Как получают синтетический метан

Пару лет назад в «Audi» придумали способ получения дешевой энергии, которую немцы планировали использовать для производства экологичного топлива. Проект получил название Audi e-gas, и главной его целью сегодня является «круговорот» СО2.

Изначально предполагалось, что это электричество, выработанное исключительно с помощью возобновляемых источников будет использоваться при производстве электрических автомобилей семейства e-tron, а также для их дальнейшего использования. В частности, председатель правления компании Руперт Штадлер в 2010 году неоднократно заявлял, что все электромобили «Audi» будут работать на электричестве, полученном экологически безопасным способом. Поэтому, собственно, на протяжении двух следующих лет этот топливный проект выглядел лишь как дополнение к проекту e-tron. Но кто бы мог подумать, что в итоге все это поставит под угрозу бизнес, например, Газпрома? Мечты Алексея Миллера явно выглядят иначе...

Выработка экологически чистого электричества действительно оказалась частью более крупной программы, но не совсем автомобильной. Инициатива со скромным названием Audi balanced mobility вплотную связана с машинами, но главной ее задачей является достижение нейтрального баланса по диоксиду углерода на протяжении всей жизни автомобиля, начиная с момента производства и заканчивая моментом утилизации. И одной из ключевых составляющих программы является проект Audi e-gas, а выработка электроэнергии в Северном море и ее транспортировка – лишь его составляющая. И это выглядит куда интереснее, чем повальное увлечение электромобилями и попытки создания эффективного гибрида.

Дело в том, что e-gas отчасти можно считать углеводородом, так как речь идет о выработке синтетического... метана! Этот газ сам по себе является одним из самых быстровосполняемых углеводородов на планете. Однако искусственный метан, по мнению немцев, позволит еще и очистить Землю от парниковых газов. Суть в том, что при его выработке реакция происходит с использованием воды и диоксида углерода и, следовательно, предотвращает поступление последнего в атмосферу. В результате же мы получаем замкнутый, по сути, цикл оборота СО2. Единственным же выхлопом на первом этапе является кислород, а на втором – дистиллированная вода. Кроме того, гидролиз позволяет вырабатывать водород, который, в свою очередь также является источником энергии и в среднесрочной перспективе может использоваться на машинах с топливными ячейками.

Наряду с разработкой водородных машин, эта схема выглядит более чем перспективной, поскольку уж что-что, а запасы СО2 на планете не никогда иссякнут. Поэтому даже если для синтеза, в итоге, будет использоваться не «экологически чистое» электричество, она все равно окажется более реальной и эффективной, чем любое другое подобное начинание.

Дело в том, что установка, предназначенная для получения топлива может быть каких угодно размеров. Audi сейчас построила завод и ближайшем будущем собирается создать целую сеть подобных предприятий. Но кто мешает сделать сделать установку более компактной и обеспечить таким образом топливом, скажем, деревню? Или улицу? Или отдельно стоящий дом? Для гидролиза понадобится электричество, однако на этот случай есть ветряки. Разумеется, скажем, в Средней полосе России они не будут являться основным источником энергии, но почему им при этом не быть вспомогательным? В любом случае, вы производите дешевый метан, которым в последствии и топитесь, и машину заправляете.

А теперь сравните эту идею с «умным домом», который придумал «Nissan». После трагедии в Фукусиме японцы решили оградить соотечественников от длительных отключений электроэнергии: мол, ребята, ваш LEAF теперь умеет не только потреблять электричество, но и отдавать его – подключаете его к дому и можете пользоваться... Все отлично, если не одна мелочь: LEAF – аккумулятор, который, как известно, имеет свойство разряжаться, и в конце концов это произойдет. Для Японии, думаю, пять-шесть часов без энергии – нонсенс, у нас, как показывает практика, нормой считаются и несколько дней, так что программа e-gas в нашем случае – проект не только интересный, но и полезный, а для Европы еще и стратегический, так как в перспективе он позволит Старому Свету полностью слезть с российской газовой иглы. Учитывая, что эта схема давно и достаточно эффективно используется в химической промышленности, проблем с ее использованием быть не должно, единственная проблема, которую предстоит решить инженерам немецкой компании (в проекте также участвуют ETOGAS GmbH, MT-BioMethan GmbH, Центр по исследованию солнечной и водородной энергии (ZSW), Фрауэнхофский институт по ветроэнергетике и технологиям энергосистем (IWES) и EWE Energie AG) – возможность получения СО2 непосредственно из атмосферы, и если это случится мечты сбудутся у всех, а не только у менеджеров Газпрома.

Как это работает

Если упростить схему до школьного уровня, то она становится практически элементарной. Фактически технология состоит из трех этапов. Первый – выработка «зеленого» электричества. Второй – электролиз, в ходе которого вода расщепляется на кислород и водород. Третий – метанирование. Полученный в ходе гидролиза водород поступает в соответствующий резервуар, где в дальнейшем реагирует с СО2, образуя тот самый e-gas. В качестве же побочного продукта образуется дистиллированная вода.

Ветровые электростанции в Северном море

Электричество для проекта e-gas вырабатывают с помощью четырех энергетических установок, построенных на старых нефтяных платформах в Северном море. За счет постоянных ветров они примерно на 40% эффективнее наземных ветряков того же размера.

Каждая из турбин рассчитана на 3,6 мегаватт, то есть ежегодно они вырабатывают порядка 53 гигаватт энергии, которых вполне хватает для нужд среднего города. Притом, с повышением эффективности отдача ветряков будет только увеличиваться.

Топливный завод

В данном случае речь о громадном заводе по производству синтетического метана в немецком Верльте, который Audi с партнерами запустили 28 июня прошлого года. Его строительство началось в сентябре 2012 года, а закончено в декабре. Как заявили немцы, излишки тепла, образующиеся в ходе метанирования, используются на соседнем заводе по производству биогаза, а оттуда на предприятие поставляется высококонцентрированный CO2, использующийся как базовое сырье для производства e-gas. Последний момент и является основной технологической препоной для повсеместного внедрения подобных комплексов, поскольку иные составляющие – вода и электричество – по сути, есть где угодно.

Этот завод вписан в общую энергетическую и газораспределительную сети Германии со всеми отсюда вытекающими. Проще говоря, синтезируя с помощью «зеленого» электричества искусственный метан, немцы его, как минимум, сохраняют, поскольку он в последствии может быть использован в качестве топлива на газовых или тепловых электростанциях.

Стоит заметить, что e-gas практически идентичен природному газу. Предприятие в Верльте будет производить около 1000 тонн e-gas в год, химически связывая при этом около 2800 тонн двуокиси углерода. Примерно такое же количество СО2 за год поглощает буковый лес, состоящий из 220 000 деревьев.

Audi g-tron

В конце 2012 года менеджмент Audi объявил о том, что компания отказывается от выпуска R8 e-tron, обосновывая свое решение тем, что этот проект оказался слишком дорогим и неэффективным. В частности немцев не устроила стоимость аккумуляторов. В итоге те автомобили, которые уже были произведены, они планируют использовать для дальнейших испытаний. Нет существенных подвижек и в деле о запуске аналогичного А1. Машину обновили, но что с ней будет в дальнейшем пока неизвестно. В общем, реализацию концепции электромобиля в Ингольштадте, можно сказать, заморозили.

В то же время, не так давно оттуда пришло сообщение, что компания выпустит 1500 Audi A3 Sportback g-tron. В пятидверном хэтчбеке с двигателем 1.4 TFSI в качестве топлива может использоваться природный газ, биометан и Audi e-gas. Кроме того, двухтопливная концепция машины позволяет ей ездить и на бензине. Все это обеспечивает единовременный запас хода около 1300 километров.

Предполагается, что покупая Sportback g-tron клиент может заказать квоту на e-gas. С этого момента он будет включен в процесс учета топлива, гарантирующий, что весь газ, закачиваемый в баллон автомобиля на газозаправочной станции, поступил в газотранспортную сеть именно с завода Audi e-gas.

Audi утверждает, что A3 Sportback g-tron потребляет в среднем менее 3,5 кг e-gas на 100 км пути. Выбросы CО2 при этом не превышают 95 г/км по циклу NEDC, и что работа двигателя этого автомобиля является нейтральной с точки зрения влияния на климат, так как вся двуокись углерода, образующаяся во время эксплуатации автомобиля, ранее была изъята из атмосферы при производстве топлива. В итоге, даже при комплексном анализе wheel-to-well, который учитывает строительство и эксплуатацию завода, а также строительство и обслуживание ветрогенераторов, выбросы CO2 составляют лишь 20 г/км, что является рекордно низким показателем, который недавно был подтвержден сертификатом TÜV Nord.