На Южном Урале научились делать моторное топливо из обычного угля

Творческая группа ученых из челябинской инновационной компании "Оптимальные решения" и миасских конструкторов из ГРЦ преподнесла сенсацию общероссийского масштаба — создала нанотехнологию производства синтетических нефтепродуктов из каменноугольного сырья. Причем их себестоимость — в разы дешевле «естественных»!

Напомним, что производство жидкого моторного топлива из угля — в общем то дело не новое. Еще в прошлом веке была изобретена технология превращения угля пыли в газ, а затем синтеза нефтепродуктов под давлением на основе так называемого процесса Фишера—Тропша. Другой путь — технология прямого сжижения угля, разработанная в начале 20 века немецким химиком Бергиусом. Таким образом во Вторую мировую немцы, поскольку в Германии нефти нет, получали из угля бензин для своих танков. По этому пути в годы апартеида в условиях международных санкций вынуждены были пойти и в ЮАР. Сегодня эти методы усовершенствуют в Японии,  Китае и других странах, но широкого международного распространения они не получили из-за дороговизны и громоздкости оборудования.

Ушли от газа

— Но наша технология производства нефтепродуктов из угля в корне отличается от традиционной, — говорит один из ее разработчиков начальник отдела нестандартного оборудования Государственного ракетного центра (Миасс) Игорь Якупов. — Главное отличие в том, что здесь нет газовой стадии, как и вредных выбросов. Если раньше для насыщения угля водородом нужно было обеспечить высокие давления — не менее 60-100 атмосфер и температуру — более 600 градусов, с добавлением катализатора, то теперь все гораздо дешевле и проще. Нет необходимости строить целые заводы с гигантским производственным циклом, нести огромные расходы — наше оборудование куда меньше и займет площадку всего 40 на 40 метров. Уже изготовлены лабораторные образцы модулей по переработке угля в водно-угольную смесь и в моторное топливо. Они позволяют дешевый бурый уголь (в мире запасы таких углей в разы больше, чем коксующихся) переработать в аналог нефти, а затем в моторное топливо — бензин, дизтопливо и мазут. Причем себестоимость синтетического горючего, по нашим расчетам, будет втрое меньше получаемого обычным путем.

По словам Игоря Якупова, ноу-хау особенно высокую отдачу обещает при малых объемах производства. Низкобюджетная мобильная установка вполне применима даже в условиях Крайнего Севера, куда горючее приходится везти за тысячи километров. Ее можно поставить вблизи мест добычи угля — например, у Коркинского разреза, и прямо на месте вырабатывать дизтопливо и бензин. Такие передвижные установки вполне возможно применять и для утилизации угольных шламов, отвалов — в плюсе будет и экология, и производство. Возможности практически безграничны — это и сельское хозяйство, малая энергетика, ЖКХ…

 Научный «колхоз»

— Уйти от высоких температур, химических катализаторов и давления позволяет обработка водно-угольной смеси в проточно-кавитационных реакторах, — сообщил Игорь Якупов. — Как результат — высокий выход продукции: в нефть превращается более половины угольной массы. Над решением этой сложнейшей задачи работает наша творческая группа. У нас целый «научный колхоз»: тесно сотрудничаем с учеными МГУ, Института имени Губкина, Новокузнецка, Новосибирского института катализа имени Борескова, Томского института Сибирского отделения Российской академии наук. К примеру, я занимаюсь конструкторскими вопросами, технологическим оборудованием — ученый из Томского института сильноточечной электроники Владимир Кривоносенко, дисперсным измельчением угля — химик Владимир Баев из Новосибирской строительной академии, а наносоставляющей — Михаил Астахов из наноцентра Московского института стали и сплавов. Дело в том, что процесс происходит на наноуровне, когда молекулы угля «сращиваются» с молекулами водорода. На наше изобретение в 2010 году был получен патент, но чтобы войти в федеральную программу «Роснано», нужно теоретически доказать, что это именно нанотехнология. После этого мы планируем представить свой проект в Сколково, чтобы получить помощь от государства и выйти на промышленный масштаб.

По мнению сотрудника ГРЦ Якупова, при дальнейшем усовершенствовании «угольного бензина» есть резон использовать и элементы космических технологий. Сам он награжден Знаком отличия Юрия Гагарина, медалями Роскосмоса, в свое время не раз ездил на космодром Байконур, где запускали сконструированные в Миассе научно-исследовательские спутники. К примеру, контролировал работу космического аппарата «Компас» для мониторинга сейсмоситуации земной коры и предсказания землетрясений. А в середине 90-х как представитель ГРЦ сотрудничал с Германским космическим агентством и Берлинским техническим университетом по созданию космических аппаратов.

К слову, синтетическое горючее и космос «вполне совместимы». Ученые считают, что в перспективе, наряду с автотранспортом, это дешевое топливо можно будет использовать и в ракетной технике, авиации, где применяется керосин — это одна из фракций «угольных нефтепродуктов». Значит, появится возможность существенно удешевить и авиаперевозки, сделать их доступными и для пассажиров со средним достатком.

Ударная нановолна

И все-таки, в чем особенность миасской технологии, за счет чего ученые добились таких потрясающих результатов?

По словам Игоря Якупова, изюминка новой технологии — в кавитационном поле, процессе закипания жидкости при механическом воздействии. При кипении энергия схлопывания пузырьков в 40 раз больше энергии, необходимой для их образования. При этом даже без сверхвысоких температур и давления создаются условия для реакции сжижения угля и синтеза жидкого продукта. Кавитационные насосы уже применяются в теплогенераторах для нагрева жидкости, причем разработчики утверждают, что КПД чудо-технологии якобы выше 100 процентов! С этим ученые не согласны (рассчитывать КПД можно по-разному), но факт налицо: «кавитационная энергия», затраченная на привод прибора, меньше, чем необходимая на нагрев жидкости. Раньше этот принцип использовался только для измельчения угля, применяемого в качестве воднотоплива для паротурбин ТЭЦ, а авторы ноу-хау пошли дальше — использовали его для синтеза нефтепродуктов.

Ученые поясняют, что для этого они воздействовали на смесь токами высокой частоты, а также с помощью электрического ударного эффекта, открытого в 70-х годах прошлого века украинским ученым Юткиным. При прохождении разряда тока через жидкость происходит преобразование электрической энергии в механическую — своего рода ударная волна. Она то, работая на нано-уровне, и разрушает молекулярную структуру угля, насыщая ее водородом.

На промышленные рельсы

— Лабораторная стадия у нас в целом завершена, — продолжает Игорь Якупов. — Уже получены дизтопливо и бензин, вполне соответствующие российским ГОСТам. На них в Кемеровской области, где смонтированы экспериментальные установки, уже проехались трактора и машины. Мы продолжаем усовершенствовать синтетический бензин, чтобы он был экологически чистым, соответствовал зарубежным стандартам «Евро». Но главное, на очереди — производственная стадия. Перспективы самые обнадеживающие (такой бензин, по прогнозам, будет стоить 7-8 рублей за литр), но все упирается в деньги. Для создания промышленной установки нужно 3-4 миллиона долларов, а в целом на реализацию инвестпроекта — десятки миллионов. Но наши потенциальные инвесторы пока не спешат вкладывать средства, и дело замедлилось. И все же мы не теряем надежды, ведем переговоры. К нашему проекту уже проявляют интерес в Казахстане, Кыргызстане, Узбекистане, появились и челябинские партнеры, такие как компании «Минигидро», «Оптимальные решения».

По мнению разработчиков технологии «угольных нефтепродуктов», за ними будущее. Они обладают целым рядом преимуществ и по сравнению с «модным» на Западе биотопливом — не нужно использовать ценное пищевое сырье, которое лучше применять для производства продуктов, на корм скоту. Да и затраты небольшие, и почти никакого ущерба для экологии! Мало того, в перспективе планируется вырабатывать из угля не только моторное топливо, но и самый широкий спектр синтетических углеводородов — ценное полимерное сырье для легкой промышленности, электронной, оборонной и прочих отраслей.

Особенно ценной использование этой технологии может стать на Южном Урале, где угольные месторождения далеко не исчерпаны, при этом из-за нерентабельности — следствие низкой цены бурого угля — многие шахты и разрезы закрываются. Если такой уголек превратить в горючее, другую востребованную на рынке продукцию, думается, ситуация может кардинально измениться…

фото Вячеслава Шишкоедова