Поддержать программу
ПостНаука на Дожде
11:10
28 августа
Наука

Почему синтетическая нефть лучше минеральной

Объясняет химик Владимир Мордокович
2 046
0
Расписание
Следующий выпуск
10 декабря 16:00
суббота: 16:00
воскресенье: 02:00, 10:00, 16:00
понедельник: 02:00, 06:00
вторник: 11:00

Химик Владимир Мордкович о смесях жидких углеводородов, избавлении от нефтяной зависимости и проблемах, которые решит синтетическое топливо.

Больше лекций и видеороликов смотрите на сайте проекта «ПостНаука»

Самое интересное в синтетическом топливе, на мой взгляд, — это то, что непонятно, отчего оно называется синтетическим. В обычной жизни, если вещь синтетическая, она из нефти, а если вещь сделана из дерева или чего-то другого ненефтяного, то она натуральная. Вот с топливом почему-то наоборот, никто не может объяснить, в чем дело, и это забавно. То есть синтетическое топливо — это то, которое не из нефти.

Почему это важно? Чуть более ста лет тому назад, в 10-х годах XX века, жидкие топлива, получаемые перегонкой нефти, завоевали мир и стали основным энергетическим средством для транспорта, а позже и почти для всего, включая получение электроэнергии. Почему так произошло? Не только потому, что стала доступна нефть. Дело в том, что жидкие углеводороды (а продукты перегонки нефти — это смесь из жидких углеводородов) необыкновенно удобны для использования, они хранятся без ограничения времени и очень легко перевозятся, их можно делить на части, на них прекрасно работают с огромным ресурсом различные двигатели, их можно просто сжигать. Концентрация энергии — так называемая теплотворная способность — в них гигантская, выше, чем, скажем, в угле и тем более в древесине. Ничто не может сравниться со смесями жидких углеводородов.

Поэтому на самом деле в истории развития синтетических топлив изначально было две линии. Одна линия — топлива альтернативные: давайте сделаем что-то, что поможет нам избавиться от жидких углеводородов, может быть, вообще уйти от двигателей внутреннего сгорания, если мы говорим о транспорте. И таких попыток была масса, собственно, первые двигатели внутреннего сгорания работали на угольной пыли или спирте. И то и другое плохо по ряду причин: они просто не имеют всего того набора преимуществ, которые имеют жидкие углеводороды. Попытки продолжаются по сей день. О водородной энергетике, наверное, многие слышали: устроить сети распределения водорода по всему миру, это будет замечательно — топливо, которое при сгорании дает только воду в качестве продукта сгорания (я сам много этим занимался, откровенно говоря, у меня докторская диссертация по водородной энергетике). И какую-то ограниченную нишу водородная энергетика получит. Но, к сожалению, вновь она не имеет всего набора преимуществ жидких топлив из нефти. Более того, у всех этих альтернатив есть дополнительные недостатки.

Водород, например, взрывоопасен просто чрезвычайно, примерно в 10 000 раз более взрывоопасен, чем обычный бензин, а с дизельным топливом нечего даже и сравнивать. Так называемые биотоплива — смеси спиртов, растительные масла — та же самая история: низкое энергосодержание, невозможность стандартизироваться. Ведь нефтяные топлива на нефтеперерабатывающем заводе как под общий знаменатель подводятся: из жидкостей, которые друг друга ничем не напоминают, например из северорусской парафинистой нефти, представляющей собой белую массу, больше всего похожую на мыло, до грозненской нефти, представляющей собой желтоватую легкую жидкость, — из всего получается один и тот же бензин. Вот одно и то же топливо в виде жиров сделать из источников разного происхождения нельзя, а также нельзя их смешивать: двигатель нормально работать не будет.

Тем не менее эта линия развития существует, все время специалисты в альтернативных методах доставки и хранения энергии пытаются придумать что-то новое, например прямое использование электричества и хранилищ электричества — литийионные батареи и, соответственно, электромобили. Эта история начинается сейчас в третий раз. Многие слышали, что примерно с 2014 года начали распространяться электромобили Тесла — вот это третий раз за 120 лет. Синтетическое топливо — это топливо, которое получается как попытка сделать что-то, абсолютно совместимое с нефтяным топливом, но не из нефти. То есть та же самая смесь углеводородов. И вот технологиям получения такого топлива тоже уже более ста лет, но развитие их шло очень и очень тяжело и трудно, потому что все их первые версии уступали и по простоте, и по экономическим показателям самой обычной перегонке нефти. Только сейчас, во втором десятилетии XXI века, начала намечаться ситуация, когда получить бензин из дерева, из угля, из природного газа может стать настолько же экономически выгодным или даже более экономически выгодным, чем из нефти.

При этом особенности химических процессов, которые применяются для получения синтетических топлив, такие, что синтетическое топливо практически гарантированно и всегда лучше, более качественное, чем нефтяное топливо. Казалось бы, и то и другое — смесь углеводородов. В чем может быть разница? В деталях, детали важны. В первую очередь это примеси: содержание серы, металлов, некоторых других вредных веществ — они изначально есть в нефти, и процессы нефтепереработки полностью выбить эти вредные примеси никак не могут. При помощи больших усилий удается достигнуть степеней очистки по стандартам, которые могут именоваться Евро-5, Евро-6, в будущем и Евро 7. Но в любом случае сера там все-таки есть. Что это такое? Это выбросы, это запах.

Кроме того, углеводороды разнообразны: они могут быть линейными, разветвленными, циклическими, могут быть ароматические углеводороды, то есть углеводороды, которые основаны на циклах, в которых присутствует так называемая ароматическая система, перескакивающая углерод-углеродная связь, если совсем просто объяснять. Так вот, углеводороды разных, как говорят нефтяники, групп (тут интересно: химия и нефтепереработка смыкаются, для одного и того же — разные слова), обладая похожими топливными свойствами, обладают совершенно разным запахом, разным действием на человеческий организм, разной вязкостью и тому подобными способами. В результате всего этого хлебнуть нефтяного бензина самой высшей марки — это гарантированно отравиться, хлебнуть синтетический бензин — нам ничего не будет: он нейтрален, там нет ядовитых веществ, нет смол, нет ароматики, нет ничего плохого. Это важно.

И поэтому, если говорить о проблемах, которые уже решает и будет решать синтетическое топливо, это проблемы такие: первое — улучшение экологической обстановки в городах, особенно в больших городах, уменьшение опасности присутствия ядовитых компонентов топлива в среде — не только выхлопов, но и вообще в среде. Задача избавления от нефти как единственного источника углеводородного топлива, то есть возможность использования газа как самого доступного и чистого на сегодняшний день ископаемого источника углерода, угля, древесины, даже городских отходов. То, как достигаются такие замечательные свойства синтетического топлива и какие именно химические реакции обеспечивают замечательные экологические, дружественные его свойства, почему оно превосходит топливо из нефти, — это вопрос, относящийся уже к современным технологиям получения синтетических топлив. Таких технологий развивается несколько. Работает над ними большое количество научных инженерных групп в самых разных странах мира: от Соединенных Штатов Америки до Японии и от России до Эмиратов и Катара. Но это совсем другая история.

Фото: ПостНаука