Прежде всего, в распоряжении мировой энергетики имеются
огромные залежи каменного угля. Уголь – старейший промышленный энергоресурс,
обеспечивший успех промышленной революции в XIX веке. Ни один другой источник
не занимал такой доминирующей позиции – в начале прошлого века доля угля в
мировой энергетике превышала 60 %. Но сейчас она постоянно снижается и, видимо, в течение текущего века будет оставаться на уровне 20 % или чуть
выше.
Уголь – слишком много проблем
Основные причины, обусловившие снижение доли угля в мировой экономике,
связаны с неудобством использования твердого топлива, трудностью автоматизации
процессов его переработки, относительно низкой калорийностью угля, что делает
нерентабельным его перевозки на большие расстояния, и экологическими
проблемами, возникающими при его использовании. Практически все недостатки,
свойственные углю как энергоресурсу, присущи и другим твердым горючим
ископаемым, например, горючим сланцам и торфу, использование которых в
энергетике имеет только местное значение.
Главным же достоинством угля является большой объем его
запасов, накопленных в ходе биологической эволюции. Ресурсы каменного угля в
земной коре огромны. Они распределены достаточно равномерно, так что пока нет
проблем с его источниками. Наибольшими запасами обладают три страны – США,
Россия и КНР.
Рис. Доказанные извлекаемые мировые запасы угля. Серым
цветом показана доля антрацита и коксующегося угля, темно-красным –
низкосортного лигнита
Несмотря на снижение доли угля в мировой энергетике, его
мировая добыча продолжает увеличиваться и уголь даже частично отвоевывает
некогда утраченные позиции. Особенно велика его доля в производстве
электроэнергии: в КНР она составляет около 75 %, а в США – около 50 %. Однако
использование угля в энергетике связано с серьезными экологическими проблемами,
начиная от высокого уровня эмиссии оксидов серы, азота и тяжелых металлов и
кончая более высоким, по сравнению с нефтью и природным газом, удельным
выбросом диоксида углерода. До сих пор не удалось также решить проблему
рентабельной конверсии угля в жидкое топливо, несмотря на почти столетнюю
историю этих попыток.
Пока ни одна крупная промышленная страна мира не испытывает
недостатка в угле и, в связи с проблемами с другими источниками энергии, в
последнее время в ряде развитых стран мира, прежде всего в США, предпринимались
усилия по разработке более эффективных и экологически чистых технологий
использования угля в энергетике. Департамент энергетики США выступил в свое
время с инициативой создания нового поколения экологически более чистых
способов получения энергии из угля. Предполагалось, что типовая угольная
электростанция XXI века будет использовать в качестве топлива не
непосредственно уголь, а синтез-газ (смесь СО и водорода) или водород,
получаемые путем его предварительной газификации.
Необходимый для
газификации кислород должен производиться относительно дешевым мембранным
разделением воздуха. Из очищенного от серо– и азотсодержащих соединений и
твердых примесей синтез-газа на основе мембранных технологий можно было бы
выделять водород для использования в качестве экологически чистого топлива для
газовых турбин и топливных элементов. Образующийся вместе с водородом монооксид
углерода путем паровой конверсии можно превращать в дополнительное количество
водорода и углекислый газ, а последний – удалять из полученных газов без его
выделения в атмосферу, что позволило бы снизить антропогенный вклад в
парниковый эффект.
Предполагалось, что в периоды минимума нагрузки часть
полученного синтез-газа будет использоваться для выработки синтетических жидких
углеводородов (СЖУ), необходимых для замещения истощающихся природных нефтяных
ресурсов и производства синтетических моторных топлив, отвечающих новым жестким
экологическим стандартам.
Рис. Интегрированная технология экологически чистого
использования угля на основе его газификации
Однако ставка на передовые технологии в производстве и
использовании ресурсов угля пока не оправдалась – затраты на создание и
эксплуатацию экологически чистых угольных электростанций оказались столь
велики, что, несмотря на серьезную государственную поддержку, энергетические
компании не могут обеспечить их конкурентоспособность. А после появления на
энергетическом рынке США дешевого и доступного сланцевого газа, переход на
который позволяет решить и экологические проблемы, в том числе реально снизить
эмиссию диоксида углерода, интерес к чистой угольной энергетике заметно упал.