Газета 'Промышленные ведомости'
Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
Для участников обсуждений: Вход | Регистрация
«ПВ» , 0  -  cодержание номера 

Сколь долго еще будут востребованы нефть и природный газ?

Виталий Болдырев

заслуженный энергетик
Российской Федерации, к.т.н.

Природное топливо представляет собой совокупность какого-то горючего - угля, нефти, природного газа, биомассы - и окислителя - атмосферного кислорода.
Уголь своим происхождением обязан, как общепринято cчитать, древним торфяным болотам, в которых, начиная с девонского периода, накапливались органические вещества. В них без доступа кислорода в течение многих миллионов лет под действием температуры и давления происходили превращения торфа в будущие ископаемые угли.

Что же касается нефти и газа то до недавнего времени между сторонниками биогенной и минеральной (глубинной) концепциями их происхождения шла серьёзная борьба. Одни утверждали, что нефть и газ в процессе литогенеза – преобразования донных отложений древних бассейнов, в которых развивалась жизнь, - подобно углю возникли из отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые исторические эпохи. Однако при этом для образования нефти и газа признавалась необходимость гидрогенизации донных отложений абиогенным водородом, поступающего из мантийных глубин, при затягивании этих отложений, находившихся под крупными разломами, под литосферные плиты в зону мантии.

Минеральная концепция происхождения нефти и газа исходит из космогонической истории углеводородов, которая начинается в безднах мироздания и сегодня прослеживается астрофизическими и другими методами по составу межзвёздных молекулярных и ионных облаков, межпланетных пылевых частиц, комет, метеоритов, планет и их атмосфер и самих звёзд. Так, австралийскими астрономами на расстоянии 30 тыс. световых лет от Земли обнаружено огромное облако аминокислот и белка. Как выяснили астрофизики, планета Плутон состоит из замороженного метана, силикатного материала и льда. Энцеланд и Рея (спутники Сатурна) покрыты ледовым панцирем из метана. И т.д. и т.п. Космические скитальцы – метан, высокомолекулярные углеводороды, графит, другие соединения углерода вошли в состав первичного вещества Земли. Далее геохимическая эволюция системы С-Н-О в ядре Земли, затем на границе ядро-мантия, а затем в мантии привела к образованию абиогенно синтезированных нефти и газа.

Параллельно с этим, ещё в 70-х годах прошлого столетия, советская геологическая наука предложила в рамках проявления более широкого природного процесса – дегазации Земли – гипотезу о гидридном железо-никелевом составе ядра нашей планеты. Сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования нашей планеты и пропитывающий в результате окклюзии её жидкое ядро, по мнению российских учёных постоянно перемещается на периферию ядра к границе с мантией, где преобразуется в молекулярный с мощным выделением тепла. Разогревая нижнюю мантию до пластичного состояния, газовый водородный пузырь по дороге своего движения к верхним слоям карбидно-кремневой мантии присоединяет находящийся в ней углерод, также образуя метан.

В виде огромных лёгких пузырей эта потенциально горючая и взрывчатая смесь молекулярного водорода и метана, устойчивая в глубинной бескислородной среде, поднимается вверх и формирует путь для нагретых столбов пластичного вещества мантии диаметром в десятки и сотни километров, уходящих вглубь к границе жидкого ядра. Хотя верхняя мантия, как уже давно установили геофизики, твёрдая и нагрета всего до 600 0C, можно предположить с учётом сказанного выше, что смесь молекулярного водорода и метана, следуя вместе с абиогенно синтезированными газом и нефтью, поднимается до подкорковых слоёв. А далее по разлому земной коры и его оперяющим трещинам эта смесь впрыскиваются под колоссальным давлением мантийного очага в любую пористую и проницаемую среду, распространяясь в ней из разлома подобно грибообразному облаку.

Если эта смесь не проникают в земную атмосферу через земную кору, то образуются месторождения природного газа и нефти. При попадании в пористую и проницаемую среду морского или океанического дна не происходит всплывания нефти и газа, так как сила поверхностного натяжения на разделе нефть-вода или газ-вода в 12-16 тысяч раз больше силы всплывания нефти. Нефть и газ остаются сравнительно неподвижными пока новые порции нефти и газа не продвинут их залежи.

Однако в случае выхода только газов они соединяются с водой, образуя залежи газовых гидратов, напоминающих по внешнему виду лёд, - 1 м3 газогидрата содержит примерно 200 м3 газа. Полагают, что газовые гидраты имеются почти в 9/10 объема Мирового океана, и концентрация метана в осадках морского дна вполне сопоставима с содержанием метана в обычных месторождениях, а иногда превышает его в несколько раз. Запасы газогидратов в сотни раз превосходят запасы нефти, газа и угля во всех разведанных месторождениях.

Надо добавить, что тектоническая активность подводных недр периодически разрушает газогидратные залежи. Так, например, дно Мексиканского залива в районе Бермудского треугольника в результате тектонического разрушения газогидратных залежей периодически фонтанирует мощнейшими газовыми потоками, образующими на поверхности моря громадные купола воды и газа. Эти купола на экранах судовых радаров фиксируются как «острова». При приближении к ним корабль теряет, естественно, свою архимедову подъёмную силу со всеми следующими отсюда последствиями, а «острова» исчезают. При разрушении гидратов происходит резкое понижение температуры в пласте, и в результате создаются условия для образования нового гидратного льда и запечатывания газоносных отложений.

Однако если смесь водорода и органических соединений прорывается в земную атмосферу, то огромная тепловая энергия реакций соединения атмосферного кислорода с водородом, метаном и другими углеводородами в жерлах вулканов плавит горные породы до 15000C, превращая их в потоки раскалённой лавы. В атмосферу при этом выбрасываются тысячи кубических километров газов, в том числе продуктов сгорания водорода и метана – водяного пара и углекислого газа. А миллионами лет нарабатываемый при разложении углекислого газа растительным миром атмосферный кислород при соединении с водородом и образовании воды теряется безвозвратно.

Питер Вард из университета Вашингтона нашёл причину «Великого вымирания», случившегося 250 миллионов лет назад. Изучив химические и биологические «следы преступления» в осадочных породах Вард пришёл к выводу, что они были вызваны высокой вулканической активностью в течение нескольких миллионов лет в той области, которая теперь называется Сибирью. Вулканы не только нагревали атмосферу Земли, но и выбрасывали в неё газы. Кроме того, в этот же период в результате испарения воды произошло значительное понижение уровня Мирового океана и на воздух были выставлены огромные площади морского дна с залежами газогидратов, «экспортировавших» в атмосферу гигантские количества разных газов, и в первую очередь метана – самого эффективного парникового газа. Всё это привело как к дальнейшему быстрому потеплению, так и к снижению доли кислорода в атмосфере до 16% и ниже.

А поскольку концентрация кислорода падает с высотой вдвое, то сократилась пригодная для существования животного мира площадь на планете. «Если вы не жили тогда на уровне моря, то вы вообще не жили» - говорит Вард.

Легко проследить дальше судьбу вулканических водяного пара и углекислого газа, Водяной пар «секвестрировался» конденсацией, а углекислый газ опять миллионами лет «секвестровался» в биомассе растительного мира планеты в результате реакции фотосинтеза с образованием молекулярного атмосферного кислорода.

Расчеты сегодняшней производительности растительного мира Земли, выполненные автором по методике, учитывающей, в том числе, зависимость интенсивности фотосинтеза от географической широты, листовой поверхности и ряда других факторов, дали следующие результаты: годовое производство растительным миром Земли атмосферного кислорода составляет 138,3*109 тонн, годовое потребление при этом растительным миром Земли углекислого газа атмосферы – 184,1*109 тонн. Сегодняшняя атмосфера Земли весит ориентировочно 5150000*109 тонн и включает в себя в том числе кислород (O2) – 21%, т. е. 1080000*109 тонн, и углекислый газ (СО2) – 0,035% . т. е. 1800*109 тонн.

Интересно было оценить, за сколько лет при прекращении поступления углекислого газа в атмосферу при сегодняшней мощности растительного мира Земли, растения исчерпают его сегодняшний запас. Оказывается за 9-10 лет! После чего растительный мир должен прекратить свое существование, а за ним исчезнет и животный мир Земли, лишенный своей естественной пищи.
Четыре миллиарда лет назад углекислого газа в атмосфере Земли было чуть ли не 90 %. Сегодня - 0,035 %. Так куда же он делся? Известно, что как только на планете появилась жизнь в виде флоры (сине-зеленых водорослей, простейших растений), они стали разлагать углекислый газ и синтезировали углеводы, из которых строили собственные тела. Кислород же выбрасывался в атмосферу, замещая в ней углекислый газ. Процесс этот, называемый фотосинтезом, каталитический, происходящий с помощью хлорофилла, содержащегося в растениях:


6CO2 + 6H2O + СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ = C6H12O6 + 6O2

С энергетической точки зрения фотосинтез есть процесс превращения энергии света (естественного солнечного или искусственного) в потенциальную химическую энергию продуктов фотосинтеза - углеводов и кислорода атмосферы. Отмирая, растения падали на дно болот и при отсутствии там кислорода превращались в уголь, а кислород накапливался в атмосфере.

Предполагается, что около 1,5 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от его современного количества. Тогда были созданы энергетические условия для появления животных, которые при пищеварении окисляли атмосферным кислородом углеводы, составляющие растения, и вновь получали свободную энергию, используя её уже для собственной жизнедеятельности. Возник сложный энергетический биоценоз «флора-фауна», который и начал свою эволюцию. В результате эволюционных динамических процессов в биосфере Земли были сформированы определенные условия для саморегуляции, называемые гомеостазом, постоянство которых во времени необходимо для нормального функционирования совокупности всех живых организмов, составляющих сегодняшнюю биосферу.

Всё сказанное выше наводит на мысль о необходимости сбалансированности производства растениями атмосферного кислорода и его потребления природой, животными и человеком. Если повышать содержание СО2, как одного из исходных продуктов для фотосинтеза, то соответственно будет увеличиваться и интенсивность фотосинтеза, однако до определенного предела. При увеличении добычи и сжигания органического топлива до 20 млрд. тонн условного топлива (т у. т.) в год промышленное потребление кислорода из атмосферы составит примерно 50 млрд. тонн и в совокупности с естественным потреблением превысит нижнюю границу его воспроизводства в природе. Во многих промышленно развитых странах эта граница давно уже пройдена.

Поскольку рассматриваемые изменения произойдут в короткий эволюционный период, велика вероятность выхода человечества и всей сегодняшней биосферы за границы возможностей гомеостаза, т. е. саморегуляции. С позиции необходимости поддержания гомеостаза, в том числе определенного содержания кислорода в атмосфере Земли, сжигаемый атмосферный кислород должен постоянно и непрерывно восстанавливаться растениями в результате фотосинтеза. При этом суммарная энергия, выделяемая при сжигании горючего в атмосферном кислороде, должна соответствовать количеству солнечной энергии, потребляемому растениями при фотосинтезе с целью воспроизводства такого же количества кислорода. Растения в виде производства кислорода и органического топлива (углеводов собственного тела) воспроизводят, тем самым, затраченную животными и человеком потенциальную химическую энергию топлива.

Очевидно, что для сохранения гомеостаза, мощность всей земной энергетики, использующей горючее, не должна превышать определённого уровня, соответствующего мощности растительного мира Земли по воспроизводству атмосферного кислорода! В противном случае дисбаланс приведёт к тотальной деградации среды обитания человечества - сегодняшней биосферы Земли!
Такой международный порядок сбалансированного потребления горючего должен быть установлен для каждой страны, а при соблюдении его можно будет утверждать, что страна пользуется «восполняемым» или «возобновляемым» источником энергии при сжигании топлива.

Вот и весь весьма простой механизм образования органического топлива на Земле, как совокупности различного вида горючего (угля, водорода, метана, нефти и другой «биомассы») и окислителя (атмосферного кислорода), а также элементарно необходимые правила его потребления. Однако мировое сообщество, похоже, не собирается соблюдать эти правила. Большинство промышленно развитых стран уже давно стали странами-«паразитами», у которых промышленное потребление атмосферного кислорода на их территории многократно превышает его воспроизводство растительным миром. Россия, Китай, Индия, страны Латинской Америки, многие другие «развивающиеся» страны – это «доноры», которые безвозмездно снабжают страны - «паразиты» атмосферным кислородам (см. «ПВ» № 5-6, март 2001 года - «Атмосферным кислородом по глобализации и кредиторам»).

 А страны Евросоюза в результате ратификации сегодняшним руководством России Киотского протокола вообще запретили ей сжигать её собственное топливо в объёме, превышающем уровень сжигания в 1990 году (см. «ПВ» № 16, ноябрь 2004 года - «Место у Киотской «параши»).

Но вернёмся к запасам горючего на планете, в первую очередь газа и нефти. Теория абиогенного генезиса нефти и газа выводит нефтегазовую геологию и геохимию на новые многообещающие рубежи освоения немереных кладовых углеводородного сырья. Как следует из сказанного выше, запасы горючего на нашей планете практически не ограничены. Открыто немало месторождений, в которых нефть и газ залегают на глубинах 4500-7520 м. На Сицилии уже около 20 лет разрабатываются газонефтеносные месторождения, тесным кольцом опоясывающие лавовые склоны знаменитой Этны. В США обязательное финансирование газогидратных разработок даже законодательно оформлено.

 В Брукхейвенской национальной лаборатории США, учитывая, что газогидраты устойчивы только при низких температурах и высоких давлениях и поэтому быстро разрушаются при извлечении со дна, сконструировали установку, на которой их можно синтезировать, а затем изучать кинетику их разложения и разработать технологию добычи, применимую уже в промышленных условиях. Некоторое время назад на геофаке МГУ небольшое сообщение сделал замминистра природных ресурсов Индии. Он говорил про миллиарды долларов, направляемых страной на поиск и разработку технологии добычи газогидратов. Высокого гостя спросили: «Индия не самая богатая страна, почему вы тратите огромные средства на эти проекты, когда за меньшие деньги газ можно просто закупать – в Саудовской Аравии или где-то поближе». Замминистра ответил: «У нас много угольных месторождений, можно уголь перерабатывать в метан, но это на порядок больше затрат на перевозку газа или вложений в газогидратную тематику. Закупать газ, танкерами его возить или строить из России газопровод через Гималаи – тоже проекты дорогие. Третий путь – использовать газогидраты, которых у нас полно в океане и которые находятся рядом, под боком».

В России специалистов по газогидратам совсем мало. Если посмотреть на те технологии, которые Министерство образования и науки утвердило в качестве приоритетных, и по которым сейчас готовятся конкурсы для финансирования соответствующих проектов, можно заметить, что совсем исчезло направление, связанное с топливом будущего. Как говорят специалисты, генетическое родство нефтей, газов и конденсатов Западной Сибири свидетельствует об их поступлении из одного общего глубинного, вероятней всего подкоркового источника, сформировавшегося недавно. Да и атмосферного кислорода растительный мир России производит немеренно, хотя есть и обязательства России по Киотскому протоколу. Поэтому может и ни к чему нам все эти инновации?

Однако можно утверждать, что сейчас происходит перераспределение экономико-политических потенций между странами в связи с перекраиванием мировой карты размещения горючих энергоносителей. Возможно, лет через 15-20 страны, овладевшие прорывными энергетическими технологиями, будут иметь столько горючего, сколько захотят, из-за чего мировой экспорт нефти и газа резко сократится. Тогда страны – сырьевые придатки станут играть десятистепенную роль на мировом рынке. А так как Россия живёт и кормится нефтью и газом, то она может превратиться в захолустье.

Может быть поэтому Владимир Путин на встрече в Ганновере с Герхардом Шрёдером сказал, что путь России к достойной жизни - это инновационное развитие? Да и друга Герхарда понять можно. С одной стороны - «зелёные» и запрет на строительство атомных электростанций, с другой – как же поддерживать и развивать экономику без эффективного производства электроэнергии (см. «ПВ» № 15, октябрь 2004 года - «Красно-зелёные правительства Евросоюза и перспективная энергетика»)?

Для стран Евросоюза, которые испытывают бесспорный экологический кризис, в первую очередь из-за потребления органического топлива, многократно превышающего возможности окружающей среды на их территориях по восстановлению антропогеннопоглощяемого атмосферного кислорода и поглощению антропогенного углекислого газа, политическое давление «зелёных» направлено, тем ни менее, против атомной энергетики. В этой связи у российской атомной энергетики есть шанс для постоянного и широкого экспорта электроэнергии в страны Евросоюза.

Хотя не всё так просто. В России атомные электростанции являются сегодня собственностью государства, и всё ещё ведётся полемика о целесообразности их приватизации. Одним из аргументов в пользу акционирования, чуть ли не главным, является необходимость привлечения частных инвестиций в развитие атомной электроэнергетики. Однако известно, что на Западе не удаётся найти место для ядерной энергетики в новой, либерализированной модели энергетики. Будучи сейчас необходимой для общества, ядерная энергетика оказывается невыгодной для частных инвестиций – основного двигателя энергетического будущего всего мира. Ведь все действующие сегодня в мире атомные станции были построены в своё время государственными или частными вертикально-интегрированными монополиями, которые действовали в рамках прежней модели экономики. Новая модель сделала инвестиции в капиталоёмкую ядерную энергетику невыгодной для частных инвесторов, хотя на ядерную энергетику и сохранился общественный спрос.

В своём первом после ноябрьских выборов интервью, которое Буш дал «The Wall Street Journal», он подчеркнул, что «… нам нужен закон об энергетике… Я уверен, что ядерная энергия поможет нам найти ответы на многие вопросы. Безусловно, она более экологична, [ведь] многие обеспокоены сжиганием угля [в энергетических целях]. Она, безусловно, решает вопрос о зависимости [США от внешних поставщиков энергоресурсов]. Это возобновляемый источник энергии [!]. Фундаментальный вопрос – смогут или нет регулирующие и законодательные нормы оправдать капиталовложения в атомную энергетику, чтобы она могла конкурировать с другими видами энергетики».

Но это уже другая тема. Хотя, на наш взгляд, всё решается довольно просто – введением необходимой платы за потребление атмосферного кислорода, то есть природного капитала, не находящегося в частной собственности (см. «ПВ» № 13-16, июль-август 2003 года - «Устойчивое развитие и экоэффективность мировой электроэнергетики»).

Другие статьи номера «ПВ» , 0

Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
  © Промышленные ведомости  
Rambler's Top100