Из солнечной в химическую

Интервью с Валентином Пармоном о его разработках

Уборка и переработка риса на предприятии «АФГ Националь» в Краснодарском крае. Изображение: Виталий Тимкив / ТАСС

В этом году премию «Глобальная энергия» получил академик Валентин Пармон. Перед вручением награды он рассказал «Чердаку», как переработать солнечную энергию в химическую, эффективно утилизировать попутный нефтяной газ и что можно сделать с рисовой шелухой.

— Валентин Николаевич, есть ли у России потенциал в использовании возобновляемых видов энергии? Какие из них распространятся в ближайшие 5-10 лет?

— Из биомассы растений можно получать не только само топливо, но и добавки для повышения его октанового числа. Это, я думаю, начнут делать в России в самое ближайшее время.

Сейчас в Западной Европе обсуждают ввод нового стандарта на авиакеросины. Обязательной добавкой называют компоненты из возобновляемого биологического сырья. Россия была в течение четырех лет абсолютно инертна в подготовке к таким событиям. Новые стандарты могут сильно отразиться на России: нам придется не только авиапарк закупать за рубежом, но и керосин.

Что касается более широкого использования возобновляемой биомассы растений для получения топлива, то в России есть регионы, где хорошо развито сельское хозяйство и в которых могут быть излишки растительных масел, не обязательно пищевых. Такие масла достаточно просто с помощью катализа перерабатывать в разные виды топлива.

Что касается солнечной энергетики, будут широко внедряться полупроводниковые солнечные батареи. Поскольку солнечный Крым вернулся в Россию, можно ожидать восстановление интереса и к химическим методам преобразования солнечной энергии, особенно сконцентрированной. Мы занимались такими методами в нашем институте до распада Союза и показали их перспективность.

— Как преобразовать солнечную энергию в химическую и где это может пригодиться?

— Есть два подхода. Можно преобразовать солнечную энергию, используя каждый единичный квант света, как это делают растения и полупроводниковые солнечные элементы. Такой подход в химии называют фотокатализом.

Но можно идти по иному пути: нагреть каталитический реактор солнечным светом. Обратимые химические реакции в зависимости от температуры могут идти в одну или в другую сторону. В одну сторону — с запасанием энергии, а в другую — с выделением. Обратимые реакции почти всегда можно осуществить только с помощью катализаторов. Катализаторы — это «волшебная палочка», с помощью которой химическая промышленность получает нужные продукты. Сейчас в промышленности России используют более 550 типов катализаторов.

В Крыму в середине 80-х мы испытывали технологию преобразования энергии, основанную на обратимых термокаталитических реакциях. В разогретый солнцем каталитический реактор направлялась смесь метана и воды, а на выходе получалась смесь водорода и угарного газа. Такая смесь намного более энергонасыщенная, чем исходная. Водород и угарный газ в смеси не взаимодействуют, и она хранится сколь угодно долго. Но если ее направить на другой катализатор, то запасенная энергия выделится в виде тепла и снова получатся метан и вода. Это термокаталитический цикл.

Преобразовывая солнечную энергию в химическую при полезной мощности реактора (то есть полной мощности, из которой вычтена мощность на приведение в действие вспомогательных агрегатов или механизмов, необходимых для его работы — прим. «Чердака») более 2 кВт, КПД преобразования солнечной энергии в химическую достигал 43%. Это хороший показатель. Система работала как экологически чистый химический «аккумулятор».
Солнечные панели электростанции «Николаевка» в Крыму
Солнечная электростанция «Николаевка» в Крыму. Изображение: Руслан Шамуков / ТАСС


— Эта технология применяется сейчас в промышленности?

— Мы проводили эти испытания в 1984 и 1985 годах. Сразу после них крупная военная структура обратилась к нам и изготовила по нашей технологии солнечный каталитический реактор полезной мощностью около 10 кВт. Но распался Советский Союз, и на этом все закончилось.

Сейчас мы постепенно расконсервируем наши наработки, сделанные до 90-х годов. Например, в те годы мы исследовали возможность прямого преобразования ядерной энергии в химическую и получили прекрасные результаты. Но случился Чернобыль, и работы заморозили.

Но многие разработки нашего Института катализа нашли и находят применение в промышленности. В России 10% всего бензина производят с помощью катализаторов, которые разработали в нашем институте и его омском филиале. Сейчас филиал преобразован в Институт проблем переработки углеводородов СО РАН.

Разработки, которые сделали непосредственно в Новосибирске, сейчас используют для получения высококачественного дизельного топлива по жестким экологическим стандартам, вплоть до стандарта Евро-5.

Идет ужесточение экологических нормативов. И мы, химики-каталитики, должны успеть создать новые разработки, которые будут соответствовать новым нормам.

— Другие страны используют катализаторы для термокаталитического преобразования одного вида энергии в другой?

— Подобные подходы к преобразованию солнечной энергии пытались применить в Австралии, Израиле и Испании. Но там катализ по-хорошему использовать не смогли, потому что для этого нужно иметь хорошую компетенцию не только в солнечной энергетике, но и в катализаторах и каталитических технологиях.

— Вы много работали над утилизацией попутных нефтяных газов. Эти технологии нашли применение?

— Да, мы работали по нескольким направлениям. Одна из технологий, разработанных в нашем институте, позволяет переработать пропан-бутан, один из основных компонентов попутного нефтяного газа, в жидкие химические соединения, которые легко транспортировать. Это технология из разряда модных сейчас технологий gas-to-liquid (aнгл. «газ в жидкость»), когда природный или попутный нефтяной газ преобразуют в жидкое топливо. Наша технология апробирована на опытно-промышленном уровне, то есть успешно прошла тестирование, и хорошо себя зарекомендовала. Сейчас сотрудники нашего института проектируют такие установки для двух нефтяных месторождений.

По ряду химических причин попутный нефтяной газ нельзя использовать на нефтяных месторождениях в местной энергетике для получения электричества. Но мы научились получать из попутного нефтяного газа хорошее стандартизированное газовое топливо. Использование такой технологии окупается за 1,5–2 года.
Факельная установка для утилизации попутного нефтяного газа
Соровское месторождение нефтяной компании «Бурнефтегаз». Факельная установка для утилизации попутного нефтяного газа. Изображение: Слуцкий Максим / ТАСС


— Вы разработали технологию переработка шелухи от риса и овса. Расскажите о ней.

— Сейчас такую шелуху просто складируют, и она десятками, а может быть, сотнями тысяч тонн лежит и гниет на свалках. Обычным методом она не сжигается. Но если ее сжигать в разработанных нами каталитических устройствах, то можно получать тепло и производить материалы с уникальными характеристиками. Так, из рисовой шелухи можно получать сорбенты для очистки воды или материалы для современных накопителей энергии, например суперконденсаторов (их емкость в несколько раз больше, чем у конденсаторов таких же габаритов — прим. «Чердака»).
Комбайны убирают рис
Уборка и переработка риса на предприятии «АФГ Националь» в Краснодарском крае. Изображение: Виталий Тимкив / ТАСС


— Где можно применять эти технологии?

— Везде, где есть рисовая или овсяная шелуха. В России это Южный федеральный округ и Алтайский край. Вьетнам — наиболее подходящая страна для использования шелухи от риса, но наши контакты с Вьетнамом после развала СССР практически полностью исчезли. Спектр применения каталитической технологии сжигания твердого низкокалорийного топлива очень широкий. В азиатской части России на основе такой технологии работают пять экологически чистых и энергоэффективных котелен, использующих разные типы угля.

— Почему такие технологии до сих пор мало используют в промышленности?

— В России нет координатора, который объединяет разработчиков новых технологий с потребителями, ставит четкие задачи и связывает с бизнесом. В государстве должна быть мощная координация поисковых исследований в практически важных направлениях, структура типа Госкомитета по науке и технике. У нас она исчезла в начале 90-х, а она нужна. В большинстве развитых и успешно развивающихся стран — в Китае, в Америке, во Франции — она существует. Потому что не все вопросы решаются рыночными методами.

— То есть дело в управлении? Не хватает силы, которая придаст вектор?

— Нет, не только. Ни частный, ни государственный пользователь не решатся использовать новую разработку, пока ее не протестируют в необходимых масштабах. Это обязательное условие, прежде чем использовать ее в промышленности. И прежде чем исследователи не выработают 20—50 тысяч тонн продукции на опытно-промышленной установке, в массовое производство такая технология не поступит. То есть требуется крупный опытный завод и соответствующая инжиниринговая инфраструктура, но такой инфраструктуры в России нет. Даже в СССР она была недостаточной. Во Франции соответствующую инфраструктуру помогло создать государство, в Америке развивались частные инжиниринговые фирмы. А у нас необходимой инфраструктуры нет вообще. Без нее ни одна отечественная разработка крупнотоннажных процессов не перейдет в практику. Мы можем доводить до промышленности небольшие разработки, но это масштабы в сотни и тысячи раз меньше необходимых. Крупные проекты в химической технологии Россия пока не может обеспечить.


Валентин Пармон — российский ученый, специалист в области катализа, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Действительный член Российской академии наук, научный руководитель Объединенного института катализа СО РАН.

«Глобальная энергия» — ежегодная международная премия, которая отмечает выдающиеся научные исследования и разработки в области энергетики. Премию присуждает международный комитет из 20 ученых, руководителей научных организаций и общественных деятелей. Церемония награждения проходит в Санкт-Петербурге, премию вручает президент РФ. Торжественное вручение премии 2016 года пройдет 17 июня в рамках Санкт-Петербургского международного экономического форума. Лауреат получит медаль, диплом и 39 миллионов рублей.

Алиса Веселкова

Алиса Веселкова
Теги:

Читать еще на Чердаке: