Синтетическое жидкое топливо в Германии: прошлый опыт и новые технологии
Завод Leuna-Werke, один из основных производителей синтетического бензина. Фото Бундесархив ФРГ
На территории Германии имеются нефтяные месторождения, однако их объем весьма ограничен. Вследствие этого страна серьезно зависит от поставок импортной нефти и нефтепродуктов, что может угрожать национальной безопасности. В отдаленном прошлом проблема зависимости решалась при помощи производства синтетических жидких топлив из доступного сырья. Теперь же технологии схожего назначения предлагаются для улучшения экологии.
Старые технологии
Поиски альтернативных способов получения жидкого топлива для замены нефтепродуктов начались в десятых годах XX в. Первую технологию, пригодную для массового использования, в 1913 г. предложил будущий нобелевский лауреат Фридрих Бергиус. Двумя годами позже он построил и запустил первый завод, использующий новый процесс. Впоследствии права на использование метода «бергинизации» приобрели более крупные предприятия.
Процесс Бергиуса предусматривал использование в качестве сырья угля или лигнита. Измельченное сырье перемешивалось с набором специальных добавок и катализаторов, и из него делали суспензию. Последняя перемешивалась с водородом, так же получаемым с использованием угля, а затем подавалась в химические реакторы, где поддерживались температуры до 450-485°C и давление до 500-700 атм.
На выходе образовывалась синтетическая сырая нефть – смесь газойля, дизельного топлива, нескольких газов и других компонентов. Такой промежуточный продукт затем перерабатывали, выделяя средние и тяжелые масла, бензин и газы.
Реклама бензина от Leuna-Werke. Графика LW / Wikimedia Commons
В 1926 г. химики Франц Фишер и Ханс Тропш предложили альтернативную технологию, имевшую свои преимущества. Так, она позволяла использовать в качестве сырья как каменный, так и бурый уголь, имевшийся у Германии в больших количествах. К концу двадцатых т.н. процесс Фишера–Тропша был освоен разными предприятиями и давал стране необходимое топливо. При этом предлагались разные способы совершенствования технологии.
Процесс Фишера–Тропша начинался с выработки т.н. синтез-газа или водяного газа – смеси угарного газа и водорода. Его получали путем обработки измельченного угля перегретым водяным паром. Синтез-газ можно было получать и другими способами. Он мог сразу использоваться в двигателях внутреннего сгорания. Также путем смешения с другими веществами синтез-газ превращали в жидкое топливо. Технология позволяла получать разные виды горючего, но экономически оправданным был только синтетический бензин.
Процессы на практике
Процесс Бергиуса использовался в промышленности с середины десятых годов, а через 10-12 лет началось внедрение метода Фишера–Тропша. Обе технологии в исходном и доработанном виде неплохо показывали себя и вносили определенный вклад в обеспечение народного хозяйства и армии жидким горючим. Однако доля синтетических бензинов и масел в общем потреблении Германии до определенного времени оставалась незначительной. В тот период страна полагалась на закупки иностранной нефти и нефтепродуктов.
Одним из главных потребителей бензина в нацистской Германии было Люфтваффе. Фото Бундесархив ФРГ
Ситуация стала меняться с приходом к власти нацистов. В 1936 г. была принята программа развития производств синтетического топлива. Планировалось построить несколько новых заводов, работающих по двум основным процессам. Они должны были увеличить общий выпуск горючего, снизив потребности в импорте. К работам привлекли все крупные организации из состава конгломерата IG Farben.
Первые заводы новой постройки заработали в 1938 г., они использовали «бергинизацию». В 1939-м запустили несколько заводов на методе Фишера–Тропша. Уже в 1940 г. выпуск нового топлива вышел на уровень 70-80 тыс. баррелей в день. Этого хватало для покрытия трети потребностей страны на тот момент. В дальнейшем показатели отрасли увеличивались. Их пик пришелся на 1944 г., когда 25 заводов вместе выработали 5,7 млн т топлива. При этом производство не отличалось экономичностью. Рекордный годовой выпуск горючего потребовал израсходовать порядка 60 млн т угля.
Вместе с производством росла потребность в рабочих руках. С 1941 г. эту проблему решали за счет рабского труда. Рабочими заводов становились военнопленные и узники концлагерей. Нацисты даже не думали улучшать условия труда или соблюдать технику безопасности. В результате значительная часть подневольных работников погибла от отравлений и травм, а прочие подорвали здоровье.
В мае 1944 г. британская авиация начала регулярные удары по заводам и хранилищам синтетического топлива в Германии и на оккупированных территориях. Бомбардировки в течение нескольких месяцев нанесли непоправимый ущерб отрасли, а также внесли свой вклад в ухудшение положения нацистов. Весной 1945 г. остававшиеся предприятия по выпуску синтетических топлив прекратили работу. Страны-победители запретили восстанавливать это производство.
Новый "экологически чистый" завод в Верльте. Фото Atmostar
Экологические цели
В послевоенный период обе Германии получили доступ к зарубежной нефти и могли получать ее в необходимых количествах. Также были разведаны и освоены собственные месторождения. Все это в целом закрыло нужды ФРГ и ГДР в жидком топливе, а также позволило в течение многих лет даже не вспоминать о производстве синтетических горючих.
Впрочем, технологии синтеза вновь привлекли внимание, но не по экономическим причинам. Теперь они должны поспособствовать улучшению экологической ситуации. Немецкая некоммерческая группа Atmosfair при содействии федерального министерства окружающей среды, компании Siemens и ряда других организаций разработала и реализовала проект «зеленого» завода по выпуску авиационного керосина. Предприятие построено в коммуне Верльте (Нижняя Саксония) и на днях начало работу.
Завод должен использовать усовершенствованный процесс Фишера-Тропша. В качестве сырья для производства синтетической нефти применяется углекислый газ из атмосферы и из биогазовой установки. Водород будут добывать путем электролиза из воды местных водоемов. Электроэнергию предприятие получает от ближайшей ветроэлектростанции. Полученную сырую нефть перегонят в авиационный керосин.
К началу 2022 г. завод Atmosfair должен выйти на проектную мощность – порядка 8 баррелей керосина в сутки. Такое топливо будет стоить ок. 5 евро за литр, значительно больше «простого» керосина. Однако авторы проекта напирают на его экологические преимущества. Они указывают, что сырье и энергия для производства топлива берутся из окружающей среды. Благодаря этому при сгорании керосина в атмосферу выбрасывается столько же углерода, сколько было использовано на стадии производства. Баланс веществ не изменяется, что полезно для природы.
Сможет ли завод обойти конкурентов - большой вопрос. Фото Atmostar
В Atmostar считают, что в дальнейшем новое синтетическое топливо станет экономически выгодным. Однако для этого необходимо ввести дополнительные налоги на ископаемое горючее, чтобы оно подорожало до необходимого уровня. В таких условиях синтетический керосин станет конкурентоспособным и привлечет инвесторов. Также будет возможным расширение производства, в т.ч. с выпуском новых видов продукции.
Нужды и выгоды
Таким образом, за прошедший век с небольшим Германия накопила большой научный и технологический опыт в сфере производства синтетического жидкого топлива и замены традиционных нефтепродуктов. В отдаленном прошлом необходимость в таких технологиях фактически пропала, но теперь их предлагается возродить, причем на новой базе и с иным идеологическим обоснованием.
Последние новости об экологически чистом заводе представляют определенный интерес, но вряд ли привлекут внимание покупателей топлива или инвесторов. Несмотря на все оригинальные идеи, керосин от Atmosfair экономически невыгоден и не способен конкурировать с топливом из ископаемой нефти.
Ситуация может измениться в его пользу только при введении новых несправедливых ограничений, способных ударить по уже существующим предприятиям и их клиентам. Станет ли Германия жертвовать сложившейся промышленностью и инфраструктурой ради актуальных экологических идей – покажет время.
Информация