорили в США и в Европе.

Шекспировский вопрос: выпьем здесь или поедем?..

И вот что удивительно — при таком обилии спирта, никому в Бразилии не пришла в голову мысль: зачем куда-то ехать, когда можно выпить и здесь...

В связи с этим я спросил у академика Валерия Кухаря:

— Валерий Павлович, а не получится ли так, что вместо того, чтобы посадить украинцев на автомобиль с дешевым топливом, вы дадите импульс нации к тому, чтобы она спилась на корню? Такая перспектива пострашнее свинцовых выхлопов бензиновых автомобилей…

— Честно признаюсь, когда в 1995 году мне через администрацию президента поступило предложение одного американца оценить возможность использования картофельного этилового спирта для автомобилей, именно такая мысль и посетила меня. Но тогда все спиртовые заводы были ориентированы на сахарную свеклу и частично на пшеницу. У нас попросту не было технических возможностей для реализации предложенного плана. Однако, если бы мы его реализовали, действительно пришлось бы подумать, как избежать опасности, о которой вы говорите. Делать же денатурированный спирт для автомобилей — не решение проблемы…

Этанол — хорошая кислородная добавка к бензинам. Он уже применяется, но еще не в массовом порядке: технология требует, чтобы он был безводным. А мы даже для водки используем лишь 96-процентный спирт. Нужно убрать эти лишние четыре процента воды из спирта, и тогда он будет хорошо смешиваться с бензином. Но здесь вопрос опять упирается в экономику — для этого нужны дешевые методы обезвоживания. Когда-то в Украине была одна из лучших технологий по получению этанола. Но мощности старых заводов нужно реанимировать и построить новые.

Можно на заводах готовить и древесный спирт-метанол для добавления в бензин. Он перспективен и в таком достаточно примитивном варианте. Однако есть более интересная перспектива — химики должны умудриться из метанола получать водород для топливных элементов. Можно со временем перейти на спирты, которые будут давать в итоге водород для топливного элемента. Уже есть два автомобиля с подобными топливными элементами, которые бегают по дорогам — один японский, другой американский.

События на мировом нефтерынке все жестче подталкивают нас к решительным действиям. Если цена нефти будет подниматься и дальше, тогда растительные заменители топлива из нефти уже в ближайшее время станут более конкурентоспособными. Сегодня главная проблема в Украине — в правительстве нет понимания важности этого вопроса. Поэтому нет и официальной поддержки, как в Германии, США, где направлению уделяют огромное внимание.

Зеленая химия

Наш век уже называли веком кибернетики и биотехнологий. Но ведь и рапсовая солярка и биоэтанол — это перспективные биотехнологические процессы. Однако, к сожалению, мы в этом деле чем дальше, тем больше отстаем, сдавая даже те позиции, которые у нас когда-то были. По сути, когда-то работавшие биотехнологические мощности (в частности Ладыжинский завод), сходят на нет, и мы сильно отстаем от той же Дании, где работают крупнейшие биотехнологические фирмы.

А мы на этом направлении когда-то имели весьма приличные наработки. Двадцать лет назад Институт газа вместе с Институтом микробиологии и вирусологии разрабатывал биореактор. Есть отдельные разработки и в университетах. Так что говорить, что у нас нет научных сил или о том, что наши ученые совсем не работают в этой нише, нельзя. Но не поставлена задача — ни на правительственном уровне, ни на предпринимательском, и это ведет к деградации.

Мы забыли о том, сколько в мире технических культур выращивается на полях для обеспечения промышленности. И это далеко не архаическое производство. Возьмем те же хлопок, лен, плантации гивейи… Значительная часть каучука для производства высококачественной резины производится из натурального сырья. То же рапсовое масло может быть использовано для производства химикатов — прежде всего поверхностно-активных веществ.

Сегодня химический мир возлагает большие надежды на так называемую зеленую химию. Одна из ее важных идей — создание продуктов, воспринимаемых природой. Уже выпускаются за рубежом полимеры для упаковочных материалов, которые способны разлагаться, попадая на свалку, потому что сделаны из природных компонентов.

Открылись ранее невиданные перспективы — обычный колос с помощью генной инженерии может быть изменен так, что зерновые параметры пшеницы останутся теми же, а характеристики колоса будут обогащены компонентами с иной химической структурой. Это позволит использовать его более эффективно для производства того или иного химиката из соломы. И это только некоторые наметки для нашего ближайшего будущего.

«Так что я, — сказал в заключение Валерий Кухарь, — не вижу серьезных причин для неуверенности в будущем человечества, как пытаются это представить некоторые «кассандры» от науки, рисуя его в мрачных тонах после истощения запасов нефти через 30 лет. Обойдемся и без углеводородного топлива. Уверен, что без него будет даже лучше. Уж во всяком случае будет гораздо чище на Земле. Она действительно станет зеленой планетой.»