Нафтохімія – драйвер зростання енергетики та економіки

Внаслідок російської агресій зруйновано та пошкоджено десятки тисяч будинків, споруд, знищено інфраструктуру, мережі, трубопроводи.

Найбільше постраждали Донецька, Луганська, Харківська, Чернігівська, Сумська, Київська області.

Зруйновані об'єкти промисловості, енергетики, комунального господарства, зокрема потужні металургійні та коксохімічні заводи. Усе це необхідно відновлювати та відбудовувати.

Відбудова

Для післявоєнної відбудови країна потребуватиме значної кількості будівельних матеріалів, які неможливо забезпечити імпортом. Тому уже зараз слід розвивати вітчизняну промисловість будівельних матеріалів.

До 24 лютого 2022 року для виробництва дорожніх, конструкційних, будівельних, оздоблювальних та інших матеріалів наші компанії використовували українську сировину. Відновлення їх виробництва меншою мірою залежить від імпорту. Окремою сировинною позицією стануть будівельні відходи зруйнованих об’єктів.

Найскладніша ситуація з полімерними матеріалами для виробництва труб, кабелів, вікон тощо, сировина для яких зазвичай імпортувалася. Насамперед ідеться про поліетилен, поліпропілен, полівінілхлорид.

За даними Держстату, Україна лише в січні цього року імпортувала полімерних матеріалів, пластмас та виробів на суму 179 млн дол (експорт – на 19 млн дол). У 2022 році цифри становили 2,47 млрд дол (експорт на 424 млн дол).

До повномасштабного вторгнення, основна частина імпорту припадала на Білорусь та РФ. У 2021 році з РФ завезли понад 100 тис тонн полімерів та пластику, з Білорусі – ще 20 тис тонн.

Безвідходне виробництво. Як французи відбудовують житло в Гостомелі з будівельного сміття

Маємо знайти нових постачальників. Насамперед – із країн ЄС (Польща, Румунія, країни Балтії, Німеччина, інші). Хоча їхній ринок теж зазнав змін після запровадження санкцій проти російських первинних полімерів та пластмас. Агресор не дорахується близько 1 млрд дол – саме у стільки оцінювався російський імпорт в ЄС цієї групи товарів у 2021 році.

Але плани післявоєнного відновлення України мають враховувати не лише пошук нових постачальників, а й включати створення власної сучасної хімічної промисловості. З урахуванням всесвітніх екологічних трендів, ставки на перероблення, політики поводження з побутовими відходами важливо, аби вона була переорієнтована з використання викопної сировини на споживання біомаси й відходів.

Нова модель промислового розвитку України має передбачати інноваційну модернізацію існуючих нафтопереробних заводів шляхом доповнення їх технологічних схем як процесами глибокої нафтохімічної переробки з отриманням продуктів основного органічного синтезу, так і заміщення первинних процесів на відновлювану та зелену сировину, із залученням інноваційних технологій та новітніх технологічних рішень.

Українська хімія та нафтохімія

Частка хімічної та нафтохімічної промисловості в провідних країнах світу становить у середньому 11–13%. В Україні цей показник значно менший. Обсяги виробництва почали падати у 2012 році. У 2014 році, після анексії Криму та російського вторгнення на Донбас, були втрачені ресурсні та виробничі потужності.

Тоді частка хімічної та нафтохімічної промисловості становила 9,1%, а сьогодні, вона впала ще більше. Руйнування та зупинка виробничих потужностей, розірвані ланцюги виробництва, постачань та збуту, зниження попиту, відплив робочої сили – те, з чим зіткнулася наша промисловість.

Сьогодні головним національним виробником у галузі нафтохімії є "Карпатнафтохім". Його річні потужності з виробництва етилену, пропілену, поліетилену і поліхлорвінілу складають 250 тис тонн, 120 тис тонн, 100 тис тонн та 300 тис тонн відповідно. Сировиною виступає дизельне пальне, прямогінний бензин, широка фракція легких вуглеводнів тощо.

Але цього не достатньо, аби задовольнити попит на полімерні матеріали, який неодмінно зросте після нашої Перемоги та початку відбудови.

Програма промислового післявоєнного розвитку України, яка зараз готується експертами UNIDO, має бути складена з урахуванням досвіду ведення великомасштабних воєнних дій на значних територіях. Україні потрібна нова структура виробництва автомобільних бензинів, дизельних палив, авіакеросинів, мастильних матеріалів, яка дозволить запобігти зупинці їх виробництва у випадку руйнувань заводів.

Зазначеним вимогам відповідає стратегія поступового зеленого переходу нафтогазової галузі України з відмовою від викопної сировини. Основні засади будівництва хімічних комбінатів на біомасі та відходах мають враховувати:

• децентралізацію хімічних виробництв та локалізацію їх будівництва на рівні не менш ніж 60% (40% залишаються на імпорт каталізаторів, ПЗ, автоматики, тощо);
• модернізацію існуючих потужностей вторинними процесами переробки, їх дооздоблення піролізними модулями та модулями газифікації біомаси та відходів;
• тренд на заміщення викопної вуглеводневої сировини на сировину біогенного походження (тут важливо визначити справедливу ціну на неї);
• адаптованість технологічних процесів до роботи з різними видами сировини та мультисумішами;
• відносно більші САРЕХи на будівництво одного заводу, адже розподілена переробка надає доступ до різних видів сировини та економію на логістиці сировини та готових продуктів;
• дискретність заводів пропорційно тепловій потужності однієї колони, тобто 50-60 МВт*год з урахуванням економічної доцільності логістики: 50-70 км – для біомаси та відходів, до 150 км – для піролізних фракцій з подальшою глибокою переробкою;
• використання вуглеводневих фракцій міні-НПЗ (прямогонного бензину, нафти, тощо).

Переробка VS утилізація

Останні десятиліття Україна буквально потопала у смітті і стала одним зі світових антилідерів за кількістю сміттєзвалищ (біля 30 тис). Згідно з дослідженням PwC від 2020 року, країна "продукувала" близько 10 млн тонн сміття щороку.

На одного українця, за різними методиками розрахунку, в середньому припадає від 230 кг до 330 кг відходів на рік. Це менше, якщо порівняти з громадянином ЄС, який залишає після себе 489 кг. Проте це не повинно заспокоювати, адже в ЄС ці відходи переробляються, а у нас – майже ні.

А тепер уявіть собі, що з такою кількістю сміття Україна імпортує вторинну сировину. У 2021 році було імпортовано 275 тис тонн макулатури, 49 тис тонн пластикових відходів, 12 тис тонн склобою на суму понад 2,6 млрд грн.

Україна імпортує відходи з інших країн на мільярди. Чому так та як у нас працює бізнес з переробки сміття?

Імпорт відходів – звичайне явище для таких країн, як Швеція, де переробляється майже 100% побутових  відходів для виробництва електроенергії, тепла тощо. На жаль, ми поки не маємо таких результатів.

В нашій країні побутові відходи утилізують шляхом захоронення – на звалищах. Хоча маємо потенціал їх перероблення. Усе, що для цього потрібно, – налагодити систему сортування. Питання набуває особливої актуальності зараз, коли розуміємо, що через війну кількість відходів суттєво збільшиться. Зокрема, після руйнації будинків та споруд.

Спалювання твердих побутових відходів є простою та досить привабливою технологією для отримання теплової енергії та зменшення обсягів сміттєзвалищ. Однак такий спосіб утилізації передбачає викиди, що впливають на клімат.

Одна тонна побутових відходів в результаті спалювання утворює близько 0,7–1,7 тонн вуглецю, що робить значний внесок у парниковий ефект. Енергія, що виробляється в результаті спалювання, має високі викиди парникових газів. Тому спалювання відходів не є екологічно чистою альтернативою через супутні викиди парникових газів. І це непокоїть екологів.

Існують інші, більш екологічні та ефективні технології утилізації: піроліз та газифікація. Це термічні процеси перетворення вуглецевмісних речовин у рідкі вуглеводневі фракції, смолу, золу, кокс, вугілля та газ.

Шляхом піролізу отримують такі продукти, як піролізні рідини (суміші вуглеводнів), вугілля, смола та газ. При газифікації вуглецеві продукти перетворюються переважно на газоподібний продукт.

У процесі піролізу та газифікації утворюються вуглеводневі рідини та синтез-газ.

Газифікація біомаси також дозволяє отримувати синтез-газ, який, своєю чергою, є сировиною для подальших хімічних перетворень та отримання таких хімічних продуктів, як олефіни (етилен і пропілен), метанол, формальдегід, диметиловий ефір, синтетичні палива тощо. Фактично, синтез-газ можна виробляти майже з будь-якого органічного матеріалу, включаючи біомасу та органічні відходи.

Синтез-газ – чудова сировина для хімічного синтезу багатьох продуктів. Ще під час Другої світової війни Німеччина отримувала синтетичне авіаційне та транспортне паливо з викопного палива за методом Фішера-Тропша, або "непрямого зрідження".

Вуглецевмісна сировина при високих температурах без доступу кисню спочатку газифікується з утворенням синтез-газу, який потім каталітично перетворюється на рідке та газоподібне паливо: метан і суміш вуглеводнів – переважно, парафіни з нерозривним ланцюгом і з невеликою кількістю метильного розгалуження.

Сам термін "вуглецевмісна сировина" в минулому столітті вживався зазвичай у відношенні до викопних вугілля та вуглеводнів. Сьогодні ж він широко застосовується до відновлюваних джерел вуглецю, з урахуванням, що деякі з них мають викопне походження, наприклад, мультипластики.

Досить умовно відновлювані вуглецевмісні сировинні матеріали можна розділити на декілька груп:

• несортовані відходи, з яких видалені неорганічні складові, вторинні комерційні фракції та небезпечні компоненти;
• біомаса, наприклад, у вигляді пелет, подрібнених або в інший спосіб підготовлених відходів лісового господарства, сільського господарства, деревообробки, садівництва, мулових відкладень комунальних підприємств;
• мультипластики, що непридатні для вторинного використання внаслідок їх забрудненості;
• мультипалива – тобто суміш висококалорійних органічних компонентів.

Світова науково-інженерна спільнота за останні десятиліття здійснила інноваційно-технологічні прориви у способах газифікації вуглецевмісної сировини. Сучасні технології термохімічної переробки дозволяють перетворювати відходи та біомасу у високоякісні синтетичні продукти, уникаючи викидів вуглецю у повітря та накопичення відходів на звалищах.

Це відкриває майже необмежені перспективи розвитку хімічної галузі в Україні, особливо з огляду на потреби післявоєнної відбудови.

Газифікація та піроліз відходів

Окремо ще раз зупинюся на цих технологіях. Газифікації можуть бути піддані практично всі відомі види твердих, рідких і газоподібних горючих копалин. При цьому можна отримати газ заданого складу або заданої теплоти згоряння, оскільки ці показники значною мірою визначаються температурою, тиском і складом дуття, що застосовується.

Перевага процесу піролізу над газифікацією полягає в наявності найбільшого потенціалу перетворення більшої частини енергії пластикових відходів у рідкі синтетичні палива, синтетичний газ високої температури, мазут і рідкі оливи.

Піроліз дозволяє практично повністю знищити шкідливі речовини, які є в складі сучасних полімерів. Зола або шлак, які утворюються у процесі  переробки, брикетують і використовують далі як безпечне для екології пічне паливо.

Основна проблема, яку має подолати галузь – ці технології мають бути конкурентоспроможними порівняно з іншими методами утилізації відходів. Операції газифікації та піролізу відходів можна оптимізувати, а витрати, як наслідок, зменшити, якщо сировина для відходів є більш однорідною та якщо вони використовуються в модульних додатках.

Отже, майбутнє комерційної привабливості газифікації та піролізу відходів значною мірою залежить від синергії, яка може бути досягнута між початковим збором і заводським переробленням відходів для цих технологій їх перетворення.

Сучасні проєкти технологій газифікації відходів

Основною перешкодою газифікації пластикових відходів є утворення смоли, що призводить до серйозних операційних проблем, у такий спосіб зменшуючи вихід газу та впливаючи на загальну продуктивність процесу. Процес піролізу також має недоліки, такі як більш складний потік продукту та неможливість прямого випуску газів продукту через високі концентрації вуглецю.

Склад і змінна якість сировини є серйозною проблемою для всіх процесів перетворення пластику. Довгострокова життєздатність цих процесів є безперечною, тому що за допомогою цих шляхів валоризації поводження з відходами стає дуже систематичним, з меншою кількістю місць на звалищах, нижчою ціною та меншим забрудненням.

Висновки

Термохімічне перетворення біомаси та відходів у синтетичний газ і органічні продукти може здійснюватися і шляхом газифікації, і шляхом піролізу. Кожна з цих технологій має свої переваги та обмеження. Вибір конкретної технології залежить від кількох чинників, таких як масштаб роботи, характеристики вихідної сировини та застосування синтез-газу.

Проєкти газифікації відходів і біомаси стають більш комерційно привабливими з огляду на виробництво енергії: електричної та теплової. Очікується, що тверда біомаса та відходи будуть найбільшим джерелом палива з низьким вмістом вуглецю і до 2040 року відповідатимуть більш ніж одній чверті попиту на відновлювану енергію.

Сучасні технологічні тенденції та реалізовані пілотні проєкти відкривають можливості для реалізації комерційно привабливих проєктів виробництва вуглеводнів, метанолу, палив, поліетилену та поліпропілену, інших різноманітних хімікатів з використанням біомаси та відходів, відповідно до зеленого курсу на відмову від викопної вуглецевмісної сировини.

Під час відбудови нашої нафтохімічної та хімічної продукції маємо це максимально враховувати. І одним з першочергових завдань буде впровадження процесу сортування відходів як сировини для подальшого перероблення та виробництва. Попереду дуже багато роботи.