Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.
Тема
месяца
Наука и ТЭК

Наука превращения сырья в материал

Триста лет назад европейская наука встала перед задачами, которые поставили перед ней производственники. Они хотели знать, какое бывает сырье, какая энергия заключена в единице объема того или иного топлива. И что в конечном итоге можно получить из тех веществ, которые получали из земных недр. На эти вопросы могли ответить зарождающиеся химия и физика.
 

На протяжении веков занятие наукой было своего рода хобби для богатых людей. Процветала такая постановка вопросов: «Что будет если...». Показателен пример Лавуазье, из-за любопытства превратившего бриллиант в комок сажи. Но постепенно принцип вопросов менялся — не в последнюю очередь потому, что предприниматели запрашивали от ученых конкретную информацию, которую в конце концов можно было обсчитать, чтобы понять, что сулит предприятие — неуспех или конкретную прибыль.

Вкладываясь в добычу угля, например, предприниматели хотели знать, каков будет на него спрос, чтобы рассчитать прибыльность дела. Они проходили через периоды восторгов и разочарований. Например, с воздорожанием древесного угля большой оптимизм вызывало использование угля каменного, но... многие сорта каменного угля оказались плохой заменой древесному, и наступил период спада интереса.  

Когда же в конце XVII века химики открыли, что каменный уголь можно подвергать той же процедуре, что и древесину для получения угля (то есть нагреву без доступа кислорода с получением нового топливного материала), у кокса вновь появились надежды. Но оказалось что далеко не все угли могут быть коксующимися. Зато при коксовании выделялась каменноугольная смола, и надо было решить, что можно с ней делать, как получить прибыль на этом новом продукте.

Так что не только любопытство господ ученых, но и практическая необходимость заставила химиков колдовать над продуктами возгонки угля. Майкл Фарадей выделил в 1825 году из нее бензол и определил формулу нафталина, Фридлиб Рунге в 1834 году получил из нее фенол и анилин. Это было начало триумфального расцвета органической химии, то есть химии соединений углерода.

Химики-органики находили в каменноугольной смоле все новые и новые химические соединения, обнаруживая совершенно новые направления практического применения своих открытий. В 1856 году на рынок выходит пурпурно-лиловый краситель мовеин, производимый на основе анилина. Он положил начало огромной анилино-красочной индустрии, которая стала фундаментом мировых химических концернов во всем мире.

Бензол в сочетании с азотной и серной кислотами дал нитробензол, который пошел для производства взрывчатых веществ, лаков, красок и даже искусственных ароматов для производства духов. Так, всего лишь за несколько десятилетий, казалось бы, побочный продукт коксования угля стал ценнейшим ресурсом, приносящим баснословную прибыль.

Тем временем глаза химиков обратились к нефти и газу. Одним из первых понял ценность нефти как химического сырья Дмитрий Менделеев. Ведь нефть — это не только разнообразные фракции (пропан-бутан, бензин, керосин, соляр, мазут), но и другие химические соединения. Например, стоить вспомнить вазелин, выделенный в 1869 году Робертом Чезбро, который стал хитом косметической индустрии. Парафины уже к началу ХХ века прочно оккупировали рынок свечей, а тяжелые фракции мазута стали основой для производства разнообразных смазочных масел.

В первой половине прошлого века нефте- и газохимия совершили фантастический скачок, создав мир полимеров. Здесь на первом месте стоит этилен — бесцветный горючий газ. Для получения этилена берут или газ этан, или бензин — существуют разные способы получения этого важнейшего сырья либо из природного газа, либо из нефти. Этилен превращают во всем нам известный полиэтилен с 1933 года.

В те же годы химики всего мира активно исследовали возможности создания полимеров из другого продукта — этиленгликоля. В результате появился полиэтилентерефталат, более известный нам как лавсан, дакрон, майлар или полиэстер.

Если оглянуться на окружающий нас в начале XXI века «мир вещей», то мы увидим, что практически все — это результат труда химиков-органиков. Полиэтиленовые пакеты и губная помада, ажурные чулки и втулки для механизмов, корд для шин и разноцветные паруса с парашютами — все эти продукты получены в конечном счете из углеводородного сырья.

Но на газ и нефть внимательно глядят и биологи. Они видят в них питательный субстрат для выращивания особых микроорганизмов. Еще в 1895 году японские ученые обратили внимание на то, что в природе есть микробы, которые «любят» питаться нефтью. В 1971 году советские специалисты наладили производство кормового белка из микроорганизмов, которые поедали парафин. Этот продукт не только распространялся в СССР, но и экспортировался за рубеж. При этом селекция микроорганизмов, питающихся нефтью, полезна и как средство борьбы с розливами нефти.

Но парафиновые субстраты еще надо приготовить, а вот метан, основная часть природного газа, уже готовое блюдо для питания особых бактерий, которые соседствуют с нами и появились на Земле за сотни миллионов лет до появления первого генетика. Эти микроорганизмы питаются метаном, извлекают из него углерод для своего существования. Они являются первичным звеном пищевой цепочки в океане, поэтому их использование в искусственном производстве кормов вполне логично.

Метанопоедающие бактерии могут служить не только для производства белка, но также ферментов, сахаров, витаминов, антибиотиков и прочих биологически значимых веществ. С 1995 года кормовая бактериальная биомасса датского производства применяется в странах Евросоюза. В России также хотят восстановить производство, которое уже существовало до начала 90-х годов, так как оно не только решает проблему получения качественных и недорогих кормов, но и позволяет вдвое сократить выбросы углекислого газа в атмосферу в пересчете на единицу веса кормов.

Таким образом, добыча угля, нефти и газа дала огромный толчок развитию химии, а затем и других смежных наук. Впереди перед человечеством еще много задач, которые можно будет решить, используя возможности, которые дает нам органическое топливо.