?

Log in

No account? Create an account

Делай, что должен

будет, что будет

Previous Entry Share Next Entry
Смутные дни (USA8)
crustgroup
Переходя с анализу скучных цифр и многоцветных графиков, посвящённых перерабтки "твёрдого в жидкое" нам стоит понимать, что так или иначе, нам, как и проектировщикам и строителям будущих заводов по производству синтетического жидкого топлива, надо ответить, по сути дела, на три простых, но при этом - очень комплексных вопроса:

1. Откуда брать в достаточных количествах сырьё для производства жидкого топлива?
2. Как обеспечить максимально эффективную переработку этого сырья в жидкое топливо?
3. Как обеспечить максимально возможное качество полученного жидкого топлива?


Эта триада "из чего?- как?- во что?" незримо присутствует во всех проектах переработки и синтеза жидких топлив. Выбор сырья определяет требования к технологии и одновременно задаёт возможности по получению тех или иных конечных продуктов. С другой стороны, желание получить максимально удобные для использования жидкие топлива сразу задаёт доступные технологии и сужает список возможных вариантов начального сырья.
Количество возможных источников сырья достаточно велико - это биомасса, торф, каменный и коксующийся уголь, сланцы всех видов, бурый уголь и сапропель. Поэтому для начала стоит исключить то, что нам не подходит по объективным причинам возможных технологий переработки.



Технологии получения жидкого топлива из твёрдого сырья принципиально делятся на два больших семейства - биологические методы и химические методы.

Биологические методы подразумевают использование для ферментации твёрдого сырья различных видов бактерий. Бактерии очень охотно перерабатывают только "живую" биомассу, но с переходом на минеральные топлива их "энтузиазм" по ферментации твёрдых топлив падает очень быстро. Бактерии ещё могут в какой-то мере перерабатывать торф (однако, при переработке такого твёрдого сырья уже гораздо более эффективны бактерии-анаэробы, которые любят производить биогаз - смесь метана и углекислоты, нежели потребные людям этанол и бутанол,), но уже для переработки лигнита, а тем более - коксующегося или каменного угля, их усилия бесполезны.

Химические методы, в отличии от биологических, не имеют таких ограничений и могут работать практически с любым видом твёрдого топлива. Но у них, как и у биологических методов, есть свои ограничения. Если бактерии можно сравнить со стрелками-снайперами, которые выискивают для нас в конгломерате твёрдого топлива нужные молекулы и превращают их во что-то полезное, то химические методы - это, в чистом виде - установка залпового огня "Град" со стрельбой по площадям. И, если бактерии без проблем работают с конгломератами биомассы, чуть ли не на 90% состоящими из воды, то химические методы в своей применимости обычно ограничены так называемым условием поддержания автогенного горения.

Проблема химических методов в том, что основная масса их начинает действовать при температурах выше 100° С. Поэтому, для того, чтобы они работали, твёрдое топливо должно нагреться, а нагреться оно может обычно только в процессе горения. Кроме того, до момента испарения основной массы воды, содержащейся в топливе, температура его не поднимется сильно выше тех же 100° С - кто жарил "бифштекс с кровью" - поймёт меня сразу.

Поэтому для пригодности твёрдого топлива для целей химического синтеза обычно используют так называемый "треугольник твёрдых топлив", предложенный в начале ХХ века шведским учёным Таннером:


Треугольник Таннера.

В результате  многочисленных опытов было установлено, что топливо, имееющее более 60% зольности, более 50% влаги и менее 30% горючей части не способно самостоятельно поддерживать горение. Соответсвенно, если мы хотим запихнуть в процесс химического синтеза такое замечательное топливо, где-то за пределами реактора надо сжечь топливо нормальное. А зачем тогда платить дважды? Давайте сразу синтезировать жидкости из нормального топлива, которое может хотя бы гореть само по себе!

Применяя треугольник Таннера к анализу твёрдых топлив мы сразу видим малую перспективность таких источников сырья, как горючие сланцы или сапропели. Их высокая зольность (до 70%) начисто закрывает нам использование химических методов, а высокая степень разложения их органического вещества не позволяет использовать методы биологические.
Лимитированным представляется и использование для производства жидкого топлива торфа. Торф из залежи обычно добывается при влажности до 90%, после хорошего жаркого лета (а оно отнюдь не всегда бывает на широтах торфяных болот) в буртах фрезерный, добытый торф подсушивается до 50%. Нет солнца - нет торфа. И лишь потом можно надеяться использовать торф в нормальных химических или биологических методах синтеза.

Поэтому, собственно говоря, кандидатов, как мы сказали в прошлой части, всего два - биомасса (BTL)и уголь (CTL). Для процессов BTL используются, в основном, биологические методы, но применяются и химические. Для процессов CTL используют только химические методы.

Оценка ресурсной базы для каждого из этих кандидатов, в случае, если мы хотим лишь провести грубую прикидку "сверху" достаточно проста и тривиальна.

Начнём с угля (процесс CTL).

Уголь, как и нефть, распределён по миру очень неравномерно. Всего 9 стран владеют 90% от мировых резервов угля.

Вот эта "великолепная девятка":
США -          27,1%
Россия -      17,3%
Китай -        12,6%
Индия -       10,2%
Австралия - 8,6%
ЮАР -         5,4%
Украина -     3,8%
Казахстан -  3,4%
Польша -     1,5%

Всего же уголь найден более, чем в 70 странах, а добывается в 50 из них.

Уголь, как и нефть, тоже подчиняется кривой Хабберта для исчерпаемых, конечных запасов. Если историческим маркером и модельной страной для нефти были США, то для угля это была Великобритания:


Великобритания прошла "пик угля" ещё в 1914 году. Добыча угля в Великобритании в то время составила безумные по нынешним меркам 292 млн. тонн угля в год, из которых "Империя-над-которой-не-заходило-солнце" 98 млн. тонн ещё и умудрялась экспортировать за рубеж. Именно на английском "отборном кардиффском" ставил свои рекорд скорости русский крейсер "Аскольд".

В ХХ веке ещё две страны прошли пик угля - это была Германия (1940) и Япония (1939). Можно, безусловно, говорить, что спад в добыче угля в этих странах был обусловлен иными объективными причинами, нежели исчерпание запасов - например, переходом на более удобную нефть, но, пожалуй, сейчас уже никакими усилиями в Великобритании не возродить производство и 200 млн. тонн угля в год - остаточные запасы этой страны сейчас оцениваются совокупно всего лишь в 1,5 млрд. тонн, то есть, при темпе производства в 200 млн. тонн, их хватит Соединённому Королевству всего-навсего на семь с половиной лет.

Сейчас всего лишь 6 стран осуществляют 79% мировой добычи угля. Их список похож на список стран-держателей запасов, но определённые передвижки тут всё же имеются (добыча в миллионах тонн, процент от общемировой добычи):

Китай          - 2 380 (38,4%)
США           - 1 054 (17,1%)
Индия        - 447 (7,2%)
Австралия  - 374 (6,0%)
Россия       - 309 (4,9%)
ЮАР          - 257 (4,7%).

По сути дела, сейчас вся существующая добыча угля в этих странах идёт на производство электроэнергии и отопление, в значительных количествах лишь компания Sasol в ЮАР, на одном из современных заводов по процессу Фишера-Тропша переводит часть добытого угля в синтетические жидкие топлива. В 2006 году Sasol потребил 58 млн. тонн угля из 257 млн. тонн, добытых в ЮАР (что составило 22% от добытого).
Не весь этот уголь пошёл исключительно на синтез жидких моторных топлив (Sasol по факту очень многопрофильная компания и часть продуктов синтеза используется в "пересекающихся" химических процессах), но, по независимым оценкам и собственной информации компании Sasol, текущее состояние их технологии позволяет им выпускать около 54,75 млн. баррелей синтетических жидких топлив в год, затрачивая на это около 41 млн. тонн. угля в год.

Учитывая, что почти все эти топлива представляют из себя достаточно качественный бензин с удельным весом около 750 кг/м3, то общее производство Sasol можно оценить, как 6,53 млн. тонн синтетического топлива в год. С учётом потраченного на производство этого топлива угля мы выходим на коэффициент перевода угля в синтетические топлива в районе 6,2-6,3 тонны угля на тонну синтетического бензина - или 1,3-1,35 барреля нефти из одной тонны угля, если считать этот коэффициент в обратную сторону. Как видим, со времён Фишера и Тропша в деле производства бензина из угля ровным счётом ничего не поменялось.

Теперь можно принципиально оценить, сколько бензина из угля может получить современные США, разверни они завтра масштабную программу строительства заводов по технологии CTL.

Вот прогноз по возможному росту добычи угля в США:


Добыча угля в США, прогноз.

Как видно из приведенных графиков, пик добычи угля в США в обеих сценариях приходится на 2035-2040 год.
В сценарии интенсивной добычи Америка может надеяться добывать около 1 600 млн. тонн угля в год, в случае более спокойного сценария уровень добычи может составить около 1 500 млн. тонн в год. Таким образом, в случае развития своей собственной угольной отрасли по максимуму, США могут ожидать получить дополнительно максимально около 550 млн. тонн угля в год.
Если весь этот уголь дополнительно добываемый уголь пустить на производство жидких моторных топлив, то США могут ожидать производство синтетического бензина из этого источника в объёме около 715 млн. баррелей в год. Что соответствует дневному производству синтетических бензинов в объёме около 1,95 Мбд. Для этого в США необходимо построить 13 таких перерабатывающих комплексов, как существующий завод Sasol в Южной Африке. Больше строить смысла нет - всё добывать уголь быстрее не получится ни при каких раскладах.

Строительство только самого завода CTL производительностью в 80 000 баррелей в день в Индии, который будут строить по южно-африканским технологиям, по планам обойдётся в сумму около 10 млрд. долларов:

http://www.greenworldinvestor.com/2010/06/02/is-the-coal-to-liquid-ctl-tata-sasol-10-billion-plant-an-appropriate-use-of-indias-resources/

Поэтому, можно прикинуть, что программа CTL, рассчитаная на 1,95 млн. баррелей в день, вполне может затянуть на сумму в 245 миллиардов долларов, если в США можно будет построить заводы с индийскими издержками, с индийской оплатой труда строителей и индийскими же требованиями по охране окружающей среды.

И да, результатом такой масштабной программы будет то, что технология CTL сможет покрыть около 10% потребности современных США в жидких моторных топливах.




promo crustgroup september 5, 2012 16:48 88
Buy for 100 tokens
Начиная цикл статей о ядерной энергии я постараюсь описать несколько моментов, которые часто проговариваются вскольз, либо вообще не упоминаются при разговоре о "ядерной альтернативе" ископаемым минеральным топливам. Стартанём собычных цифр и картинок, которые иногда гораздо более…

  • 1
Спасибо, познавательно.
А что по BTL?

В следующих частях. C BTL куча интересных технологий - ведь биомасса, в силу своей сложности по химсоставу, позволяет просто-таки кучу извращений с собой производить - и быстрый пиролиз, и метанол, и синтез-газ (тот же Фишер-Тропш).

Другой вопрос, что "слон" химического синтеза - это именно уголь. Биомасса по объёмам рядом с углём просто моськой будет выглядеть. :(

С удовольствием почитаю! Очень познавательно, в силу того что лежит за пределами моей обычной области знаний.

в наших широтах о биотопливе в промышленных масштабах, наверное, и говорить не приходится?

Наши широты, судя по профилям, отличаются минимум на 1000 километров в широтном направлении. :)
Полистайте мой журнал вверх - даже на Украине с биотопливом совсем всё не так печально, как кажется - было бы желание всё это добро растить и с умом перерабатывать и утилизировать. А в России с высокотехнологичными "дровами" можно будет и ХХII век встречать. Плотность населения низкая, само население уже по экспоненте не растёт, а лесов и полей... ну, Вы ж и сами-то знаете.

Читаю с большим интересом.
Как теплотехник по первому образованию - рад столь толковым статьям.

П.С. Вопрос есть: не поделитесь ссылкой на какой-нибудь серьезный разбор проблем сланцевого газа, вышедший на бумаге? (для ссылки надо)

Вам по-английски - или только на русском?

Если по-английски - то можете прошерстить сайт www.theoildrum.com по метке "shale gas" - там куча обзоров по сланцевому газу и по сланцевой нефти - начиная от финансов, заканчивая геологией залежей и технологиями добычи.

Если по-русски - вот самое толковое, что мне попадалось, это анализ Валерия Ненахова, он засветился как-то у Хазина, тут вот можно даже с ним пообщаться, насколько я понял:
http://worldcrisis.ru/crisis/962519/full_replic_t

Если же сразу в виде хорошей статьи (бол-мен), то есть вот:
http://pronedra.ru/gas/2011/12/23/slancevyj-gaz/

Спасибо - на статью сошлюсь

Китай первым в мире освоил

ключевые технологии прямого превращения угля в жидкое топливо в промышленных масштабах
http://russian.people.com.cn/31518/7972722.html

Re: Китай первым в мире освоил

Да, у китайцев своя технология:

http://www.pecj.or.jp/japanese/overseas/conference/pdf/conference04-14.pdf

Правда, я её ещё не анализировал в подробностях и деталях, но это не классический Фишер-Тропш, а чисто китайская разработка, без промежуточной стадии синтез-газа.

Edited at 2012-10-17 12:16 pm (UTC)

Re: Китай первым в мире освоил

(Anonymous)
Мне кажется вы ошибаетесь - это все тот-же Фишер-Тропш...По крайней мере в составе оборудования в приведенной вами же презентации речь идет об установке получения водорода

Re: Китай первым в мире освоил

Может быть. Будет больше времени - посмотрю китайский процесс детально.

Здравствуйте. В одном из ваших материалов приводилось соотношение разных источников электрогенерации в США. Значительная доля - газ. США ведь могут произвести замещение и такое: вместо газа для электрогенерации уголь, а газ вместо бензина в топливные баки...

Природный газ уже сто раз обсуждается в виде замены дизеля и бензина для американских бензобаков. Но я недавно читал репортаж о том, как FedEx (курьерская служба) пытался перевести свои грузовики на газ.

Вкратце: эксперимент не удался. Бастовали водители - им было в падлу дважды в день заезжать на газозаправочную станцию. В итоге эксперимент по-тихому свернули.

Так что - зелен виноград пока. Хотя, может быть, и дозреет, когда припрёт.

(Deleted comment)
США могут нарастить добычу угля. Я никогда не писал, что не могут. Угля, причём качественного, у них ещё очень много.

(Deleted comment)
Если сабурбия пересядет на "Вольты" - то будет ещё жить какое-то время.
Посмотрите "Петлю Времени" - товарищи уже просекли фишку...

Но угольная генерация - это тоже весело. АЭС раем покажется.

США просто перейдут на электромобили,делов-то:
"Увеличение колличества EV потребует невероятного, невозможного увеличения производства электроэнергии. Цены вырастут! Мы этого не потянем! Будьте вы прокляты - "зеленые"!

основываясь на работе проделанной gorynych1:

Для рассмотрения возьмем предельно крайний и сложный для перехода случай, т.е. страну в которой больше всего ездят на авто - США.
Потому что даже в тех немногих странах, где количество автомобилей на душу населения выше, средний пробег значительно ниже, чем в Америке.
Итак, согласно официальному отчету Департамента Транспорта, совокупный пробег всех автомобилей США в 2012 составил 2,938.5 миллиардов миль.

Округлим вверх, до 3 триллионов миль.

Средний современный электромобиль максимально потребляет около 1 kwh на 3 мили

Теперь считаем.
Для того, чтобы проехать 3 триллиона миль в год, нужно около 1000 Twh.
Сейчас США потребляет оло 3856 Twh э/э электроэнергии в год, что является самым высоким в мире и одним из самых высоких на душу населения - т.е. еще один предельный случай.
Таким образом, необходимое для перехода Америки на электромобили количество электроэнергии составляет около 25% текущего потребления электроэнергии.

Но незабудем, что этот упрощенный расчет был сделан с сильным креном не в сторону EV:
а) тотальный перевод всего движущегося на колесах по дорогам на электричество.
б) максимальный пробег авто на душу населения.
в) максимальное потребление энергии на единицу длины пробега автомобиля.
г) максимальное потребление э/э на душу населения.
д) введенеие в обиход смарт счетчиков электроэнергии позволит и заправлятся дешевле и снизить скачки в потреблении-производстве электроэнергии.
е) Это новая инфраструктура, новый сервис, новые рабочие места.
ж) Потребление электроэнергии в США стагнирует.
д) у потребителя электроэнергии есть альтернативы в отличие от потребителя бензина: можно вырабатывать электроэнергию самому, заряжать по другому тарифу и т.п.

Вывод: Это миф. Потребление вырастет максимум на несколько десятков процентов, и это произойдет не в одночасье: у нас в запасе десятилетия."
http://solar-front.livejournal.com/53480.html

Для рф же переход всех легковушек потребует увеличения существующей генерации электроэнергии всего 11%
http://solar-front.livejournal.com/53480.html?thread=656360#t656360

Всё было бы, конечно, замечательно, если бы минеральные топлива сегодня просто бы "застыли" на своём пике и не начали бы завтра достаточно резвое падение в пропасть.

Но, к сожалению, процесс тут пойдёт очень быстро:
http://crustgroup.livejournal.com/59014.html
http://crustgroup.livejournal.com/57186.html

Редкие страны (и, как правильно вы заметили - Россия в их числе) могут рассчитывать на безболезненный переход к новой энергии.

Да, заменить весь транспорт на электротягу и можно, и нужно. Единственное расхождение моей позиции с позицией solar_front в этом вопросе - это роль в этом процессе аккумуляторов. Я считаю, что их роль будет гораздо скромнее.

Но вот столь оптимистически считать, что это "раз-два-плюнуть-растереть" - я бы не мечтал.
Переход на электротягу, как я сказал, будет идти в условиях ужеразвернувшегос кризиса энергоресурсов.

Европу спасет 1) труба от ТрансАнатолийского газопровода,который даст газ от Азербайджана + Иран и Туркменистан,запасы которых сопоставимы с российскими ,но себестоимость и соответственно цена ниже .2)Разработка месторождений Восточного Средиземноморья.3) Добыча сланцев на окраинах Европы(даже Англия подключилась) ,экологию которых не жалко-Польше,Украине ,Румынии + разработка шельфа Черного моря.4)Повышение энергоэффективности.

У США обвального падения добычи сланцев по всей видимости не будет - если сланцевый газ пойдет на убыль из-за исчерпания хороших участков ,то они могут всего лишь увеличить кол-во буровых до 2-х летней давности + новые технологии добычи + добыча на шельфе ,так что будет длинное плато .

Вы по жизни, я так понимаю, оптимист?

Туркменистан уже окучен Китаем, запасы его явно поднадуты, с Ираном Европе ещё надо бы разгрести каловые завалы прошлых лет, связанные с эмбарго и атомной программой, газа Айзербайджана не хватало и на Набукко.
Восточное Средиземноморье пока может похвастаться только доказанными запасами Левиафана, который эдак в 7-8 раз меньше одного Бованенково, благие пожелания насчёт "геологических структур" в серьёзный расчёт я бы пока ставить поостерёгся.
Добыча сланцев будет где-то вдвое дороже, чем в США (они просто лежат вдвое глубже в Европе).
Шельф Чёрного моря в перспективе - это где-то два-три Левиафана (или половина Бованенково) и это тоже надо ещё всё найти и разведать.
Повышение энергоэффективности уже состоялось, выходим на "полочку".
В общем - будущее Европы не такое и радужное, как вы себе представляете.

С США тоже вопрос интересен: сейчас падение числа буровых связано с multi-pad drilling, то есть "осьминоги" уже с нами.
Сэкономили время на переезды, подняли дебет одиночной скважины, а что дальше?
Ведь sweet pots - не резиновые, на всю площадь Баккенна и Барнетта никто так бурение и не распространил - даже с учётом осьминогов!

Не сказал бы , негатива по жизни хватает .
Для Европы достаточно в принципе газа от Туркменистана и Азербайджана,и даже если запасы Галканыша может и несколько преувеличены,по крайней мере на нем себестоимость должна быть сильно ниже чем газа из суровых мест Ямала и Арктического шельфа.

США хоронили 70 лет лет при СССР,Хазин его хоронит лет 15 ,а он все живой как в ничьем не бывало.На худой конец активизируют разработку месторождений в своих самых близких по факту сырьевых провинций :Чинкотонека в Мексике ,ну и тяжелой нефти в Канаде и Венесуэле.

З.Ы. Поддержите отечественного производителя?)
http://ru.wikipedia.org/wiki/EL_Lada

Если Европа сможет рассчитаться за газ Ирана, Туркменистана и Азербайджана - возможно, им и хватит его надолго.
Проблема тут скорее в ином: физические объёмы газа вполне могут утечь и на другие, более выгодные рынки.
Китай, Индия.
Именно они претендуют на среднеазиатский и ближневосточный газ.

С США ситуация, конечно, попроще: и страна побольше, и "консервы", как вы правильно сказали, наготове.
Но и американцам надо как-то решать вопрос зависимости от импорта энергии.

Вообще же сегодня от энергии уже критически зависят сразу пять регионов:
Большая Европа, США, Большая Индия, Китай и Япония+Южная Корея.
По факту я присоединил Южную Корею к Японии - так как она заблокирована с севера своей соседкой и тоже представляет из себя "остров Корея".

То есть - мир уже обречён быть глобальным: иначе в этих пяти регионах просто начнут умирать люди.

10% топлива хватило бы на автобусы.

  • 1