От угля к метану: профессор Данис Нургалиев об энергопереходе XXI века

Львиную долю всего электричества в Китае, стране с одной из самых быстрорастущих экономик, вырабатывают из угля ― наиболее грязного варианта топлива. Во всем мире на угольную энергетику в среднем приходится почти половина всей генерации электричества, несмотря на то что климатологи говорят о необходимости сократить выбросы парниковых газов и сдерживать глобальное потепление.

Корреспондент портала «Научная Россия» поговорил с доктором геолого-минералогических наук, профессором, проректором по направлениям нефтегазовых технологий, природопользованию и наук о Земле Казанского федерального университета Данисом Карловичем Нургалиевым о запасах углеродного топлива, снижении выбросов климатически активных веществ, об альтернативной энергетике и энергопереходе. Мы встретились в Новосибирске, где во время форума «Наука будущего ― наука молодых» ученые из разных стран обсуждали развитие технологий, необходимых для энергоперехода и декарбонизации нефтегазовой отрасли.

― Около года назад в новостях появились сообщения от Росгеологии, в которых говорилось о том, что нефти в России хватит еще на 30 лет, а газа ― на 70. Кроме того, стратегия низкоуглеродного развития говорит о необходимости сократить использование углеродов в энергетике. Насколько сегодня необходим энергопереход и какие технологии могут нам в этом помочь?

― Во-первых, разговоры о том, что запасов нефти осталось на 30 лет, касаются только разведанных месторождений. В действительности ресурсов в России и во всем мире хватит на сотни лет.

Другое дело, что, вырабатывая энергию из углеводородов, мы выбрасываем в атмосферу ископаемый углерод в виде углекислого газа, вызывающего добавочный парниковый эффект: происходит потепление и меняется климат, это серьезно влияет на жизнь человечества. По сути, это катастрофа. Предполагается, что если мы до конца века не удержим повышение температуры на полтора градуса, то эти изменения будут очень существенны. Думаю, что удержать температуру в этих рамках не получится: мы все равно будем потреблять все больше и больше углеродной энергии: ископаемого угля, газа и нефти.  

Заменить эти источники на возобновляемые сегодня в принципе невозможно: примерно у трети населения Земли нет регулярного доступа к необходимому количеству энергии. И, несмотря на разговоры высокоразвитых стран о развитии «зеленой» энергетики, ее доля составляет только 20%. На углеродную энергетику приходятся оставшиеся 80%. Например, 60% электрической энергии, вырабатываемой в Китае, производятся из угля, а во всем мире на угольную энергетику приходится около 40%.

― Ведь уголь — это самое грязное топливо?

― Да, это так. Кроме того, сегодня используются бурый уголь и торф, в которых очень высокая доля углекислого газа на единицу энергии. При сжигании этих видов топлива выделяются также различные вредные компоненты вплоть до радиоактивных и тяжелых металлов.

Задача, которая сегодня выглядит реально, ― заменить уголь природным газом. Природного газа в мире достаточно много: и в России, и в странах Персидского залива, и в Туркменистане, и в США. Поменяв уголь на газ, мы бы выделяли меньше диоксида углерода при производстве энергии, меньше загрязняли бы Землю.

― Вы говорили о том, что существующих, но неразведанных запасов хватит на сотни лет. Есть трудности с геологоразведкой?

― У нас огромная территория и гигантские залежи ресурсов. Мы можем найти новые, еще не открытые месторождения, например, на шельфе в Восточной Сибири.

Проблема в том, что эти месторождения находятся очень далеко от инфраструктуры. Нужны огромные вложения, чтобы проложить туда дороги и запустить газопроводы. И даже осваивать месторождения на шельфе, например, газовые, ― это гигантские затраты. Запасы, которые мы уже разведали, постоянно ухудшаются. Хорошую нефть выкачивают, остается вязкая и твердая. Конечно, ее возможно добыть, но нужны новые технологии.

― Но ведь если припечет и разведанных запасов не будет хватать, все равно придется вкладываться в строительство инфраструктуры?

― Не надо ждать, пока припечет. Если заранее планировать, то проблем не будет.

Мы живем на одной планете, и у нас общие трудности. Сегодня всех объединяет проблема изменения климата, и многие стараются исправить эту ситуацию. Россия ― это уникальная страна. Огромные запасы нефти и газа, которые есть на нашей территории, будут востребованы: углеродная энергетика никуда не денется. Говорят, будто эра угля закончилась 100 лет назад: мы видим, что это не так. И эпоха нефти и газа продолжится, пока есть эти ископаемые.

Но энергопереход все равно происходит ― необходимо учитывать углеродный след нефтегазовой промышленности, уменьшать его. Углекислый газ можно накапливать, закачивать под землю, превращать в какие-то химические продукты ― есть масса способов. Самый мощный из них ― биологический способ: создание карбоновых ферм и секвестрация углекислого газа с использованием биологических экосистем. Приведу пример: если увеличить содержание углерода в почвах во всем мире только на 0,2%, то мы захороним все 35 млрд т углекислого газа, выделяемые человечеством. Это очень мощный инструмент для России, ведь у нас есть огромная территория. Если привести в порядок и правильно эксплуатировать 15 млн кв. км тайги, то там можно захоронить мировые эмиссии углекислого газа.

― Стоит сегодня рассчитывать на технологии возобновляемых источников энергии и водородные технологии?

― Что касается возобновляемой энергии: во-первых, у нее не бесконечный ресурс, а во-вторых, производство солнечных батарей и ветряков тоже оставляет углеродный след. Это не такая уж и «зеленая» энергетика.

Водород как энергоноситель может заменить природный газ и бензин на транспорте: автомобили не будут выделять диоксид углерода и выбрасывать другие климатически активные вещества. Дело в том, что когда большие выбросы парниковых газов идут от какого-то завода или электростанции, их можно собрать и захоронить. Но никто не будет собирать выбросы с отдельных автомобилей.

Однако для производства водорода нужно электричество, «зеленой» энергии для этого слишком мало, поэтому получить в достаточных количествах чистый водород без углеродного следа пока невозможно. Это очень дорого, хотя водородный транспорт и индивидуальные энергетические системы могли бы серьезно помочь в стратегии низкоуглеродного развития. Водородная энергетика ― это правильный путь, и в этом направлении нужно развиваться.

Энергетическая революция может произойти, и нефть с газом отойдут в прошлое. Но для этого нужны научные открытия.

Во-первых, это термоядерная энергия: если получится сделать материалы, способные выдержать колоссальное нейтронное излучение, у нас будет дешевая и чистая энергия. Но таких материалов еще нет.

Второе направление ― это высокотемпературные сверхпроводники. Например, южноамериканские системы горных рек способны обеспечить энергией всю Землю. Если на горных цепях поставить гидроэлектростанции и с помощью сверхпроводящего кабеля транспортировать энергию в Северную Америку, Китай и Европу, множество проблем было бы решено. Но в нынешних условиях это делать абсолютно бессмысленно: при транспортировке мы потеряем большую часть энергии.

― Основной этап энергоперехода, который можно осуществить сейчас, ― это переход на газ?

― Сегодня миру нужно все больше и больше энергии: удержать повышение температуры на планете в полтора градуса, как планировали, вряд ли получится в таких условиях. Может, удержим потепление на уровне двух с половиной — трех градусов.

По моему личному мнению, самое экологичное топливо в XXI в. ― это метан. Один атом углерода окружен четырьмя атомами водорода: выбросы углекислого газа минимальны, поэтому это лучшая молекула, которую можно использовать для генерации энергии. Уверен, что мы к этому придем. Если не появятся гениальные открытия в области термоядерной энергетики или высокотемпературной сверхпроводимости, то метан станет главным энергоносителем в этом веке.

Фото: Александр Бурмистров / "Научная Россия"