Век для холодной плазмы

Часть первая: метанол и водород по-новому

В современной научно-популярной литературе плазменные технологии иногда называют «двигателем» новой технической эры. Пока еще этот «двигатель» только-только набирает обороты и еще далек от совершенства, но, когда он заработает на полную мощность, мы войдем в удивительное фантастическое послезавтра. Именно такую судьбу пророчат плазменным технологиям.

Первые шаги в этом направлении делают и сибирские ученые. Мы уже неоднократно писали о том, что в Институте теплофизики СО РАН давно уже работают над технологией производства тонкопленочных фотоэлементов методом холодной плазмы. В ходе работы над этой темой выяснилось, что холодную плазму можно применять и для синтеза метанола из природного газа (метана). А в свете новомодных тенденций ученые готовы пойти еще дальше – разработать плазменную технологию для производства водородного топлива. При этом, что очень важно, в расчет принимается создание мобильных установок, которые можно очень быстро смонтировать и отправить даже в самые отдаленные уголки страны. А при необходимости расширения производственных мощностей – нарастить производительность путем количественного увеличения таких установок. То есть используется модульный принцип организации производства (вместо того, чтобы сразу создавать одну большую фабрику).

Напомним, что судьба этого проекта складывалась не всегда удачно из-за регулярно возникающих проблем с финансированием. Первоначально разработка велась при тесном взаимодействии с компанией «ТВЭЛ» (одно из структурных подразделений государственной корпорации «Росатом»). Однако спустя какое-то время в руководстве «Росатома» посчитали, что фотовольтаика и синтез метанола не соответствуют профилю корпорации, в результате чего проект лишился финансирования. Начался относительно долгий период «хождения по мукам». Чтобы найти средства для продолжения работы, ученые обращались в самые разные инстанции. В частности, была направлена заявка в госкорпорацию «Роснано», однако ответа не последовало. Был даже эпизод сотрудничества с казахстанским «Институтом плазмы». Во время таких вынужденных «скитаний» выяснилось, что на сегодняшний день и у нас, и в соседнем государстве еще слишком плохо понимают саму сущность плазменных технологий и их значение для дальнейшего технического развития.

Как заметил автор упомянутой разработки – главный научный сотрудник ИТ СО РАН Равель Шарафутдинов, - некоторые явления, фиксируемые в ходе экспериментов с плазмой, пока что плохо поддаются исчерпывающему объяснению. Иными словами, на данном направлении необходимы фундаментальные исследования, дабы с точностью понимать все процессы.

Возможно, по указанной причине полученные практические результаты, несмотря на их впечатляющие значения, могут вызвать некоторое недоверие или недопонимание. Всё это, так или иначе, влияет на проблему финансирования подобных научно-технологических проектов. Иного объяснения найти сложно. Как правило, и у нас, и в Казахстане производственники и курирующие их инстанции рассчитывают на очень быструю отдачу, не предполагающую никаких научных загадок.

В общем, вполне перспективная разработка довольно часто вызывала неоднозначное отношение со стороны структур, ответственных за продвижение инноваций. И, тем не менее, примерно полтора-два года назад «лед тронулся». Государственная корпорация «Росатом» начала менять свою стратегию в отношении «непрофильных» инновационных разработок. Так называемое «импортозамещение», о котором так долго говорили на самом верху, привело к некоторым конкретным подвижкам со стороны руководства названной госкорпорации. Было принято решение искать инновационные проекты у российских ученых в интересах «Росатома». Какие конкретно обстоятельства повлияли на такое решение, сказать пока сложно. По мнению Равеля Шарафутдинова, весомую роль могли сыграть два обстоятельства – западные санкции и ковидные ограничения. Ситуация на международной арене изменилась отнюдь не в нашу пользу, и тогда стало понятно, что жить и действовать так, как прежде, уже не получится.

Так, до недавнего времени российские компании руководствовались довольно несложной «стратегией»: зачем вкладывать деньги в создание собственных технологий, когда проще простого купить их за рубежом в готовом виде? Однако, подчеркнул Равель Шарафутдинов, выяснилось, что в готовом виде вам никогда не продадут ничего нового и по-настоящему перспективного. На этот счет уже есть показательные примеры, связанные с деятельностью той же корпорации «Роснано» (о чем мы неоднократно упоминали ранее). «Инновации» в таком исполнении станут бессмысленной тратой денег на уходящие технологии. И при такой «стратегии» наша страна просто утратит возможность конкурировать с другими странами на принципиально важных международных рынках. То есть сэкономить на научных и технических разработках в любом случае никак не получится. В любом случае придется обращаться к отечественным разработкам и вкладываться в их внедрение.

Возможно, в руководстве «Росатома» хорошо осознали эту истину и потому неожиданно «вспомнили» работу ученых ИТ СО РАН в области холодной плазмы. В настоящее время заключается контракт с компанией «ТВЭЛ» на создание промышленного образца плазменной установки по производству метанола из природного газа с производительностью 1000 кубических метров в час.

Это весьма приличный объем, хотя сама установка, утверждает Равель Шарафутдинов, будет довольно компактной (то есть здесь также сохраняется модульный принцип). Сроки реализации этого замысла должны составить 40 месяцев с момента подписания контракта. Правда, с точки зрения ученого, целесообразнее начать с опытной установки меньшей производительности (примерно раза в три – 375 кубометров в час), с тем, чтобы было удобнее «обкатать» данную технологию для производственных условий. К тому же такой небольшой опытный образец удалось бы собрать за гораздо меньший срок (где-то за девять месяцев).

В любом случае, процесс пошел. Интерес подразделения «Росатома» к синтезу метанола далеко не случаен, поскольку данная госкорпорация в последнее время кооперируется в своей деятельности с компанией «Газпром нефть». Фактически это означает, что в поддержку отечественных инновационных разработок вовлекается крупный российский бизнес.

Отметим, что производство метанола является коммерчески очень выгодным направлением деятельности. Метанол может выступать не только в роли топлива, но и как важное сырье для химической промышленности.

У авторов разработки есть еще более смелые задумки. Например, плазменную технологию можно применить к производству водорода из того же метана. То есть шагнуть дальше в будущее, поскольку в последнее время весьма настойчиво обсуждаются перспективы водородной энергетики. Причем, ведутся разговоры о транспортировке водорода по трубопроводам, как это происходит с природным газом. Такой вариант, как мы знаем, вызывает большие вопросы у специалистов. Очевидно, производить водород выгоднее и безопаснее как можно ближе к местам его потребления. Если удастся создать компактные плазменные установки для производства водорода, то в этом случае появится реальная возможность без труда реализовать указанный вариант. То есть по трубам будут «гнать» всё тот же природный газ, используя его в качестве «водородосодержащего» сырья. Здесь не потребуется гигантских затрат на модернизацию газотранспортной системы, если бы речь шла о прокачке водорода. В случае успешного внедрения плазменных технологий, все населенные пункты можно было бы свободно покрыть целой сетью упомянутых плазменных модулей.

Конечно, здесь неизбежно встал бы вопрос о том, насколько такой водород соответствует нынешним «зеленым» стандартам? На этот счет есть один примечательный момент: разработчики утверждают, что плазма каким-то непонятным образом «съедает» углеродный остаток. Объяснений данному феномену у наших ученых пока еще нет (для этого потребуется, как мы сказали, дополнительные фундаментальные исследования). Тем не менее, практические результаты выглядят весьма обнадеживающе. Единственным препятствием для реализации водородной тематики в контексте развития плазменных технологий выступает сугубо экономический фактор. Как полагает Равель Шарафутдинов, если подобный способ производства водорода окажется дешевле тех, которые уже используются сейчас, то тогда указанную технологию ждет успех. Иными словами, окончательное слово – за экономикой. Как всё будет на самом деле, разработчики сказать пока не могут.  Хотя уже на данном этапе совершенно понятно, что в сугубо техническом плане ученые в состоянии с помощью плазмы сотворить и это «чудо».

Николай Нестеров

Окончание следует