Одной из изюминок прошлогодней выставки “Нефть, газ. Нефтехимия” на Казанской ярмарке была необычная “Тойота”, проехавшая вокруг света на биодизеле, получаемом из отработанного растительного масла на собственной мобильной установке. В сентябре “ВиД” рассказал о японской команде во главе с фотожурналистом Сусеем Ямадой, пропагандирующей личным примером отказ от традиционного топлива в пользу “зеленого”. “ВиД” удалось узнать еще один любопытный факт из разряда вечной проблемы пророка в отечестве: биодизелем в Казани начали заниматься ненамного позже, чем в передовой Японии. Более того, местная технология является более “продвинутой” относительно того, что было продемонстрировано командой Biodiesel Adventure Project.Подробнее о татарстанском ноу-хау “ВиД” рассказал один из его создателей - профессор Казанского технологического университета доктор технических наук Фарид ГУМЕРОВ.
Широкое понятие
“Биотопливо - понятие очень широкое, - предупреждает Фарид Мухамедович. - Есть биогаз, биоэтанол, есть и биодизель, заменяющий солярку. Будем беседовать о последнем?”
Соглашаюсь, потому что поводом для беседы стала установка для создания биодизеля, разработкой которой занимаются сегодня Гумеров и его команда.
“Современное биодизельное топливо основывается на эфирах жирных кислот, - поясняет собеседник. - Полученную продукцию во многих странах мира уже продают на бензоколонках наряду с обычным бензином”.
Казалось бы, все просто. Это панацея от снижающихся запасов нефти, это экологично (при сжигании биотоплива выброс вредных веществ практически исключен, а если оно попадает на почву, то само и разлагается). Но проблема все-таки существует: пока биодизель - достаточно затратное производство, по себестоимости превосходящее традиционную солярку.
Нетрадиционный подход
Сусей Ямада продемонстрировал в Казани компактную установку, производящую биотопливо по традиционной технологии. То есть, когда в результате катализированной реакции между растительным маслом и метанолом получается смесь метиловых эфиров.
От катализаторов зависит скорость реакции - от 1 до 40 часов. Получаемый продукт - эфиры жирных кислот, а также попутно вырабатываемые глицерин и примеси. Последние представляют собой остатки “ускорителя процесса” и продукты омыления. Такое “приданое” биодизелю совершенно не нужно.
Так вот и этот, самый “бюджетный” вариант производства по себестоимости пока уступает нефтяному собрату. Зная о подобной проблеме, многие государства спонсируют новое направление производства “зеленого” дизеля.
“Речь идет об использовании в том числе и так называемых сверхкритических флюидных сред, - поясняет Фарид Гумеров. - Это чрезвычайно большое направление, в котором существует такое множество поднаправлений, что проще сказать, где “сверхкритика” неприменима, чем перечислить сферы, которые она охватывает”. Например, сверхкритический флюидный экстракционный процесс - один из эффективнейших методов разделения смешанных субстанций. Но все же особо перспективным направлением, которое стало новым шагом и в производстве биодизеля, является использование сверхкритических флюидов в качестве среды для осуществления в ней химических реакций. В этом случае отпадает потребность в катализаторе, потому что сама среда ускоряет процесс. Это приводит к большей конверсии, а продукт не надо чистить от катализатора и омыляющих веществ. Кроме этого, если время традиционной реакции измеряется часами, то в “сверхкритике” оно составляет в зависимости от природы масла минуты (в случае рапсового масла - от 1 до 4 минут). В мире первые подобные испытания были проведены в 2001 году, в Татарстане - годом позже.
Не критикуйте “сверхкритику”!
Во-первых, что такое сверхкритические флюиды? С таким вопросом мы также обратились к профессору Гумерову. “У каждого газа есть термодинамическая критическая точка с соответствующими значениями давления и температуры, выше которых область термодинамической поверхности вещества называется областью сверхкритического флюидного состояния. Преимущество флюидного состояния заключается в том, что оно одновременно обладает достоинствами как жидкости, так и газа. В частности, речь идет о высокой растворяющей способности, низкой вязкости и высокой диффузионности. В итоге флюидная среда легко проникает в любые пористые структуры, а реакции и процессы в ней идут намного быстрее, чем в обычных условиях”.
Наш собеседник не мог не отвлечься на некоторые примеры применения “сверхкритики”. Есть сверхкритический диоксид углерода. С его помощью в США, по данным пятилетней давности, в год получали 15 млн. тонн нефти, вытесняя ее из высокообводненных и истощенных скважин. Он же лежит в основе приготовления всевозможных экстрактов, из которых делают напитки и лекарственные препараты. Да что далеко ходить - аспирант КГТУ из Вьетнама в июне защитил диссертацию по технологии предварительной обработки чайного сырья. Суть ее в увеличении с помощью сверхкритического СО2 выделения ценных чайных компонентов при заварке. Таким образом, вместо 2 граммов чая в пакетик, согласно разработанной технологии, можно класть 1,5 грамма, а выход веществ при аналогичной процедуре заваривания будет таким же.
Казанское начало
Флюидная тема для профессора Гумерова - большая часть жизни. Так, в 2000 году вышло первое издание его книги “Суб- и сверхкритические флюиды в процессах переработки полимеров”. К слову сказать, ранее в России ничего подобного не выпускалось. Общие идеи, основанные на существующем мировом опыте, Фарид Гумеров представил и генеральному директору ОАО “Татнефтехиминвест-холдинг” Рафинату Яруллину в 2002 году. Тот заинтересовался “сверхкритической” идеей, и через полгода при его поддержке были решены вопросы по созданию группы и реализации проекта. А еще через полгода в КГТУ были получены первые результаты реакции трансэтерификации в сверхкритическом метаноле - смесь метиловых эфиров жирных кислот.
Реакция была проведена в периодическом режиме, то есть в “однопорционном” размере. Разумеется, для промышленности нужен непрерывный режим производства, а значит, и более мощная установка. Ее созданием в последнее время и занимается команда под руководством профессора Гумерова. “Исследования стимулируются и ведутся при мощнейшей поддержке “Татнефтехиминвест-холдинга”, - подчеркивает Фарид Мухамедович. - Холдинг закупил для нашей научной группы оборудование на 7,5 млн. рублей, в том числе дорогостоящий хромотограф”.
Работа над “непрерывнорежимной” установкой началась в минувшем октябре. Ориентировочный срок, поставленный перед учеными, - полгода. “Это время нам дано на то, чтоб мы железо собрали, а дальше - надо пробовать” - поясняет Гумеров, потому что простое масштабирование в этом случае не работает: слишком много сопутствующих вещей и свойств нужно учесть.
Пилотная установка небольшая. Она рассчитана на получение 150 тонн биодизеля в год (таковы параметры реактора). По замыслу создателей, она будет востребована фермерами, которые смогут обеспечивать топливом свою технику, посадив пару-тройку гектаров рапса на своих же площадях.
Впрочем, может быть, и не рапса. В последнее время стоимость этого растительного сырья просто взлетела, да и в мире существует большая этическая проблема: как можно употреблять пищевые продукты на производство биотоплива, когда кругом так много бедствующих стран?
Поэтому сейчас ученые ищут несъедобные растительные источники масел. У Татарстана, к примеру, есть опыт общения с Малайзией. Зарубежные коллеги изначально сосредоточили внимание казанцев фактически на сорняковом растении - ятрафе. Однако впоследствии выяснилось, что получить масло из ее мелких семян технологически очень сложно. Поэтому малайзийцы уже повторно предложили нашим ученым опробовать в реакции пальмовое масло.
А будущее?
“Биодизельное топливо - всего лишь сотая часть из того, что вообще может быть предложено в рамках сверхкритических флюидных технологий. По зарубежным экспертным оценкам, эффект от их использования в будущем может быть сопоставим с лазерными и информационными технологиями”, - поясняет Гумеров, однако соглашается порассуждать о перспективах своего направления в масштабах как республики, так и всего мира.
Например, нельзя не учесть того факта, что планета идет к водородной энергетике, а биотопливо в данной цепочке является промежуточным этапом.
“Мой прогноз на биотопливо сегодня таков. Если весь мир занят его разработкой, - значит, на него есть серьезный расчет. А вот насколько отдаленна эта перспектива, тут трудно сказать”, - размышляет профессор, добавляя, что главное для России - не отстать от современных тенденций развития науки и технологий, чтобы не попасть затем в энергетическую зависимость от более развитых стран.
Но ученый обмолвился еще об одной стороне разрабатываемой технологии. “При таких же параметрах протекает еще один важный процесс, - заинтриговал Гумеров, - и если у нас получится, то для республики и, в частности, для ОАО “Нижнекамскнефтехим” мы сможем создать очень серьезный процесс”.
Раскрывать карты профессор не стал. Что ж, поживем - увидим. Пока же будем ждать новых топливно-раздаточных колонок на АЗС - “зеленых”.
