Енергетика: альтернативні джерела
Різкі коливання світових цін на нафту, газ та нафтопродукти, хронічна залежність України від однієї країни — постачальника енергоносіїв і, як наслідок, критичні ситуації з постачанням російського газу — усе це не тільки створило складні проблеми для вітчизняної економіки, а й становить серйозну загр...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Україна. Наука і культура |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/40885 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Енергетика: альтернативні джерела / Г. Ковтун // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 234-245. — укp. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859639024433496064 |
|---|---|
| author | Ковтун, Г. |
| author_facet | Ковтун, Г. |
| citation_txt | Енергетика: альтернативні джерела / Г. Ковтун // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 234-245. — укp. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Україна. Наука і культура |
| description | Різкі коливання світових цін на нафту, газ та нафтопродукти, хронічна залежність України від однієї країни — постачальника енергоносіїв і, як наслідок, критичні ситуації з постачанням російського газу — усе це не тільки створило складні проблеми для вітчизняної економіки, а й становить серйозну загрозу національній безпеці нашої держави. Тому сьогодні так актуалізувався пошук альтернативних джерел енергії.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:20:04Z |
| format | Article |
| fulltext |
Ãðèãîð³é ÊÎÂÒÓÍ,
÷ëåí-êîðåñïîíäåíò ÍÀÍ Óêðà¿íè,
çàñòóïíèê äèðåêòîðà ²íñòèòóòó
á³îîðãàí³÷íî¿ õ³ì³¿ òà íàôòîõ³ì³¿ ÍÀÍ Óêðà¿íè
гçê³ êîëèâàííÿ ñâ³òîâèõ ö³í íà íàôòó, ãàç òà íàôòîïðîäóêòè, õðîí³÷íà çà-
ëåæí³ñòü Óêðà¿íè â³ä îäí³º¿ êðà¿íè — ïîñòà÷àëüíèêà åíåðãîíîñ³¿â ³, ÿê íàñë³äîê, êðè-
òè÷í³ ñèòóàö³¿ ç ïîñòà÷àííÿì ðîñ³éñüêîãî ãàçó — óñå öå íå ò³ëüêè ñòâîðèëî
ñêëàäí³ ïðîáëåìè äëÿ â³ò÷èçíÿíî¿ åêîíîì³êè, à é ñòàíîâèòü ñåðéîçíó çàãðîçó
íàö³îíàëüí³é áåçïåö³ íàøî¿ äåðæàâè. Òîìó ñüîãîäí³ òàê àêòóàë³çóâàâñÿ ïîøóê àëü-
òåðíàòèâíèõ äæåðåë åíåð㳿.
Âîäåíü — ïàëèâî äëÿ àâòîìîá³ëÿ
«Водень — паливо майбутнього», — так
нині стверджують фахівці. У багатьох
країнах світу дослідження з водневої
енергетики є пріоритетними напрямами
розвитку науки і техніки. Так, США
здійснюють дві грандіозні програми —
«Автомобіль без нафти» та «Свобода від
палива». Мета Сполучених Штатів —
стати незалежними від імпорту нафти.
Адже всім зрозуміло, що запаси нафти і
газу скінченні. Тож фахівці роблять
прогнози: через скільки років це ста'
неться — через 25–30 чи 50 ? Але ж
рано чи пізно так буде!
Першим паливом для автомобіля
майбутнього став водень. Для розроб'
ки транспортних засобів на водневих
елементах уряд США виділив 1,7 млрд.
і на виробництво водню з вугілля —
1,2 млрд. доларів. До цього треба дода'
ти близько мільярда доларів, які
щорічно надходять від комерційних
структур. До 2020 р. будь'який житель
США повинен мати можливість купити
автомобіль на водневому паливі за тією
ж ціною, що й на бензині. Країни Євро'
союзу запланували витратити на до'
слідження і розробки в галузі водневої
енергетики 5 млрд. дол., Японія —
4 млрд. Аналогічними дослідженнями з
водневої енергетики за вищої державної
підтримки займаються фахівці Австралії,
Індії, Канади, Китаю. В Росії
здійснюється спільна програма Росій'
ської академії наук і гірничо'металургій'
ного комбінату «Норильський нікель».
Для її виконання задіяно приватний
капітал, який щороку інвестує до
40 млн.дол. Гарантовано й державну
підтримку — близько 80 млн. рублів.
234
Чим спричинено такий, можна
сказати, планетарний бум? А тим, що
воднева енергетика — альтернатива
вуглеводневій; до того ж, вона еко�
логічно чиста, адже, згораючи, во�
день дає тільки воду. Однак нинішні
технології (як виробництво власне
водню, так і одержання з нього елек�
троенергії) ще надто далекі від доско�
налості. Щоправда, гіганти хімічної
індустрії і сьогодні вже отримують до
500 млрд м3 водню на рік. Половина
йде на аміачні добрива, решта — на
виробництво сталі, скла, маргарину
тощо. Здебільшого водень одержу�
ють паровою конверсією природного
газу: метан за високих температур
(900°С) реагує з водяною парою за
наявності каталізаторів. Поки що та�
кий водень найдешевший (його ціна
приблизно втричі нижча, ніж в елек�
тролізного). Дослідження останніх
років показують, що ціну водню мож�
на зменшити ще вдвічі.
Здавалося б, найпростіший спо�
сіб одержання водню — це знайомий
ще зі шкільної лави електроліз води.
На його виході маємо тільки водень і
кисень. Але ефективність цього про�
цесу також не надто висока: потріб�
но витратити близько 4 кВт/год елек�
троенергії, щоб отримати 1 м3 водню,
а це дасть 1,8 кВт/год. у паливному
елементі автомобіля. І все ж елек�
троліз води залишається перспектив�
ним шляхом одержання водню. Для
цього можна, приміром, використо�
вувати енергію атомних електрос�
танцій у нічні години (тобто в пору
малих навантажень) і поновлювані
джерела енергії (сонячні батареї,
енергію вітру та річок, морських при�
пливів тощо). Нині біологи активно
розробляють ще один напрям —
одержання водню в процесі фото�
синтезу за допомогою окремих
штамів бактерій, водоростей та ін.
Паралельно з технологічними
проблемами добування водню
потрібно розв’язувати й інші, пере�
дусім створювати спеціальну інфра�
структуру, що забезпечить його
зберігання та перевезення. Це також
непросте завдання, оскільки водень
легко займається і вибухає за умови
контакту з киснем повітря.
Автомобілі на водневому паливі
умовно поділяють на три групи: зі зви�
чайним двигуном внутрішнього згоран�
ня (він працює на водні або суміші вод�
ню з вуглеводневим паливом); з елек�
тродвигуном, що живиться від двигуна
внутрішнього згорання (працює на
водні); з електричним двигуном, де
енергію дає паливний елемент.
Перший тип автомобіля викорис�
товує двигун, що працює на чистому
водні або ж на звичному вуглеводне�
вому паливі з домішками водню
(5–10%). В обох випадках коефіцієнт
корисної дії (ККД) двигуна зростає.
Вихлопні гази стають набагато
чистішими (СО і СНx зменшується в
1,5, а NOx — до 5 разів). Такі авто�
мобілі пройшли випробування в
Україні і за кордоном у 70�х роках.
Однак вони — лише перехідний етап
на шляху до створення другого типу
машини. Цей автомобіль — із двома
енергоносіями, або гібридний. Енер�
гію йому постачає буферний накопи�
чувач (це можуть бути акумуляторні
батареї) та двигун внутрішнього зго�
рання, що працює на водні або бен�
зиновій суміші з воднем. Загальний
ККД такого автомобіля збільшується
235
до 30%. Кількість шкідливих викидів
легко вкладається у сучасні норми
вимог «Євро'5».
Справжній водневий автомобіль
працює від електродвигуна, що жи'
виться від розташованого на його
борту паливного елемента. Теоре'
тично ККД паливного елемента може
досягати 85%, сьогодні це близько
75%. Проте і ця цифра більш як
утричі вища, ніж у кращих двигунів
внутрішнього згорання. Але й тут є
одна важлива проблема: водень до
паливного бака не наллєш. Розгля'
дається низка варіантів для її розв’я'
зання. Наприклад, можна зберігати во'
день у своєрідних акумуляторах на
основі гідридів різноманітних інтермета'
левих сплавів. З них, у міру потреби, во'
день поступово вивільнюється. Для цьо'
го варіанта маса водню в загальному
об'ємі речовини (так зване аспектне
число) становить усього лише 5%. Але
виникає проблема зі швидкістю вивіль'
нення водню.
Можна зберігати водень і в рідко'
му стані. Однак, по'перше, це потре'
бує його охолодження до темпера'
тур, близьких до абсолютного нуля, а
по'друге — заправлений у такий спо'
сіб автомобіль мусить якомога ско'
ріше витратити своє паливо. Є й та'
кий перспективний напрям — збе'
рігати водень у так званих нанострук'
турах (вуглецеві нанотрубки), але ці
дослідження поки що на початковій
стадії. Найперспективніший на'
прям — зберігання водню у балонах
високого тиску (понад 350 атм., ас'
пектне число до 18%) або одержання
його прямо на борту автомобіля з
іншого палива (метанолу чи рідких
вуглеводнів: бензину, солярки) у
спеціальних каталітичних реакторах
(аспектне число до 10%). Такі систе'
ми вже розроблено в деяких країнах,
за прийнятних габаритів вони забез'
печують запас водню на кілька со'
тень кілометрів. Аналогічні дослід'
ження ведуться і в нас, зокрема в
Інституті біоорганічної хімії та нафто'
хімії НАН України. Є й інші технічні
рішення. Наприклад, кілька росій'
ських інститутів розробили малога'
баритні каталітичні конвертори для
плазмо'каталітичного одержання
водню з вуглеводнів на борту авто'
мобіля. У зберіганні водню є ще один
позитивний досвід: забезпечення ним
аерокосмічної галузі. Нині його та'
кож можна використати для розвитку
водневого автотранспорту.
Ключова деталь у новому авто'
мобілі — паливний елемент. Він пере'
творює хімічну енергію окиснення
водню на електричну. Батарея такого
елемента складається з кількох де'
сятків електрохімічних комірок. Кож'
на — приблизно до сантиметра зав'
товшки. Тільки так можна отримати
необхідні силу струму та напругу.
Комірка складається з двох елек'
тродів, розділених електролітом. До
одного електрода (анода) підводить'
ся паливо (водень), до другого (като'
да) — окиснювач (кисень повітря).
Розроблено також систему видален'
ня продукту реакції — води. Для при'
скорення хімічної реакції поверхню
електродів неодмінно покривають ка'
талізатором. Катод і анод розділено
електролітом. Ним може бути полімер
або розчин, що пропускає іони та не
пропускає електрони. На аноді во'
день розпадається на електрони і
протони. Останні проходять через
236 ÃÐÈÃÎÐ²É ÊÎÂÒÓÍ
електроліт і досягають катода, де спо'
лучаються з киснем, — утворюється
вода. Електрони рухаються до зов'
нішньої частини комірки, там потрап'
ляють в електричний контур, куди вже
можна приєднувати навантаження.
Нині існує багато різних типів па'
ливних елементів. В основному вони
різняться за природою електроліту та
робочою температурою. Найпер'
спективніший електроліт — із твердої
протонопровідної мембрани. Він має
безліч переваг: його не розчиняє во'
да, що утворюється під час роботи
паливного елемента, такий електроліт
відносно просто виготовляти у про'
мислових масштабах. До того ж, па'
ливний елемент на твердому елек'
троліті працює за низьких темпера'
тур (80°С). Основна проблема —
його вартість. Десятиліття тому вона
була високою — через платину (ка'
талізатор), що покриває електроди.
За останні роки її необхідну масу
вдалося зменшити вдвічі. Крім того,
виявлено каталізатори на основі
інших металів, серед них і дешевші.
Тепер найдорожчою частиною став
електроліт — мембрана «Нафіон», яку
виробляє американська фірма «Дю'
пон». Нині її вартість близько 600
євро за м2. Так, для батареї по'
тужністю 100 кВт потрібні десятки
квадратних метрів такого полімеру.
Зараз Санкт'Петербурзьке НВО
«Пластполімер» випускає перевірену
мембрану марки МФ'4СК, що у
кілька разів дешевша американсько'
го аналога.
Попри всі перелічені труднощі,
незабаром у повсякденне життя
більшості громадян увійдуть авто'
мобілі з паливними елементами на
водні. Занадто великі політичні став'
ки та вкладені кошти в їхню розроб'
ку. Пріоритетні напрями досліджень
західних фірм — паливні елементи
малої потужності (від 500 Вт до
5 кВт) для автомобілів, автобусів, по'
ртативних комп'ютерів і житлових
будинків. Поки що, як ми перекона'
лися, паливні елементи далекі від дос'
коналості та й коштують недешево.
Так, для автомобіля вони на порядок
дорожчі від стандартного двигуна
внутрішнього згорання.
Світовий бум у галузі водневої
енергетики не міг не привернути ува'
гу фахівців НАН України. Адже чима'
ло академічних і галузевих інститутів
у 60–80'х роках минулого століття
успішно працювали в цій галузі науки
і техніки. Нещодавно президією НАН
України започатковано цільову ком'
плексну програму наукових до'
сліджень «Фундаментальні проблеми
водневої енергетики». Наукову раду
програми очолив віце'президент НАН
України, академік Походенко Віталій
Дмитрович. В центрі уваги дослід'
жень фахівців різних наукових на'
прямів (хіміків, фізиків, матеріало'
знавців, мікробіологів, економістів)
стали пріоритетні процеси та техно'
логії отримання водню, нові ма'
теріали для його збереження, нако'
пичення, транспортування та енерге'
тичного використання. Та все ж,
ключова умова переходу до водневої
енергетики — це пошук та створення
надійних і економічно доцільних па'
ливних комірок. З їх використанням
можуть працювати не тільки авто'
мобілі, а й мобільні телефони, ком'
п’ютери, електростанції, що забезпе'
чують електрикою міста й селища.
ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÀ: ÀËÜÒÅÐÍÀÒÈÂͲ ÄÆÅÐÅËÀ 237
Вкотре людина повторює створе'
ний природою пристрій для одер'
жання енергії! Пригадаймо: біохіміки
встановили, що біологічну водне'
во'кисневу паливну комірку «вмонто'
вано» в кожну живу клітину. Джере'
лом водню в організмі служить їжа —
жири, білки й вуглеводи. У шлунку,
кишечнику, клітинах вона в остаточ'
ному підсумку розкладається до мо'
номерів, які після ряду хімічних пере'
творень дають водень, приєднаний
до молекули'носія, наприклад, вхо'
дить до складу молекули глюкози.
Кисень із повітря попадає в кров че'
рез легені, з‘єднується з гемог'
лобіном і розноситься по всіх ткани'
нах. Процес сполучення водню з кис'
нем становить основу біоенергетики
організму. Тут, у м'яких умовах (по'
мірна температура, нормальний тиск,
водне середовище), хімічна енергія з
високим коефіцієнтом корисної дії пе'
ретворюється на теплову, механічну
(рух м'язів), електричну (електричний
скат), світлову (комахи, які випро'
мінюють світло). Всі процеси в природі
дуже раціональні, тому інтерес до ре'
ального використання паливних
комірок вселяє надію щодо енергетич'
ного майбутнього.
На виконання програми спрямо'
вано поки що скромні державні кош'
ти. В подальших планах НАН України
й фінансова участь комерційних
структур. Адже якщо не поквапитися
у цій глобальній справі, то можна по'
трапити в залежність від тих країн,
які виграють у технологічній гонці
за володіння водневим двигуном.
Äèìåòèëîâèé åô³ð — ïàëèâî ÕÕ² ñòîë³òòÿ
Найгостріша екологічна проблема ве'
ликих міст — дедалі більше забруд'
нення повітряного басейну шкідливи'
ми викидами двигунів внутрішнього
згорання. Саме автомобільний транс'
порт найтяжче впливає на навко'
лишнє середовище: забруднення ат'
мосферного повітря — до 80%, дія на
кліматичні умови — до 65%. З не'
сприятливими факторами довкілля
центральних районів Києва пов'яза'
но 30–35% випадків різних захворю'
вань. Токсичні викиди в повітря ско'
рочують тривалість життя мешканців
великих міст на 8–10 років. У 2005
році автомобільний парк України
налічував понад 7 млн. автомобілів. І
тут пригадаймо, що на одну тонну
витраченого палива викиди токсич'
них компонентів у відпрацьованих га'
зах автомобілів перевищують: 40 кг
оксидів вуглецю, 30 — рідких вугле'
воднів, 30 — оксидів азоту, до 20 кг
твердих часток сажі та канцероген'
них поліциклічних сполук.
Такі відомі способи зниження
токсичності двигунів, як застосуван'
ня каталітичної обробки вихлопних
газів, уже відомих альтернативних
палив (біоетанол, ефіри ріпакової
олії, природний газ) не сприяють ра'
дикальному вирішенню зазначеної
проблеми. Одним із виходів може
стати пристосування двигунів до ро'
боти на новому альтернативному
паливі — диметиловому ефірі (ДМЕ).
ДМЕ почали сприймати як пер'
спективний енергоносій порівняно
недавно. В 1995 р. група відомих
фірм (Amoco Corp., Haldor Topsoe
238 ÃÐÈÃÎÐ²É ÊÎÂÒÓÍ
A/S й ін.) на Всесвітньому кон'
гресі'виставці в Детройті (США)
представила серію доповідей. Вони
переконували, що ДМЕ екологічно
чисте дизельне паливо. У наступних
публікаціях цей ефір уже фігурує як
«Дизельне паливо ХХІ ст.». Хоча за
енергоємністю ДМЕ у півтора рази
(на одиницю маси) поступається тра'
диційній солярці, але за іншими по'
казниками його перевага беззапереч'
на: октанове число становить 55–60
проти 40–45, температура запалю'
вання — 235 °С, а не 250 °С, як у диз'
ельного палива. До того ж, власти'
вості ДМЕ забезпечують бездимне
горіння палива, хороший холодний
пуск двигуна, зниження рівня шуму.
Та головна перевага ДМЕ як диз'
ельного палива — екологічно чистий
вихлоп. Вміст токсичних компонентів у
ньому (без застосування каталітичної
обробки вихлопних газів) задовольняє
екологічні вимоги європейських норм
«Євро'3» та «Євро'4». Не має принципо'
вих утруднень і адаптація автотранс'
порту до нового палива, оскільки за
фізичними властивостями ДМЕ близь'
кий до пропан'бутанових газових
сумішей. Отож, його можна так само
зберігати і транспортувати.
Окрім переліченого вище, розра'
хунки японських дослідників показа'
ли, що застосування ДМЕ як палива
для газотурбінних установок є більш
економічним, аніж зрідженого наф'
тового або стисненого природного
газу. Відзначимо також, що ДМЕ лег'
ко деградує в атмосфері. Тож може
служити замінником фреонів —
основних «шкідників» озонових шарів
атмосфери. Можна також застосову'
вати ДМЕ з метою одержання чисто'
го водню для використання у палив'
них елементах — електрохімічних ге'
нераторах автомобілів близького
майбутнього. Іншими словами, сфера
використання ДМЕ як енергоносія
дає потужний стимул для розгортан'
ня його виробництва у великих мас'
штабах. А це, у свою чергу, створює
передумови для концентрації зусиль
дослідників на методах його синтезу.
Учені Інституту біоорганічної
хімії та нафтохімії НАН України (ла'
бораторія кандидата хімічних наук
В.А.Бортишевського) розробили
ефективні лабораторні процеси
одержання ДМЕ та високооктаново'
го бензину (через вихідний ДМЕ).
Виробництво диметилового ефіру
передбачає дві стадії: одержання
синтез'газу із вугілля чи природного
газу (суміш оксидів вуглецю та вод'
ню) і далі — каталітичний синтез
ДМЕ із синтез'газу. Обидві стадії
реалізуються за підвищеного тиску
(50–60 атм.). Технологія отримання
ДМЕ близька до відомої технології
виробництва метанолу. Попередні
оцінки показують, що з 1 тис. м3 при'
родного газу можна одержати близь'
ко 0,8–0,9 т ДМЕ або 0,3–0,4 т бен'
зину. Такий бензин (октанове число
92) має високі екологічні характе'
ристики, наприклад, вміст ненасиче'
них вуглеводнів в ньому — близько
0,1%. Ця прогресивна технологія
промисловістю поки що не освоєна.
Способи прямого одержання ДМЕ
із синтез'газу пропонують також фірми
МКК (Японія) і Haldor Topsoe (Данія),
їх уже реалізовано на рівні пілотних
установок. У Росії за аналогічною тех'
нологією побудовано пілотну установ'
ку потужністю 200 кг за добу з подаль'
ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÀ: ÀËÜÒÅÐÍÀÒÈÂͲ ÄÆÅÐÅËÀ 239
шим перетворенням ДМЕ на бензин.
Існують також установки з одержання
бензину з метанолу.
Чи дійдемо ми до виробництва з
передовими розробками наших уче'
них, чи тупцюватимемо на місці, поки
нас переженуть інші?
Зрозуміло, що Україна має по'
спішати з розв’язанням проблеми
альтернативних палив (бензин з
вугілля та газу, біоетанол, ріпакова
олія, скраплений і стиснений гази, вод'
нева енергетика тощо). До її розв’я'
зання повинні активно долучитися не
тільки вчені, а й керівники держави.
З чергового повідомлення урядо'
вого порталу приємно було дізнати'
ся, що в Україні все'таки створено
Агентство з питань енергозбережен'
ня. Йдеться про структуру, яка скон'
центрує всі проекти, пов’язані
з раціональним використанням енер'
горесурсів, альтернативними джере'
лами енергії, розвитком системи
вітчизняного видобутку нафти та
газу.
Àëüòåðíàòèâà ãàçó? Ãàç!
В Україні природного газу багато!
Таке твердження звучить парадок'
сально, викликає подив, але це справді
так. Блакитне паливо є не тільки у
складі нафтових та вугільних родовищ,
а й у альтернативному джерелі — у
метаногідратних покладах шельфу
Чорного та Азовського морів. Тож
щорічну потребу країни в газі —
70–75 млрд. м3 — є можливість забез'
печити на кілька десятиліть.
Метаногідрати зосереджені на гли'
бинах від 300 до 2000 м поблизу бе'
регів більшості континентів, як правило,
на крутих підводних схилах. Це дово'
дять сейсмічні виміри та результати
буріння. Метаногідрати, що складають'
ся з води та метану, мають вигляд зви'
чайного сірого крихкого льоду. Цей
«метановий лід» належить до так званих
клатратних сполук (від лат. clathratus —
замкнутий, оточений зусібіч) — пер'
спективний напрям досліджень супра'
молекулярної хімії. До речі, її засновни'
ком є нобелівський лауреат Жан'Марі
Лен — французький хімік, іноземний
член НАН України.
У незвичних сполуках такого
типу не виникає хімічних зв'язків (у
даному разі — між молекулами мета'
ну та води). Метан вигідно
розміщується у порожнинах крис'
талічної ґратки льоду. В одиничному
конгломераті води та метану містить'
ся 32 молекули води і близько 6'8
молекул метану. А в одному кубічно'
му метрі цієї речовини втримується
значно більше енергії, ніж у кубо'
метрі природного газу (за однакового
тиску). Отже, у льодових порожни'
нах одного кубометра метаногідратів
«замкнуто» 164 м3 газу!
Метаногідрати утворюються під
тиском у порах донних осадів, куди
згори постійно надходить органічний
матеріал і де панують низькі темпера'
тури та досить високий тиск. Сиро'
виною для них слугують рештки
відмерлих рослин, тварин та інших
живих істот, що їх постачають ріки,
вода морів та океанів. Мул, який
містить вуглець, швидко вкривається
іншими нашаруваннями. Доступ до
нього аеробних бактерій, які могли б
240 ÃÐÈÃÎÐ²É ÊÎÂÒÓÍ
перетворити біологічний осад на вуг'
лекислий газ, припиняється. Однак,
захищений від цих мікроорганізмів,
мул стає поживою для інших видів
бактерій. В результаті їхньої діяль'
ності й утворюється метан.
Скупчення метаногідратів вини'
кає й там, де океанічна кора межує з
континентальною та йде вглиб, у
магму. Така обставина спонукала до
інших поглядів на походження мета'
ногідратів. Ця найбільш відома гіпотеза
розглядає космічне походження мета'
ну. Родовища метаногідратів трапля'
ються й у тих місцях океану, де його
дно занурюється під континент. Там
між двома гігантськими плитами є
щілини. Через них метан може
вивільнятися з магми до глибин океану.
Цей газ був ще у протопланетній
хмарі. З неї народилося сімейство
планет, які обертаються нині навколо
Сонця. У протопланетній хмарі, коли
формувалося центральне світило,
відбулася диференціація речовини:
легкі молекули газів під тиском соняч'
ного світла відходили на периферію
(не випадково далекі планети'гіганти
— Юпітер і Сатурн — містять у своїх
атмосферах величезні маси метану).
Земля, як близька до Сонця планета,
утворилася з важчих елементів, але
неабияка кількість метану їй теж пе'
репала. Тепер він виділяється з маг'
ми, коли тиск у щілині між материко'
вими та океанічними плитами падає.
Ці дві гіпотези походження метану —
органічна, тобто вторинна, та
космічна — мирно співіснують.
За найоптимістичнішими оцінками
світові запаси метану в складі гідратів
становлять від 2 832 до 7 645 563
трлн. м3. Донині в світі виявлено понад
220 метаногідратних покладів на шельфі
океанів і морів. Щоправда, в Росії, у
вічній мерзлоті Сибіру, є Мессояхське
родовище — єдине місце в світі, де зви'
чайний природний газ одержують з ме'
таногідратів. Від нього прокладено га'
зопровід до Норильська.
Проблема виявлення та викорис'
тання метаногідратних покладів сьо'
годні досить актуальна. Деякі країни
(США, Японія, Індія, Канада) мають
національні програми вивчення та
промислового освоєння природних
метаногідратів. Розробка цих ре'
сурсів сприятиме не тільки еко'
номічному розвиткові окремих країн,
а й політичній стабільності в світі:
зникне боротьба за джерела енергії,
непотрібними стануть величезні вит'
рати на транспортування імпортова'
ної енергії. Відкриття природних ме'
таногідратів й освоєння енергії,
акумульованої у них, працюватиме
на розвиток цивілізації.
У Чорному морі також є багаті
поклади метану. У деяких його райо'
нах пошуково'розвідувальними орга'
нізаціями впродовж 1988–1989 років
виявлено на глибинах 300–1000 м під
дном метаногідратні родовища. У
центральній глибоководній частині
моря запаси метану в гідратах оціню'
ють у 20–30 трлн. м3, а загалом у
Чорному морі за прогнозами геологів
України та Росі ї міститься
60–80 трлн. м3 цього газу. Ще в
1968 р. ці потенційно газоносні райо'
ни, за пропозицією України, уряд ко'
лишнього СРСР розглядав як пер'
спективні для розробки та газовидо'
бутку. Однак тоді пріоритет віддали
Західному Сибіру. Нині ж Україна
змушена купувати в Росії і Туркменії
ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÀ: ÀËÜÒÅÐÍÀÒÈÂͲ ÄÆÅÐÅËÀ 241
газ, сплачуючи величезні кошти. Такий
стан справ з ускладненими умовами
постачання газу ставить перед фахівця'
ми першочергове завдання: добути ме'
тан і забезпечити Україну хоча б на
кілька десятиліть паливом і сировиною.
Які кроки робляться у цьому на'
прямі? Незначні, на жаль. Вже в не'
залежній державі 1993 року уряд за'
твердив постанову про виконання
програми радянських часів — «Га'
зогідрати Чорного моря», якою пере'
дбачено великий обсяг геолого'
розвідувальних робіт і створення
технологій та конструкцій газодобув'
ного комплексу. Однак бюджетних
коштів для освоєння метаногідратів
Чорного моря і досі не знайшлося. До
цієї проблеми вчені залучалися фак'
тично на добровільних засадах. Так,
фахівці Відділення наук про Землю
НАН України у 2002 р. розробили
«Загальнодержавну програму роз'
витку мінерально'сировинної бази
України на період до 2010 року», в
якій важливе місце відвели вивченню
запасів природного газу на шельфі
Чорного моря. Цю програму
Верховна Рада нарешті затвердила як
закон України (діє з 1 січня 2007 р.).
В Одеській академії холоду та на'
уково'дослідній фірмі «Лід'Га'
зогідрат» опрацьовано оригінальний
бізнес'план прибуткового інно'
ваційного проекту «Метан — з га'
зогідратів Чорного моря». Його
реалізація лише в одному невеликому
газодобувному комплексі за рік може
дати 0,97 млрд. м3 метану. Вартість
проекту — 150 млн. доларів. Пуск пер'
шого газодобувного комплексу — че'
рез 4 роки від початку фінансування.
Розробляються й інші, не менш при'
вабливі, проекти за участю закордон'
них та вітчизняних інвесторів. Не при'
пиняються наукові дослідження в
різних наукових установах різних
форм власності, зокрема у Міжнарод'
ному науково'технічному університеті
(м. Київ). Але, як і раніше, залишають'
ся нерозв’язаними першочергові за'
вдання для освоєння метаногідратних
покладів у басейні Чорного моря. Нап'
риклад, важливо уточнити в реальних
цифрах запаси метану, створити
спеціалізовану державну структуру
для його пошуку та видобутку, залучи'
ти до вивчення цієї проблеми інститути
НАН України, галузеві наукові устано'
ви та вищі навчальні заклади. Для цьо'
го потрібні ґрунтовні дослідження при'
роди утворення метаногідратів і
можливості видобутку їх із застосу'
ванням екологічно чистих технологій,
без порушення біосфери моря. Рано
чи пізно Україна змушена буде по'
вернутися до цієї злободенної про'
блеми. Однак на той час має бути
створений надійний фундамент, за'
кладати який слід уже сьогодні.
Íàôòîõ³ì³ÿ... ç ïîëÿ
Багато хто в Україні вважає, що єди'
ною серйозною альтернативою на'
фти і газу є вугілля, адже його запасів
вистачить на сотні років. Тут хіміки
намагаються реалізувати два напря'
ми. Перший — перетворювати
вугілля на штучну нафту шляхом гід'
рування, іншими словами, насичення
молекул вугілля воднем за допомогою
каталізаторів. А далі — за звичайною
242 ÃÐÈÃÎÐ²É ÊÎÂÒÓÍ
схемою. Другий шлях — газифікува'
ти вугілля, знову ж таки використо'
вуючи каталізатори. При цьому утво'
риться той самий синтез'газ (СО та
Н2), з якого можна зробити метанол
(метиловий спирт). А з нього —
безліч продуктів великої хімії. Мета'
нол — справді чудова хімічна сирови'
на. В 70'х роках минулого століття
навіть вибухнув метаноловий бум.
Тоді гадали, що його виробництво
зросте до кінця ХХ ст. у десятки
разів. Саме так промислово розви'
нені країни намагалися за допомогою
найпростішого зі спиртів послабити
свою залежність від країн, які поста'
чають нафту. Однак до початку
ХХI ст. метанол так і не став для
хіміків панацеєю. Головною перепо'
ною тут є економічна недоцільність.
До того ж, інтенсивне використання
вугілля не розв’язує глобальної еко'
логічної проблеми.
Але вихід усе'таки знайшовся. І
досить несподіваний. Хімічна
індустрія звернула свій погляд на
рослинну сировину. Ідея залучити
поновлювані ресурси, а саме —
біомасу, не нова, адже щороку рос'
лини на Землі за допомогою фото'
синтезу фіксують близько 30 млрд. т
вуглецю. З нафти і газу ми знищуємо
вуглецю в десять разів менше. Так
чому б не запозичити органічні спо'
луки в рослин? Взагалі людство вико'
ристовує рослини як паливо з пра'
давніх часів. Наприклад, наші предки
обігрівали помешкання дровами,
поки не знищили більшу частину
лісів. А в 30'ті роки XX ст. деяким
фермерам у США доводилося навіть
опалювати свої будинки зерном.
Тепер рослини полів, схоже,
зможуть прислужитися і великій хімії.
Перший поштовх цій ідеї дала на'
фтова криза 70'х років XX ст. Саме
тоді американці розробили біотехно'
логію одержання так званого палив'
ного спирту з кукурудзяного крохма'
лю за допомогою мікробів за схемою
«крохмаль–глюкоза–спирт». І не
тільки розробили, а й у 80'х роках
побудували кілька заводів. Такий
спирт додають до бензину (від 10 до
85%, в Україні — до 6%) й отримують
сумішевий бензин. Це збільшує окта'
нове число бензину і позбавляє не'
обхідності додавати небезпечний ан'
тидетонатор — тетраетилсвинець,
унаслідок чого у вихлопах автотран'
спорту помітно зменшується вміст
токсичних газів. Ну і, звичайно, бен'
зину витрачається на 6–85% менше.
А це вже щось.
Біотехнологія виявилася такою
раціональною, що сьогодні ціна па'
ливного спирту вдвічі нижча ціни
спирту, одержаного за класичною
схемою з нафтохімічного етилену.
Тому в 90'х роках усі виробництва з
гідратації етилену у США закрили як
нерентабельні. Справді, навіщо вико'
ристовувати дорогу нафту і витрача'
ти недешеву енергію на хімічних за'
водах, якщо можна одержувати
спирт з рослинної сировини. Але це
був лише перший крок, тобто проба
ідеї. Далі технологи запропонували
використовувати дешевшу рослинну
сировину, щоб добути той самий ети'
лен. А якщо ціна за тонну етилового
спирту знизиться до 200 доларів і
менше, тоді можна буде одержувати
з рослинного етанолу й етилен —
першу цеглину величної на'
фтохімічної будівлі. А відтак спряму'
ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÀ: ÀËÜÒÅÐÍÀÒÈÂͲ ÄÆÅÐÅËÀ 243
вати етилен на потреби хімічної та
нафтохімічної промисловості. Тоді
чому б і не відмовитися від нафти? Та
й взагалі, чому тільки етанол? Може,
рослинна сировина згодиться для
одержання й інших найважливіших
продуктів великої хімії?
У 2000 р. президент США Білл
Клінтон виступив із пропозицією
спрямувати зусилля вчених, промис'
ловців та економістів на підготовку
державної програми переведення
хімічної промисловості США на рос'
линну сировину і звернувся з нею до
конгресу. У травні того року, вже за
президентства Джорджа Буша'мо'
лодшого, конгрес прийняв акт «Про
використання біомаси». Таким чином
була розроблена державна програма
та виділено фінансування на перший
рік — 500 млн. доларів. Мета була
поставлена конкретно: через 5–7
років створити дешеву технологію, а
через 25 — перевести чверть хімічної
промисловості США на рослинну си'
ровину, приміром, на ту саму куку'
рудзу. В такому разі на переробку
вже піде не зерно, а стебла кукуруд'
зи, тобто відходи, які фермери
колись спалювали.
Деревина, стебла, листя, солома
— все це складається з лігніну, целю'
лози та целобіози. Лігнін — продукт
полімеризації ароматичних спиртів,
який відкладається у клітинних обо'
лонках рослин і робить їх міцними,
здерев’янілими. Хоч як старайся,
лігнін на глюкозу не перетвориш.
Тому вчені повинні придумати таку
рентабельну технологію, за допомо'
гою якої можна було б виділяти з
рослинної маси лігнін, близько 30%.
А целюлозу, що залишилася, і це'
лобіозу за допомогою ферментів пе'
ретворювати на глюкозо'фруктозний
сироп — це вже вміють робити. Го'
ловне, що такий сироп може стати
універсальною сировиною для фер'
ментаційної, а згодом — і хімічної
промисловості. Вже сьогодні 60%
американських солодощів виготовля'
ють на основі глюкозо'фруктозного
сиропу, одержаного під час перероб'
ки кукурудзяного крохмалю. До речі,
сировиною для приготування такого
сиропу можуть бути і побутові
відходи! На кожного американця на
рік припадає 2,5 т побутових
відходів, з яких майже 70% — це
папір, картон, целюлоза.
Яким же чином солодкий сироп
може допомогти великій хімії? Із
цукрів за допомогою біологічних ка'
талізаторів — ферментів — можна
одержувати до 20 різних кислот: мо'
лочну, щавлеву, лимонну та ін. А з
цих кислот — величезну кількість
напівпродуктів для хімічної індустрії.
Скажімо, якщо від молочної кислоти
відщепити воду, одержимо знайому
кожному хімікові акрилову кислоту.
А з неї вже можна виробити цілу низ'
ку корисних хімічних продуктів: тет'
рагідрофуран, ацетальдегід, ети'
ленгліколь... Кількість публікацій у
зарубіжній науковій літературі на цю
тему зростає з кожним днем. «Скла'
дається враження, що з органічних
кислот можна одержати ледь чи не всі
продукти великої хімії, — часто пере'
конує академік НАН України В.П. Ку'
хар. — Звичайно, від лабораторної
схеми до рентабельної промислової
технології шлях неблизький, та ще й
складний. Але мету поставлено, зусил'
ля сконцентровано, і можна не сум'
244 ÃÐÈÃÎÐ²É ÊÎÂÒÓÍ
ніватися, що результати не забарять'
ся», — стверджує Валерій Павлович.
У США запущено у виробництво
біотехнологію одержання молочної
кислоти з конверсією, близькою до те'
оретичної: з кілограма глюкози вихо'
дить кілограм молочної кислоти. Така
кислота дешевша традиційної. Тому з
неї почали отримувати полімер,
полілактат. Він привабливий тим, що
розкладається у природних умовах,
причому досить швидко, десь тижнів
за три. Раніше нікому навіть на думку
не спадало виробляти з молочної кис'
лоти полімер, оскільки технологічний
процес був занадто дорогим. Нині ж
біологічно деградуючий полілактат по'
ступово замінює поліетилен і
поліпропілен у виробництві пакуваль'
ного матеріалу. Уявіть собі, упаковка
з'під смачного йогурту, недбало кину'
та на газон чи узбіччя дороги, за лічені
дні зникне, розклавшись до вуглекис'
лого газу та води.
Важливо й те, що ця програма
екологічно вигідна: промисловість
використовуватиме поновлювану си'
ровину. Та й викиди СО2 в атмосфе'
ру не збільшаться: скільки рослини
забрали вуглекислого газу з повітря,
стільки туди і повернулося. І не
тільки це. Фермери зможуть одержа'
ти потужну підтримку, оскільки про'
даватимуть солому чи бадилля куку'
рудзи, які колись спалювали, на суму
близько 25 млрд. доларів на рік.
Звичайно, це велика комплексна
програма. У ній треба скоординувати зу'
силля біологів, хіміків, біохіміків, промис'
ловців, працівників сільського господар'
ства, створювати структури для збиран'
ня та переробки рослинної сировини.
Чому Америка зробила ставку на
цю галузь хімії (її ми ще називаємо
білою хімією — за кольором цукру)?
Напевно, тому що США споживають
третину світових ресурсів нафти,
газу та пластмас. І ці ресурси можуть
вичерпатися. За такого потужного
споживання залежність економіки
країни від ситуації з нафтою та газом
надзвичайно небезпечна. Позбутися
її допоможе біла хімія, орієнтована на
поновлювану рослинну сировину з
полів. Звернімо увагу на те, що є та'
кож зелена хімія. Але тут фахівці
спрямовують свою увагу на вдоско'
налення технологій хімічних процесів
з метою захисту навколишнього
середовища: землі, повітря, води.
А найважливіше те, що на дер'
жавному рівні зрозуміли: еконо'
мічний успіх та добробут суспільства
зможуть забезпечити дешеві, ресур'
созберігальні технології, не завдаючи
при цьому шкоди навколишньому се'
редовищу. І тут білій хімії, вочевидь,
немає рівних!
З метою подальшого розвитку та'
ких робіт в Україні, а також для коор'
динації досліджень, які здійснюються
фахівцями різних наукових напрямів
(хіміками, мікробіологами, біохіміками,
фізіологами, генетиками, ботаніками),
доцільно створити міждисциплінарну
загальноакадемічну програму щодо
фундаментальних проблем біомаси —
потенціалу для хімічної, нафтохімічної
та біотехнологічної індустрій. Її вико'
нання дасть змогу нашим науковцям
зробити свій внесок у розв'язання цієї
глобальної проблеми.
ÅÍÅÐÃÅÒÈÊÀ: ÀËÜÒÅÐÍÀÒÈÂͲ ÄÆÅÐÅËÀ 245
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-40885 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0206-8001 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:20:04Z |
| publishDate | 2008 |
| publisher | Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Ковтун, Г. 2013-01-27T20:03:58Z 2013-01-27T20:03:58Z 2008 Енергетика: альтернативні джерела / Г. Ковтун // Україна. Наука і культура. — 2008. — Вип 34. — С. 234-245. — укp. 0206-8001 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/40885 Різкі коливання світових цін на нафту, газ та нафтопродукти, хронічна залежність України від однієї країни — постачальника енергоносіїв і, як наслідок, критичні ситуації з постачанням російського газу — усе це не тільки створило складні проблеми для вітчизняної економіки, а й становить серйозну загрозу національній безпеці нашої держави. Тому сьогодні так актуалізувався пошук альтернативних джерел енергії. uk Інститут української археографії та джерелознавства ім. М.С. Грушевського НАН України Україна. Наука і культура Світ науки та освіти Енергетика: альтернативні джерела Article published earlier |
| spellingShingle | Енергетика: альтернативні джерела Ковтун, Г. Світ науки та освіти |
| title | Енергетика: альтернативні джерела |
| title_full | Енергетика: альтернативні джерела |
| title_fullStr | Енергетика: альтернативні джерела |
| title_full_unstemmed | Енергетика: альтернативні джерела |
| title_short | Енергетика: альтернативні джерела |
| title_sort | енергетика: альтернативні джерела |
| topic | Світ науки та освіти |
| topic_facet | Світ науки та освіти |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/40885 |
| work_keys_str_mv | AT kovtung energetikaalʹternativnídžerela |