Нефтегазовые корпорации в низкоуглеродной экономике

Солома является прекрасным сырьем для биотоплива. Фото Reuters

Редакция продолжает публикацию материалов по конференции Российской биотопливной ассоциации, посвященной перспективам использования биотоплива в мире и в России. Первая статья появилась в майском номере «НГ-энергии».

Одним из заслуживающих внимания докладов было выступление представителя такой известной нефтехимической корпорации, как Shell. Оно наглядно показывает, какие выводы руководство компании делает из нынешних тенденций перехода к низкоуглеродной экономике. Следует отметить, что на страничке Shell в интернете подчеркивается, что компания намеревается к 2050 году или даже раньше стать климатически нейтральной.

План перехода

Для этого компания определила три направления. Прежде всего речь идет о снижении выбросов СО2 в ходе производственных процессов на заводах самой корпорации. Так, глава корпорации в Германии Фабиан Циглер в интервью австрийской газете Kurier, появившемся в конце прошлого года, утверждал, что только на территории Германии корпорация намерена создать условия для ежегодной экономии 30 млн т СО2.

Второе направление представляет собой снижение эмиссии СО2 во время применения продуктов корпорации клиентами. Для этого Shell намеревается улучшать качество продаваемых продуктов с точки зрения снижения в них содержания углерода. Так, до 2035 года так называемый углеродный след в продуктах корпорации должен быть уменьшен на 30%, а к 2050 году – на 65%.

Кроме того, как третье направление корпорация стремится компенсировать эмиссию СО2 за счет развития новых технологий. Так, в этом плане Shell планирует стать, например, ведущим производителем зеленого водорода для промышленности и транспорта, а также стать производителем зеленой энергии за счет собственных ВИЭ. Собственно говоря, такую же тенденцию можно наблюдать и в деятельности российских фирм, когда, например, ряд из них идет на создание дочерних фирм для производства зеленой энергии.

Своими представлениями о подобном переходе на конференции поделился Леонид Панкратов, директор по лицензионным технологиям дочерней компании Shell Catalyst & Technologies. По его словам, чтобы понять стратегию корпорации на современном этапе, надо разобраться в видении ее менеджерами современной ситуации.

Как считает Панкратов, прежде всего сегодня мы имеем дело с ростом населения. К 2050 году население на планете увеличится с нынешних 7,6 млрд почти до 10 млрд человек. Потребность в энергии вследствие этого увеличится, по прогнозам корпорации, на треть. Но параллельно с этим планируется снижение выбросов двуокиси углерода на 50% – с 32 Гт до 18,4 Гт. Поэтому корпорация планирует по всем направлениям своей деятельности конкретные шаги по снижению выбросов СО2. Это и водородное направление, и электрогенерация.

Прирост производимой энергии будет достигаться именно за счет электрогенерации. На сегодняшний день Shell располагает 700 МВт установленных мощностей генерации электроэнергии с использованием возобновляемых источников. Это в основном ветровые электростанции в Северном море. В ближайших планах (и это решение уже принято) – увеличение электрогенерации до 4 гВт. Тот же СО2, который получается на предприятиях в результате сжигания, планируется для утилизации закачивать в пласты. Реализация таких мер позволит Shell выполнить обязательства по снижению выбросов двуокиси углерода перед правительствами стран, где корпорация работает.

Как Shell прогнозирует для себя снижение потребления по различным видам энергоносителей? Доля энергоносителей, относящаяся к биомассе, уже сейчас весьма значительная. И в ближайшие годы ожидается увеличение этой доли.

Встает вопрос: что заставляет такую вертикально интегрированную компанию, как Shell, двигаться в указанном направлении? Прежде всего, утверждает Панкратов, это законодательные инициативы, принятые в различных странах, где работает компания. И по состоянию на сегодняшний день уже можно утверждать, что законы, принятые в Европе и в США, делают переработку биокомпонентов экономически привлекательной.

Рыночные обстоятельства складываются так, что сегодня выгодно покупать жир животного происхождения в Новой Зеландии, везти его в Европу, перерабатывать и дальше везти продукт переработки в США для его конечного использования. Несмотря на такое транспортное плечо, подобная переработка в финансовом отношении привлекательная. Не случайно, что, по словам Панкратова, страны АТР рассматривают США и ЕС как экспортные рынки с большими возможностями для биотоплива и разрабатывают уже меры по стимулированию его производства.

По его словам, Shell известна скорее как компания, давно занимающаяся процессами нефтепереработки. На нынешнем этапе возникает острая необходимость вовлечения в переработку продуктов биопроисхождения. Это необходимо прежде всего для снижения углеродного следа от нефтепереработки. И Shell, как и большинство нефтяных компаний, подключилась к созданию технологий, которые призваны обеспечить потребности собственных нефтеперерабатывающих заводов (НПЗ) и в ряде случаев НПЗ заказчиков необходимыми биокомпонентами.

В последнее время она занимается технологиями, связанными с гидропереработкой биокомпонентов. И если говорить о производстве возобновляемого топлива, то Shell ставит в первую очередь задачу получения совместимых компонентов с существующими топливами ископаемого происхождения и, применяя подобные смеси, довести их до уровня требований законодательства стран, в которых работает корпорация.

Среди подобных технологий следует назвать в первую очередь совместную гидроочистку. Практически это означает вовлечение биокомпонентов в существующие процессы. Важно отметить, что речь не идет о биокомпонентах, конкурирующих с пищевой цепочкой человека. Во всяком случае, в Shell используют продукты, которые непригодны в пищу: тяжелые жиры, отходы производства пищевых жиров, растительное масло, побывавшее во фритюре, церезин пальмовых масел, талловое масло.

Следующий шаг, который потребует значительных инвестиций, – это полная гидроочистка биопроисхождения. Практически это означает, что будут брать использованный жир и перерабатывать его в биотопливо. У Shell имеется технология для получения синтез-газа, представляющего собой смесь монооксида углерода и водорода.

Основной сферой его применения является производство тепловой и электрической энергии, получение оксида углерода и водорода, синтез метанола и т.п. В принципе синтез-газ – это химическое сырье для производства метанола, аммиака и жидкого топлива после его использования в процессе Фишера–Тропша.

Синтез-газ получается благодаря как паровой конверсии метана, парциальным окислением метана, плазменной газификацией отходов и сырья и газификацией угля, так и газификации жидких видов топлива. Но, по словам Панкратова, корпорация полностью отказалась от газификации угля, чтобы она не ассоциировалась с технологиями, которые наносят значительный ущерб окружающей среде.

И последняя технология, которую исследует корпорация, – это технология пиролиза. Для постороннего наблюдателя создается впечатление, что отказ от газификации угля, с помощью которой можно получать и водород, во многом является следствием давления на мировую общественность, которое в настоящее время осуществляется прежде всего в Европе руководством ЕС и ряда стран, находящихся во многом под влиянием радикальных экологов. С точки зрения российских ученых, как раз газификация угля позволяет его использовать в переходный период декарбонизации и таким образом снижать выбросы в атмосферу.

Установка конверсии биомассы в углеродное топливо.  Слайд из презентации Леонида Панкратова © Shell

Давайте вспомним, что исследования получения жидкого топлива не из нефти начались в начале XIX века, еще до Первой мировой войны.

Так, свой метод деструктивной гидрогенизации угля и тяжелых масел выдающийся химик Фридрих Бергиус разработал в 1913 году. Процесс термического растворения угля (а точнее, угольной пыли, перемешанной с каменноугольной смолой до пастообразного состояния) осуществлялся в присутствии катализатора (красного шлама – отходов бокситного производства) в водородной среде при давлении 250–300 атмосфер и температуре 400–600 градусов. Для гидрогенизации лучше всего подходил бурый уголь, месторождениями которого Германия особо богата.

В 1915 году Бергиус построил первый опытный завод по производству синтетического топлива в Рейнау, близ Мангейма, и продолжил работы по усовершенствованию технологии. К середине 20-х годов Бергиус добился непрерывности химического процесса и возможности контролировать температуру в ходе реакции, а также открыл эффективный источник получения водорода путем сжигания смеси метана и кислорода.

За разработку этого метода, получившего впоследствии название «бергинизация», Бергиус и президент химического гиганта IG Farbenindustrie Карл Бош в 1931 году получили Нобелевскую премию в области химии. При этом Бергиус стал одним из самых молодых лауреатов-химиков.

Второй базовый метод получения синтетического топлива был разработан Францем Фишером и Хансом Тропшем. К 1926 году Фишер и Тропш получили в промышленном масштабе синтетическое жидкое топливо из смеси оксида углерода (угарного газа) и водорода под низким давлением от 1 до 30 атмосфер.

Суть метода заключалась в том, что уголь без доступа воздуха при высокой температуре разлагается на угарный газ и водород. Далее в присутствии катализатора (железа или кобальта) из газов синтезируются бензин, солярка, мазут, а также горючие газы типа пропана и бутана. Товарный продукт охлаждается и конденсируется, газы сжигаются, тем самым обеспечивая нужную температуру для химической реакции – от 190 до 350 градусов.

Все нынешние технологии – по сути дела, совершенствование уже созданных в позапрошлом веке. Тем более что некоторые из тогда открытых процессов переработки применяются до сих пор.

Касаясь технологии применения биокомпонентов в работе корпорации, Панкратов выделил несколько этапов.

Первый этап – это вовлечение биокомпонетов в переработку на существующих НПЗ. До 10% таких компонентов по опыту компании Shell можно вовлекать на существующих гидроочистках без значительного влияния на работу перерабатывающих установок.

Для читателя следует пояснить, что гидроочистка представляет собой процесс химического превращения органических веществ нефтяных фракций под воздействием водорода при высоком давлении и температуре. Гидроочистка нефтяных фракций направлена на снижение содержания сернистых и азотистых соединений в товарных нефтепродуктах. Другими словами, это необходимый этап производства различных видов жидкого топлива на НПЗ.

Именно применяя биокомпоненты, НПЗ смогут выполнить действующие на сегодня в ЕС стандарты экологичности топлива. Это, по мнению Панкратова, понятный шаг нефтепереработчиков на требования законодателей.

Правда, как считает Панкратов, не у всех НПЗ процесс вовлечения биокомпонентов в переработку нефти может протекать без сложностей. Речь в данном случае идет о низкотемпературных свойствах производимого топлива. В данном случае необходимо понимать, что уровень температуры окружающего воздуха достаточно сильно влияет на условия и эффективность применения практически любого вида топлива. При этом наиболее заметно изменение параметров при наступлении холодов, который крайне негативно влияет на возможность его транспортировки и использования. Именно поэтому для определения свойств прежде всего дизельного топлива при низкой температуре применяются специально разработанные показатели.

Так, если завод лимитирован или ограничен по низкотемпературным свойствам дизельного топлива, то дальнейшее увеличение доли биокомпонентов приводит к росту доли определенных групп углеводородов в составе дизельного топлива, что снижает эффективность его использования. Правда, в таких случаях существуют соответствующие технологии, которые позволяют решать возникающие вопросы, то есть улучшать низкотемпературные свойства дизельного топлива. В случае если предприятие (НПЗ) усматривает недостаточность биокомпонентов для их совместной переработки с нефтью или существующие мощности гидроочистки полностью использованы, строится новая установка по переработке биокомпонентов.

В данном случае заслуживает интереса, какие установки использует для этого Shell. Корпорация использует двухстадийную технологию. На первом этапе сырье подвергается очистке. Здесь нужно отметить, что в зависимости от происхождения сырья его обязательно промывают и удаляют все растворимые составляющие.

На последующих этапах может осуществляться кислотная обработка, защелачивание, удаление полиэтилена. Особенно характерно наличие полиэтилена в жирах животного происхождения, использовавшихся в Австралии, Новой Зеландии и в США. Они содержат плавленый полиэтилен упаковки. Полученный жир направляется на классическую установку гидроочистки. Процесс позволяет получать дизельное топливо, авиационное топливо, бензин, полностью совместимые с продуктами ископаемого происхождения.

Все эти продукты могут быть доведены с точки зрения качества до всех необходимых требований. И проблем с их применением в двигателях, как то было с продуктами первого поколения (сырьем первого поколения были сельскохозяйственные культуры с высоким содержанием жиров, крахмала и сахаров), нет. Двухстадийный процесс, по оценке Панкратова, более перспективен, поскольку позволяет получать больший выход продукта с очень хорошими низкотемпературными свойствами.

Использование древесины

Речь идет о процессе пиролиза, или, правильнее говоря, гидропиролиза древесины, поскольку компания намерена начать его применение именно с древесины. Сейчас, по словам Панкратова, компания находится на стадии принятия решения о сооружении полномасштабной установки. Технология называется IH2. Она представляет собой каталитический термохимический процесс, при котором происходит прямая конверсия биомассы в углеводородное топливо высокой чистоты и/или в смешанные продукты.

Ее особенности состоят в следующем: сырье (древесина) измельчается до определенного размера частиц и подвергается сушке, поскольку природная древесина может содержать до 50% воды. Затем сырье подается в реактор, где в присутствии водорода при температуре около 400 градусов по Цельсию происходит моментальный его нагрев. Это приводит к выводу из древесины летучих соединений. Те составляющие, которые имеют тенденцию к карбонизации, остаются в древесине, а легкие летучие соединения подвергаются гидрированию на катализаторах, находящихся в реакционной зоне. Конечный продукт, так называемый биоуголь, покидает реактор. И после гидроконверсии (или очистки) получается весь спектр углеводородов от газов до дизельного топлива. Газы используются в качестве сырья для производства водорода.

Производительность подобной установки, при которой она будет считаться экономически выгодной, составляет 1 тыс. т в сутки. Главным в данной конструкции установки является то, как считает Панкратов, что по сравнению с действующими процессами нефтепереработки она позволяет добиться сокращения выбросов СО2 на величину более 72%. Сейчас продукт данной установки находится на стадии сертификации, в которой принимают участие ведущие автомобильные компании мира, в частности Toyota и BMV.

Заслуживает внимания и попытка Shell начать перерабатывать древесные отходы. В одном из предыдущих выступлений профессор Эдуард Аким, заведующий кафедрой технологии целлюлозы и композиционных материалов Санкт-Петербургского государственного университета промышленных технологий и дизайна, отмечал, что уже имеющиеся в России технологии переработки целлюлозы и древесных отходов позволяют снизить количество отходов, подлежащих захоронению на полигонах, и позволит использовать получающийся при их переработке синтез-газ для получения тепловой и электрической энергии.

При учтенном объеме заготовки древесины в мире около 4 млрд кубометров в год древесные отходы могут стать существенным сырьем для топливной промышленности. Но с точки зрения Панкратова, пиролиз древесины для получения топлива – это только первый этап.

Компания изучает возможности использования вместо нее коры, веток, хвои. Потом в дело пойдут отходы сельскохозяйственного производства – например, стебли. Следующий этап рассматривает производство жидкого топлива из мусора и, наконец, переработку в жидкое топливо пластика.