Ископаемые виды топлива образовались миллионы лет назад. Сырьем послужили останки животных и растений, богатые углеродом. К 2025 году на долю угля, нефти и природного газа приходится около 80% всего энергопотребления в мире.
При сжигании такого топлива в атмосферу поступает накопленный углерод и другие парниковые газы. А на транспортный сектор приходится около 24% от всех мировых выбросов CO₂ за счет сгорания в ДВС продуктов нефтепереработки — бензина и дизельного топлива.
Что такое зеленая энергетика
Традиционно источниками энергии служат уголь, нефть и газ. Но такие производства серьезно вредят окружающей среде, к тому же запасы этих природных ресурсов не бесконечны. Дефицит приведет к резкому повышению цен и общей нестабильности на рынке энергоресурсов.
Зеленая энергетика — это производство электроэнергии из возобновляемых природных источников с минимальным процентом выбросов и отходов, которые невозможно исчерпать.
Основные виды:
- Солнечная энергия — принцип работы солнечных батарей заключается в преобразовании энергии лучей в электрическую. Так работает, например, уличное освещение или зарядка гаджетов;
- Ветровая — ветрогенераторы преобразовывают кинетическую энергию воздушных масс в электрическую;
- Гидроэнергетика — здесь энергия водных потоков конвертируется гидроэлектростанциями в электрическую.
Как используется нефть
Мировой спрос на нефть в 2024 году составил 103,75 млн баррелей в день. И это число продолжает расти. Основной потребитель — транспортный сектор, на него приходится почти половина от общего расхода. Легковые и грузовые автомобили, авиация, водный транспорт — все они в большей мере зависят от продуктов нефтепереработки.
Кроме того, нефть используется и в других областях:
- Энергетика — на нефтяных электростанциях топливо сжигается при высокой температуре, а образовавшийся пар направляется в турбины, приводящие в движение генератор. Так тепловая энергия преобразуется в электрическую;
- Химическая промышленность — нефть применяется в качестве сырья для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и других продуктов;
- Металлургия — нефть используют для производства игольчатого кокса. Из продуктов нефтепереработки получают редкие и цветные металлы;
- Медицина — при переработке нефти получают вещества, применяемые в медицине и фармацевтике: вазелин, парафин, нашатырный спирт, хлороформ, ароматические углеводороды и азотистые соединения. Из компонента нефти — фенола — изготавливают антибиотики, антисептики, успокоительные, антигистаминные, обезболивающие и обеззараживающие препараты;
- Строительство — нефть и ее производные используются при изготовлении битума, мастик, праймеров, лакокрасочных и напольных покрытий;
- Косметология — здесь используются продукты нефтепереработки: минеральные масла, вазелин, парафин. Они улучшают текстуру и помогают добиться нужной консистенции косметических средств. В их составе оказывают увлажняющее и смягчающее действие на кожу;
- Продукты питания — из нефтепродуктов производят синтетические белки, пищевой парафиновый воск, ванилин, пищевые красители и консерванты.
Какие технологии заменят нефть
Запасы нефти на планете не безграничны — по текущим оценкам, ее хватит на 50 лет. Если электроэнергию можно получать от солнца, ветра и воды, то с транспортом дела обстоят сложнее — рассмотрим варианты альтернативного топлива.
Самолеты полетят на растительном масле
Устойчивое авиационное топливо (SAF) — это тип биологического топлива, который разработан для авиационных двигателей. Оно наносит меньший вред экологии по сравнению с традиционным реактивным горючим.
Крупные авиакомпании уже начинают использовать топливо на основе отработанного растительного масла. Например, KLM Royal Dutch Airlines поставила серьезную цель — использовать 10% SAF от общего объема авиационного топлива к 2030 году. А компания Virgin совершила перелет из аэропорта Heathrow в Лондоне в нью-йоркский John F. Kennedy International Airport, используя 100%-е устойчивое авиационное топливо. Рейс Flight100 прибыл туда 28 ноября 2023 года.
Синтетическое топливо из воды и воздуха
Еще одну возможную альтернативу бензину разработали в Германии. Завод в Верльте будет использовать воду и электричество от ветряных электростанций для производства водорода, который затем соединяют с углекислым газом для получения сырой нефти. Ее в свою очередь можно переработать в авиатопливо.
Такой синтетический керосин значительно снизит выбросы парниковых газов. И даже не придется вносить серьезные изменения в конструкцию самолетов.
Японские специалисты провели испытания синтетического топлива, полученного из воды и углекислого газа. Причем CO₂ буквально высасывается из окружающего воздуха. А основным источником энергии для химической реакции выступает солнечный свет.
Где применяется природный газ
Природный газ — это смесь углеводородов. Основной объем среди них занимает метан с небольшими примесями других газов, например бутана, пропана, этана. Добывается из осадочных горных пород — они образуются путем накопления слоев материала, спрессованных более поздними отложениями. Например, если взять кусочек песчаника, то в его микроскопических порах можно найти природный газ. Такая смесь легко воспламеняется, горит голубоватым пламенем, за что получила название «голубое топливо», взрывоопасна.
Ежегодно в мире потребляется более 4 трлн кубических метров природного газа. Основные области использования:
- Электроэнергия — природный газ используется на электростанциях в качестве топлива для генерации электроэнергии;
- Горячая вода и отопление — тепловая энергия от сжигания природного газа поддерживает комфортную температуру в помещениях и обеспечивает горячее водоснабжение;
- Промышленность — голубое топливо используется в производстве цемента, стекла и керамики;
- Химическая промышленность — природный газ выступает в качестве сырья для производства аммиака, метанола и синтетических смол.
Зеленые технологии на замену газа
При текущем уровне потребления природного газа хватит на 50−60 лет. Разберемся, что же заменит его в будущем.
Биогаз
Анаэробное сбраживание — это процесс переработки бактериями органических материалов, в результате чего образуется биогаз, состоящий на 50−70% из метана и на 30−40% из углекислого газа. В качестве сырья могут использоваться бытовые отходы, трава, зерно, навоз, отходы рыбного и забойного производства, фруктовый жом, отходы переработки картофеля и другие побочные продукты агропромышленности.
Биогаз можно использовать в качестве возобновляемого источника энергии вместо угля и природного газа. К тому же технология анаэробного сбраживания снижает затраты на утилизацию отходов.
Биогазовые установки представляют собой герметично закрытые емкости, в которых при определенной температуре происходит сбраживание органической массы отходов, сточных вод
Водород
По сравнению с углеводородами при сжигании водорода не образуется вредных выбросов. И на сегодняшний день он довольно перспективный кандидат для замены природного газа. Это самый распространенный элемент на Земле, его запасы неисчерпаемы. Водород находится в воде, воздухе, земной коре, органических веществах.
Производство водорода в мире достигло 97 млн тонн и продолжает расти. В лидерах — Китай, где в 2024 году выработка и потребление водорода превысили 36 млн тонн.
На Сахалине в 2024 году запустили первый в России водородный полигон. И это только небольшая часть Восточного водородного кластера, разработки которого планируется распространить на другие регионы Дальнего Востока и по всей стране.
Какие технологии получения «зеленого» топлива есть в России? — рассказывает Константин Унанян, член-корреспондент Российской Академии естественных наук.
Например, в Томском политехническом университете (ТПУ) проводятся исследования в области получения чистого водорода, его безопасного хранения, транспортировки, применения в качестве энергоносителя в системах автономного электроснабжения. Среди разработок ученых ТПУ — технологии получения водорода из природного газа и путем переработки биомассы, материал, генерирующий водород из воды под действием солнечного света, материалы — накопители водорода, водородные топливные элементы на основе полимерных мембран.
Уже действующий пример производства жидкого топлива — запущенная в 2020 году установка быстрого пиролиза от компании «Татнефть». В качестве сырья для биотоплива используют разные виды отходов: от лесозаготовки (кора, сучья, горбыли), строительства и быта (упаковка, поддоны), сельского хозяйства (шелуха зерна и другие отходы). В процессе пиролиза (нагрева без доступа кислорода) сырье превращается в топливо.
При этом образуемый биогаз используется для обеспечения тепловой энергии самой установки пиролиза, что делает процесс практически безотходным, а образуемая жидкая фракция представляет собой сложную смесь углеводородов, которая в дальнейшем перерабатывается на нефтеперерабатывающем заводе, и из нее получают компоненты для автомобильных бензинов и дизельного топлива.
Очень перспективное направление — разработка и использование технологий на основе биогаза, вырабатываемого в биореакторах. В этой области у нашей страны имеется хороший задел, опубликовано большое количество статей и патентов. Есть специализированные компании, которые готовы осуществлять сооружение под ключ подобных реакторов.
Плюсы и минусы зеленой энергетики
Сейчас зеленая энергетика — перспективное направление для решения экологических проблем. Но и здесь есть свои плюсы и минусы.
Преимущества:
- Не наносит вреда окружающей среде и не провоцирует изменения климата;
- Возобновляемые источники не заканчиваются;
- Выгодны экономически — такие природные источники доступны везде, нет необходимости закупать и импортировать дорогостоящие ресурсы.
Недостатки:
- Зависимость от погоды — если нет солнца или ветра, электростанции не смогут генерировать энергию;
- Большие начальные затраты на установку оборудования;
- Не разработаны способы утилизации вышедшего из строя оборудования, например, солнечных батарей, аккумуляторов электрокаров и т. д.;
- Гидроэнергетика может негативно повлиять на экосистемы рек, озер и других водоемов.
Заменит ли зеленая энергетика нефть и газ к 2050 году
В долгосрочной перспективе альтернативные источники энергии могут получить дальнейшее развитие и в лучшем варианте полностью заменить нефтегазовую индустрию. Но этот процесс затянется на десятки лет.
Зеленая энергетика требует очень больших начальных вложений. В ближайшие 30 лет альтернативные технологии не смогут полностью заменить традиционное топливо из-за нехватки инвестиций, а значит, и мощностей. Особенно это ощущается в развивающихся странах Африки, Средней и Юго-Восточной Азии.
Даже если удастся полностью заместить традиционное топливо для транспорта, ископаемые источники для производства энергии и использовать возобновляемые ресурсы в сельском хозяйстве — доля нефти и газа все равно сохранится в других сферах деятельности.
Что сдерживает развитие зеленых технологий в России? — отвечает Владимир Чернов, аналитик Freedom Finance Global.
Ключевые барьеры — это высокая капиталоемкость, отсутствие полноценной нормативной базы, ограниченный доступ к западным технологиям и слабая внутренняя экономическая мотивация. Зеленые технологии не заменят углеводороды, но могут дополнять их, особенно в целях декарбонизации и выполнения климатических обязательств. По моему прогнозу, в 2030-х годах зеленое топливо может занять 5−10% в структуре энергетического экспорта России, при условии государственной поддержки и развития внутреннего спроса.
