Есть ли уголь, который не дымит?

Для апологетов массового развития ВИЭ уголь давно стал синонимом «средневековья в энергетике». Многие считают, что его время безвозвратно ушло. Угольные ТЭС порождают огромное количество мелкодисперсных выбросов в атмосферу. Следствие – и легочные, и сердечные заболевания, и один из самых значительных факторов роста потепления атмосферы, и сотни тысяч гектаров отвалов, где складируются миллиарды тонн золы и шлака, остающихся после сжигания.

Проблема слишком выпукла и очевидна, и в мире решения выбираются весьма радикальные. К примеру, Великобритания планирует полностью закрыть угольные электростанции к 2025 году, а Китай начал переводить такие объекты на атом, разработав особые реакторы, которые смогут использовать систему трубопроводов, охлаждения и паровые турбины «предшественника»… Российские угольщики в конец эпохи угля не верят. Но стараются эволюционировать. Например, из дешевого бурого угля делают высококалорийное «бездымное топливо».

На недавнем совещании в Красноярске, которое провел президент РФ Владимир Путин, генеральный директор крупнейшей в отрасли Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) Владимир Рашевский неожиданно заявил, что в компании разработали инновационный продукт – буроугольный полукокс. «Это такой брикетик, который имеет калорийность в два раза больше обычного угля и при этом горит вообще без дыма. Это сейчас уже превратилось в продукт, мы его продаем, тестируем рынок и уже запустили производство. И более полумиллиарда рублей в этом году вложим, чтобы в течение года-двух производить такой объем подобного продукта, который мог бы закрыть, например, значительную часть печного отопления в Красноярске», - рассказал топ-менеджер. 

Как выяснил «Кислород.ЛАЙФ», пилотный выпуск брикетированного бездымного топлива налажен на базе Березовского разреза в Шарыповском районе Красноярского края. Там работает опытно-промышленный комплекс, состоящий из энерго-технологической установки на базе котла КВТС-20, модифицированного под выпуск буроугольного мелкозернистого кокса, а также линии брикетирования. Тестовые продажи нового продукта СУЭК начал в регионе накануне текущего отопительного сезона. В этом году в том же Шарыповском районе начнется строительство производственного комплекса по выпуску брикетированного бездымного топлива мощностью 30 тыс. тонн готовой продукции в год (с возможностью увеличения до 60 тыс. тонн). В компании также прорабатывают проект по строительству брикетного комплекса на площадке Бородинского разреза им. М.И. Щадова, производственной мощностью также 30 тыс. тонн в год.

Про технологию

Угольные брикеты выпускаются и продаются в России уже давно. Обычно в виде гранул разной формы – бочонков, дисков, шариков. Часто они отформованы с отверстиями, увеличивающими площадь горения и облегчающими розжиг. Но представленный на рынке продукт – это именно прессованный и формованный уголь. А брикеты СУЭКа, как утверждаются в компании, – принципиально иное предложение. В основе которого – не уголь, а прессованный термококс. 

Так кратко называют среднетемпературный буроугольный кокс. Это мелкозернистая (частицы размером 1-5 мм) субстанция с очень высокой теплотой сгорания – до 7000 килокалорий на килограмм. Исходный бурый уголь, как правило, имеет теплоту сгорания в пределах 3000-3800 ккал/кг – то есть, в два раза меньше. Для сравнения, «идеальный уголь», химически чистый углерод, дает 8000 ккал/кг. «Еще одна инновационная компонента красноярского продукта заключается в том, что в его состав введена аккумулирующая тепло инертная добавка. Говоря понятным неспециалисту языком, если использовать для сжигания обычный уголь, то в топке быстро поднимается высокая температура и значительное количество тепла просто улетает в трубу с дымовыми газами, так как печное устройство не успевает его забрать из газового потока. При этом загрузка угля сгорает, скажем, за три-четыре часа, и затем надо добавлять новую порцию. В случае использования нашего продукта процесс горения растягивается во времени, и за счет этого достигается более полное извлечение энергии из топлива», - рассказывает Сергей Исламов, д.т.н., управляющий филиалом ООО «СибНИИуглеобогащение» в Красноярске (входит в структуру «СУЭК-Красноярск»). 

«Разработанная нами технология без преувеличения способна произвести революцию в угольной энергетике, - говорит Сергей Степанов, директор энерготехнологической компании «Термококс», первой начавшей исследования в этой сфере несколько лет назад – Термококс, в отличие от кокса классического, изготавливается из самого дешевого бурого угля, а не дорогих коксующихся и спекающихся марок углей. А при производстве и последующем сжигании термококсовых брикетов суммарные выбросы в атмосферу приблизительно в 20 раз меньше, чем у обычной угольной котельной той же мощности – соизмеримо с котельной на природном газе! В 2016 году мы завершили цикл всесторонних испытаний конечного продукта, в Красноярске заработали два предприятия по выпуску термококса. СУЭК уже убедился в достоинствах и востребованности этого топлива, и расширяет его производство. Также сейчас мы ведем проектирование промышленных объектов еще с тремя компаниями – «Кузбассразрезуглем», Кузбасской топливной компанией и угольным дивизионом ОК «РУСАЛ»».

Но насколько новое топливо правомерно называть «бездымным»? Ведь в основе лежит кокс, а производство кокса – это «запекание» угля при высоких температурах, грязное и вредное производство. Получается, что уголь для этих брикетов, образно выражаясь, «дымит дважды» - первый раз при коксовании, второй раз – в печке частного дома. Значит ли это, что выбросы в атмосферу просто «разделены на два этапа»?

«Нет, процесс выглядит иначе. Переработка угля в термококс представляет собой его частичную газификацию в специальном котле – исходный уголь, условно говоря, разделяется на два компонента: горючий газ и термококс, причем зола капсулируется внутри второго продукта. Газ сгорает в пределах котла и обеспечивает производство тепловой энергии в виде горячей воды или пара. Термококс выводится из котла вместо золы. Таким образом, выбросы при производстве термококса идентичны выбросам котла на газовом топливе, без золошлаковых отходов! Поскольку все выбросы котла относятся на производство полезной тепловой энергии, которая не теряется в атмосфере, а используется, то термококс производится фактически с нулевыми выбросами. Чего не скажешь о классическом производстве кокса для металлургии. Эта технология действительно занимает первое место в утвержденном правительством списке наиболее опасных производств», - объясняет Исламов.

Рубли и килограммы

Главная область применения бытового бездымного топлива – отопительные печи частного сектора, котлы для индивидуального отопления коттеджей, малые котлы отопительного и промышленного назначения, мини-котельные в сфере ЖКХ. И даже камины в элитных домах. Как заявил на недавнем заседании городского экоштаба в Красноярске коммерческий директор «СУЭК-Красноярск» Михаил Мангилев, потребность только краевой столицы, за экологию которой теперь взялись в правительстве РФ, можно «закрыть» 30-40 тыс. тонн нового продукта. По его оценке, сейчас в частном секторе (более 13 тыс. домовладений общей площадью около 720 тыс. кв. метров) сжигается порядка 70 тыс. тонн обычного угля, термококса понадобиться раза в два меньше. 

Как и с любой розничной новинкой, главный вопрос – цена. «За год потребитель сожжет в своей печке или котле в три раза меньше по массе топлива в виде брикетов, чем обычного угля. Конечно, среднестатистического обывателя мало волнует экология, но если он перестанет видеть ежедневно черный снег в своем дворе, это тоже станет побуждающим стимулом. Кроме того, брикеты – это калиброванное топливо, что важно для автоматизированных котлов. И у этого топлива нет просыпей через колосниковую решетку, когда часть угля уходит в отходы, не сгорев. И нет потерь на хранение и перегрузку, как в случае с обычным углем. Таким образом, при прочих равных условиях можно назначать цену в три раза больше, чем за обычный уголь», - говорит Сергей Исламов.

Сегодня в рознице 20-килограммовый мешок термококсовых брикетов стоит 120 рублей – это с учетом наценки продавца-посредника (при необходимости предусмотрена фасовка в биг-бэги до 400 кг, но их стоимость мы не выяснили). В будущем СУЭК планирует продавать брикеты непосредственно на разрезе – напрямую от производителя. Предположительно, это снизит цену на 20-25%. При этом тонна насыпного бурого угля для населения стоит 2 тыс. рублей, а фасованный бурый уголь в мешках по 37 кг можно купить за 110 рублей за мешок. Если провести пересчет с учетом обозначенного соотношения 1:3 в сравнении с бурым углем, то треть тонны брикетов обойдется домовладельцу в те же деньги, что и тонна насыпного угля. То есть, затраты на отопление вроде бы и не уменьшаются, но и не вырастают. При том что удобство использования и хранения брикетов радикально выше, а снег во дворе и небо над трубой останутся чистыми. 

На заседании экоштаба Михаил Мангилев также выразил уверенность, что потребитель сможет сэкономить – именно за счет более длительного срока горения: «Не стоит бояться, что этот продукт будет дороже, чем уголь. Для производства тонны брикета требуется несколько тонн угля. Но в целом экономия будет очевидна. Особенно по отношению к пеллетам и более дешевому углю». Однако, посетовал Мангилев, в компании уже столкнулись с тем, что потребители не очень хотят переходить на термококс с традиционного топлива: «То, что проще, всегда понятно. То, что инновационное, сложное, не всегда хочется вникать. Но мы видим огромные перспективы для данного продукта. Мы готовы сейчас идти на невысокие цены, хотя себестоимость огромна. Но чтобы потребитель понял, что за этим продуктом будущее, и что за ним реальное снижение экологической нагрузки, мы готовы».

Впрочем, Мангилев все же попросил у властей помощи. И намекнул, что неплохо было бы подумать о дотациях для населения, стимулирующих покупку именно этого продукта.

Спасти рядового частника

Продукты сгорания, выбрасываемые угольными котельными и печами частных домов, как правило, содержат недожог в виде сажистых частиц, тонкодисперсной пыли, ароматических углеводородов и других соединений. Визуально такие выбросы воспринимаются как дым – поток серо-черного газа из дымовой трубы. «Безусловно, при сжигании термококсовых брикетов тоже образуются газы (углекислый, водяной пар), однако они невидимы для глаза человека. Точно такие же газы, но в другой пропорции, образуются при сжигании природного газа. И они невидимы для глаза, что можно наблюдать в обычной газовой плите», - рассказывает Сергей Исламов.

В качестве основного потребителя термококсовых брикетов угольщики видят печи домов частного сектора. Но какой реальный вред городу они наносят, отапливаясь традиционным углем, на фоне промышленных гигантов – КрАЗа, тепловых станций СГК и т.п.? Поможет ли переход на брикеты в борьбе с давней бедой региона – «эффектом черного неба»?

Ежегодный объем выбросов в Красноярске – порядка 200 тыс. тонн в СО2-эквиваленте – эти цифры обнародовал недавно врио губернатора края Александр Усс. Согласно подсчетам, которые озвучил лидер местных «зеленых» Сергей Шахматов, в Красноярске углем отапливаются около 7300 частных домохозяйств и около тысячи незарегистрированных автономных источников отопления малых коммерческих предприятий. Все вместе они порождают около 2,3% (или порядка 4,5 тыс. тонн) от суммарных выбросов в атмосферу города, сжигая от 130 до 170 тыс. тонн угля в год. 

Вроде бы, 2,3% - это несущественно? «Существенно!, - уверен Сергей Степанов: - Таким регионам, как Красноярский край, бездымное топливо в виде термококсовых брикетов необходимо буквально как воздух – в прямом смысле. Частные дома края отапливаются углем – это сложившаяся данность, географическая особенность. Печные трубы домов располагаются низко, в безветрие весь дым и сажа оседают в самом низком атмосферном слое – полтора-два метра от земли – там, где фактически пребывают люди. Влияния угольных ТЭЦ, разумеется, никто не отрицает, но у них хотя бы высокие трубы, дающие большой радиус рассеяния. Массовое внедрение термококса, как топлива, способно резко улучшить экологическую обстановку в угольных регионах страны».

Местные экологи подтверждают – в зону превышения допустимых концентраций взвешенных веществ в воздухе, порождаемых бытовыми печами, попадает до 25% жителей Красноярска. Значит, необходимо радикально уменьшить экологический след угля, приблизив его сжигание по экологической безопасности к природному газу. Федеральный исследовательский центр угля и углехимии СО РАН и его научный руководитель, академик РАН Алексей Конторович, активно поддерживают развитие производства и применения термококса и топливных брикетов из него, и предлагают разработать и запустить ФЦП «Низкоуглеродные угольные технологии». По словам Конторовича, это не только обеспечит технологический прорыв в угольной энергетике, металлургии и природоохранных технологиях, но и ослабит социальную напряженность в угледобывающих регионах России, обусловленную планомерным сокращением потребления этого твердого топлива в традиционных секторах экономики.

По словам Сергея Степанова, самый большой «подводный камень» нового продукта – это нужда в комплексности, которую не всегда удается обеспечить. «Дело в том, что производство термококса максимально экологично и рационально, если тепло, порождаемое в процессе, не выбрасывается в атмосферу, а используется. Иными словами, заводу требуется «присоединенная тепловая нагрузка». Идеальными потребителями этого тепла могли бы быть предприятия ЖКХ, но им оно, как ни странно, не нужно – у них есть свои генерирующие мощности, рынок сбыта, и нет мотивации реконструировать сложившуюся и функционирующую систему. Поэтому главная задача – не просто построить фабрику с термококсовыми котлами, а создать комплекс из завода и потребителей его тепла». Но вот найти «неподключенных потребителей» в сложившейся и устойчивой системе рынка теплогенерации не так-то просто.