При сгорании угля образуются двуокись серы и окись азота, которые приводят к кислотным дождям, загрязняющим почву и озера, и способствуют образованию токсичных тяжелых металлов типа ртути и двуокиси углерода (СО₂) – парникового газа.

В действительности уголь является наиболее насыщенным углеродом  ископаемым топливом. Его сжигание на электростанциях приводит к образованию в два раза большего количества СО₂ (в расчете на киловатт-час электроэнергии), чем при сжигании природного газа. Однако страны, обладающие скудными запасами нефти и природного газа, такие как Китай, вынуждены сжигать уголь, чтобы удовлетворить все возрастающую потребность в энергии своей развивающейся экономики.

Больше энергии, меньше отходов

Чтобы снизить вредное воздействие угля на окружающую среду, многие страны заняты поиском более эффективных и чистых способов преобразования угля в необходимую энергию. Один из таких способов – газификация угля. В результате газификации угля образуется синтез-газ – смесь оксида углерода и водорода, который может применяться в газовых турбинах для выработки электроэнергии или использоваться в качестве доступного сырья для производства удобрений или химикатов.

Выработка электроэнергии на основе процесса газификации угля обходится дороже, чем строительство обычной  электростанции, однако экологические выгоды очевидны: синтез-газ можно очистить от серы, большинства токсичных окисей азота, тяжелых металлов и частиц, что гораздо труднее осуществить в дымовых трубах, когда уголь сжигают на обычных электростанциях. Количество отходов при этом незначительно: серу можно использовать в промышленных процессах, а минеральный остаток, который плавится и выпадает на дно газификатора в качестве шлака, можно применять при строительстве дорог. Более того, правительственные круги сейчас обсуждают политику и торговые рамки, обеспечивающие контрольвыброса СО₂ на электростанциях, и здесь газификация угля может стать хорошим техническим решением. Она использует энергию более эффективно, чем обычная электростанция со сжиганием угля, и выбрасывает меньше СО₂ на то же количество произведенной электроэнергии. Газификация угля открывает также возможность более дешевого и простого способа улавливания СО₂, который можно отводить по трубопроводам в подземное хранилище или закачивать в истощающиеся нефтяные пласты с целью повышения нефтеотдачи. Удаление СО₂ из синтез-газа до его сжигания, когда концентрация СО₂ высока и газы находятся под большим давлением, оказывается проще и требует меньших затрат, чем улавливание его в дымовых трубах, где давление ниже и он находится в смеси с другими отработанными газами.

Целый ряд компаний разработали и предлагают на рынке технологию газификацииугля – в их числе «Шелл», «General Electric», «Siemens» и «Mitsubishi», однако технологические процессы при этом отличаются. Например, «General Electric» использует водную суспензию для подачи угля в газификатор. В технологии «Шелл» используется сжатый азот для подачи в газификатор плотного потока распыленного угля, где он смешивается с паром и кислородом при температуре 1400 - 1600 градусов Цельсия (2552 -2912 градусов по Фаренгейту).

Высокие затраты все еще являются препятствием на пути широкого распространения процесса газификации угля для выработки электроэнергии. Типичное предприятие по газификации угля примерно на 10%-20% дороже в строительстве и эксплуатации при пересчете на единицу произведенной электроэнергии. Продолжаются исследования по поиску и разработке более качественной и рентабельной технологии. Согласно данным IEA, затраты скорее всего будут снижаться по мере расширения применения процесса газификации угля. Страны, подобные Китаю, должны сопоставить размер дополнительных расходов, связанных с газификацией угля, и пользу применения данного процесса для сохранения окружающей среды и, исходя из этого, делать вывод, можно ли подождать снижения расходов, прежде чем внедрять технологии газификации угля для производства электроэнергии. По словам Мартина Соломона, старшего советника по стратегии отделения «Шелл» по производству «чистой» электроэнергии из угля, «Китай стремится к очистке производства электроэнергии из угля вблизи больших городов, где имеются наилучшие возможности для использования технологии газификации».

Строительство и эксплуатация электростанции с газификацией угля обходится
дороже, чем обычной, однако экологические выгоды очевидны.

Дилемма СО₂

Необходимость оборудования для улавливания и хранения СО₂ существенно увеличивает затраты и является основным камнем преткновения на пути прогресса. Без такой технологии рост использования угля представляет собой все большую угрозу окружающей среде. В настоящее время существуют лишь демонстрационные проекты. Считается, что до достижения промышленной рентабельности использования технологии улавливания и хранения СО₂ в комбинации с газификацией угля пройдет еще несколько лет. Это ставит некоторые компании перед дилеммой: осуществлять ли инвестиции в долгосрочные проекты строительства и эксплуатации электростанций, не имея данных о последствиях выброса СО₂ с финансовой точки зрения.

Николас Хименес Брудегом, руководитель европейского отделения «Шелл» по производству «чистой» электроэнергии из угля, полагает, что создание структуры вознаграждения компаний за серьезный контроль над выбросами СО2 является жизненно важным в вопросе повышения рентабельности газификации угля и более широкого его распространения.

Улавливание СО₂ на традиционных угольных электростанциях обходится дороже, чем в газификаторах. Сколько бы ни было заработано на торговле выбросами, в Европе эта сумма должна быть выше, чем стоимость создания новой технологии – только тогда данная технология будет рентабельной для промышленного применения в мировом масштабе. При существующих ценах такая технология экономически не оправдана. «В настоящее время никто не хочет вкладывать крупные средства в технологии улавливание углерода, поскольку в проблеме СО2 наблюдается застой», - говорит Хименес Брудегом. «Правительства должны создать необходимые структуры, которые сделают эти инвестиции экономически оправданными». Этот взгляд разделяет и Брайан Рикетс, аналитик в области угольной энергетики из IEA: «Прежде, чем проекты выйдут на конкурентный рынок, необходимо оценить расходы по снижению выбросов СО^₂». Следует также подчеркнуть, что существующие демонстрационные проекты в значительной степени зависят от государственного финансирования.

Международный альянс энергетических компаний и государственных организаций работает в США над проектом газификации угля стоимостью $1,7 млрд. Этот проект, поддерживаемый Департаментом энергетики, будет включать процесс улавливания СО₂ и его подземное хранение. Проект FutureGen, который должен быть запущен в 2012 г., предусматривает производство электроэнергии, достаточной для снабжения 150 000 домов, а также производство водорода; это будет одна из первых в мире электростанций с «нулевыми выбросами».

Аналогичный проект реализуется в Квинсленде, Австралия. В проекте ZeroGen для производства электроэнергии будет использоваться разработанная «Шелл» технология газификации угля, а сам проект финансируется, в основном, правительством. Если на этапе ТЭО будет подтверждена его жизнеспособность, то СО2 будут улавливать из синтез-газа и направлять по трубам в подземное хранилище, в качестве которого будут использоваться либо огромные соляные морские отложения, абсорбирующие СО₂, либо выработанное газовое месторождение. 

Разработанный «Шелл» процесс газификации угля будет также использоваться на планируемой электростанции в Великобритании, которая будет эксплуатироваться компанией Powerfuel; станция будет улавливать СО₂ и хранить его в выработанном газовом месторождении Северного моря.

Продолжаются работы по поиску и разработке более качественной и рентабельной технологии; согласно данным международного энергетического агентства затраты, скорее всего, будут снижаться по мере распространения использования процесса газификации угля.

Путь в Китай

Газификацию угля вряд ли можно назвать новинкой. Впервые этот процесс был разработан в начале 20 века в Германии, позднее он помог снабжать энергией нацистский военный комплекс в период Второй мировой войны. На этот же процесс полагался режим апартеида в Южной Африке, когда столкнулся с санкциями - запретом на поставку нефти. Более широкий интерес к газификации угля появился после нефтяного кризиса 1970-х гг., который заставил обратить внимание на другие источники энергии. Концерн «Шелл» начал строительство пилотного предприятия по газификации угля в Амстердаме, за которым в 1987 г. последовала демонстрационная установка его на НПЗ Deer Park в Хьюстоне. С 1994 г. технология «Шелл» используется на электростанции Buggenum мощностью 253 МВт в Голландии. Коммунальное предприятие Nuon, владелец этой электростанции, планирует применение технологии газификации угля «Шелл» на значительно более крупной электростанции, где может быть использована технология улавливания углерода. Рост цен на нефть делает процесс газификации угля более экономичным, однако Китай производит синтез-газ в качестве сырья для получения химикатов и удобрений, а также водорода для НПЗ. Так, например, находящиеся в Китае предприятия газификации угля компании GE производят синтез-газ в качестве сырья.

К настоящему времени концерн «Шелл» продал в Китай 15 лицензий на газификацию угля; при этом синтез-газ используется, главным образом, для производства химикатов и удобрений, а также для получения водорода. Технология «Шелл» применяется сейчас на пяти предприятиях, в том числе на СП в Юеяне (Yueyang), акции которого принадлежат поровну «Шелл» и крупнейшему в Китае НПЗ Sinopec. Существуют также планы независимого участия «Шелл» и «Sasol» в строительстве нескольких предприятий газификации угля с целью получения синтетического жидкого топлива.

Возвратимся в Линфен. Как и во многих других городах Китая, загрязненных смогом, следует надеяться на то, что здесь продолжат применение более чистых способов использования угля не только для производства сырья для химикатов или синтетического топлива, но и с целью производства электроэнергии, в которой страна нуждается для поддержания своего экономического роста.

Shell International B.V.