В. Арутюнов - Нефть XXI. Мифы и реальность альтернативной энергетики
2.5. Природный газ в энергетике XXI века
Таким образом, в земной коре имеются огромные ресурсы природного газа, к тому же постоянно пополняемые за счет продолжающихся процессов дегазации нашей планеты. Основные проблемы использования этого огромного потенциала связаны с созданием технологий, позволяющих практически извлекать их при приемлемых финансовых, энергетических и технологических усилиях. Рисунок 33 демонстрирует наличие различных видов природного газа в земной коре.
Рис. 33. Наличие различных видов природного газа в земной коре. Цифры – проницаемость пород, вмещающих соответствующий вид газа, в миллидарси (md). Дарси – единица проницаемости пористых сред
По мере нарастания «нетрадиционности» природного газа с одной стороны растет его объем в земной коре, но с другой стороны, увеличиваются сложность извлечения и необходимые для этого финансовые и энергетические затраты. Как мы видим, человечество располагает огромными ресурсами природного газа (табл. III). Некоторые виды этих ресурсов еще плохо изучены, но независимо от конкретных оценок уже очевидно, что они настолько велики, что при всех разумных сценариях развития нашей цивилизации их хватит еще на десятки, а может быть и сотни лет.
Таблица III. Ресурсы природного газа по состоянию на 2014 г.
Конечно, добыча нетрадиционных видов газа сложнее и дороже добычи традиционных ресурсов. Но по мере выработки наиболее удобных месторождений постоянно растет и себестоимость добычи традиционного газа. Так же, как и при добыче нефти, мы вынуждены постоянно осваивать все более сложные для извлечения и потому более дорогостоящие ресурсы. Рисунок 34 показывает, что это не драматическое скачкообразное удорожание будущих газовых ресурсов, а достаточно плавный и, увы, неизбежный переход к освоению все более дорогостоящего сырья.
Рис. 34. Стоимость добычи различных видов природного газа, долл./млн БТЕ
Себестоимость добычи сланцевого газа в США уже ниже себестоимости добычи традиционного газа в Европе (табл. IV), что позволяет прогнозировать прибыльность его экспорта в этот регион. А когда мы говорим о ресурсах традиционного природного газа в России, необходимо понимать, что они в значительной степени представлены арктическими ресурсами, себестоимость добычи которых может быть значительно выше себестоимости добычи сланцевого газа на территории США или других стран. При этом стоимость их транспортировки на мировые рынки Европы или Азии также выше стоимости транспортировки в эти же регионы газа из США.
Таблица IV. Себестоимость добычи различных видов газа в 2010 г., долл./млн БТЕ (Ступакова, Митронов, 2014)
Несмотря на текущий бум с добычей сланцевой нефти, ситуация с ее запасами пока остается достаточно неопределенной. Ее доля составляет всего около 1 % от общемировой добычи, и в перспективе не ожидается, что она превысит 5—10 %, а ее ресурсная база оценивается всего в 15 лет текущего мирового потребления. В то же время доля нетрадиционного газа (газ плотных коллекторов и метан угольных пластов) уже составляет свыше 15 % от общемировой добычи и имеет явную тенденцию роста, возможно до 40 %. Его общая ресурсная база сейчас оценивается примерно в 100 лет текущего мирового потребления газа. Поэтому к 2030-м годам природный газ, по оценкам, станет крупнейшим первичным мировым источником энергии, что будет означать конец почти столетней эры нефти.
Запасы сланцевых углеводородов, по сути, являются первичными по отношению к традиционным запасам. Они распределены по всей территории Земли достаточно равномерно, поэтому общедоступны. А совокупные ресурсы нетрадиционного газа превосходят даже перспективные потребности человечества, по крайней мере, в том временном диапазоне, в котором их вообще можно как-то планировать. До последнего времени единственным препятствием для их добычи было отсутствие соответствующих технологий добычи. На сегодняшний день это препятствие уже не существует в отношении сланцевого газа, и, видимо, в ближайшее время будет преодолено и в отношении других его разновидностей.
Возникает закономерный вопрос: сможет ли природный газ полностью заменить в мировой энергетике и, что более важно, мировой экономике в целом безусловно более удобную нефть, особенно в таких ключевых областях, как транспорт и нефтехимия.
Что касается транспорта, то уже несколько десятилетий существуют промышленные технологии конверсии природного газа в жидкие углеводороды, то есть синтетическую нефть и жидкие моторные топлива. Построены гигантские заводы, и уже накоплен большой опыт их эксплуатации. Пока еще экономика производства синтетического жидкого топлива (СЖТ) проигрывает экономике на основе природной нефти. Но технологии производства СЖТ постоянно совершенствуются, а себестоимость добычи природной нефти закономерно растет, так что ситуация неизбежно изменится. Проблема обеспечения сырьем современной нефтехимии не столь острая. В середине ХХ века обильные ресурсы нефти и относительная простота деструктивных процессов ее переработки (крекинг, пиролиз, дегидрирование, изомеризация), позволяющих широко использовать равновесные каталитические процессы, обеспечили быстрое развитие нефтехимии и ее огромную роль в мировой экономике. Однако если исключить производство моторных топлив, то современная нефтехимия потребляет всего лишь около 5 % добываемой нефти, так что удовлетворить ее потребности будет проще.
Одновременно бурно развивается новая отрасль – газохимия. В настоящее время существует разветвленная группа химических производств на базе природного газа. Среди основных крупнотоннажных продуктов – аммиак, метанол, водород, а также ацетилен, галогенпроизводные метана и другие продукты. В свою очередь, на базе аммиака, метанола, ацетилена производятся десятки химических продуктов, таких как азотная кислота, азотные удобрения, карбамид, формальдегид, карбамидно-формальдегидные смолы, высокооктановый компонент бензинов – метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), меламин и смолы на его основе. Природный газ является основным источником промышленного получения водорода, мировое производство которого достигло 1,4 млрд м3/год.
Начало массовой добычи сланцевого газа в США дало новый импульс развитию газохимии. За несколько последних лет там было анонсировано строительство около 100 новых газохимических предприятий с общим объемом капитальных вложений более 70 млрд долл. А объем ежегодно производимой на них химической продукции уже к 2017 году должен превысить 70 млрд долл., что уже вполне сопоставимо с доходами от российского газового экспорта.
Благодаря огромным ресурсам газа и новым технологиям их добычи и химической переработки XXI век неизбежно станет веком газа и газохимии. Однако для того, чтобы природный газ действительно смог заменить нефть в качестве углеводородного сырья для получения огромной гаммы современных нефтехимических продуктов, предстоит еще пройти большой и сложный путь. Дело в том, что газохимия (по сути, нефтехимия на основе метана) принципиально отличается от традиционной нефтехимии «конструктивной» направленностью своих процессов. Ее цель – получение из наиболее простой и наиболее стабильной углеводородной молекулы СН4 всей огромной совокупности более сложных и менее стабильных (!!!) продуктов, производимых современной нефтехимией, а это очень непростая задача. Но задача в принципе решаемая, поэтому вряд ли стоит сомневаться в том, что она будет практически решена по мере переключения экономики на газовое сырье.
Глава 3. Возможны ли альтернативы?
Есть ли реальные альтернативы природному газу в качестве источника энергии в течение переходного периода до освоения термоядерной энергии? Какие еще источники использует современная энергетика, на что она может реально рассчитывать в ближайшее время и в более отдаленной перспективе?
3.1. Уголь – слишком много проблем
Прежде всего, в распоряжении мировой энергетики имеются огромные залежи каменного угля. Уголь – старейший промышленный энергоресурс, обеспечивший успех промышленной революции в XIX веке. Ни один другой источник не занимал такой доминирующей позиции – в начале прошлого века доля угля в мировой энергетике превышала 60 %. Но сейчас она постоянно снижается (рис. 13) и, видимо, в течение текущего века будет оставаться на уровне 20 % или чуть выше. Основные причины, обусловившие снижение доли угля в мировой экономике, связаны с неудобством использования твердого топлива, трудностью автоматизации процессов его переработки, относительно низкой калорийностью угля, что делает нерентабельным его перевозки на большие расстояния, и экологическими проблемами, возникающими при его использовании. Практически все недостатки, свойственные углю как энергоресурсу, присущи и другим твердым горючим ископаемым, например, горючим сланцам и торфу, использование которых в энергетике имеет только местное значение.
