Газ — топливо современности: объясняем, почему это действительно так

Газ — топливо современности: объясняем, почему это действительно так

Альтернативные источники энергии в последние лет пятнадцать регулярно фигурируют в новостях как перспективная замена традиционной энергетике, построенной на сжигании углеводородов. При этом, новости про сооружение ветряных, солнечных и разных прочих электростанций буднично соседствуют с новостями о прокладке очередного газопровода. В чем тут дело и нет ли какой диверсии? Давайте разберемся.
Редакция ПМ

Возобновляемые источники энергии обязательно обладают хотя бы одним из двух фундаментальных недостатков. Либо они недоступны в определенной местности — это свойственно волновым, приливным и геотермальным электростанциям, которые можно построить очень не везде. Либо они зависимы от погоды — это присуще ветровым и солнечным электростанциям, которые зависят от ветра и ясности небосвода соответственно. В обоих случаях произведенную ими энергию надо где-то запасать на случай штиля или пасмурной погоды, не говоря уже о ночи.

С газом проще, он намного более предсказуем. Для его использования нужны: месторождение, пробуренная в нужном месте скважина, труба, проложенная оттуда к потребителю, ну, и хранилище газа, востребованное в том случае, если потребителю сейчас не нужно столько газа. Роль хранилищ обычно выполняют ранее выработанные месторождения — газ под давлением закачивается в когда-то продуктивный пласт, а потом извлекается оттуда. Поговаривают, что именно наличие таких выработанных месторождений, пригодных под хранилища, в советские годы послужило причиной прокладки основных экспортных газопроводов именно через Украину, а не через Беларусь, где потенциальных газохранилищ практически нет.

Так или иначе, газоснабжение независимо от природных факторов. Кроме того газ удобен и сам по себе. Его не надо грузить, закачивать и вообще тратить какие-то специальные усилия. Достаточно создать в подводящей трубе высокое давление — и он поступит на горелку.

Кроме того, газовая труба очень надежна. Перебои электроснабжения в нашей жизни бывают пусть и не каждый день, но относительно часто. А чайник вскипятить хочется и тогда.

Природный газ — это почти исключительно метан (CH4). Пропан, бутан и прочие горючие газы применяются редко и, по большей части, там, где газ не поступает по трубе, а перевозится в автомобильном баке, бачке для туристической горелки и т. п.

Сжечь максимально выгодно

Если сравнить типичное для наших времен оконечное оборудование для обычной потребительской кухни, то выяснится, что газовая плита «шустрее» — чайник на ней закипит скорее, чем на ее электрическом аналоге. Даже очень новомодные электрические штуки, вроде галогеновых конфорок, заметно проигрывают традиционной газовой. Но это до тех пор, покуда у вас дома не стоит газовый счетчик. В России этот зверь пока встречается очень нечасто, но как только он появится, станет экономически выгодно учитывать КПД ваших приборов. Вот тут и выяснится, что газовая конфорка уступает электрической по КПД примерно на 10−15%, а если взять новейшую индукционную электроплиту, то и вдвое. Правда, эта плита сама по себе довольно дорога. Часто говорят, что в России очень дешевый газ, который всегда будет дешевле электричества. Сейчас это — правда, но так может быть не всегда.

Способов повышения КПД газовой горелки, как и всякого открытого огня, относительно немного. Инженерная мысль здесь сосредоточена на конструкциях, обеспечивающих заблаговременное смешение газа с воздухом, с образованием газо-воздушной смеси, которая потом сгорает полнее и быстрее.

На рынке можно найти множество моделей вихревых, инжекционных и прочих продвинутых горелок, объединенных тем, что атмосферный воздух засасывается внутрь под действием перепада давлений, создаваемых струей газа и там перемешивается с ним, после чего получившаяся смесь подается к месту сгорания. Объединяет эти конструкции то, что для кухонной плиты они не подходят — слишком велики и дороги.

Правда, ассортимент домашней утвари не исчерпывается плитой. В случае водонагревательной техники КПД горения газа существенно выше, поскольку он сжигается в замкнутом пространстве, откуда продукты горения выводятся уже сильно остывшими. В котле, предназначенном для подогрева воды, желаемый эффект на газе достигается примерно втрое быстрее. В моменты, когда хозяин дома пришел с мороза и хочет побыстрее принять горячую ванну, это отличие существенно.

Газ из отходов

Выше мы говорили, что для добычи газа нужно месторождение. В случае «большой» энергетики это так, но сегодняшняя действительность разнообразнее. Представим себе относительно небольшую ферму. Десяток-другой коров. Эта живность каждый день производит порядка полутонны навоза. Его можно использовать как удобрение, но через неделю окажется, что все кусты и деревья удобрены до последней картошки. Можно продавать односельчанам, но очень скоро выяснится, что брать его они не готовы даже бесплатно.

Но навоз можно загрузить в биореактор, полить, подогреть, перемешать. Биологические отходы в такой ситуации разлагаются с обильным выделение газа, который по своему составу практически не отличается от газа «из трубы». Такой же метан. Этот газ можно отправить на обеспечение бытовых приборов, включая и подогрев той установки, в которой он получен.

С человеческим мусором можно сделать совершенно то же, правда в этом случае к технологическим операциям добавляется сортировка мусора, обеспечивающая отделение органики от всего остального. В европейских странах эту функцию в значительной степени выполняет раздельный сбор мусора жителями.

Первопроходцем на этом пути стала Швеция, где производство биогаза стартовало более полувека назад, в 1960-х годах. Правда, тогда оно рассматривалось как способ очистки сточных вод. А если от этого будет еще и прибыль, то хорошо, но можно и без этого.

Сегодня в Германии производство биогаза из отходов нацелено на то, чтобы вырабатывать 6 миллиардов кубометров газа в год к 2020 и 10 млрд кубометров в год к 2030 году. Более 90 заводов утилизируют биологические отходы, в том числе муниципальные твердые бытовые отходы. Около 1 700 заводов работают на канализационных очистных сооружениях. В Норвегии биогаз в основном используется для выработки электроэнергии. Получают его из навоза, бытового мусора и сточных вод. Его общий потенциал оценивается в 6 млрд. кВт-ч в год. В Финляндии работают 76 биогазовых установок, которые производят в общей сложности 139 млн. м3 биогаза. Свалочные и муниципальные очистные заводы доминируют, хотя есть и фермы с биогазовыми установками.

Надо заметить, что биогаз отличается от «подземного» одним важным свойством: его потребление не означает выброс в атмосферу ранее погребенного в недрах углерода, таким образом мы, по заветам Греты Тунберг, не участвуем в глобальном потеплении. Таким образом, газ потенциально является таким же экологичным источником энергии, как солнечные лучи и океанский прилив. Неудобство в том, что его сложно «упаковать».

Сжижай это

Привычный нам газ из подземных месторождений чаще всего поступает к потребителю по трубе. Если трубу проложить сложно, или производитель в принципе желает быть свободным в выборе рынка сбыта, то из газа можно сделать жидкость.

Сжиженный природный газ — это тоже самое вещество, сжатое, охлажденное до минус 160 градусов Цельсия и залитое в нечто вроде большого термоса или, выражаясь по‑научному, сосуда Дьюара. В таком виде жидкий метан не горит, не кипит и вообще ведет себя прилично. Перевозят его на газовозах — очень больших судах, немного похожих на танкеры, но с гигантскими баками-термосами вместо нефтяных танков.

В порту назначения СПГ либо превращается в обычный газ и идет дальше по привычной нам трубе, либо разливается в баки поменьше, вроде автомобильных и в таком виде покупается конечным потребителем.

Сжижение газа — энергоемкий процесс, но очень перспективный, поскольку позволяет отвязать отрасль от трубы. Пока это делается только с подземным газом, но в принципе ничто не мешает поступить так же и с биогазом. Для этого нужно либо увеличить объемы его производства, либо удешевить сжижение. Очень вероятно, что в ближайшие десятилетия какая-то из двух проблем будет решена, после чего человечество обогатится еще одним возобновляемым источником энергии, не вызывающим климатических последствий.

Дело — труба. А на том конце трубы…

Сколько трубе не виться, а в конце обязательно окажется какое-то устройство, предназначенное для сжигания газа — больше с ним ничего не делают. Про плиты мы уже поговорили, давайте перейдем к водонагревательной технике. Таковая должна быть удобной, экономичной и экологичной, как все газовое.

Современный водонагревательный котел должен обеспечивать подачу горячей воды и в водопровод и в отопительную систему. Вода должна нагреваться и подаваться быстро — за считанные минуты, а если получится — то и меньше.

Было бы очень неплохо, если бы автоматика котла обеспечивала возможность удаленного управления им, чтобы помещение было прогрето уже к приходу хозяев. Хорошим примером реализации этой приятной функции является настенный двухконтурный котел Alteas X от компании Ariston. Один из его контуров отвечает за водоснабжение, другой — за отопление, а специальное приложение позволяет не только удаленно управлять чудом техники, но и вызывать специалистов, если что-то пошло не так.

Примечательной особенностью метана является то, что его относительно легко сжижать и далее хранить и перевозить в баллонах. Современная газовая техника позволяет переключаться между источниками топлива без дополнительных аксессуаров, как это сделано в газовом котле Alteas One той же компании.

Около года назад мы уже писали о спецмиссии Ariston Comfort Challenge, в ходе которой трое мужественных монтеров доставили газовый котел Alteas One на полярную станцию, расположенную на гренландском острове Диско. Живущие там ученые занимаются изучением заполярного биоценоза: рыб, птиц и растений. Это Арктика, там морозно. Гренландским животным тоже холодно, но они все-таки дома, миллионы лет эволюции позволили им приспособиться к климату. А человек — выходец из тропиков, поэтому в высоких широтах ему надо тепло одеваться. Еще ему очень не помешает комфортный домик, в котором тепло, невзирая на пургу и вьюгу.

Именно эту задачу решили специалисты компании Ariston, доставившие в Заполярье новейший водонагревательный котел и установившие его на научной станции. Благодаря ему там тепло и комфортно.

Хотя ветряки и солнечные батареи настойчиво входят в нашу жизнь, традиционное углеводородное топливо пока рано считать пережитком прошлого. Возможность его использования как минимум означает свободу выбора, которая тоже приятна. Очень вероятно, что его использование при нашей жизни станет таким же символом экологичности, как сейчас — ветряк. Сады зацветут, белые медведи вернутся с помоек на свои льдины, а Грета Тунберг снова пойдет в школу.

Всего вам теплого!

Интересно как устроен ядерный реактор и могут ли роботы построить дом?
Все о новых технологиях и изобретениях!
Спасибо.
Мы отправили на ваш email письмо с подтверждением.
Комментарии

Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь,
чтобы оставлять комментарии.