Мы уже неоднократно обращались к истории довоенных научно-технических разработок, актуальность которых острее всего осознается только в наши дни. Стоит вам капнуть глубже, как выяснится, что технологии, кажущиеся современными, уходят своими корнями на три-четыре поколения вглубь времен.
Такая история произошла, например, с технологиями получения жидкого топлива и горючих газов из ископаемого угля. Несмотря на то, что на Западе реализуется стратегия по полному избавлению от «грязного» топлива, для нашей страны оно по-прежнему является важнейшим энергоресурсом, особенно для Сибири, богатой угольными месторождениями. В частности, мы уже неоднократно писали о намерении новосибирских ученых осуществить модернизацию малых энергетических объектов путем внедрения технологии газификации угля, когда на выходе мы получаем горючий синтез-газ и угольный сорбент (то есть как минимум два ценных продукта). В частности, именно таким путем было предложено обеспечивать теплоснабжение территории Академгородка. В технологическом плане это был бы значительный шаг вперед в сравнении с устаревшими газовыми котельными или восьмикилометровой теплотрассой, идущей от ТЭЦ-5. Что касается самой ТЭЦ-5, то уже немного забылось, что первоначально ее готовили под водно-угольную суспензию. С данным видом топлива давно уже экспериментирую ученые Академгородка (о чем мы также много писали). Тем не менее, вопрос о реализации первоначального плана отложен в долгий ящик, и неизвестно, будет ли он в дальнейшем рассматриваться вообще.
Странно во всей этой истории то, что подобные технологии использования угля многими из нас до сих пор воспринимаются как относительно новые научные эксперименты. А ведь на самом деле ими начали заниматься более ста лет назад! Преимущества жидких видов топлива перед твердым топливом были очевидны. Во-первых, они обладали большей энергоемкостью и требовали меньших объемов для хранения. Во-вторых, с жидким топливом гораздо удобнее работать, включая и способы транспортировки (например, трубопроводы). Ведь если бы упомянутая ТЭЦ-5 работала на водно-угольной суспензии, то не было бы необходимости подгонять туда железнодорожные составы, осуществлять погрузку-разгрузку и т.д. В общем, экономические выгоды очевидны.
В свое время приводился такой пример. Возьмем английский линкор «Нельсон», имеющий водоизмещение 33 500 тонн. Запас жидкого топлива на нем составляет примерно 4 500 тонн, то есть почти 14 процентов. С этим запасом корабль способен пройти порядка 14 тысяч морских миль. Так вот, если бы вместо нефтепродуктов здесь использовался уголь, то при той же емкости топливного склада дальность плавания снизилась бы до 10,5 тысяч морских миль.
Отсюда вытекала конкретная задача: найти способ превращения дешевого твердого топлива (того же угля) в жидкое топливо. Принципиальное отличие последнего заключалось в том, что в нем содержится значительно меньше негорючего «балласта» (вроде сажи) и гораздо больше - такого элемента, как водород. Основные пути решения поставленной задачи были достаточно хорошо проработаны еще до войны.
Самый простой способ заключался в искусственном разрушении вещества угля на основные составные части путем перегонки. Для этого уголь нагревался до высоких температур в замкнутых камерах. Если температура нагрева составляла 500 градусов Цельсия, процесс назывался «полукоксованием». Если температура составляла 1000 градусов Цельсия, процесс назывался «коксованием». В результате таких действий вещество угля разделялось на летучую часть (куда входили горючие газы и жидкости с высоким содержанием водорода) и твердый остаток (кокс или полукокс, содержащий значительно больше углерода, чем исходное сырье). Также получались жидкие продукты (каменноугольная смола), которые можно было использовать как основу для поучения жидкого топлива.
Недостаток такого метода заключался в том, что большая часть угля остается в твердом состоянии, тогда как жидкого топлива на выходе образуется совсем немного. По этой причине был предложен другой, более радикальный метод – так называемая гидрогенезация угля. Здесь к углю добавлялся водород, после чего смесь сильно нагревалась под высоким давлением в специальных аппаратах. При таком способе в жидкость превращалось до 90% угля. Однако данный метод также имел недостаток, причем, достаточно серьезный – высокие энергетические затраты. Так, для получения одной тонны искусственного бензина приходилось затратить (в качестве сырья и топлива) десять тонн угля!
Третий способ основывался на превращении угля в «водяной газ», который образовывался при действии водяного пара на раскаленный уголь. Таким путем получалась смесь водорода и окиси углерода («синтез-газ»). После специальной обработки указанной смеси получались более сложные молекулы искусственного бензина. Твердого остатка здесь не образуется (как и для метода гидрогенезации), однако выход готовой продукции относительно затраченного угля также очень низок – примерно 10 процентов.
Впрочем, искусственный бензин – не единственный вид жидкого топлива, получаемого из угля. Для работы котлов можно было пойти другим путем, получая угольную суспензию. Работой по созданию так называемого «коллоидного топлива» на основе угля занимались еще в царской России в самом начале прошлого века. Впоследствии этим заинтересовались в Англии и в Германии, где стали проводить секретные эксперименты в данном направлении, пытаясь придать мелким частицам угля свойство вязких жидкостей с помощью нефти или мазута (так называемые угле-масляные суспензии). В Германии «коллоидное топливо» было испытано еще в 1918 году на одном из пароходов. Было установлено, что угольный «наполнитель» давал неплохую экономию углеводородов (до 40%). И тем не менее, в силу некоторых технических сложностей работы по производству «коллоидного топлива» были прекращены.
Надо сказать, что советские ученые уделяли серьезное внимание угле-масляным суспензиям даже после того, как к ним снизился интерес в Европе. До войны этим активно занимались в Энергетическом институте Академии наук СССР. Главная проблема, с которой столкнулись ученые, заключалась в расслоении суспензий в процессе хранения. Необходимо было добиться стабильности продукта. С этой целью проводились целые фундаментальные исследования и разрабатывались математические модели, описывающие движение мелких частиц в жидкостях. То есть в основу технологий изготовления «коллоидного топлива» пытались заложить строгие научные знания. В принципе, путь получения стабильных суспензий был найден. Правда, цена вопроса оказалась слишком высокой: качественное «коллоидное топливо» также требовало для своего производства высоких энергетических затрат.
И все же неудачи не остановили наших ученых. Они пошли «обходным» путем, сосредотачиваясь на применении различных добавок, способствующих стабилизации суспензии. Перед самой войной были даже разработаны соответствующие технологические регламенты. Дополнительным моральным стимулом для советских ученых стало сообщение 1939 года об аналогичных работах в США, где без особой огласки работали над «текучим углем». Важные эксперименты ставили и немецкие ученые. В общем, создавалось впечатление, что в истории развития мировой энергетики открывается новая страница, поскольку «жидкий уголь» и в самом деле открывал совершенно новые перспективы. Ученые даже предрекали наступление эры «искусственного бензина». Правда, последующие события сильно изменили картину будущего, и вторая половина прошлого века – благодаря усилиям геологов - ознаменовалась победой «большой нефти». Тем не менее, вопрос «жидкого угля» с повестки не снимается. И вполне может быть, что наработанный за десятилетия опыт окажется востребованным в ближайшее время.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии