Последняя Большая Игра (#3)

Человек, который угадает, какой номер выиграет завтра в лотерее, разбогатеет. А человек, который угадает, каким путем будет развиваться человечество в ближайшие десятилетия, станет самым богатым в мире. В конце XIX века таким человеком стал Джон Д. Рокфеллер, основатель корпорации Standard Oil. Он первым понял, что на смену экономике, основанной на каменном угле, идет экономика, основанная на нефти. Что и позволило ему в 1916 году стать первым миллиардером в истории человечества. Теперь, если эра нефти подходит к концу, возникает вопрос: что придет ей на смену? Акции каких компаний нужно скупать, пока Путь не стал очевиден всем? Или, может, нужно скупать совсем не акции, а соль, спички и консервы? Чтобы разобраться с этим, нам нужно оценить экономическую перспективность альтернативных энергоносителей и технологий их применения.

Существует несколько видов топлив, которые могут служить альтернативой нефти и природному газу. Департамент энергетики США официально признает следующие виды:

1. Синтетическое топливо (жидкое горючее, получаемое из угля или биомассы);
2. Биодизельное топливо (горючее на основе растительных или животных масел);
3. Алкоголь (этанол или метанол, извлекаемые из зерна, древесины или биомассы);
4. Электричество (накопленное в аккумуляторах или батареях);
5. Водород.

Поскольку тема очень обширна, сосредоточимся на транспортных приложениях данных технологий, так как именно этот сегмент экономики наиболее чувствителен к исследуемой нами проблеме. Чтобы быть применимой на транспорте, энергоустановка должна обладать следующими необходимыми качествами. Она должна быть достаточно дешевой, чтобы удовлетворить массовый спрос; компактной, чтобы размещаться на борту транспортного средства; взрывобезопасной и нетоксичной, что необходимо в случае транспортной аварии. Еще одно серьезное условие: инфраструктура, обеспечивающая массовое применение данной технологии должна быть создана достаточно быстро. Что непросто, ведь нынешняя автомобильная и топливная промышленность создавались в течение столетия.

Под синтетическим топливом мы здесь понимаем жидкое горючее, производимое из каменного угля или биомассы. Так сложилось, что этим видом топлива пользовались главным образом репрессивные государственные режимы – во время Второй Мировой войны Германия и Япония заправляли свои танки и автомобили синтезированным из угля бензином. Позднее бензин из угля добывала ЮАР, попавшая под международные санкции из-за режима апартеида. Во всех случаях дело кончилось плохо. Рвущиеся к каспийским нефтяным месторождениям заправленные синтетическим бензином немецкие танки могут служить наглядной демонстрацией неконкурентоспособности данной технологии. Однако, на безрыбье и рак рыба. Может быть, такой путь будет, по крайней мере, приемлемым в условиях исчерпания запасов углеводородов?

Сейчас единственная в мире компания, занимающаяся промышленным синтезом бензина из угля – южноафриканская Sasol, наследие режима апартеида. Рентабельность производственного процесса, используемого этой компанией, вызывает сомнения даже при нынешних ценах на нефть – ее продукция дотируется из бюджета. Кроме того, данная технология увеличивает количество проблем экологического характера. В 2005 году в Украине возникла идея использовать технологии Sasol (производственные комплексы, стоимостью $2 млрд.), чтобы ослабить зависимость от российских поставок нефти. Но она не нашла поддержки.

Чтобы не углубляться в химию, скажем, что из угля можно извлекать много полезных вещей. В частности, сингаз – синтетический природный газ, из которого в дальнейшем можно получить и жидкое топливо. После нефтяных шоков 1970-х правительство США предприняло ряд мер, ведущих к снижению зависимости от зарубежных поставок углеводородов. В том числе, в начале 1980-х был построен завод стоимостью $2,1 млрд. по производству сингаза из каменного угля. Когда спустя несколько лет цены на нефть упали, завод перестал быть рентабельным. В 1988 году он был куплен у Министерства энергетики США компанией Basin Electric за достаточно символические $85 миллионов и участие в будущей прибыли. Завод работает и сейчас, но самой ценной его продукцией является не сингаз, а диоксид углерода - вещество, позволяющее серьезно повысить продуктивность истощенных нефтяных месторождений.

Однако самый современный проект по газификации угля – проект FutureGen - предполагает получение из него не сингаза, а водорода. Речь об этом проекте будет идти ниже. Подводя же итог, скажем, что количество действующих проектов по синтезу горючего из угля в современном мире мало, и эффективность их работы не впечатляет, хотя точные цифры найти не удалось. Не удалось найти и информацию о новых серьезных проектах в этой области, что вызывает сомнения в применимости этой технологии.

Биодизельное топливо – топливо, производимое на основе масла растительного или животного происхождения. Может использоваться как альтернатива обычному дизельному топливу. Применялось для этих целей в ограниченном объеме с начала XX века. В промышленных объемах используется с начала 1990-х. Не будем вникать в тонкости его производства и эксплуатации - информация об этом доступна в Интернете. Но хотелось бы отметить, что спектр оценок данной технологии очень широк: от восторженных, до сугубо негативных. Объясняется это политической или экономической ангажированностью автора оценки. Выделим только несколько фактов.

1. Биодизельное топливо можно получить из самых различных растительных масел: в Европе это обычно рапсовое масло, в ЮВА – пальмовое, в США – соевое и т. д.;
2. Себестоимость производства биодизельного топлива сейчас сравнима с ценой на обычное дизтопливо (правда, оно не облагается аналогичными налогами, а в ряде случаев его производство дотируется государством, как и производство другой сельскохозяйственной продукции в развитых странах);
3. Современные дизельные двигатели, как правило, не нуждаются в существенной модернизации для использования биодизеля, то есть переход на этот вид топлива не требует глобальной перестройки современной транспортной инфраструктуры;
4. Биодизельное топливо безопасно в эксплуатации, так как имеет высокую температуру возгорания (т. е. взрывобезопасно), и выделяет при этом существенно меньше вредных веществ, чем при сгорании обычного дизтоплива.

Как видим, данный вид топлива вполне может служить альтернативой дизельному, производимому из ископаемых углеводородов. И не случайно его производство и использование в мире растет быстрыми темпами. Во многих странах существуют государственные программы по внедрению биодизеля. Например, в соответствии с программой Евросоюза к 2010 году предполагается довести использование биотоплива (этанол + биодизель) до 5,75% общего объема. Лидером в этом деле является Малайзия, где доля биодизеля должна достигнуть 20%.

Но, как нетрудно догадаться, биодизельное топливо не станет панацеей от энергетического голода, когда таковой случится. Связано это с тем, что количество посевных площадей, на которых возможно выращивание указанных выше культур, ограничено. Например, в Евросоюзе вследствие производства биодизельного топлива из рапса площадь его посевов увеличилась с 3% в 1990 году до 12% в 2004. Дальнейшее увеличение площадей под эту культуру приведет к вытеснению других культур, снижению производства продуктов питания и, как следствие, росту цен на них. Между тем, нынешние объемы производства биодизеля невелики. Так, Германия, где посевы рапса занимают 10% пашни, имеет удельный вес биодизтоплива в топливном рынке страны около 3% (там же). В Малайзии увеличение площадей под пальмовые плантации уже вызывает протесты «зеленых» против «биологически чистого» биодизеля. Конечно, урожайность можно повысить (например, методами генной инженерии), а посевные площади в развивающихся странах больше, чем в развитых. Но и при этом к 2020 году удельный вес биотоплива в мире составит около 10%. Таким образом, данная технология способна несколько отдалить, но никак не предотвратить наступление энергетического кризиса.

Не будем подробно рассматривать другую разновидность биотоплива – различные типы алкоголей (этанол, метанол и др.). Достоинства и недостатки у них, в целом, аналогичны достоинствам и недостаткам биодизеля. Если биодизельное топливо является альтернативой дизтопливу, то спирт может служить заменой бензину. Правда, его энергоемкость при этом существенно ниже, а затраты энергии на производство часто могут превосходить энергию, извлекаемую из урожая (в зависимости от погоды, например). Программы по увеличению доли этанола в энергетическом балансе действуют в Евросоюзе (см. выше), США, Бразилии и других странах. Но данные программы, как и программы по производству биодизеля, являются скорее скрытыми субсидиями сельскохозяйственного сектора. При этом только Бразилии удалось добиться существенных результатов на сегодняшний день: потребление этанола автопарком составляет 20-25% от потребления бензина. Это объясняется жарким бразильским климатом, позволяющим снимать в год до трех урожаев сахарного тростника – самой продуктивной культуры для получения спирта. В США и Евросоюзе с этой целью используется кукуруза, что гораздо менее выгодно. Чтобы обеспечить нынешние потребности США в бензине за счет этанола, пришлось бы засеять кукурузой 97% территории Штатов.

Электромобили, работающие на энергии, получаемой от батарей или аккумуляторов, появились значительно раньше автомобилей с ДВС. Где-то до начала XX века их выпуск превышал выпуск обычных автомобилей, и первым транспортным средством, превысившим скорость 100 км/ч, был именно электромобиль. Но потом эта технология проиграла конкурентную борьбу. Причиной, как известно, является недостаточная емкость элементов питания. И по сей день, электромобили заперты в достаточно узком секторе рынка транспортных средств. Современный электромобиль развивает скорость от 50 до 100 км/ч, имеет запас хода 50-150 км, и время зарядки аккумуляторов 4-8 часов. Типичных представителей этого полуигрушечного семейства можно было видеть развозившими лидеров индустриально развитых стран на недавнем саммите G8 в Стрельне. И что характерно, на этом форуме президент Буш, лично опробовавший управление электромобилем, выразил уверенность, что через 20 лет наступит эпоха автомобилей на водороде. Что ж, он человек информированный, и вероятно имеет основания делать такие заявления (равно как и заявления о наличии у Хусейна ОМП). Но пока электромобилей по земле бегает гораздо больше, и их чисто будет расти по мере увеличения цены на горючее.

Судя по последним разработкам в области электромобилестроения, сектор рынка, который они занимают, в ближайшие годы вряд ли существенно изменится. Электромобили покупают крупные корпорации - для передвижения по территориям своих промышленных предприятий, домохозяйки - для поездок за покупками, и озабоченные охраной окружающей среды граждане. Электромобили непригодны для передвижения на большие расстояния, для перевозки мало-мальски крупных грузов, для работы в сельском хозяйстве и т. д. Что еще более неприятно, из-за необходимости экономить энергию для движения, на них сложно размещать какие-либо дополнительные электрические приборы, например, кондиционеры. А из-за высокого КПД электродвигатель выделяет мало тепла и поэтому печку в таком автомобиле тоже вряд ли можно будет увидеть. Так что пользоваться ими зимой в России было бы крайне неприятно.

Словом, полноценной заменой автомобилю на ДВС электромобиль в обозримой перспективе не станет. Но и вовсе сбрасывать со счетов эту технологию нельзя.

В последнее время «водородная экономика» - одна из самых модных тем при обсуждении проблем энергетики. Вот что сказано по этому поводу, например, на сайте компании «Норильский Никель»:

«Использование водорода в качестве основного энергоносителя приведет к созданию принципиально новой водородной экономики, станет научно-техническим прорывом, сравнимым по своим социально-экономическим последствиям с тем революционным воздействием на развитие цивилизации, которое оказали электричество, двигатель внутреннего сгорания, химия и нефтехимия, информатика и связь.»

(Узнаете в перечислении сферы деятельности Дж. Рокфеллера, Г. Форда, Б. Гейтса? :) Господа В. Потанин и М. Прохоров, пытаются угадать, в какую сторону дует ветер, для чего и вкладывают деньги в Plug Power, занимающуюся водородной энергетикой? Или у них есть для этого другие причины? Но об этом чуть ниже.

Действительно, получить эффективную энергоустановку, использующую в качестве топлива воду, разложенную на водород и кислород, а в качестве выхлопа выбрасывающую в атмосферу водяной пар, было бы чрезвычайно желательно. Достаточно вспомнить, что об этом мечтал еще инженер Сайрес Смит в романе Жюля Верна «Таинственный остров». Правда, за истекшие с той поры без малого 150 лет, широкого распространения водородные двигатели так и не получили. И это настораживает. В чем проблема?

Собственно, энергоустановки, работающие на водороде, созданы. Это топливные элементы – электрохимический источник тока, в котором осуществляется прямое превращение энергии топлива и окислителя, непрерывно подводимых к электродам, непосредственно в электрическую энергию. Их КПД значительно выше, чем у традиционных энергоустановок и может составлять до 90% (описание есть, например, здесь). И автомобили на них бегают. Ожидается, что к концу 2006 года в мире таких автомобилей будет 620-650 штук. Это достаточно символическое их количество вызвано большим количеством проблем, стоящих на пути массового применения данной технологии. Например:

1. Дороговизна получения водорода и отсутствие необходимой, еще более дорогой, инфраструктуры для его получения. Обычно предполагается, что его будут получать на атомных станциях с помощью высокотемпературных ядерных реакторов или путем газификации угля (см. ниже). Все это необходимо строить и объем строительства впечатляет. По некоторым оценкам, Великобритании, чтобы перевести нынешний автомобильный парк на водородное горючее, пришлось бы построить около сотни новых атомных станций. Насколько в этом случае хватит земных запасов урана – вопрос еще более сложный, чем о запасах нефти;
2. Отсутствие соответствующей промышленной и транспортной инфраструктуры (собственно заводы по производству двигателей, сети заправочных станций и т. п.). Пока в мире есть всего несколько сотен километров «водородных шоссе»;
3. Отсутствие дешевой и безопасной технологии хранения водорода на транспортном средстве. Поскольку при смеси водорода с кислородом воздуха образуется взрывающийся от любой искры или толчка гремучий газ, любая транспортная авария, сопровождающаяся утечкой этого топлива, будет приводить к объемному взрыву;
4. При производстве энергии топливными элементами используются каталитические мембраны, изготовленные с использованием платины или палладия, и имеющие при этом короткий срок службы. Это делает ТЭ чрезвычайно дорогими устройствами (и во многом объясняет интерес к водородной энергетике хозяев «Норильского Никеля» - крупнейшего поставщика металлов платиновой группы на мировой рынок). Да и вообще не факт, что этих редких металлов на планете Земля достаточно для производства необходимого количества энергоустановок. Дешевых и эффективных катализаторов пока нет. Впрочем, возможно, платина – тот ресурс, который окажется рентабельным добывать на соседних планетах? Если она там, конечно, есть.

Один из самых амбициозных проектов в области энергетики последнего времени – FutureGen. Этот проект стоимостью $1 млрд. предполагает строительство опытного предприятия, на котором с использованием экологически чистых технологий из каменного угля будут извлекаться диоксид углерода (для увеличения продуктивности истощенных нефтяных месторождений), водород (для использования в промышленности и на транспорте), производиться электроэнергия и другие продукты (см. схему). Целью проекта является испытание эффективности лежащих в его основе технологических процессов и выяснение возможности их дальнейшего применения по всему миру. Участниками являются энергокомпании США, Англии, Китая, Индии. О старте этого рассчитанного на 10 лет проекта Президент Буш объявил 27 февраля 2003 года. Ровно за 3 недели до начала военной операции в Ираке. Чтобы окончательно оценить красоту идеи, вспомним, что на территории США сконцентрированы 27% мировых запасов каменного угля; можно сказать, что США – это «угольная Саудовская Аравия». Но говорить о том, насколько эффективным будет этот проект, пока рано.

Несмотря на указанные выше проблемы, водородная энергетика развивается достаточно быстро. Мировой рынок топливных элементов всех видов последние 5 лет растет примерно на 30% в год. Что же касается водородного автотранспорта, то его доля к 2020 году по одному из прогнозов составит от 0,7% до 3,3% всего парка машин, а к 2050 - от 40% до 74,5%. Правда, в 2003 году Российская Академия Наук и компания «Норильский Никель» прогнозировали наступление «водородной эры» уже к 2010 году, но этот прогноз, по-видимому, был следствием конъюнктурных соображений. 2050 год – срок более реальный, но вот хватит ли нам нефти и газа до этого времени?

Мне не слишком нравится, как развивается ситуация. Из всего ранее изложенного следует, что во избежание серьезных проблем человечеству нужно решить две задачи:

1. В течение 15 лет совершить крупный прорыв в энергетике, перспективы чего пока туманны;
2. Удерживать на протяжении как минимум этого же срока стабильность в регионе Ближнего Востока, который так и норовит вспыхнуть то в Ираке, то в Иране, то в Палестине.

Невыполнение любого из этих условий приведет к крайне серьезным экономическим и социальным потрясениям. И я уже стал прикидывать, не нужно ли выделить в инвестпортфеле средства на покупку избушки, надежно запрятанной в вологодских лесах, пары-тройки ремингтонов СП-10 Магнум и нескольких ящиков патронов к ним, а также разного рода инструментов и стратегических запасов биоэтанола в виде Olmeca Blanco и Chivas Regal. Потому как не исключено, что оборудованная автономная база может пригодиться, чтобы пересидеть уличные бои, если они вдруг случатся. И вот, когда я уже собрался посчитать, какое количество расходуемой энергии на душу населения является критическим с точки зрения Олдувайской теории, как произошло событие, которое в очередной раз перевернуло ситуацию с ног на голову и запутало все окончательно…

crueljester, 10.08.06
http://crueljester.livejournal.com/