Как построить зеленую экономику за счет особенностей климата России

    Необходимость снижения мировой эмиссии СО2 и тепловой характер энергетики России могут существенно увеличить рентабельность нашей экономики. О том, как превратить холодный климат в преимущество, рассказал известный физик Валентин Данилов.



    От команды Тион:
    «Валентин Владимирович – очень яркий, содержательный и масштабный человек. Его идеи глобальны, для кого-то даже слишком. Бытует мнение, что время больших идей и больших людей прошло. Однако мы всегда будем верить, что здравый смысл непременно «прорастёт», как трава сквозь асфальт. Как говорил Лев Ландау, работать надо, а там, глядишь, и времена изменятся. И мы искренне рады работать в одной команде с такими людьми, как Валентин Данилов».




    Есть проблема глобального потепления климата. Страны Киотского протокола создают «проекты совместного осуществления» и пытаются за счет них повысить энергоэффективность (снизить расход топлива) и, следовательно, выбросы парникового газа. Насколько эффективно работает система квот, показывает тот факт, что Япония вместо снижения выбросов пришла к их повышению.

    За последние полвека концентрация CO2 в атмосфере Земли выросла более, чем на 30%:



    Визуализация уровня выбросов CO2 за счет сжигания топлива:



    На энергетический сектор приходится от 50 до 70% всех промышленных выбросов CO2. Этот факт определяет то, что в борьбе за снижение CO2 заметен акцент на возобновляемые источники. Но проблема этих источников в том, что они не стабильны. В безветренную и пасмурную погоду ветряные и солнечные электростанции вырабатывают энергию не столь эффективно. Это источники периодического действия. Поэтому необходимо использовать аккумуляторы, ресурс которых сильно ограничен. Они выдерживают только определенное количество циклов зарядки/разрядки. Если посчитать повышение цены электричества после перехода от угольных котельных и ТЭЦ на солнечные батареи, то получится внушительная цифра. Только в африканской Сахаре есть перспективы для солнечной энергетики.

    Казалось бы, чистым безуглеродным источником энергии являются гидроэлектростанции (ГЭС). Но насколько ГЭС в России являются безуглеродными? При их строительстве затопляется большая площадь лесных массивов и растительности. Растительность благодаря фотосинтезу — это «стоки» CO2, и поэтому ГЭС тоже вносят свой вклад в увеличение концентрации этого газа в атмосфере. «Чернота» ГЭС зависит от того, какое количество биомассы было выведено из оборота после её строительства. К примеру, площади Красноярского моря и водохранилища новой Богучанской ГЭС исчисляются сотнями квадратных километров. Биологи могут точно сказать, сколько не утилизированного растительностью CO2 ежегодно остается в атмосфере. Я уже не говорю про Волгу, где создан каскад этих обширных водохранилищ.

    Чем обогреваться в эпоху зеленой энергетики


    В США производится электроэнергии в среднем 10 кВт на человека, а у нас на уровне 1-2 кВт. Для России актуальна выработка не электрической энергии, а тепловой, которой ежегодно вырабатывается около двух миллиардов Гигакалорий (Гкал). Этот объем превышает потребление тепла в США более, чем в 10 раз! Выработка каждой Гкал за счет сжигания органического топлива сопровождается в среднем эмиссией полтонны CO2. Теоретически, если мы перестанем сжигать топливо для получения тепла, а будем получать его иным способом, то мы снизим эмиссию CO2 на миллиард тонн. Чтобы было понятно, что это за масштаб: все обязательства Японии по снижению эмиссии СО2 составляют 250 миллионов тонн в год.

    Зеленые технологии теплоснабжения — это утилизация сбросного тепла от производств в систему централизованного теплоснабжения, что дает снижение эмиссии CO2 за счет вытеснения сжигания угля в котельных.

    Про уголь нужно поговорить отдельно. Сейчас в российской теплоэнергетике заметна тенденция замены угольных котельных на газовые, что продиктовано большей экологичностью последнего. Экологичность здесь, скорее, локальная, так как сводится к меньшему количеству шлако-золовых отходов, которых так много остается от сжигания угля. Это привело к тому, что у России сравнительно низкая доля использования угля в энергетике.



    И это при том, что уголь, в силу своей дешевизны, является более подходящим топливом для энергетики. Особенно при таком теплопотреблении как в России. А углеводороды — это топливо движения.

    Итак, одна из основных идей – совместить генерацию тепла и производство востребованных на рынке продуктов.

    В качестве примера можно привести технологию Термококс®. В ее основе лежит использование нестационарной слоевой газификации угля с применением обращенного воздушного дутья.



    В этой схеме из угля с помощью автотермической реакции в газификаторе получается два продукта: термококс (угольный сорбент), используемый в металлургии, и горючий газ. Горение угля организовано таким образом, что фронт горения из верхней части газификатора после поджига движется навстречу потоку воздуха в нижнюю часть газификатора. Таким образом, термохимические реакции протекают перед фронтом горения, и его продукты (сажа, фенолы и прочие токсины) разлагаются в горячем слое и не загрязняют получаемый газ. Этот газ можно использовать в качестве топлива для водогрейных котлов и для привода газопоршневых машин, вырабатывающих электроэнергию. За фронтом горения остается среднетемпературный кокс (угольный сорбент). При определённом режиме получается угольный сорбент с развитой поверхностью до 500 м2/г.



    В этой схеме наглядно показано, как газификатор вырабатывает два продукта горения (твердый и газообразный), каждый из которых готов к дальнейшему использованию.

    А как это организовано сейчас?

    Термококс производится отдельно: с выбросом в атмосферу СО2 и тепла (которое в этом случае является побочным продуктом). Котельные работают отдельно — и тоже с выбросом СО2. Что получается в итоге, даже при генерации тепла за счет сжигания газа?

    При выработке тепловой энергии за счёт использования пропан-бутановой смеси при её калорийности (10 Мкал/кг) и цене (27 тыс. руб/т) себестоимость получается 2500 руб/Гкал. Всё равно, что отапливать дома ассигнациями, если говорить словами Дмитрия Менделеева. Кстати, новосибирский Академгородок отапливается именно таким неэффективным и дорогим способом от мазутных и газовых котельных. Для сравнения: при использовании малосернистого бурого угля Канско-Ачинского угольного бассейна себестоимость тепла составит 790 руб/Гкал. Если же стоимость использованного угля перенести на получаемый сорбент в технологии Термококс®, то тепло становится, грубо говоря, бесплатным.

    Производство и применение угольного сорбента в экологических целях


    Кроме термококса, используемого в металлургии, в газификаторах можно получать угольный сорбент, используемый для очистки воды в системах оборотного водоснабжения предприятий и в водоочистных сооружениях.

    На минуту: оборотное водоснабжение — это когда предприятие не сливает свои жидкие отходы в реки и водоемы, а очищает воду и заново использует ее в производственном цикле. Если в Европе потребление угольного сорбента для этих целей достигает одного миллиона тонн в год, то российские предприятия чаще всего используют незамкнутое водоснабжение. Мы вообще безобразно живем. У нас контролируется только предельно-допустимая концентрация жидких отходов (ПДК). Наши заводы используют правило «чем больше воды, тем меньше концентрация», то есть разбавляют эту грязь до нужной концентрации и выливают в реку. Для справки в Красноярске за год в реку Енисей сливают более 300 000 м3 неочищенных стоков, но при годовом дебете Енисея 100 млрд м3 всё разбавляется.

    Тем временем с помощью угольного сорбента в Германии очистили Рейн. 30 лет назад он был такой грязный, что был популярен анекдот: для проявления фотоплёнки, достаточно опустить ее в воду Рейна. А в прошлом году в этой реке был выловлен лосось. Теперь Рейн — одна из самых чистых рек Европы.

    В Красноярске с 2000 года работает завод по производству угольного сорбента. Он производит 1000 тонн сорбента в год и подает в теплосеть 10 000 Гкал тепла. Работа этого завода приводит к сокращению эмиссии CO2 на 5000 тонн в год. Если бы наши предприятия увеличили потребление сорбента за счет внедрения оборотного водоснабжения, то на волне этого спроса можно заменить угольные котельные на заводы по производству сорбента. В любом случае есть большой международный рынок потребления угольного сорбента, и такой переход будет выгоден как коммерчески, так и с точки зрения снижения эмиссии СО2.

    Замена котельных на энерготехнологические блоки


    Так как самый эффективный способ производства энергии — это когенерация, то горючий газ от пиролиза угля в газификаторах нужно использовать в газопоршневых машинах, производящих и электричество, и тепло. На этой основе нужно создавать энерготехнологические блоки (ЭТБ).

    Схема производственного кластера на основе газификации угля:



    В таком кластере количество продуктов не ограничивается только электричеством и теплом. Горючий газ может быть использован для привода абсорбционных бромисто-литиевых машин, вырабатывающих холод для промышленных систем кондиционирования. Кроме этого в Екатеринбурге производят модульные дистилляционные установки с удельной затратой пара 0,066-0,68 Гкал/т дистиллята. Если мы включаем в схему ЭТБ холодильные машины и опреснители воды, то кластер превращается в целую автономную систему жизнеобеспечения, которая при этом производит востребованный на мировом рынке продукт (кокс или активированный уголь).

    Мощность одного энергетического блока доходит до 10 МВт и он способен отапливать, снабжать электричеством, холодной и горячей водой до 5-6 тысяч человек:



    Нужно использовать каждую возможность утилизировать тепло


    Например, на цементных заводах используют угли с высокой теплотворной способностью. Но можно из бурого угля получить углеродный остаток, который использовать при производстве цемента вместо таких углей, а газ от пиролиза направить для получения тепла вместо сжигания угля в котельных. Улучшится экология цементных заводов, и снизятся вредные выбросы от угольных котельных.

    Тепло, как отходы производства, получается при электролизе алюминия. Меньше половины электрической энергии идет непосредственно на электролиз, а 60% в виде тепла выбрасывается в окружающую среду. Если весь алюминий в мире производить в России и утилизировать возникающее при этом тепло, то тогда будет снижена эмиссия СО2, так как не будет сжигаться уголь в котельных.

    Этой осенью я был на международном алюминиевом конгрессе в Красноярске, на котором генеральный директор РУСАЛа Соловьев признал, что «без решения проблемы снижения эмиссии CO2 РУСАЛу конкуренции на мировом рынке алюминия не выдержать». С большой трибуны было заявлено, что для них это приоритетная задача. Слова сказаны. Осталось за малым — сопроводить это делами.

    Самый простой способ сделать алюминий «зеленым» — утилизировать тепло от электролизных ванн и подавать его в городскую теплосеть. В Красноярске это сделать легче, чем где бы то ни было, так как алюминиевый завод находится в городской черте миллионного города. Если собрать тепло от КрАЗа, то можно обеспечить горячей водой весь город и не сжигать для этого уголь вообще.

    Будущее России за зеленой теплоэнергетикой и зеленой экономикой


    Сейчас главная задача — привлечь внимание экспертов к такому варианту борьбы с глобальным потеплением климата. Мы должны донести до мировой общественности важность учета экологических и климатических факторов при международном разделении труда. Если, к примеру, в Германии или Японии производство какого-то продукта сопровождается выделением тепла, которое можно утилизировать, то перенос этого производства в Россию сократит мировые выбросы CO2 за счет отказа от котельных.

    В странах с теплым климатом некуда девать такое количество тепловой энергии, а нас уже есть готовые теплосети, к которым можно подключить эти производства. С точки зрения глобального потепления выгоднее передать ряд производств в Россию. Неважно, где вы снижаете эмиссию CO2, так как углекислый газ распространяется по всей атмосфере. Зола и кислотные дожди от котельных никого в мире не волнуют, это наши проблемы. А вот объемы эмиссии СО2 в России волнуют все человечество.

    Нужны ли мировой экономике такие объемы термококса, алюминия и прочих продуктов, которые позволят утилизировать достаточное количество тепла для отопления России? Из 3 тонн бурого угля получается 1 тонна термококса и 5 Гкал тепла, значит, для получения 2 млрд Гкал, нужно произвести 400 млн тонн термококса. Потребление металлургического кокса в мире в 2012 году составило почти 500 млн тонн. Порядок величин близок.

    Конечно, за 1-2 года этого не достичь. Хорошо бы к 2030 году. Но уже сейчас мазутные, угольные и газовые котельные, которых много по всей стране, можно заменять на такие кластеры с газификаторами и ЭТБ. Вот таким должно быть направление развития нашей экономики в сторону ее «зелености», в первую очередь, за счет «зеленой» угольной энергетики.

    Tion
    Создание современных высокотехнологичных продуктов

    Комментарии 6

      0
      Если, к примеру, в Германии или Японии производство какого-то продукта сопровождается выделением тепла, которое можно утилизировать, то перенос этого производства в Россию сократит мировые выбросы CO2 за счет отказа от котельных.


      Чтобы другие страны согласились лишиться сбора налогов с производств из-за переноса в Россию? Чтобы их граждане лишились рабочих мест?
      Чтобы Россия могла диктовать экспортную политику? Да иностранные политики быстрее согласятся на смерть от удушия через тысячу лет.
      Это возможно только если наступит ряд факторов: Российские чиновники искоренят взятки, искоренят рейдерские захваты, рабочая сила в России будет дешевле, цена на логистические поставки из за перемещения производства не вырастет и плюсом фирма-производитель будет зарабатывать на продаже теплоэнергии. Тогда частники захотят прийти на таких условиях.
        +6
        Вам бы этот проект на Мегамозг — менеджеры бы его порвали в хлам.
        1. Логистика — по тысячам котельных развозить уголь и забирать кокс… Представьте это в качестве экстрима в Москве, а не в качестве экстрима в ЛЮБОМ городе.
        2. Подчиненность котельных — кто будет торговать коксом? Муниципалитет, теплоэнерго,… Кто?
        3. Тепло далеко не передашь — следовательно масштаб котельных не равен масштабу алюминиевого завода… Так что тепловая утилизация для обогрева домов для алюминиевого завода это вообще будут крохи. Проще развернуть тепличное хозяйство и разведение рыбы с подогревом.
          +2
          /погугливши/
          Гмда.
          Вот очень даже верится что за дело он получил.
          Люди с такими эльфийскими взглядами на мир чисто по доброте душевной и с лучшими намерениями запросто влезают в такой блудняк, что волосы дыбом становятся…
            +1
            Леса не «забирают CO2» и не «производят кислород», это миф. Находящийся в равновесии лес (достаточно разросшийся чтобы дальше расти было некуда) потребляет ровно столько же кислорода сколько и вырабатывает. Поэтому рассуждения про ГЭС — это хрень полная. Строительство ГЭС дает разовый выброс CO2 который соответствует нескольким годам аналогичного производства электроэнергии на ТЭЦ и всё, дальше она «чиста».
              0
              А вы не могли бы дать источник данных про потребление и выработку кислорода лесом ?
                0
                Лень сейчас искать, поэтому просто на пальцах: выработка кислорода растением состоит в том что растение берет CO2 и H2O, забирает C и H2 себе, лишний O2 выкидывает. Поэтому количество произведенного O2 прямо связано с количеством связанного C и H2. Что это за связанные C и H2? А это собственно растение и есть. Обратный процесс проходит при "съедании" растения: C и H2 связываются с O2, на выходе получаем CO2 и H2O плюс энергию. А дальше остается посмотреть на то растет ли лес до бесконечности (= бесконечно выделяет O2) или все-таки находится в равновесии (= производство O2 совпадает с потреблением). Бывают более комплексные схемы когда лес не является замкнутой экосистемой. Например сельхозполя, продукцию которых не оставляют гнить на том же поле где она выросла, а вывозят в город. Там уже будет ненулевое производство кислорода, фактически одно и то же поле дает нам и еду, и ровно столько кислорода чтобы хватило для дыхания тем кто этой едой питается. Ну и дальше сценарии типа поглощения O2 минералами или захоронения органики в месте где она выбывает из круговорота веществ.

            Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

            Самое читаемое