Dabasgāzes džekpota sasniegšana

Salīdzinot ar naftu, dabasgāze ir tik daudz, ka tas ir satriecoši. Pierādītās naftas rezerves ir piemērotas vēl vienam triljonam barelu. Ar mūsdienu patēriņa līmeni tie kalpos aptuveni 40 gadus. Pievienojiet naftas rezerves, kas, domājams, pastāv, bet vēl nav atklātas, un laika grafiks sniedzas aptuveni 160 gadus.

Zināmās dabasgāzes rezerves, kas sastāv galvenokārt no vienkārša ogļūdeņraža metāna, pietiks aptuveni 50 gadiem ar mūsdienu patēriņa līmeni. Iespējamo, bet vēl neatklāto gāzes resursu aplēses paplašina šo prognozi līdz aptuveni 200 gadiem. Bet, ja tiek pievienota dabasgāze, kas, domājams, atrodas dziļi zem okeāna metāna hidrātos, potenciāls ir prātam neaptverams. Hidrāti, ledus kristāli, kas aiztur metāna molekulas, veidojas zem 300 metru dziļuma metānu ražojošo baktēriju rezultātā. Ļoti maz ir zināms par to, cik daudz gāzes tiek iepildīts šajos kristālos vai kā to dabūt ārā, taču vislabākais pieņēmums ir tāds, ka rezerves varētu ilgt desmitiem tūkstošu gadu, pat ja dabasgāzes patēriņa līmenis nākamajās desmitgadēs dubultosies. .

Šis stāsts bija daļa no mūsu 2002. gada janvāra numura

• Skatiet pārējo izdevuma daļu
• Abonēt

Lai arī kā jūs veiktu aritmētiku, tur ir daudz dabasgāzes. Metāna pievilcību kā nākotnes degvielu palielina tas, ka metāns deg daudz tīrāk nekā eļļa. Taču pastāv liela problēma: dabasgāze ir nepastāvīga un dārga transportēšanai. Viena no naftas skaistumkopšanas iespējām ir tāda, ka jūs varat to izliet pa caurulēm, iekraut tankkuģos vai baržās un droši pārvadāt visā pasaulē. Savukārt dabasgāze visbiežāk tiek piegādāta kā šķidrums, kas jāuztur -130 C temperatūrā vai desmitiem atmosfēru spiedienā. To var transportēt arī kā gāzi cauruļvados, taču, tā kā gāze ir jāsaspiež, tas ir dārgs piedāvājums: viens aprēķins ir tāds, ka cauruļvads gāzes nogādāšanai no Aļaskas un uz Lejas 48 izmaksātu aptuveni 15–20 miljardus USD. uzbūvēt.

Ņemiet vērā faktu, ka daudzas lielas rezerves atrodas attālās vietās, piemēram, Aļaskas Ziemeļu nogāzē vai Sibīrijā, un rezultātā liela daļa pasaules dabasgāzes tagad ir komerciāli nevērtīga. No [dabasgāzes], par ko visi piekrīt, vairāk nekā pusei nav absolūti nekādas tirgus [vērtības], saka Marks Eidžs, enerģētikas uzņēmuma Syntroleum prezidents Talsā, OK. Nekādas. Tas atrodas tādās vietās kā Austrālijas ziemeļrietumu šelfs, Papua-Jaungvineja, Āfrikas rietumu krasts, Aļaskas ziemeļu nogāze. Patiešām attālas vietas, kur tuvumā nav gatava tirgus.

Ķīmijas inženierim šīs problēmas risinājums, vismaz teorētiski, ir salīdzinoši vienkāršs. Ja jūs varētu ķīmiski pārveidot šo bīstamo gāzi šķidrā ogļūdeņražā, piemēram, sintētiskā eļļā vai pat benzīnā, to varētu viegli un lēti transportēt istabas temperatūrā un normālā spiedienā. Šī sintētiskā degviela varētu ieplūst tieši esošajos naftas cauruļvados vai tikt ievietota tankkuģos, kas paredzēti laišanai tirgū. Pēc turpmākas pilnveidošanas tos pat varētu izplatīt, izmantojot esošo degvielas uzpildes staciju tīklu. Papildu darījums ir tas, ka, tā kā izejmateriāls ir praktiski bezsēra dabasgāze, iegūtajā degvielā nebūtu arī sēra un aromātisko piesārņotāju, kas bojā citus naftas produktus. Citiem vārdiem sakot, jums būtu viegli pieejams degvielas avots, kas, iespējams, ir daudz lētāks un tīrāks par naftu.

Dažas no pasaules lielākajām naftas kompānijām tagad iegulda miljardus dolāru, lai celtu naftas pārstrādes rūpnīcas, kas izmanto gāzi pārveidojot par šķidrumu, lai pārvērstu metānu īpaši tīrā dīzeļdegvielā un benzīna degvielā. Izmantojot augstspiediena, augstas temperatūras pārstrādes procesus, šīs jaunās rūpnīcas, kas tiek būvētas tādās vietās kā Bintulu, Malaizija, pārvērsīs dabasgāzi šķidros produktos, kas ir viegli nogādājami tirgū un, visticamāk, ir konkurētspējīgi ar naftas produktiem.

Bet daži pētnieki uzskata, ka viņiem ir daudz labāka ideja. Jaunajās rūpnīcās izmantotie procesi ir balstīti uz ķīmiju, kas aizsākās 20. gadu sākumā un ir dārga un neefektīva. Neliela ķīmiķu un ķīmijas inženieru grupa strādā, lai atklātu katalizatorus — materiālus, kas paātrina ķīmiskās reakcijas, bet paši netiek patērēti procesā — dabasgāzes tiešai pārvēršanai šķidrā kurināmā zemā temperatūrā un spiedienā. Ja šie katalizatori darbojas, un tas joprojām ir milzīgs ja - tie padarīs iespējamus lētus, vienkāršus rafinēšanas procesus, kas varētu atraisīt plašās neizmantotās dabasgāzes rezerves. Patiešām, tie piespiestu ekspertus atkārtoti veikt aprēķinus par pasaules energoapgādi. Pēkšņi neizmantotie metāna resursi Sibīrijā un Kanādas ziemeļos pasaulei varētu būt tikpat svarīgi kā Saūda Arābijas plašās naftas atradnes.

Melnā pagātne

Šķidrās sintētiskās degvielas ražošanas ideja nav jauna. 1923. gadā divi vācu ogļu pētnieki Francs Fišers un Hanss Tropšs atklāja veidu, kā Rūras ielejas bagātīgās ogļu rezerves pārvērst sintētiskā eļļā. Fišers un Tropss zināja, ka, uzkarsējot ogļu kaudzi, viņi radīs oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu. Zinātnieki atklāja, ka, izlaižot šo gāzi virs metāla katalizatoriem, viņi var iegūt sintētisko degvielu. Otrā pasaules kara laikā Vācijas valdība izmantoja Fišera-Tropša procesu, lai saražotu aptuveni 600 000 barelu militārās degvielas gadā no valsts bagātīgajām ogļu atradnēm.

Pēc kara sabiedroto izlūkošanas aģentūras sadalīja Vācijas rūpnīcas, lai noskaidrotu, kā tās darbojas, un no 1948. līdz 1953. gadam Braunsvilā, Teksasā darbojās neliela Fišera-Tropša rūpnīca. 1950. gados Dienvidāfrikas valdība atradās, piemēram, nacistu režīms, kam ir maz vai nav piekļuves naftai; tā pievērsās Fišera-Tropša procesam un uzbūvēja vairākas rūpnīcas, lai pārvērstu ogles no valsts plašajām atradnēm sintētiskā kurināmā.

Un tur šī tehnoloģija varētu būt palikusi, lielākoties aprobežojoties ar valstīm, kas badojas pēc naftas, izņemot mūsdienu pieaugošo kārdinājumu izmantot milzīgās attālās, lētas dabasgāzes rezerves. Metānu, tāpat kā ogles, var izmantot, lai ražotu oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījumu; izņemot izejmateriālu, kurināmā sintēzes process darbojas tieši tāpat kā ar akmeņoglēm. Exxon Mobil, Shell un Dienvidāfrikas Sasol ir iesaistīti lielos projektos, lai dabasgāzi pārvērstu šķidrumā. Kopumā lielākās naftas kompānijas plāno tērēt gandrīz 10 miljardus ASV dolāru, lai nākamajās rūpnīcās nodrošinātu gāzes pārveidi par šķidrumu.

Viens no mazākajiem, agresīvākajiem spēlētājiem ir Tulsas Syntroleum. Tāpat kā lielie naftas koncerni, Syntroleum cenšas pārveidot Fischer-Tropsch, lai pārvērstu balasta dabasgāzi viegli transportējamos īpaši tīros šķidros ogļūdeņražos. Pateicoties uzlabotajiem katalizatoriem un reaktora konstrukcijai, uzņēmums saka, ka šķidrie ogļūdeņraži, kas izgatavoti no metāna, tagad ir ārkārtīgi konkurētspējīgi ar naftu tirgū. Sintētiskās degvielas, ko varam ražot, ir 100% saderīgas ar parastajiem produktiem, saka Syntroleum prezidents Marks Agee. Izmantojot dabasgāzi, izejvielu izmaksas [naftas ekvivalentos barelos] ir no nulles līdz 10 USD par barelu, salīdzinot ar naftu, kas ir 20 USD. Mums Āfrikas rietumu krastā mums piedāvāja gāzi par niķeli uz tūkstoš kubikpēdu jeb 50 centiem par barelu.

Ideāls katalizators

Taču Fišera-Tropša process pēc savas būtības ir neefektīvs un dārgs, un no ķīmiķa viedokļa tas ir pēc būtības neveikls. Procesam nepieciešama aptuveni 800 līdz 900 oC temperatūra, un to panāk, sadedzinot daļu pārveidojamās gāzes. Šī tehnoloģija ir arī salīdzinoši neselektīva, veidojot lielu ogļūdeņražu molekulu klāstu, no kurām dažas ir bezjēdzīgas. Būtībā nepareizi ir tas, ka tā ir 1940. gadu tehnoloģija, saka Rojs Periana, Dienvidkalifornijas universitātes ķīmiķis. Tas izmanto brutālu spēku un augstu temperatūru, lai panāktu reklāmguvumus.

Iedodiet jebkuram organiskajam ķīmiķim zīmuli un papīra bloknoti, un viņš vai viņa ātri varēs izveidot vienkāršu, elegantāku ceļu uz šķidrajiem ogļūdeņražiem. Dabasgāze lielākoties ir metāns; pārveidojot to par metanolu, viegli transportējamu šķidrumu, ir vienkārši jāpievieno skābekļa atoms metāna molekulai. Tomēr ir dažas lielas problēmas, pārvēršot šo tiešās sintēzes teoriju ķīmiskā realitātē. Katalizatoram ir jāpārrauj saspringtās oglekļa-ūdeņraža saites metānā, lai ļautu skābeklim reaģēt. Un – lūk, kur tas kļūst ļoti sarežģīts – reakcijai katrai metāna molekulai jāpievieno viens skābekļa atoms; ļaujiet tai turpināties un pievienojiet papildu skābekļa atomu, un jūs izveidojat nevērtīgu oglekļa dioksīdu.

Šo triku var izdarīt laboratorijā, taču esošie katalizatori nav pietiekami efektīvi, lai iegūtu ražu, kas nepieciešama, lai konkurētu ar naftu. Piemēram, Periana vairāk nekā desmit gadus ir meklējusi perfektu katalizatoru. Deviņdesmito gadu vidū Periana strādāja nelielā Kalifornijas uzņēmumā Catalytica, kur viņš vadīja komandu, kas strādāja pie jauniem katalizatoriem šai tiešai pārveidei. Viņš saka, ka Catalyticā mēs atklājām divas sistēmas. Viens no tiem bija dzīvsudraba katalizators, kas vienā solī pie 180 grādiem deva 40 procentus. Otra bija platīna sistēma, kas nodrošināja 70 procentu ražu pie 220 grādiem. Tajā brīdī cilvēki sāka runāt, ka varbūt tas tiešām ir iespējams. Taču šie daudzsološie starti saskārās ar dažiem negrozāmiem pamata ķīmijas faktiem. Lai gan tiešā metāna pārveide bija iespaidīga no ķīmijas viedokļa, tā joprojām nebija komerciāli dzīvotspējīga. Periana saka, ka, ja plānojat aizstāt tādu preču procesu kā šis, jums patiešām ir jābūt revolucionāram procesam. Nelieli uzlabojumi to nedarīs.

Neskatoties uz ķīmijas šķēršļiem, Periana joprojām ir optimistiska. Mums ir daži potenciālie pirkumi, un mēs to savienojam ar zināšanām par iepriekšējo sistēmu darbību. Un šobrīd ir godīgi teikt, ka šīs ir sacensības. Pamati ir noteikti, un tas ir jautājums, kurš pirmais nokļūs, viņš saka. Ikviena prātā tagad ir jautājums, kurš un kad atradīs pareizo katalizatoru, un kāds tas būs. Tas pat nav jautājums par to, vai.

Dabas mīkla

Pat lielākie naftas uzņēmumi, kas investē metāna pārvēršanā šķidrā kurināmā, izmantojot netiešas pieejas, finansē pētījumus par tiešo pārveidi. Pagājušajā gadā BP piešķīra 1 miljonu ASV dolāru gadā Kalifornijas universitātei Bērklijā un Caltech metāna konversijas pētījumiem, un daļa no dotācijas bija paredzēta tiešai konversijai. Katalizatora meklēšana, saka Alekss Bells, Bērklija ķīmijas inženieris, ir mākslas un zinātnes kombinācija. Es nevaru šobrīd apsēsties un teikt, ka ir algoritms konkrētas reakcijas katalizatora atrašanai. Jūs veidojat iepriekšējās zināšanas par to, kas darbojas, un mēģināt tās uzlabot, zinot fundamentālo ķīmiju. Liela daļa no tā ir mēģinājumi izveidot modeļus un stratēģisku domāšanu par ķīmiskajiem principiem, kas metānu izmanto mērķa produktos.

Un neviens negaida izrāvienu rīt. Enrike Iglesija, vēl viens BP programmā iesaistītais Bērklija ķīmijas inženieris, ir strādājis pie metāna konversijas gandrīz 20 gadus. Viņš saka, ka tieša metāna konversija ir kaut kas tāds, par ko mēs sapņojam, taču daba traucē. Metānam ir viena no spēcīgākajām saitēm, ko mēs zinām, un tā reakcijas produktiem parasti ir vājākas saites. Ir grūti apstāties pie vēlamajiem produktiem, tāpēc šī ir smaga ķīmija.

Tikai daži varētu domāt, ka pasaules enerģētikas problēmu risinājums nāks no katalīzes zinātnes ezotēriskā lauka. Taču, tā kā milzīgas, neizmantotas dabasgāzes rezerves rosina ķīmiķu iztēli, ideālā katalizatora meklēšana turpinās. Grūta ķīmija, bet, ja tas izdosies, tas mainīs pasaules enerģijas aprēķinus.

paslēpties