Особенности национальной ловли СО2

Сергей Куликов
корреспондент журнала «Эксперт»
11 октября 2021, 00:00
№42

Как произвести матрасы и диваны из углекислого газа

Использование СО2 для производства сырья, из которого затем делается пенополиуретан, позволяет экономить до 20% ископаемого сырья, в том числе нефти

Борьба за снижение углеродного следа принимает глобальный размах: в ходе борьбы с СО₂ растет спрос на технологии по улавливанию, утилизации и хранению углерода (CCUS). Их разработкой и внедрением интересуются как нефтегазовые компании, так и целые страны. Не сказать, что дело это сулит какие-то невиданные дивиденды, но, по оценкам аналитиков, уже через пару лет мировой рынок улавливания и хранения углерода, стартовав с отметки 2,2 млрд долларов в 2015 году, вырастет более чем в семь раз и превысит 15 млрд долларов.

В России ловлей углекислого газа и попытками использовать его в «мирных целях» занимаются скорее энтузиасты, учитывая скромные объемы переработки этого сырья в полезную продукцию и убыточность такого производства.

Под пеной полиуретана

Одним из примеров попытки наладить промышленное производство продукции из углекислого газа в России является опыт компании «Эгида», базирующейся в Татарстане.

Как отмечают ее представители, на сегодняшний день «Эгида» — один из крупнейших в России производителей эластичного пенополиуретана (ППУ). Этот материал активно используется в мебельной индустрии, текстильной промышленности, автомобилестроении и многих других отраслях.

Сырьем для производства ППУ являются изоцианаты и полиолы (простые полиэфиры). «Оба этих компонента дефицитны на рынке и в основной своей массе импортируются в Россию, — поясняют в компании. — Один из поставщиков полиола для наших заводов — немецкая компания Covestro (бывшая “дочка” концерна Bayer)».

Именно Covestro разработала уникальную технологию, суть которой в том, что углекислый газ может быть использован в качестве ценного источника при производстве полиола — базового сырья для ППУ.

Как пояснили «Эксперту» в восточноевропейском представительстве компании Covestro, на данный момент источником CO₂ является поток отходящих газов одного из химических (аммиачных) заводов, где он образуется как неизбежный побочный продукт. «CO₂ улавливается, сжижается и передается Covestro для использования в производственном процессе, — пояснили в компании. — Такое его использование предотвращает выбросы CO₂ в воздух, что намного эффективнее, чем попытки отфильтровать ранее выделенный углекислый газ обратно из атмосферы».

Как отмечают немецкие специалисты, CO₂ потенциально может быть извлечен из множества промышленных источников. Однако возможность извлечения связана, например, с разными уровнями технологической оснащенности производств и потребности в энергии для обеспечения этого процесса. «Наиболее важно то, что концентрация CO₂ в соответствующем источнике — это решающий фактор, от которого зависят усилия, необходимые для его улавливания, — поясняют в Covestro. — Как правило, чем выше его концентрация в газовой смеси, в которой должно осуществляться улавливание, тем меньше требуется технических усилий. В некоторых химических процессах, таких как производство аммиака, CO₂ образуется в высоких концентрациях».

При этом улавливание его напрямую из атмосферы теоретически может быть еще одним источником, согласны в Covestro. «Однако из-за сравнительно низкой концентрации CO₂ в атмосфере, составляющей около 400 частей на миллион (0,04 процента), современные химико-технические процедуры фильтрации ранее выброшенного CO₂ обратно из атмосферы (прямое улавливание воздуха) связаны с высокими требованиями к энергии, — сетуют они. — По этой причине получение CO₂ из источников прямого улавливания воздуха в настоящее время не является экологически целесообразным».

Covestro разработала процесс использования CO₂ в качестве ценного источника при производстве полиолов и частичного сохранения обычно используемых ископаемых ресурсов — технология Cardyon. В процессе производства CO₂ в присутствии катализатора вступает в реакцию с другим веществом, оксидом пропилена, для получения полиолов на основе CO₂.

Сам процесс заключается в том, что на теплоэлектростанциях монтируются специальные установки, забирающие получившийся в процессе сжигания топлива углекислый газ. Тем самым СО₂ не попадает в атмосферу, а перерабатывается в сырье — полиол, которое затем используется при производстве пенополиуретана — «начинки» для матрасов и мягкой мебели.

Партнером российской компании «Эгида» в отработке данной технологии и производстве эластичного ППУ немецкая Covestro стала в 2018 году. «Только в 2019 году на наших заводах было переработано свыше пятисот тонн сырья, произведенного из углекислого газа, взятого из атмосферы, — заявили в “Эгиде”. — Надежно “вшитый” в структуру ППУ углекислый газ попадет во многие продукты, используемые в нашей повседневной жизни: матрасы, диваны, губки для мытья посуды и так далее».

По словам маркетологов «Эгиды», этот процесс позволяет экономить ископаемое топливо, такое как сырая нефть (из которой также можно делать подобные изделия), и уменьшает количество атмосферного углекислого газа. В самой Covestro уточняют, что получение полиола по технологии Cardyon позволит сэкономить до 20% ископаемого сырья.

«Это инновационный вклад в сохранение ресурсов, и это также способствует циркулярной экономике, которой мы привержены вместе с нашими партнерами по производственной цепочке, — поясняют немецкие специалисты. — Мы верим, что данная технология поможет снизить углеродный след и значительно очистит планету».

В Covestro особый упор делают на экологические преимущества своего метода. «Процесс производства полиолов на основе CO₂ снижает выбросы CO₂ по сравнению с производством обычных полиолов, — уверяют представители компании. — Можно сэкономить до 18 процентов выбросов CO₂, и эти результаты не голословны — они основаны на общедоступных и проверенных данных».

Впрочем, остается вопрос: насколько это производство эффективно с экономической точки зрения?

На неосвоенном рынке

Как признаются в самой «Эгиде», у них есть несколько конкурентов в России и странах бывшего СНГ, однако никакие подробности по их проектам в области устойчивого развития им неизвестны. Впрочем, у компании Covestro нет конкурентов по технологии — она единственная в мире, способная производить полиол этой марки (Cardyon).

«У самого продукта Cardyon есть продуктовые конкуренты — это полиолы на основе растительного сырья (соя, рапс), — пояснил начальник отдела внедрений и инноваций компании “Эгида” Тимофей Калинин. — Когда наша компания проводила сравнительный анализ, выбор пал именно на технологию Cardyon, которая значительно превосходит другие технологии по свойствам готового продукта (эластичного ППУ и, соответственно, мебели из него)». При этом, по его словам, стратегия компании не предполагает выбора между качеством и экологичностью: оба параметра должны быть выдержаны, поэтому сырье из растительных продуктов в настоящее время не представляет серьезного интереса. «С развитием технологий вполне вероятно, что “Эгида” будет активно продвигать и такие технологии (сырье растительного происхождения), но пока мы сосредоточены именно на технологии Cardyon», — заключает Тимофей Калинин.

Извлечение углекислого газа напрямую из атмосферного воздуха по-прежнему остается дорогим и неэффективным с экономической точки зрения

«Что касается метода, который используется “Эгидой” и Covestro, то основанные на нем проекты известны, — отмечает, в свою очередь, директор по стратегическому развитию компании “Криогенмаш” Александр Мазин. — Но их мощность — пятьсот тонн в год — очень, скажем так, небольшая. Особенно если учесть, что другие проекты в энергетике, основанные на этом методе, позволяют перерабатывать куда более крупные объемы: двести-триста тысяч и даже до двух миллионов тонн». Впрочем, радует то, что в их случае выделенная углекислота идет не на захоронение, а на дальнейшее использование. «Это пока демонстратор технологии, которая в будущем наверняка получит дальнейшее развитие, — говорит Александр Мазин. — А вместе с этим вырастут и объемы производства».

Стоит ли газ выделки

Тимофей Калинин согласен с упреком, что 500 тонн переработанного сырья — капля в море. Но, по его словам, в данном случае необходимо учитывать, что этот объем сырья был произведен компанией Covestro в Германии на пилотной установке, которая существует пока в единственным экземпляре и предназначена для отработки технологии. Данный тип сырья абсолютно новый, поэтому требуются длительные испытания в различных условиях.

В этом проекте, как поясняют в «Эгиде», миссия российского партнера заключается в выявлении различных проблем и особенностей технологии, возникающих при ее использовании в условиях достаточно сурового климата.

«Сама технология действительно имеет огромный потенциал, так как позволяет химически преобразовать углекислый газ в полимерное сырье для производства эластичного ППУ, — поясняет Тимофей Калинин. — То есть вы безвозвратно преобразовываете основной парниковый газ на планете в необходимое сырье, из которого получаются высококачественные бытовые изделия».

Многие компании выделяют углекислый газ и закачивают его в отработанные нефтяные скважины (возможны и другие варианты). В данном же случае идет именно полезная утилизация в изделие. Процесс необратимый, и СО₂ из готового ППУ уже не сможет быть извлечен. Но зато сам пенополиуретан может быть переработан. И «Эгида» этим также занимается (см. «Глобальный НДС, или “Зеленый” передел», «Эксперт» № 36 за 2020 год).

Как отмечают в компании, одна из главных проблем сегодня — технологическая. «Продукт имеет довольно высокую вязкость, что проблематично для производителей ППУ, — говорит Тимофей Калинин. — Свою роль играют также различные климатические условия (продукт доставляется к нам из Европы в разные времена года), что значительно усложняет обращение с полиолом».

Главная задача, которую призваны решить российские партнеры, — отработать максимально правильные рецептур, основанные на сырье Cardyon, то есть в итоге получить из него максимально качественный продукт. «Чтобы было понятнее: из обычного сырья получить ППУ надлежащего качества достаточно просто, но вот использовать абсолютно новый тип сырья для индустрии — это уже задача высококвалифицированных технологов, — объясняет Тимофей Калинин. — Поэтому в нашем случае эти пятьсот тонн стали причиной появления седых волос на светлых головах сотрудников технологического отдела».

Наконец, ответ на главный вопрос — какова экономическая эффективность проекта — пока вызывает лишь грустные эмоции. «Производство эластичного ППУ на основе технологии Cardyon пока убыточное, — признает Тимофей Калинин. — Из-за технологических особенностей, сложной логистики, необходимости дополнительных инвестиций в оборудование себестоимость продукции выше цены, которую в настоящее время покупатели на территории России готовы платить за более экологичные решения».

Но в «Эгиде» смотрят в будущее с оптимизмом. «Мы понимаем: инвестируя в отработку этой технологии, мы получаем ценные знания и опыт, которые окупятся при работе в промышленных масштабах», — поясняют представители компании. И заявляют, что готовятся к моменту, когда смогут перерабатывать не пятьсот тонн, а пять тысяч тонн и больше такого сырья ежегодно.

Как добывают СО₂

По словам директора по стратегическому развитию компании «Криогенмаш» (один из лидеров отечественного рынка оборудования для производства технических газов) Александра Мазина, в мире на данный момент можно выделить три технологии, которые наиболее перспективны для удаления углекислого газа в промышленном производстве. При этом у каждой есть свои плюсы и минусы.

Первая — Pre-combustion capture (удаление СО₂ при подготовке топлива к сжиганию). Она основана на применении химической или физической сорбции (поглощение твердым телом или жидкостью различных веществ из окружающей среды). «Наверное, это один из самых сложных методов, поскольку требует коренной модификации оборудования (например, тепловых котлов электростанций)», — поясняет Мазин. Этот факт, а также высокие энергозатраты — главные минусы.

Вторая технология — более простая, а потому наиболее сегодня распространенная (по крайней мере, среди демонстраторов) — Post-combustion («после сжигания»). Этот метод с использованием раствора абсорбента применяется при сжигании топлива с целью извлечения СО₂ из дымовых газов на электростанциях. В данном случае дымовые газы промываются раствором абсорбента (есть разные варианты), далее соединение подается в десорбер, где за счет подвода теплоты оно регенерируется, и из него выделяется чистый СО₂, готовый к транспортировке или захоронению. Минусы: высокие теплозатраты и активная коррозия металлов.

«Для “Криогенмаша” более интересна технология Oxyfuel combustion, когда сжигание топлива происходит в среде кислорода, для производства которого используется воздухоразделительная установка, — говорит Александр Мазин. — В процессе сжигания топлива мы воздух заменяем кислородом. В этом случае весь азот и его окислы, которые сами по себе далеко не экологичны, уходят. Почти в четыре раза сокращается объем сгораемого воздуха, а на выходе получается углекислота и вода».

Впрочем, специалисты Института статистических исследований и экономики знаний, входящего в структуру НИУ ВШЭ, полагают, что среди доступных альтернатив наиболее перспективной может оказаться метод использования мембранных систем для захвата СО₂ до сжигания, не требующих серьезных инвестиций по установке. «Мембрана пропускает конденсирующиеся пары (углеводороды C3+ и тяжелее; ароматические углеводороды; вода), но не пропускает неконденсируемые газы (метан, этан, азот и водород), — поясняют ученые. — Этот метод позволит существенно снизить негативное влияние выбросов углекислого газа на экологию, сократит затраты на электроэнергию». Кроме того, его внедрение не требует серьезных инвестиций при установке.