«Даремно в пресі проливаються крокодилячі сльози про наближення кінця ери вуглеводнів — нафти, газу, вугілля, — такою несподіваною заявою розпочав свою розповідь про нинішній стан справ в енергетиці директор Інституту біоорганічної хімії і нафтохімії НАН України академік НАНУ Валерій КУХАР. — Це далеко не кінець цивілізації. Більш того, це порятунок для всього живого на Землі. Тому що, коли на заміну димним трубам теплових електростанцій та автомобілям, які нещадно пожирають кисень, прийде наступне покоління машин, воно буде більш щадним і близьким до живої природи. До речі, рятівний замінник бензиновому двигуну придумано давно. Це водневий двигун, у якого з вихлопної труби викидаються не отрутні гази, а чиста водяна пара».
Нахаба, який проходить крізь стіни
Про перспективи водню в енергетиці та автомобілебудуванні «ДТ» уже писало. В.Кухар вважає, що успіхам на цій ниві заважають старі галузі, які відходять у минуле. Їхні представники кричать про кризу на своєму напрямку, але водночас не поспішають поступатися місцем перспективнішим конкурентам. Досить навести такий приклад: на розвиток керамічного двигуна, який фактично нічого принципово не змінює в автомобілебудуванні, уже витрачено мільярди доларів. Не менші кошти витрачені й на багато інших досліджень з удосконалення бензинового двигуна. І це тоді, коли на розвиток водневого зі скрипом знаходяться жалюгідні крихти. Енергетика й автомобілебудування, котрі спираються на використання вуглеводнів, усіляко протидіють будь-яким революційним змінам, які можуть поставити під сумнів їхню монополію.
— Так, проблема водню досить складна, — визнає Валерій Кухар. — На жаль, це дуже ніжний елемент. Його чудові переваги — лише продовження його жахливих недоліків. Чого коштує одна здатність водню вибухати практично при змішуванні у будь-яких пропорціях з повітрям. Причому межі вибухонебезпечності у нього дуже широкі — від одного відсотка до 99%. Тобто додай у повітря хоч трохи водню, і готова гримуча суміш. Або навпаки — додай до водню трішечки повітря, і сидітимеш як на пороховій діжці.
Окрім того, водень несе із собою багато іншого клопоту. Якщо метал насичується ним, то втрачає при цьому міцність. А скільки турбот може створити його здатність буквально проникати крізь будь-які стіни — молекули водню найменші у матеріальному світі і тому його важко утримати в замкнутому просторі. Усе це дає уявлення про те, яку кількість найскладніших проблем слід вирішити вченим та інженерам для створення водневої енергетики майбутнього. Хоча, хіба труднощі, які стояли перед винахідниками бензинового двигуна на початку його шляху, були меншими?
Капітан Врунгель колись використовував звичайних лісових білок для того, щоб розігнати свою яхту. Схоже, фантазія легендарного капітана може стати пророцтвом — майбутні водневі автомобілі зможуть працювати на мікроорганізмах. Американці торік знайшли цілий ряд штамів, які продукують водень із деяких цукрів. Причому з дуже високим виходом — близько 40 — 50 відсотків. Надалі вчені збираються привчити їх харчуватися целюлозою, крохмалями, що буде набагато дешевше. Як бачимо, шлях до ідеального автомобіля майбутнього не дуже простий, але він обіцяє людству порятунок від нелегких проблем, перед якими поставили людей бензиновий мотор і теплові електростанції. До речі, у Києві і Харкові в інститутах НАН України колись проводилися серйозні роботи у цьому напрямі. Сьогодні потрібно відновити колишні дослідження.
Бразилія нам допоможе
На шляху до ідеалу люди тільки й обходяться ерзацами. Поки що водневе паливо — журавель у небі. Синицею у цій ситуації називають спирт...
Це викликає у пам’яті події середини XIX століття, коли львівські фармацевти вперше одержали перший чистий гас. Відкриття було зроблено, коли вони намагалися добути спирт... із нафти. Напевно, у цій ідеї є раціональне зерно, тому що через півтора століття хіміки завзято працюють над тим, як етанолом... розбавити бензин.
Завдання виявилося непростим — бензин етанол сприймає, але тільки до певної межі. Потім починається розшарування. Чим нижча температура суміші, тим воно сильніше. Добре, якщо автомобіліст користується цим нововведенням на спекотному півдні. Тут можна додати спирту в автомобільне паливо побільше, а от на Алясці чи в Сибіру — ні. Чим нижча температура оточуючого середовища, тим гірше працюватиме двигун на суміші. Щоб цього не сталося і негода не заскочила зненацька ваш автомобіль із біопаливом, рекомендується добавляти в бензин не більше десяти відсотків етанолу. Таким чином, існує певна образлива залежність від клімату, в якому експлуатується машина.
Проте у США вже створені державні програми, у яких чітко зазначено, що їхньою метою є одержання дешевого етилового спирту з рослинних залишків — біоетанолу. У Канаді навіть запущено завод, котрий виробляє з однієї тонни сільськогосподарських відходів, по суті із соломи, 600 літрів етанолу. Потужність його близько 12 тисяч тонн.
Цікаві варіанти створені і для дизельного двигуна. Тут як замінник дизельного палива можна використовувати рослинні олії. Обговорення цих програм у США відбувається на найвищому державному рівні — Буш особисто звертався до нації з планом переходу на альтернативні види палива.
В Америці на біодизелі вже працюють невеличкі електростанції. Його активно починають використовувати також фермери. Піонерами у використанні біодизеля стали свідомі члени американського уряду й екологічно просунуті університетські професори. Вони їздять на біодизельному паливі з добавками, одержуючи від цього свого хобі деякі преференції з держбюджету. Солярка із сої і ріпаку сьогодні все-таки дорожча тієї, яку одержують з викопного палива, тому для її впровадження у широкі американські народні маси потрібна дотація. У США дотуються фермери, щоб вони виробляли більше сої для одержання олії для дизеля.
У Німеччині фермери також одержують дотації, якщо вони вирощують не пшеницю (якої в Європі надлишок), а ріпак. Як з’ясувалося, виробництво ріпаку і сої взагалі дуже вигідне: олія йде на біодизель, а макуха, збагачена білком, слугує гарним кормом для худоби. Так німці системно вирішують проблему кормів і палива.
Плани передових держав у розвитку цього напряму вражають, хоча варто врахувати, що всі дані у публікованих західними урядами перспективах розвитку альтернативної енергетики амбіційно перебільшені. Європейська комісія колись повідомляла, що до 2000 року має намір довести показник відновлюваних джерел енергії до восьми відсотків. Та насправді вони ледь дотягли до двох. Зараз в ЄС знову оголосили про, вочевидь, нереальні плани — до 2010 року підвищити ці показники до 12 відсотків, а до 2030-го — до 18 відсотків. Утім провідні спеціалісти усвідомлюють фантастичність цих цифр, але упевнені — такий перебір у плануванні піде на користь справі.
У Бразилії кілька років тому спроектовано установку комбінованого циклу для виробництва енергії. Всі органічні відходи скидають у біореактор і утворюється низькокалорійний біогаз, який містить багато вуглекислого газу. Проте якщо позбутися його, виходить прекрасне паливо для парогазових установок, ККД яких досягає 54—56 відсотків! Пригадаймо, що на наших електростанціях у кращому випадку ми маємо 33 відсотки. Таким способом можна майже вдвічі зменшити кількість газу, споживаного для виробництва одиниці енергії. У Бразилії цукрового очерету та інших органічних відходів дуже багато. Ця країна стала однією з перших, хто пішов на революцію в енергетиці. Після них про це також заговорили у США та у Європі.
Шекспірівське запитання: вип’ємо тут чи поїдемо...?
І от що дивує — при такій великій кількості спирту, нікому в Бразилії не спало на думку таке: навіщо кудись їхати, коли можна випити і тут...
У зв’язку з цим я запитав в академіка Валерія Кухаря:
— Валерію Павловичу, а чи не вийде так, що замість того, щоб посадити українців на автомобіль із дешевим паливом, ви дасте імпульс нації до того, щоб вона спилася на пні? Така перспектива страшніша від свинцевих вихлопів бензинових автомобілів...
— Чесно признаюся, коли 1995 року мені через адміністрацію президента надійшла пропозиція одного американця оцінити можливість використання картопляного етилового спирту для автомобілів, саме така думка і з’явилася. Але тоді всі спиртові заводи були орієнтовані на цукровий буряк і частково на пшеницю. Ми просто не мали технічних можливостей для реалізації запропонованого плану. Проте, якби ми його реалізували, дійсно довелося б подумати, як уникнути небезпеки, про яку ви говорите. Робити ж денатурований спирт для автомобілів — не вирішення проблеми...
Етанол — гарна киснева добавка до бензинів. Його вже застосовують, але ще не масово: технологія вимагає, щоб він був безводним. А ми навіть для горілки використовуємо лише 96-процентний спирт. Потрібно прибрати ці зайві чотири відсотки води зі спирту, і тоді він добре змішуватиметься з бензином. Але тут питання знову впирається в економіку — для цього потрібні дешеві методи зневоднювання. Колись в Україні була одна з найкращих технологій отримання етанолу. Але потужності старих заводів потрібно реанімувати і побудувати нові.
Можна на заводах готувати і деревний спирт-метанол для додавання в бензин. Він перспективний і в такому досить примітивному варіанті. Проте є цікавіша перспектива — хіміки повинні примудритися з метанолу одержувати водень для паливних елементів. Можна згодом перейти на спирти, які даватимуть в результаті водень для паливного елемента. Вже бігають дорогами два автомобілі з подібними паливними елементами — один японський, другий американський.
Події на світовому нафторинку дедалі сильніше підштовхують нас до рішучих дій. Якщо ціна нафти підніматиметься і надалі, тоді рослинні замінники палива з нафти вже найближчим часом стануть більш конкурентоспроможними. Сьогодні головна проблема в Україні — в уряді немає розуміння важливості цього питання. Тому немає й офіційної підтримки, як у Німеччині, США, де напряму приділяють величезну увагу.
Зелена хімія
Наше століття вже називали століттям кібернетики і біотехнологій. Але ж і солярка з ріпака та біоетанол — це перспективні біотехнологічні процеси. Проте, на жаль, ми у цій справі дедалі більше відстаємо, здаючи навіть ті позиції, які колись були. По суті, біотехнологічні потужності, котрі колись працювали, (зокрема Ладижинський завод), сходять нанівець, і ми дуже відстаємо від тієї ж Данії, де працюють найбільші біотехнологічні фірми.
А ми на цьому напрямі колись мали дуже пристойні наробки. Двадцять років тому Інститут газу разом з Інститутом мікробіології і вірусології розробляв біореактор. Є окремі розробки й в університетах. Тож говорити, що ми не маємо наукових сил чи, що наші вчені зовсім не працюють на цій ниві, не можна. Але не поставлено завдання — ні на урядовому рівні, ні на підприємницькому, і це призводить до деградації.
Ми забули про те, скільки у світі технічних культур вирощують на полях для забезпечення промисловості. І це далеко не архаїчне виробництво. Візьмімо ті ж бавовну, льон, плантації гевеї... Значна частина каучуку для виробництва високоякісної гуми виробляється з натуральної сировини. Та сама ріпакова олія може використовуватися для виробництва хімікатів — насамперед поверхнево-активних речовин.
Сьогодні хімічний світ покладає великі надії на так звану зелену хімію. Одна з її важливих ідей — створення продуктів, які б сприймалися природою. Вже випускаються за кордоном полімери для пакувальних матеріалів, котрі розкладаються, потрапляючи на смітник, тому що зроблені з природних компонентів.
Відкрилися раніше небачені перспективи — звичайний колос за допомогою генної інженерії можна змінити так, що зернові параметри пшениці залишаться такими самими, а характеристики колосу будуть збагачені компонентами з іншою хімічною структурою. Це дозволить ефективніше використовувати його для виробництва того чи іншого хімікату із соломи. І це тільки деякі позначки для нашого найближчого майбутнього.
«Тож я, — сказав насамкінець Валерій Кухар, — не бачу серйозних причин для непевності у майбутньому людства, як намагаються це подати деякі «кассандри» від науки, малюючи його у чорних тонах після виснаження запасів нафти через 30 років. Обійдемося і без вуглеводневого палива. Впевнений, що без нього буде навіть краще. Принаймні буде набагато чистіше на Землі. Вона дійсно стане зеленою планетою.»