Академік Кухар: «Україна має поспішати з розв’язанням проблеми альтернативного палива…»

Різке зростання світових цін на нафту і нафтопродукти, хронічна залежність України від одного постачальника енергоносіїв і, як наслідок, критичні ситуації з постачанням російського газу — усе це не тільки створило значні проблеми для вітчизняної економіки, а й становить серйозну загрозу національній безпеці. Тому сьогодні так актуалізувався пошук альтернативних джерел енергії. Про деякі з них ідеться в інтерв’ю з директором Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України академіком Валерієм КУХАРЕМ.

— Валерію Павловичу, проблема пошуку альтернативних джерел енергії сьогодні хвилює людей у багатьох країнах. Що робиться в Україні, щоб знайти вирішення цього питання?

— Гадаю, що слід використовувати різні підходи та засоби. Насамперед потрібно зменшити питомі витрати палива, хоч це і має свої межі. Безперечно, дасть свої результати досконала очистка вихлопних газів. Використання відомих альтернативних видів палива, якими займається й наш інститут (біоетанол, біодизель — ефіри ріпакової олії, водень тощо), теж є перспективним, але не може радикально вирішити зазначену проблему. Є й нові привабливі проекти — наприклад, пристосування двигунів для роботи на новому альтернативному паливі — диметиловому ефірі (ДМЕ). Його почали сприймати як перспективний енергоносій порівняно недавно. 1995 р. кілька відомих фірм (Amoco Corp., Haldor Topsoe A/S та ін.) на Всесвітньому конгресі-виставці в Детройті (США) представили серію доповідей. Вони переконували, що ДМЕ екологічно чисте дизельне паливо. У наступних публікаціях цей ефір уже фігурує під назвою «Дизельне паливо ХХІ ст.». Хоча за енергоємністю ДМЕ у півтора разу (на одиницю маси) поступається традиційній солярці, але за іншими показниками його перевага незаперечна: цетанове число становить 55—60 проти 40—45, температура запалювання — 235°С, а не 250°С, як у дизельного палива. До того ж властивості ДМЕ забезпечують бездимне горіння палива, хороший холодний пуск двигуна, зниження рівня шуму. Та головна перевага ДМЕ як дизельного палива — екологічно чистий вихлоп. Уміст токсичних компонентів у ньому (без застосування каталітичної обробки вихлопних газів) задовольняє екологічні вимоги європейських норм «Євро-3» та «Євро-4». Немає принципових утруднень і з адаптацією автотранспорту до нового палива, оскільки за фізичними властивостями ДМЕ близький до пропан-бутанових газових сумішей. Тож можуть бути використані вже напрацьовані умови їх зберігання і транспортування.

Окрім переліченого вище, розрахунки японських дослідників показали, що застосування ДМЕ як палива для газотурбінних установок є більш економічним, аніж зрідженого нафтового або стисненого природного газу. Зазначимо також, що ДМЕ легко деградує в атмосфері, а отже, може служити замінником відомих фреонів —активних «руйнівників», як вважають фахівці, озонових шарів атмосфери. Можна також застосовувати ДМЕ з метою отримання чистого водню для використання у паливних елементах — електрохімічних генераторах автомобілів близького майбутнього. Іншими словами, сфера споживання ДМЕ як енергоносія дає потужний стимул для розгортання його виробництва у великому масштабі. А це, у свою чергу, створює передумови для концентрації зусиль дослідників на методах його синтезу. Крім того, ДМЕ за необхідності може бути спрямований на виробництво з нього бензину, добре знаного автопалива.

— Чи мають успіхи в цій проблемі вчені інституту?

— У нас розроблено ефективні лабораторні процеси отримання ДМЕ та високооктанового бензину. Виробництво диметилового ефіру здійснюється у дві стадії: отримання синтез-газу із вугілля (кам’яного чи бурого) або природного газу (суміш оксидів вуглецю та водню), а далі — каталітичний синтез ДМЕ із синтез-газу.

— Відомо, що ви були одним з ініціаторів створення комплексної цільової програми прикладних досліджень «Біопаливо» НАН України. Що в ній передбачається в контексті нашої розмови?

— У концепції цієї програми передбачаються дослідження з таких важливих розділів, як удосконалення технологій отримання біопалива (біодизель та біоетанол), розробка методів отримання з біомаси сухих відходів вуглеводнів — замінників нафтових, створення комплексних технологій використання біосировини для отримання біопалива і використання побічних продуктів, отримання низки відомих або перспективних органічних хімікатів (полілактат, молочна кислота, гідроксимасляна кислота, глютамінова кислота, фурфурол та продукти на його основі). «Запуск» програми дасть змогу нашим науковцям зробити свій внесок у розв’язання цієї глобальної проблеми. А крім того, програма дозволить об’єднати та координувати дослідження, які здійснюються фахівцями різних наукових напрямів (хіміками, генетиками, мікробіологами та ін.).

— Чи має інститут на цьому напрямі власні досягнення?

— Разом із комерційними структурами протягом п’яти років правдами і неправдами впровадили в невеликих обсягах бензини марок А-80, А-92 та А-95, що містять до 6% зневодненого біоетанолу, але з обов’язковим, підкреслю, використанням спеціальних поверхнево-активних речовин (щоб бензинова суміш не розшаровувалася при зберіганні та транспортуванні). Маємо в активі досягнень перевірені в дослідних умовах рецептури бензинів, що містять до 85% біоетанолу, решта — нафтовий бензин. Такі бензини за основними показниками відповідають європейському стандарту E85.

Для ряду фермерських господарств України і Латвії ми запропонували технології отримання біодизельного палива на основі метилових ефірів ріпакової олії та генетично модифікованої сої. Ведуться активні дослідження щодо отримання біодизельного палива за безвідходною технологією з використанням замість токсичного метанолу етилового спирту. Є цікаві результати й з використання рослинних олій та їхніх компонентів для різних технологічних цілей.

— Ваші оцінки найближчих перспектив розвитку органічного синтезу?

— Очевидно, уже найближчим часом нафтохімічне виробництво органічних матеріалів (тобто не тільки автомобільного палива) базуватиметься на «трьох китах»: вуглеводнях, вуглеводах і продуктах метаболізму рослин. «Діти чорного золота» — вуглеводні з нафти, газу або продуктів газифікації органічної сировини й вугілля (синтез-газ) залишатимуться ще деякий час основною сировиною для виробництва органічних хімікатів, розчинників і полімерних матеріалів. У той же час швидко зростатимуть обсяги та асортимент органічних хімікатів, вироблених із біомаси на основі «білої хімії» (ферментативної технології) з елементами традиційної технології.

Рослини, особливо генетично модифіковані, будуть використовуватися як джерело економічно прийнятних пестицидів і барвників, лікарських засобів тощо. Увага до проблеми заміни нафтової сировини на біомасу спонукає дослідників до активного пошуку нових продуктів технічного та побутового призначення з крохмалю і целюлози, природних жирних кислот і спиртів. Не виключено, що на ринок повернуться деякі «старі» продукти з целюлози і крохмалю, які були «витиснуті» суто синтетичними продуктами. З іншого боку, поява на ринку доступних у значних об’ємах хімікатів із біомаси буде важливим стимулом для розширення сфери їх застосування та створення нових проміжних і кінцевих продуктів.

Жива природа існує завдяки процесам стійкості, взаємозв’язку та круговороту речовини-енергії, що є найкращим втіленням принципів сталого розвитку. Поглиблення наших знань про біологічні процеси й використання багатих можливостей біосфери є основою сталого розвитку людства.

— Українські запаси енергетичного вугілля, за оптимістичними прогнозами, становлять близько 120 млрд. тонн, чого може вистачити на більш як 400 років видобутку навіть за зростаючого споживання. Чи можна вважати Україну найперспективнішою країною серед країн СНД для реалізації проекту з виробництва альтернативних моторних видів палива?

— Виробництво синтетичного моторного палива із синтез-газу ґрунтується або на каталітичному процесі Фішера—Тропша, або на Мобіл-процесі (теж каталітичному) — через проміжне отримання метанолу. Таким методом отримували моторне паливо в Німеччині під час Другої світової війни та у Південно-Африканській Республіці, коли діяло ембарго на ввезення нафти. Процес технологічно добре розроблений, але дорогий. Сьогодні у світі діють лише окремі заводи з виробництва рідкого палива зазначеними методами (фірми «Шелл» у Малайзії і «Сасол» у ПАР), що мають, скоріше, демонстраційний характер можливостей сучасної каталітичної хімії. Те саме стосується і виробництва бензину з метанолу — невеликий завод фірми «Мобіл» у Новій Зеландії. До речі, за оцінками економістів нашого інституту, ціна установки фірми «Сасол» з ПАР сягає 2,3 млрд. доларів. Вона повинна давати мінімум 1 млн. тонн палива на рік, споживаючи 3—4 млн. тонн вугілля. Будувати більші виробництва на основі цих технологій ризиковано, але зростання цін на нафту та газ може виправдати виробництво синтетичного моторного палива. Наприклад, минулого року з’явилися повідомлення про наміри Китаю, який має потужні родовища вугілля, побудувати декілька підприємств за технологією «Сасол».

— «Водень — паливо майбутнього» нині звучить дедалі частіше. У багатьох країнах світу дослідження з водневої енергетики віднесено до пріоритетних напрямів розвитку альтернативних джерел енергії. Напевно, світовий бум у галузі водневої енергетики не міг не привернути увагу науковців інституту?

— Цією проблемою ми займаємося вже майже три роки. Маємо певні здобутки. Наприклад, за цей час розроблено діючі зразки низькотемпературних паливних елементів для отримання електроенергії з використанням як палива водень- вмісної сировини, наприклад, глюкози, сірководню, продуктів бактеріального бродіння крохмалю, меляси або водних розчинів біомаси. Деякі з цих розробок захищені міжнародним та вітчизняним патентами. Вже сьогодні ми маємо модель низькотемпературної паливної комірки на основі водних розчинів глюкози, мурашиної кислоти та бактерій Aeromonas formicans, що відкриває нові можливості у створенні біопаливних комірок для потреб водневої енергетики.

Цікаво, мабуть, і те, що майбутні водневі автомобілі зможуть працювати, образно кажучи, на мікроорганізмах. Американці позаторік знайшли цілий ряд штамів, що отримують водень із деяких цукрів. Причому з дуже високим виходом — приблизно 50%. Надалі вчені збираються привчити їх «харчуватися» целюлозою, крохмалем тощо. А отриманий водень «спалювати» в паливних елементах.

В інституті розроблено програму розвитку альтернатив нафтопродуктам. Співробітники жартома називають її «Десять кроків назустріч». Певно ж, за аналогією із тепер класичною в Україні «Десять кроків назустріч людям»!