Сжиженный природный газ (СПГ) считается одним из самых чистых источников энергии – на его «совести» значительно меньше выбросов углекислого газа и загрязняющих веществ, чем у других видов топлива. Многие крупные компании внедряют СПГ в транспортную отрасль, а Еврокомиссия рассматривает его как наиболее перспективную замену дизелю. И хотя сегодня использование сжиженного газа возможно на любом транспорте, работы еще – поле непаханое.
Платформа по производству СПГ, www.sgdplatforma.lt
МАЗУТ НЕ ТОНЕТ
Мы привыкли осуждать автомобили за выхлопные газы, а самолеты – за большой углеродный след. Но все это время главная «экологическая неряха» скрывалась среди волн. Водный транспорт каждый год потребляет до 400 млн т флотского мазута, а по выбросам сернистых соединений превосходит весь мировой автопарк в 260 раз.
Однако суда обеспечивают 90 % мирового грузооборота. Их главное преимущество – в низкой себестоимости и возможности перевозить что угодно: некоторые контейнеровозы способны вмещать до 200 т грузов.
Немецкое отделение нефтегазового концерна Royal Dutch Shell провело масштабное исследование и однозначно заявило: в скором времени основным топливом для морских и речных судов должен стать СПГ. Авторы доклада отмечают, что серьезный поиск альтернативного топлива начался из-за ужесточения экологических требований к водному транспорту, особенно в Европе и Северной Америке.
СПГ как замена нефтепродуктам – отличный вариант для морского транспорта по ряду причин. Во-первых, это экономичнее. Суда на СПГ обходятся дешевле, потому что газовые двигатели служат дольше, чем дизельные, из-за меньшего образования нагара и отсутствия разжижения смазки. Также газосмесительные устройства не содержат сложных деталей и при серийном выпуске недороги. Для хранения газового топлива на судне требуется специальное оборудование, но его достаточно купить один раз, чтобы пользоваться несколько десятилетий.
Во-вторых, есть уже упомянутые экологические преимущества. В январе 2020 года начнут действовать новые нормы, установленные Международной морской организацией и предусматривающие снижение допустимого содержания серы в морском топливе до 0,5 %. СПГ в таком случае становится особенно необходим: массовая доля сероводорода и меркаптановой серы в нем не выше 0,005 %.
Для водных судов используют три вида СПГ-двигателей: двигатель с искровым зажиганием на обедненной топливно-воздушной смеси (такие работают только на природном газе), а также двухтопливные двигатели с запальным дизельным топливом и рабочим газом низкого и высокого давления. Последние два способны работать на дизельном топливе, СПГ и мазуте. Все три вида двигателей производят финская компания Wärtsila, английская Rolls-Royce и японцы из Mitsubishi Heavy Industries. Почти все существующие на данный момент двигатели можно преобразовать в двухтопливные дизельно-газовые, чтобы без лишних затрат перевести судно на СПГ.
Первым грузовым СПГ-судном стал американский контейнеровоз Isla Bella, спущенный на воду 18 апреля 2015 года. Чтобы его «кормить», в хвостовой части установлены два топливных танка объемом 900 м³. А первым пассажирским круизным лайнером на СПГ был AIDAnova – 337-метровое немецкое судно сошло на воду 21 августа 2018 года.
Так что процесс идет. Медленно, но идет. По данным 2018 года, из 93 тыс. единиц мирового водного транспорта на СПГ работало всего 230 СПГ-танкеров (морские танкеры перевозят СПГ в криоцистернах и сами работают на нем же) и 125 пассажирских судов. Причем из вторых половина принадлежала одной только Норвегии, которая лидирует по применению СПГ в море. В королевстве фьордов уже более десяти лет работает фонд NOх, призывающий судовладельцев обратить внимание на СПГ. Проекты применения СПГ в море также запущены в Швеции, Бельгии, Нидерландах, Британии и Франции.
ДИЗЕЛЬНЫЕ ТЯЖЕЛОВЕСЫ
Один из соавторов исследования Shell отмечает, что переводить на СПГ нужно тяжелые (свыше 16 т) грузовики и фуры. Легковушки можно «электрифицировать», но сделать то же самое с тяжеловесами сложнее. В 2016 году в Евросоюзе насчитывалось 4 тыс. грузовиков, работающих на СПГ. К 2040 году, по прогнозам, их будет 480 тыс.: 460 тыс. фур и 20 тыс. 16-тонников. То есть примерно 17 % автомобилей в грузовом сегменте станут экологичнее. Тогда эмиссия парниковых газов уменьшится на 4,7 млн т.
Но для этого нужно бурное развитие инфраструктуры, то есть автозаправочных станций. Сейчас на территории Евросоюза их чуть больше 150. Лидером стала Испания (37 заправок), за ней следуют Италия (31) и Франция (27). В Нидерландах 26 заправок, а в Великобритании – 13. На другом полушарии ситуация лучше: в США функционируют почти 90 заправочных станций с природным газом. Расширение сети СПГ-АЗС предусмотрено различными инфраструктурными программами. В рамках проекта LNG Blue Corridors в Европе с 2014 по 2018 год ударными темпами создано несколько сотен станций. Не менее амбициозен проект BiMe Trucks, направленный на развитие рынка СПГ для тяжелых грузовиков. Его руководители планируют выпустить 100 тяжелых СПГ-грузовиков и построить сеть станций для их передвижения.
Как и в случае с водным транспортом, многие двигатели грузовиков можно преобразовать в двухтопливные дизельно-газовые. Основной костяк производителей автомобильной техники уже этим занимается: СПГ-двигатели есть у китайской компании YUCHAI, итальянской IVECO, американской Cummins, шведской VOLVO и многих других. В России пальма первенства – у КАМАЗа: производитель уже выпустил две модели газовых двигателей – КАМАЗ-820.60 и КАМАЗ-820.70, а в эксплуатацию отправилось несколько машин на СПГ.
ГАЗ В ОТКРЫТОМ КОСМОСЕ
А что насчет внепланетных перспектив СПГ? Пока что природный газ как ракетное топливо существует только в разговорах. И хотя создано несколько экспериментальных образцов ракетной техники на СПГ, никто не отважился запустить в космос подобный аппарат. Ведь еще с судами и грузовиками не разобрались!
У «ракетного» СПГ те же преимущества, что и на другом транспорте: дешево + доступно. Дешево: при замене керосина на топливо, основанное на СПГ (например, жидкий кислород + сжиженный газ), затраты на запуск снижаются примерно в полтора-два раза. Будущее космической техники – многоразовость. А ракета, работающая на метане, априори подходит для многократных запусков, так как остатки горючего легко испаряются при нормальной температуре. Доступно: запасы месторождений нефти, увы, не бесконечны. Придется как-то выкручиваться, и, возможно, решением станет природный газ – его сырьевая база пока не ограничена, а получать СПГ можно недалеко от космодромов благодаря широкой сети газопроводов в России. Гиганты космической отрасли считают, что ракеты на метане (сжиженный природный газ на 80–90 % состоит из него) идеальны для межпланетных миссий, поскольку могут заправляться на других объектах Солнечной системы: метан есть в составе атмосферы Марса, Титана, Сатурна, Юпитера, а добывать его можно даже на астероидах и спутниках.
Десятилетиями в качестве основного топлива использовались керосин (на нем летает Falcon 9 от SpaceX) и водород. Метан не уступает им по характеристикам. Его плотность в шесть раз выше, чем у жидкого водорода, но в два раза ниже, чем у керосина. А показатели теплотворной способности и хладоресурса выше, чем у керосина.
С 2009 года NASA трудится над созданием жидкостного ракетного двигателя Raptor, который будет работать на жидком метане и кислороде и применяться на ракете-носителе BFR. В России уже долгое время в разработке Государственного ракетного центра им. Макеева находится проект «Россиянка» – российская двухступенчатая тяжелая ракета-носитель массой 750 т, которая в качестве топлива использует жидкий кислород и сжиженный природный газ. А еще год назад «Роскосмос» обсуждал с «Газпромом» использование СПГ как топлива для ракет, но все закончилось классическим «требуется глубокое и детальное рассмотрение». Говорят, к 2025 году создадут ракетный двигатель, работающий на метане. Попытки уже предпринимаются: в 2018 году «Энергомаш» занялся разработкой ракетного двигателя РД-169. Испытать изделие могут уже через три-четыре года.
ГОЛУБОЙ ВАГОН БЕЖИТ-КАЧАЕТСЯ
Если говорить о сжиженном природном газе на железной дороге, речь пойдет лишь о российской практике – локомотивы на природном газе разрабатываются только у нас. «РЖД» – одна из крупнейших железнодорожных компаний в мире, и ее силами обеспечивается 45 % грузооборота и 28 % пассажирооборота в России. При таком масштабе поезда «съедают» огромный кусок нефтяного торта в России – около 10 % общего потребления, что составляет около 2 млн т в год.
Поэтому российские железные дороги так нуждаются в модернизации, и самым перспективным направлением считается перевод тягового подвижного состава на СПГ. К 2030 году треть или хотя бы четверть дизельного топлива, которое «съедают» тепловозы, хотят заменить на природный газ.
И для этого есть хорошая основа. У «РЖД» имеется опыт успешной эксплуатации трех локомотивов на СПГ: двух магистральных газотурбовозов ГТ1h и газотепловоза ТЭМ19-001 на Свердловской железной дороге. Созданием ТЭМ-19 начали заниматься в 2012 году. Он оснащен газопоршневым двигателем, работающим на СПГ. Такое инновационное для российской железной дороги топливо позволяет экономить на эксплуатации и меньше загрязнять атмосферу. Газ хранится на тепловозе в контейнере со слоисто-вакуумной изоляцией. ТЭМ-19 прекрасно справился со всеми тестами и испытаниями и начал работать в 2014 году в депо Егоршино.
Два газотурбовоза ГТ1h работают на электрической передаче: газотурбинный двигатель на СПГ + генератор переменного тока. Когда ток вырабатывается, он подается на тяговые электродвигатели, и локомотив приходит в движение. Анализ использования ГТ1h доказал, что их эксплуатация обходится дешевле: много экономится на техническом обслуживании и текущем ремонте благодаря тому, что движущиеся части двигателя меньше загрязняются и не так быстро изнашиваются. Расчетный срок службы газотурбовоза – 40 лет. Само топливо для такого локомотива тоже дешевле, а нагрузка на окружающую среду, по оценкам «РЖД», от газотурбовоза ГТ1h в 6,8 раза ниже по сравнению с его аналогом на дизеле.
После испытаний в «РЖД» посчитали, что неэлектрифицированный участок Свердловской железной дороги Коротчаево – Сургут – Тюмень (Войновка) лучше всего подходит для использования газотурбовозов. Эта железнодорожная нить по объемам грузов и грузообороту занимает ведущее место в стране – через нее, например, отправляют на экспорт каменный уголь из Кузнецкого и Минусинского бассейнов, а также большие объемы нефтегрузов, руды, минеральных строительных материалов.
Не менее удачный вариант для СПГ-локомотивов – проектируемый участок на Северном широтном ходу протяженностью 707 км: Обская – Салехард – Надым – Коротчаево. Потребность в газотурбовозах на СПГ здесь может составить 192 единицы. Северный широтный ход свяжет Ямал с сетью пассажирских железных дорог.
15 февраля 2018 года четыре великана: «Газпром», «РЖД», «Трансмашхолдинг» и «Синара» – договорились, что займутся реализацией газомоторного топлива. К 2023-му они хотят перевести на СПГ 22 магистральных газотурбовоза и маневровых газотепловоза. А «Газпром» построит два комплекса по производству СПГ в Тобольске и Сургуте.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
