«Голубое топливо»: история и перспективы

  
  
  Когда в середине XVII столетия голландский естествоиспытатель Ван Гельмонт придумал понятие «газ», он и не подозревал, какие страсти будут бушевать вокруг этого короткого слова спустя 400 лет. Действительно, теперь о том, что это фазовое состояние вещества, при котором оно «занимает весь предоставленный ему объем» знают лишь школьники да специалисты. Для всего остального человечества газ – это, в первую очередь, свет, тепло, комфорт и деньги, деньги, деньги… Конечно, речь в этом случае идет о «голубом топливе» - природном газе.
   В нашу эпоху, когда все кому не лень прочат нашей «нефтяной» цивилизации скорую гибель из-за исчерпания запасов «черного золота», именно природному газу отводят роль спасителя человечества. И не случайно. На сегодняшний день только разведанных запасов хватит по меньшей мере на век. И, по мнению ученых, это лишь малая часть природной кладовой. При этом, как топливо, природный газ – практически идеальный вариант (экологически чистый, с высокой теплотворной способностью), а как источник углеводородов - почти не уступает нефти.
   Итак, что же это за удивительное вещество, ставшее сегодня столь незаменимым, и откуда оно берется? Попробуем разобраться в этом непредвзято.
  
  Внимание: газы!
  
   На самом деле, разновидностей природных горючих газов (ПГГ) на Земле достаточно много. Под этим термином специалисты подразумевают естественные газообразные смеси углеводородов различного состава. По способу добычи они различаются на собственно природный газ, добываемый из чисто газовых месторождений, попутный газ, получаемый при добыче нефти (он растворен в ней), и газоконденсат – продукт, находящийся под большим давлением в пластах и содержащий ряд тяжелых нефтяных фракций. Кроме того, на Земле существуют значительные объемы твердых гидратов природного газа, но их промышленное использование – дело отдаленной перспективы. Надо сказать, что сегодня именно Россия лидирует в мире по запасам ПГГ (более трети мирового баланса).
   О происхождении газовых месторождений у ученых не существует единого мнения. Впрочем, большинство из них согласны с тем, что в основе полей лежат скопления органических остатков, которые при разложении выделяли легкие углеводороды, скапливающиеся в межпородных полостях и трещинах.
   Преобладающим компонентом (от 85 до 99%) всех природных горючих газов является метан (CH4). По содержанию более тяжелых углеводородов все ПГГ условно разделяются на сухие (или «тощие») – менее 150 г/м3, средние – от 150 до 300 г/м3 и жирные (или богатые) – более 300 г/м3.
   Наибольший интерес с точки зрения современной промышленности представляет именно сухой природный газ, поскольку при сгорании он дает меньше всего вредных выбросов. Свойства его практически совпадают со свойствами метана (см. «Сравнительную таблицу свойств горючих углеводородов»). При этом, имея более высокую, чем у тяжелых углеводородов удельную теплоту сгорания (в пересчете на молекулу), это соединение практически не дает зольных остатков. Заметим, что метан не имеет запаха, а известный всем неприятный запах - это запах этилмеркаптана, который в минимальных количествах добавляется в газ на городской газораспределительной станции (ГРС). Это делается для того, чтобы вовремя заметить утечку.
  
  Сравнительная таблица свойств горючих углеводородов
  Показатель Водород Метан Пропан н-Бутан
  Химическая формула H2 CH4 C3H8 C4H10
  Молекулярная масса 2,016 16,043 44,097 58,124
  Теплота сгорания, МДж/м3 - высшая - низшая 12,8 39,93 99,17 128,5
   10,83 35,76 91,14 118,53
  Теоретически необходимое кол-во воздуха для горения, м3/м3 2,38 9,52 23,8 30,94
  Теоретически необходимое кол-во кислорода для горения, м3/м3 0,5 2,0 5,0 6,5
  Объём влажных продуктов сгорания, м3/м3CO2 — 1,0 3,0 4,0
  H2O 1,0 2,0 4,0 5,0
  N2 1,88 7,52 18,8 24,44
  Всего 2,88 10,52 25,8 33,44
  Температура воспламенения, °C 410-590 545-800 504-588 430-569
  Октановое число — 110 125 91
  Жаропроизводительность, °C 2210 2045 2110 2120
  
   На сегодняшний день природный газ – это наиболее удобное, легкое в использовании топливо. Несмотря на то, что метан - один из наиболее опасных парниковых газов, он является наиболее экологически чистым горючим. Это происходит из-за того, что CH4 сгорает полностью и в атмосферу выделяется намного меньше вредных веществ, чем при применении других видов. Масштабное исследование, проведенное в США Управлением по охране окружающей среды и Институтом исследований газа, показало, что при переходе экономики на природный газ в атмосферу при его добыче будет выделяться относительно больше метана, но зато значительно снизится количество других вредных выбросов. На практике ПГГ уже сейчас стали одними из самых эффективных моторных топлив для автомобилей, локомотивов, самолетов и ракет, одновременно снижая интенсивность загрязнения атмосферы на 40-60%.
   Именно поэтому природный газ может стать основой переходной мировой энергетики, сведя к минимуму проблемы от уменьшения доли нефти в ней. По оценкам экспертов ООН, следующие два десятилетия во всем мире на рынке энергоносителей все возрастающую роль будет играть природный газ.
  
  Так говорил Заратустра
  
   Но как же возникла идея использовать горючий природный газ для утилитарных целей? Обратимся к истории. «Послушай о другом огненном псе: он говорит действительно из сердца земли. Дыхание его из золота и золотого дождя: так хочет сердце его…» - примерно так, по мнению Ф.Ницше, говорил легендарный Заратустра (Зороастр, в греческой транскрипции) об огне. Сейчас трудно утверждать, пользовался ли великий немецкий философ какими-нибудь историческими источниками или просто выдумал эту реплику, но, сам того не зная, очень точно описал свойства природного газа. Этот «огненный пес» исходит из земных недр, а его «дыхание» поистине становится настоящим золотым дождем.
   На самом деле, первенство в открытии замечательных свойств природного газа действительно принадлежит огнепоклонникам-зороастрийцам, которые и сегодня почитают естественные факелы на месте стихийных выходов газовых месторождений на поверхность. Особенно много подобных явлений наблюдалось и наблюдается в Иране и Азербайджане (знаменитые «огненные плато»). Над горящими ярким, недымным пламенем, участками долин вплоть до позапрошлого века возводились святилища, где и проходили обряды этой древнейшей религии. Интересно, что ее адепты есть и сейчас, это, прежде всего, иранские гебры и ассирийцы, компактно проживающие в Армении. Хорошо были знакомы с природным газом и в Китае, где, по свидетельству известного средневекового путешественника Марко Поло (XIII в), этот дар земли использовали вполне прагматично – для отопления и освещения.
   Может показаться странным, но в европейских странах и Америке природный газ не играл никакой практической роли фактически до конца XIX в. Лишь с началом индустриального бурения на нефть к природному и сопутствующему газам стали присматриваться промышленники. Использовать же их для производственных целей начали лишь в 70-х годах позапрошлого века, примерно тогда же появились первые газопроводы.
   Тем не менее, широкого распространения применение природного газа тогда не нашло. Для освещения использовали светильный газ, получаемый при переработке угля, для отопления – тот же уголь или нефть. И лишь с развитием автопромышленности и нефтепереработки, когда стало очевидно, что «топить нефтью - все равно, что топить ассигнациями» (слова Д.И. Менделеева), природный газ начал занимать подобающее место в энергобалансе человечества.
   Интересна и типична история газовой отрасли в России, где первые серьезные попытки разведки и промышленного использования месторождений природного газа начались лишь после Гражданской войны, в середине 20-х г.
   По-настоящему сильный толчок развитию газовой отрасли придала, как ни странно, Великая Отечественная война. Испытывая недостаток топлива (практически вся нефть уходила на горюче-смазочные материалы для военных нужд, а богатые угольные месторождения Украины были оккупированы), страна начала массово переходить на использование природного и попутного газа для коммунальных и промышленных нужд.
  За годы войны было открыто несколько газовых месторождений в Саратовской области и под Бугурусланом (Оренбургская область). Это дало колоссальный прирост добычи: за пять лет (с 1943 по 1948 г.) она возросла с 3,2 до 5,2 миллиарда кубических метров в год. К этому же времени (1946 г.) относится и пуск в строй первого магистрального газопровода Саратов-Москва, который положил начало развитию газотранспортных систем страны.
  Поскольку важность газового хозяйства для экономики страны к середине пятидесятых годов стала очевидной, 2 августа 1956 года Совет Министров СССР постановил образовать Главное управление газовой промышленности при Совете Министров СССР - Главгаз СССР.
  Пик развития газового комплекса пришелся на 60-е годы. Именно тогда были разведаны грандиозные газоносные месторождения на севере Тюменской области. Их открытие дало новый толчок развитию промышленности Урала и Центра Сибири. 20 января 1969 г. было образовано Всесоюзное Министерство газовой промышленности.
  Сегодня газовая промышленность России стала одной из основных составляющих экономики страны. Только разведанные запасы «голубого топлива» составляют более 46 триллионов кубических метров. Интересно, что около 80 процентов из них приходятся на месторождения Западной Сибири.
  За прошедшие годы была создана уникальная, не имеющая аналогов в мире газотранспортная система, включающая более 150 тысяч километров магистральных газопроводов, 689 компрессорных цехов мощностью более 42 миллионов киловатт, 22 объекта подземного хранения газа. Протяженность газораспределительных сетей составляет 359 тысяч километров. Это позволяет удовлетворить не только потребности России, но и обеспечить экологически чистым горючим всю Европу.
  Исторически сложилось, что газовая отрасль в нашей стране сильно централизована. Это очевидно и сегодня: почти 90% производства и распределения газа в России принадлежит «естественной монополии» - ОАО «ГАЗПРОМ», которая и занимается всем газовым комплексом. Небольшую часть рынка занимают «ЛУКОЙЛ» и более мелкие компании, которые в основном занимаются освоением и переработкой попутных газов. Надо сказать, что существующая централизация не мешает динамичному развитию отрасли. Об этом говорит и принятие Целевой государственной программы газификации, в которой ведущая роль отводится именно ГАЗПРОМу.
  
  Будущее – сегодня!
  
   Несмотря на все выгоды и преимущества, природный газ относят к невозобновляемым природным ресурсам. Очевидно, что, наращивая добычу, необходимо задуматься о более эффективных способах разработки и применения «голубого топлива». Для этого нужно, во-первых, перевооружение газовой промышленности на базе современных энерго- и ресурсосберегающих технологий, а, во-вторых, значительное повышение энергоэффективности использования газа в производстве и в быту.
   Сегодня благодаря благоприятной рыночной конъюнктуре у газовой отрасли есть для этого все возможности. Все большее внимание уделяется модернизации всего хозяйства – от автоматизации и компьютеризации промыслов и газопроводов до технологического перевооружения бытовых потребителей природного газа. Все это требует совместных усилий ученых и специалистов не только газодобывающих, но и других отраслей народного хозяйства, где ПГГ уже используются или планируется их использование в перспективе.
   Например, все большее распространение получает строительство газотурбинных теплоэлектростанций, которые стали реальной альтернативой атомной энергетике. Имея практически такую же производительность, подобные станции не дают вредных радиоактивных отходов и безопасны при использовании.
   Строительство газотурбинной ТЭЦ (точнее, монтаж ее блоков-модулей) можно закончить за несколько месяцев. Затраты на строительство окупаются за 1,5 - 2 года. Себестоимость одного киловатта, полученного на такой станции, в 12 раз меньше, чем на АЭС. Газотурбинные установки, заключенные в звуконепроницаемые контейнеры, практически бесшумны, поэтому станции можно ставить вблизи жилья без строительства длинных коммуникаций.
   Развиваются энергоэффективные технологии и в ЖКХ. Все большее распространение получают новейшие системы обеспечения комфорта, такие как поквартирное отопление (ПО). Очевидным преимуществом ПО является снижение потребительских затрат. Например, за два года эксплуатации таких систем в Смоленске в домах различной этажности стоимость коммунальных услуг на теплоснабжение и горячее водоснабжение на одну семью по сравнению с централизованной системой уменьшилась почти в 6 раз. Снизилось и потребление газа. Это вызвано тем, что при монтаже систем ПО применяется новейшее энергоэффективное и безопасное котельное оборудование, КПД которого достигает 95%.
   Надо сказать, что сегодня существуют технологии, позволяющие повысить этот и без того высокий показатель. По свидетельству специалистов ARISTON (сегодня это один из мировых лидеров по производству бытового и промышленного газового оборудования), коэффициент полезного действия современных конденсационных котлов (например, АСО) может достигать 107%! Несмотря на кажущуюся физическую абсурдность такой цифры, она объясняется просто. Если взглянуть на приведенную выше таблицу, можно увидеть, что газ имеет две теплоты сгорания – высшую и низшую. Разница между ними – это так называемая «скрытая теплота парообразования». Раньше ее не удавалось «поймать» и тепло вместе с паром в прямом смысле слова «вылетало в трубу». Сегодня благодаря современным технологиям эту проблему удалось решить, что дало еще почти 10% полезного действия по сравнению с обычными теплогенераторами.
  
   Итак, эпоха нефти постепенно уходит в прошлое. Человечество больше не может позволить себе «топить ассигнациями». У нас на глазах рождается «новый прекрасный мир» - мир будущего, где достойное место займет такой уникальный и полезный источник энергии, как природный газ. И, возможно, именно благодаря ему, наконец, придет долгожданный «золотой век» нашей цивилизации, в наступление которого верил легендарный Заратустра…
  
  По информации Пресс-службы ООО «Мерлони Термосанитари Русь»