На роль главного виновника роста температуры на Земле мировым сообществом назначен углекислый газ. Уменьшение его выбросов, т. е. переход к низкоуглеродной экономике, настойчиво продвигают как на глобальном уровне — в ООН, так и общемировые отраслевые сообщества.
Например, Международная морская организация (International Maritime Organisation — IMO) утвердила в 2018 году план сокращения к 2050 году выбросов СО2 мировым судоходством на 50% по сравнению с 2008 г.
IMO требует использовать на судах двигатели иного типа, чем те, которые преобладают сейчас: работающие на мазуте или судовом дизеле. Доля двигателей, использующих сжиженный природный газ, сейчас составляет несколько процентов. Но именно в применении таковых специалисты видят один из способов выполнения плана IMO.
Декан факультета корабельной энергетики и автоматики Морского технического университета в Санкт-Петербурге Сергей Столяров объяснил ИА Красная Весна, насколько меньше вредят природе двигатели, работающие на газе.
ИА Красная Весна: Сергей Павлович, сейчас много приходится слышать о большей экологичности газовых двигателей по сравнению с дизельными. Действительно ли это так?
— Я бы хотел начать с того, что природа до сих пор на порядок превосходит человека по тем явлениям, которые касаются в том числе парниковых эффектов. Этим летом судно Академии наук исследовало таяние подводной вечной мерзлоты в морях Восточной Арктики. 16 сентября 2019 года ученые на борту научно-исследовательского судна «Академик М. Келдыш» отправились из Архангельска в экспедицию для выявления последствий таяния мерзлоты в морях Восточной Арктики и на трассе Северного морского пути. Когда процесс таяния доходит до линзы с углеводородами, когда она выходит наружу сквозь океан, то оказывается, что суммарные выбросы этого парникового газа больше, чем производит всё человечество.
Сейчас про глобальное потепление много говорят, а озоновая дыра, оказывается, с ним никак не связана. А раньше: хладагенты надо делать специальные, а фреоны — забыть!.. Забыли. «Дюпон» на этом выиграл — откровенно. Потому что тот хладагент, который проталкивали, был от него. А параметры машин при этом угробили, — на новых хладагентах холодильные машины имеют меньшую производительность и меньший ресурс. Промышленности выгодно, а человечеству? Из-за того, что мы заставляем всех купить новые большие холодильные агрегаты, чаще их обновлять, чаще их заправлять? Суммарный экологический вред будет от этого, скорее всего, больше. А вред от самого фреона еще и призрачный.
Я не эколог, но в моем представлении единственный путь, на котором должна стоять энергетика, — это всемирное повышение КПД. Любых двигателей. Только тогда у нас не будет капать или испаряться топливо. Только тогда у нас будет полное сжигание и не будет химически опасного недожога в больших количествах. Когда 25% радикалами вылетает — это вредно после любого топлива. А сделай КПД высокий, то этого не будет.
Далее. У нас странное представление о том, что надо делать, чтобы была хорошая экология. Хорошая экология — это, наверное, полное отсутствие промышленности. Это означает, что мы должны заниматься самоограничением: меньше энергии — легче жить.
С одной стороны, надо ставить ограничители на динамические параметры двигателей. Когда резко меняются нагрузки, например, по частоте вращения или по мощности, тогда в этих динамических процессах за точными параметрами рабочего процесса уследить почти невозможно. Когда машины резво стартуют на перекрестке, это худшее экологическое состояние.
Кстати, эта ситуация нигде не нормируется до сих пор. Ведь при техосмотре машины испытывают на экологическое загрязнение интересным образом — на неком холостом ходу, на стенде. Но стоит двигателю назначить предельный режим без выхода на какие-то тяжелые внешние характеристики, то сразу же будет чище. Если вы будете стартовать не за 10 сек., а за 20 сек. — выбросы будут меньше.
ИА Красная Весна: Это касается любых двигателей?
— Любых, конечно. И кто этим занимается? Значит, в городах надо ограничивать предельную скорость. Когда ты в городе быстро едешь, а расстояние между перекрестками небольшое, то получается, что двигатель работает в режиме разгон-остановка. В таком режиме нагадить элементарно. Здесь организация условий эксплуатации важнее качества двигателя.
ИА Красная Весна: Надо избавляться от перекрестков?
— Есть такое понятие «зеленая волна». Давным-давно в советское время было такое понятие. Если подстраиваешься примерно под 50 км/ч, то почти непрерывно можно ехать на зеленый свет. Тогда еще на эту тему говорили.
Теперь о газе. У него отрицательное свойство то, что он хранится с потерями. Эти потери по объему очень тяжело оценить. До сих пор газовые машины пахнут. Это значит, часть газа пробивается, минуя рабочий процесс. Удержать его значительно тяжелее, чем жидкое топливо.
Что касается сжигания, то в моем понимании дизельное топливо качественно сжигать проще. У него более длинные молекулы, которые легче разламываются, и делать управляемое сгорание на дизельном топливе проще, чем на газе. В лучших дизельных автомобильных двигателях удавалось получить 45% КПД. В газовых где-то за 40%, в бензиновых же — 25–28%.
В чем преимущества газа? Топливо же у нас из земли, и оно впитывает всё. Это такой жуткий коктейль. Там и щелочи, и кислоты, там радиоактивность, редкоземельные элементы. В первую очередь мы снимаем самым простым способом то, что испарилось сразу, — это газ. То, что мы перегнали при скромных температурах, — это бензин. То, что мы перегнали до температуры 320 градусов, — это дизельное топливо. А то, что осталось, — это мазуты (тяжелое топливо). Неугодные примеси (сера, ванадий) с большей вероятностью будут в мазутах, меньше в дизельном, гораздо меньше в бензинах (если бензин не из крекинга). А газ получается самым чистым. Серы в нем нет и т. п. Это неоспоримое преимущество газа.
Но одиночную молекулу газа разломать тяжелее, для него нужна большая энергия активации. Поэтому газовое топливо воспламеняется с худшей вероятностью срабатывания при конкретной температуре, т. е. требует перегрева. Вообще, чтобы было горение, нужны в какой-то степени уникальные условия. Когда впрыскиваем дизельное топливо, у нас получается топливный факел, который пробивает воздух. Есть зоны, где выше концентрация топлива, а есть зоны, где преобладает воздух. Между ними переходная зона. В ней имеется место с таким соотношением топливо-воздух, когда условия для горения являются благоприятными. Поэтому дизтопливо стабильно воспламеняется, хорошо горит, и это хорошо отработано за столетие.
А в газовых двигателях газовые молекулы перемешиваются с воздухом значительно лучше. Если искровое зажигание, как в бензиновых моторах, то начало горения и его интенсивность частично управляемы. А если говорим про дизельный процесс, то надо еще организовать правильное соотношение воздуха и газа. Настройка газового двигателя — не очень простая процедура. Если соотношение неидеально, то будут пропуски вспышек. А это тот самый газ, который уходит прямо в атмосферу. Поэтому проблемы есть и на газе.
Энергетика потеряла значение стратегической отрасли. Довоенное двигателестроение было под неусыпным надзором любого государства. После Второй мировой появились реактивные двигатели, авиация от поршневых двигателей стала отказываться, и газотурбинисты вытащили на себя ресурсы. В дизелях начался период если не стагнации, то менее интенсивного развития. Лучшие поршневые двигатели нашей родины создавались в 50-е годы. А далее начали переходить на газовые турбины.
Но если брать государственный подход, то как бы мы ни кормили газотурбинистов, расходы топлива у них всё равно практически в полтора раза выше. И чего мы тогда цепляемся к дизелям, если первое, что должны сказать: «Давайте запретим газовые турбины». Они прогоняют через себя значительно больше воздуха, и расход топлива у них выше.
Главное, какие установлены правила. На сегодня газу выгоднее добраться к потребителю и по экономическим, и по экологическим требованиям. Так организована экономика. По экономическим: есть формула Черномырдина — цена на газ по стоимости калорий в два раза меньше, чем у нефти. Мировой рынок так же себя ведет. Наверное, запасы газа больше, чем запасы нефти, и газовики пытаются вклиниться. В этих условиях кто будет говорить, что нефтяное топливо выгоднее?
У газа есть преимущества, у нефти есть преимущества. Как показывает жизнь, если не будет политики, они будут мирно уживаться. Но если экология — элемент политики, то тогда с разумной логикой я — пас.
ИА Красная Весна: Но как же быть тогда с тем, что сейчас постоянно кричат о влиянии «парниковых газов» на рост температуры?
— Кто кричит? Если Грета Тунберг кричит, то пусть кричит. Абсолютно неквалифицированный подход, бессмысленный по результативности. Особенно, когда безграмотные люди повторяют это с высоких трибун, или, тем более, ее приглашают и внимательно слушают. Инженеров же они не позвали.
Я понимаю, что есть страны, которым парниковые газы вредны. Но нам бы хуже не было, даже если часть мерзлоты уйдет под воду — нам бы на значительной части территории стало теплее и мы бы с этим справились. Это, если с юмором.
Во-вторых, географов и климатологов кто-то спрашивал о потеплении? По-моему, они высказываются об этом очень осторожно. Ведь есть природные циклы климатические. Есть короткие, есть длинные.
На планете совсем недавно еще, лет 20–25 назад, были периоды засухи и голода. Последний голод на нашей Родине — это тридцатые годы. До этого, двигаясь в глубину истории, находим голодные годы на протяжении длительного периода. Там и восстания, и войны, когда народу есть было нечего. Природа так устроена.
Мы взяли природу под научный контроль. Где-то повернули реки, где-то сделали водохранилища, при этом где-то всё испортили, разрушили какие-то экологические системы. Но мы от голода избавились.
Колебания мировой температуры — потепление, похолодание — волнуют только когда сыты, довольны, счастливы и не с кем поговорить. Серьезные институты в это пока и не включились. Например, серьезные данные — это о том, как менялась температура за последние сто лет, и как при этом нарастало влияние человека. А то, что показывалось на этот счет, было легко взятыми из головы цифрами. Для меня не очевидно, что этот вопрос можно доказанно поднимать.
И последнее. От себя. Хорошие врачи скажут, что большую опасность, нежели вода, которую мы пьем, и воздух, которым дышим, представляет то, что мы едим. Количество вредных веществ, проникающих с пищей в организм, является страшным… колбаса, соки, пепси-кола и многое-многое другое, что навязывается детям, и о чем молчит Грета.