В основе нефтехимических процессов лежит разрыв относительно слабых С-С и С-Н связей в длинных углеводородных цепочках с целью получения более низкомолекулярных соединений. Основное направление газохимических процессов прямо противоположное. Из небольших и очень стабильных молекул метана и его ближайших гомологов необходимо получать более сложные и, как правило, менее стабильные продукты. Таким образом, если переработка нефти в значительной мере основана на равновесных процессах крекинга, изомеризации, гидрирования и дегидрирования, то производство тех же продуктов в газохимии протекает в условиях, часто контролируемых кинетикой процесса. Если в основе нефтехимических процессов лежит в первую очередь разработка активных и долговечных катализаторов, то в газохимии часто на первом плане стоит достижение необходимой селективности процессов по высокореакционным целевым продуктам. Это крайне сложная задача, поэтому неудивительно, что до сих пор в области переработки природного газа преобладают процессы, основанные на близком к термодинамически равновесному превращению его в синтез-газ (смесь CO и H₂) в процессах парового, «сухого» (при взаимодействии с CO₂), окислительного или автотермического риформинга. Несмотря на высокую энерго- и капиталоемкость, эти высокотемпературные процессы остаются основой всей современной крупнотоннажной газохимии.

Современные газохимические технологии - это сложные многостадийные энергоемкие процессы, требующие огромных капвложений, что вынуждает производителей для снижения издержек производства стремиться к повышению мощности предприятий [15]. Для сырьевого обеспечения таких гигантов необходимы месторождения с доказанными запасами газа в сотни миллиардов кубометров. Сейчас на мировом рынке GTL-технологий наблюдается очень высокая проектная и патентная активность [16]. Крупнейшие нефтегазовые компании мира уже вложили в их разработку несколько миллиардов долларов и сейчас между ними идет отчаянная конкурентная борьба за возможность их практической реализации. Поэтому в этом секторе газохимии отечественным разработчикам будет трудно противостоять натиску зарубежных конкурентов.

Кроме того, вынужденная тяга к гигантизму противоречит постоянному снижению запасов газа в эксплуатируемых и вновь открываемых месторождениях, а также современной тенденции снижения масштабов производства по соображениям техногенного риска, экологической нагрузки, необходимости диверсификации и повышения гибкости производства, уменьшения транспортных расходов. В российских газодобывающих регионах со сложными климатическими условиями и неразвитой инфраструктурой рентабельная эксплуатация предприятий такого масштаба и степени сложности практически невозможна. Как показывают результаты инвестиционных исследований [17], удельные капвложения при создании предприятий GTL в России почти вдвое выше, чем за рубежом. Расчеты подтверждают сделанный ранее в [15] вывод о стремительном росте удельных капзатрат при снижении объема производства, в связи с чем заводы GTL мощностью ниже 450 тыс. т/год в принципе не окупаются (рис. 9). И только интегрирование производства GTL в систему ОАО «Газпром», позволяющее использовать сырьевой газ с более низкой ценой, может обеспечить приемлемый уровень их рентабельности. При цене же газа 50 долл./тыс. м3 и выше даже гигантские предприятия производительностью 2,8 млн т/г., требующие капвложений на сумму свыше 5 млрд долл., имеют расчетный срок окупаемости свыше 25 лет [17].
 
Поэтому отечественная газохимия должна опираться на более простые и эффективные отечественные технологии конверсии природного газа, рассчитанные на эксплуатацию в условиях российских промыслов. И такие технологии, несмотря на финансовые, кадровые и прочие трудности, создаются сейчас многими коллективами отечественных разработчиков. Именно на этом поле принципиально новых газохимических процессов, отсутствующих пока у наших зарубежных конкурентов, отечественные разработчики и производители имеют реальные шансы вырваться вперед и захватить изрядную долю этого наукоемкого и перспективного рынка.

Показательно, что за рубежом уже ощущают вектор неизбежно надвигающихся перемен. Прошедшие недавно крупнейшие международные конференции по газохимии [9, 18] показали резкий всплеск количества работ по альтернативным процессам конверсии углеводородных газов. В прошлом году крупнейшая химическая компания мира Dow Chemical провела «разведку боем», объявив конкурс на грант на сумму свыше 6 млн долл. в области исследования процессов конверсии метана в химические продукты (www.dow.com). Объявленной целью инициативы была разработка технологий получения из природного газа базовых продуктов современной химической промышленности, в первую очередь этилена и пропилена. Причем заранее было оговорено, что исключаются предложения, основанные на получении синтез-газа. Собрав в итоге около 100 предложений и проектов различных исследовательских групп со всего мира, за эту относительно небольшую сумму компания получила возможность достаточно четко оценить картину состояния данной области и оптимизировать направление собственных исследований. Еще одна крупная химическая компания - южнокорейская LG Chem Ltd. заявила о разработке новой технологии производства нефтехимических продуктов (этилена) из метана. Хотя подробности не сообщаются, по-видимому, речь идет о процессе окислительной конденсации метана. Начало коммерциализации новой технологии запланировано на 2008 г.
 
Помимо непрерывного роста цены на нефть и обострения ситуации с ее ресурсами стоит обратить внимание еще на одну относительно новую тенденцию в мировой нефтегазовой отрасли, стимулирующую ускорение в ней инноваций и сулящую немалые перспективы тем, кто окажется более оперативным и расторопным в их разработке и реализации. По мере выработки наиболее крупных и доступных, а следовательно, экономически привлекательных месторождений углеводородов, их истощения и обводнения, падения пластового давления их дальнейшая эксплуатация становится все менее привлекательной для крупных компаний. Громоздкие и неоперативные, привыкшие к масштабным операциям и высокой норме прибыли, они начинают избавляться от ставших низкодоходными активов, требующих к тому же в каждом отдельном случае специфического индивидуального подхода для сохранения хотя бы незначительной рентабельности. И тогда на смену «крупным хищникам» приходят более мелкие, менее избалованные, но голодные и предприимчивые «шакалы», то есть небольшие независимые компании. Их число сейчас очень быстро растет, прежде всего в старых добывающих районах США и Северного моря. И им нужна совершенно другая техника добычи и переработки, более простая, экономичная и малотоннажная. Учитывая долговременную тенденцию снижения объема запасов и качества эксплуатируемых углеводородных ресурсов, этот сектор нефтегазовой отрасли имеет все шансы стать наиболее перспективным потребителем принципиально новых газохимических технологий.

Итак, подведем итоги:

То, что «сырьевое» развитие экономики России не может продолжаться вечно и даже сколько-нибудь долго, кажется уже достаточно очевидным. Единственный разумный выход - перевод отечественной экономики на инновационный путь развития. Если это не будет сделано, и при том достаточно быстро, то ожидаемые последствия даже неинтересно обсуждать. И поэтому термин «инновации» прочно закрепился в лексиконе российского политического истеблишмента. Но проблема в том, что понимать под инновациями. Мы прочно уверовали в неизбежность для России «догоняющего» пути развития и поэтому слепо подражаем Западу даже в его заблуждениях. С безоглядным энтузиазмом мы подхватываем отдельные направления: то «нанотехнологии», то «водородную энергетику», то «биотопливо» и пр. только потому, что они модны на Западе, и пытаемся превратить их чуть ли не в «национальную идею». Абсурдность многих из модных «инновационных» направлений очевидна для западных специалистов, справедливо сетующих на то, что более 40% исследовательского бюджета США выделяется на работы в области «возобновляемых» источников энергии, вклад которых в американскую энергетику менее 1% и вряд ли когда-нибудь заметно превысит эту величину. В то же время на исследования в области нефти и газа идет всего 5% исследовательского бюджета при их суммарном вкладе в энергетику более 60% (рис. 10) [19].Но если на Западе сытое общество в лице малограмотных законодателей под воздействием моды и мощного пиара финансирует очередную игрушку, а ученые в борьбе за гранты вынуждены как-то подстраиваться к навязываемым «правилам игры», то ситуация в России совершенно иная. Многие активно ратующие в широкой прессе «за водородную энергетику» даже не понимают, что речь идет о вторичном энергоносителе и что все промышленное производство водорода основано на конверсии газа и угля, которые он якобы «заменит после их истощения». Ситуация с биотопливами вообще анекдотична. Страна, обладающая минимум четвертью мировых ископаемых энергоресурсов и являющаяся крупнейшим в мире их экспортером и одновременно импортирующая до 40% потребляемого продовольствия, готовится бросить вызов Бразилии в производстве биоэтанола и биодизеля? Конечно, у нас есть масса «слабо используемых земель», особенно на севере Сибири и Чукотке. Мы уже имели богатый опыт массового выращивания кукурузы, почему бы не попробовать сахарный тростник? А картошку в российские магазины все равно завозят из Кубы, Польши, Израиля. Поборники «экологически чистых и возобновляемых» биотоплив забывают, что современное высокопродуктивное сельское хозяйство в США и других развитых странах целиком базируется на интенсивном использовании энергии ископаемого топлива и получаемых из него удобрениях и фактически занимается превращением энергии ископаемого топлива в пищевые калории. А теперь нам предлагают из полученных за счет ископаемого топлива пищевых калорий снова получать моторное топливо. Круг замкнулся, и да здравствует бессмертная идея вечного двигателя! (Более подробно на эту тему см., например, в [20]).
 
Говоря об инновационном развитии России, мы должны ясно понимать, что оно должно идти своим путем, а не копировать зигзаги Запада. Для России с ее громадными пространствами, редким населением и пока еще обильными энергетическими ресурсами инновационное развитие должно начинаться не с нанотехнологий и биотоплив, а с энергетики, транспорта и средств связи. И должно носить не догоняющий, а опережающий характер, т.е. концентрироваться в тех отраслях, в которых намечается смена базовых технологий, позволяющая достаточно быстро захватить значительный сегмент только формирующегося рынка. А к таким отраслям сейчас относятся энергетика и газохимия. К тому же здесь можно рассчитывать в первую очередь на отечественный рынок, конкурировать на котором всегда значительно проще. Например, из-за отсутствия современных энергосберегающих технологий удельный расход энергии на единицу ВВП у нас в несколько раз выше, чем в развитых странах. Только одно это направление позволяет в перспективе высвободить до половины потребляемых в стране энергоресурсов для использования в качестве нефте- и газохимического сырья.

Прорыв в энергосбережении создаст огромную сырьевую базу для отечественной нефтегазохимии, причем в первую очередь именно газохимии. Безусловно, необходимо модернизировать отечественные нефтеперерабатывающие предприятия. Но учитывая большой «технологический опыт» отрасли, уже имеющееся у нас отставание, огромный объем требующихся капвложений, большой срок эксплуатации сооружаемых предприятий и прогнозируемое в относительно недалеком будущем снижение поставок нефти, в этой области трудно рассчитывать на серьезную отдачу от инноваций. Гораздо перспективнее для реализации инноваций выглядит газохимия, которая фактически только вступает в пору своей технологической зрелости. Особенно газохимия небольших мощностей, ориентированная непосредственно на районы газо- и нефтедобычи, в т.ч. на комплексную переработку природных и попутных газов.
 
Внедрение принципиально новых высокотехнологичных газохимических процессов в районах добычи может открыть перед отечественной газовой отраслью новые перспективы и сыграть огромную роль в экономическом развитии России:

1. Появится возможность более гибко и оперативно доставлять ресурсы газообразных углеводородов на внутренние и мировые рынки в т.ч. перспективные рынки Юго-Восточной Азии. Экспорт газа на такие расстояния трубопроводным транспортом требовал бы фантастических затрат, а значительная его часть сжигалась бы по пути на десятках газокомпрессорных станций.

2. От экспорта сырья отрасль сможет перейти к экспорту более дорогостоящей химической продукции.

3. Появится возможность продлить период продуктивной эксплуатации низконапорных месторождений газа, доля которых в общем балансе постоянно растет.

4. Появится возможность вовлечь в эксплуатацию сотни малоресурсных месторождений. Они до сих пор не разрабатываются по экономическим условиям, т.к. недостаточно велики, чтобы стать базой для современных производств и не могут оправдать прокладку к ним дорогостоящих трубопроводов.

5. Внедрение промысловых процессов конверсии углеводородных газов стимулирует проведение перспективных геологоразведочных работ, в том числе на нефть. Для их экономического обоснования требуются более привлекательные планы использования попутного газа, чем сжигание в факелах или повторная закачка в пласт.

6. Появятся экономические стимулы для прекращения факельного сжигания углеводородных газов.

7. Внедрение малотоннажных установок по переработке углеводородных газов - наиболее эффективный и наименее затратный путь достижения Россией целей, предусмотренных условиями Киотского протокола. Помимо экономии ценнейшего сырья из-за более высокого климатического воздействия метана это эквивалентно снижению эмиссии CO₂ более чем на триллион кубометров.

8. Появится база для местного производства жидких топлив и кардинального решения проблемы «северного завоза» топлива объемом 9 млн т/год. Повысится энергетическая безопасность регионов, возникнут дополнительные рабочие места.

9. Появятся условия и инновационные технологии для отечественного производства альтернативных топлив, отвечающих современным экологическим стандартам, а также для практического освоения новых видов энергоносителей. Отечественные производители оборудования смогут выйти на мировой рынок с новыми наукоемкими технологиями.

Необходимость быстрого и адекватного решения сложнейших научно-технических задач делает газохимию одной из критических отраслей мировой экономики, способной стимулировать инновационные процессы во многих смежных областях. Для России интенсивное развитие газохимии отвечает ее приоритетным задачам и может стать мощным стимулом развития всей экономики. Как крупнейший экспортер природного газа и одновременно один из его крупнейших потребителей Россия более других стран заинтересована в быстром прогрессе в этой области. Сделав ставку на более глубокую и комплексную переработку природного газа, на увеличение в экспорте доли продуктов его переработки, Россия может значительно расширить свои позиции не только на рынке первичных энергоресурсов, но и гораздо более прибыльном рынке дорогостоящих химических продуктов и моторных топлив. Именно в этой области Россия имеет наибольшие шансы уже в ближайшие годы выйти на рынок высоких технологий.

В.С. Арутюнов
Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН