Регулярно встречаю такое мнение, что, дескать, вся промышленная продукция в мире делается из нефти и газа, безальтернативно. Вплоть до того, что без газа и удобрения не сделать, и даже сталь не выплавить. Особенно любят на это давить в политических спорах. Меня категорически не устраивает категоричность этих утверждений, поэтому давайте разбираться, так ли это, и насколько безальтернативным являются нефть и газ в тех или иных промышленных процессах. Пруфов не будет, ибо мне тупо лень, но пользоваться я буду только открытой и легкогуглимой инфой, большую часть вы найдете в Википедии. А ещё я химик, так что буду давить авторитетом, вот.
Дисклеймер: очевидно, что альтернативные процессы потому и альтернативные, что дороже основных, поэтому их использование приведет к удорожанию продукции, иначе бы на них уже давно все перешли. Но надо понимать, что отношение "дороже-дешевле" сложилось при текущих ценах и доступности сырья, при изменении этих вводных экономика этих процессов может очень сильно меняться. И ещё, надо понимать, что если эти методы реально использовались в промышленности в обозримом прошлом, то их себестоимость сравнима с текущими.
Базовые вещества
В топ-10 самых тоннажных веществ в мировой химической промышленности входят серная кислота, аммиак, азотная кислота, этилен, пропилен, хлор, едкий натр, сода, бензол и уксусная кислота. Каждое из этих веществ производится миллионами тонн и используется во множестве процессов промышленной химии. Синтез каждого из этих веществ заслуживает отдельного описания.
Серная кислота. Тут всё понятно, жгем серу до талого, а потом концы в воду. Процесс сам по себе экзотермичен, так что затрат энергии немного, скорее вопрос как эту энергию отвести. Никакого отношения к нефтегазу синтез серной кислоты не имеет. А вот для нефтегазохимии серная кислота бывает нужна.
Аммиак. Водород и азот. А дальше либо греем, либо швыряем молнию. В общем, несмотря на то, что процесс экзотермичный, энергии он жрет довольно много. Но, опять же, любую энергию, источник неважен. Однако пару слов про водород. В топ тоннажных продуктов он не входит, хотя если считать не по весу, а по объему, может обогнать даже серную кислоту. Основной способ получения - риформинг/пиролиз метана или крекинг более тяжелых углеводородов. Однако есть и электролиз, он вполне крупнотоннажный, но пока в 1.5-2 раза дороже (зависит от вводных в конкретной локации). Но электролитическое получение водорода - хороший вариант для сглаживания колебаний альтернативной генерации, так что не всё так однозначно. Если газ подорожает, скажем, в полтора раза, электролиз уже сможет конкурировать.
Азотная кислота. Жгем аммиак, и потом, что характерно, пихаем оксид азота в воду. Нужен аммиак и некоторое количество энергии. Но совсем не так много, как на тот же водород.
Этилен, пропилен, бензол. В основном нужны для синтеза полимеров и лакокраски. Основным источником этих веществ является сейчас нефтехимия, но имеются экономически сопоставимые альтернативы в виде углехимии через метанольный процесс, а также дегидратации этанола (для этилена). То есть в принципе, если нефти не будет, эти полимеры можно в достаточном количестве делать из угля и спирта, но будет подороже. А вот с бензолом без нефти или газа сложно, реальных промышленных процессов нет. В перспективе можно раскачать каталитическую тримеризацию ацетилена, но пока нет необходимости.
Хлор, едкий натр и сода. Получают электролизом поваренной соли. Нужна электроэнергия, никакой разницы, пришла ли она с ТЭЦ, АЭС или ветряка, нет. Едкий натр ещё кое-где получают через процесс Сольвея, из гашенной извести, но доля его неуклонно снижается. В общем, эта индустрия тоже прекрасно обходится без нефти и газа, как и сода, получаемая из той же поваренной соли с использованием углекислого газа и либо извести, либо аммиака.
Уксусную кислоту производят или из метанола, или из биосырья. Раз уж заговорили про метанол, то озвучим, как синтезируют его, а заодно и формальдегид, тем более что на пару они даже превосходят по объемам выпуска уксус. Метанол вообще не производят из нефтегаза, его делают либо из угля, либо из биосырья. а формальдегид, соответственно, получают из метанола.
Внезапно, из 10 самых тоннажных продуктов химической промышленности на нефтехимию завязано только три, и то один из них вполне себе умеют производить и без нефти. Самую большую долю в себестоимости этих веществ занимает энергия. Кроме того, очень высоки капитальные вложения и затраты на логистику.
Полимеры.
Далее у нас будут полимеры, ибо это самый крупнотоннажный продукт химической промышленности, по совокупности обгоняющий по выпуску даже серную кислоту. На первом месте среди выпускаемых полимеров находятся полиэтилен и полипропилен, производимые из этилена и пропилена, соответственно, получение которых мы разобрали выше.
Следом за ними идут ПВХ и полистирол. Эти два полимера в целом несколько теряют свои позиции в мировой полимерной индустрии, но пока что входят в топ-5 самых тоннажных. ПВХ делают из винилхлорида, который, в свою очередь, делают через ряд превращений из этилена или из ацетилена. Как делают этилен мы уже знаем, но возникает ацетилен. Ацетилен можно получать пиролизом газа или нефтепродуктов, но можно и углехимически, через карбидный процесс. И карбидный процесс вполне себе используется в промышленности в наши дни. Полистирол же получают из стирола, который делают окислением этилбензола, который получают либо как побочку при каталитичском риформинге, либо из бензола и, тадам, этилена. Что там по бензолу мы уже разбирали, и там пока всё глухо - только нефть, только хардкор.
Замыкает нашу пятерку ПЭТ, который синтезируется из этиленгликоля и терефталевой кислоты (или её эфиров). Этиленгликоль синтезируют из этилена, но есть и существенная доля углехимического процесса. Терефталку производят из п-ксилола, который тоже получается при каталитическом риформинге нефти. Но, есть большое но! В отличие от предыдущих персонажей, ПЭТ является реально и экономически целесообразно химически перерабатываемым полимером, и терефталку вполне можно извлекать из вторичного ПЭТ и пускать обратно в синтез, как и этиленгликоль. Поэтому при необходимости потребности в новом мономере можно кратно уменьшить.
Далее идут полиамид, поликарбонат и полиакрилаты/акриламиды (объединил, т.к. их мономеры делаются из одних и тех же прекурсоров). Полиамид в конечном итоге делается из бензола через кучу стадий, а про бензол вы уже в курсе. Поликарбонат делается из бисфенола А, который в итоге упирается в тот же бензол. Метакрилаты получают из ацетона, который можно получать из биосырья (даже человек, хотя и не очень здоровый, может генерировать ацетон). В мировом производстве ацетона этот процесс занимает малую долю, но он жив, т.е. имеет худо-бедно сопоставимую себестоимость.
Текущее положение дел таково, что синтез полимеров упирается в основном в нефте/газохимию. Большую часть можно заменить углехимией, кое-что - химией растительного сырья, но ценой довольно болезненного перестроения крупнотоннажных процессов и неизбежного удорожания, для некоторых полимеров - кратного. Ну и надо понимать, что углехимия требует больше энергии на единицу продукции, чем нефтехимия.
Растворители
Различные малые органические молекулы, преимущественно жидкие, которые при том не являются мономерами для синтеза полимеров. В основном это растворители, плюс некоторые прекурсоры для синтеза полимеров, а также лакокраски, клеев и т.д. К сожалению, быстро статистику по объемам мирового производства их я не нашел, поэтому просто пройдусь по основным семействам.
Углеводородные растворители. Алифатические, помимо нефтехимии, вполне себе производятся углехимически. С ароматическими посложнее, но сейчас стараются уменьшить их использование по целому ряду причин. Но в основном, конечно, нефть. Помимо этого стоит упомянуть фенол, хлорбензол, нитробензол, анилин - они все упираются в бензол.
Спирты, ацетон, производные уксусной кислоты. С этанолом и этиленгликолем мы разобрались раньше, если кратко - можно и без нефтегаза. Жирные спирты, в первую очередь бутанол, производят в основном из биосырья. Про ацетон мы также поговорили в предыдущем разделе, изопропиловый спирт делают из него. Довольно большую долю в производстве растворителей занимают эфиры уксусной кислоты - этилацетат, бутилацетат. Они делаются из уксуса и спиртов, см выше.
Эфирные растворители. Диэтиловый эфир из этанола, диоксан, всякие диметоксиэтаны и целлозольвы из этиленгликоля и соответствующих спиртов - метанола, этанола, бутанола.
Хлорорганика. Дихлорэтан, прекурсор винилхлорида, делают из этилена или ацетилена, мы уже это упоминали. Хлорированные метаны производятся из метана, то есть природного газа.
В общем, здесь ситуация несколько полегче, чем в полимерах. Нефтегазохимия всё ещё занимает большую часть объемов продукции, но больше альтернатив. Тем более что растворители, в отличие от мономеров или базовых реактивов, не являются догмой для промышленных процессов, и во многих местах могут быть заменены широким кругом аналогов. В целом, сейчас стараются отказаться от углевородородных и хлорорганических растворителей, а также повышают эффективность рециклизации растворителей.
Засим я закончу разговор про отрасли, оперирующие по большей части химикатами в привычном понимании, и в следующий раз мы обсудим удобрения, металлургию, стройматериалы и прочую "околохимическую промышленность".
Комментарии (34)
BugM
05.10.2024 13:37+8А вот так на самом деле:
Весь аммиак делают из природного газа
Все азотные удобрения делают из газа
Треть серной кислоты тоже делают из нефти
Полимеры тоже делают из нефти/газа
То что что-то можно делать по другому не означает что это имеет смысл. Цена производства получается совсем другой и появляются вопросики.
Аммиак это отличный пример. А теории сделать можно по разному, но все его делают из природного гада по другому нет смысла. Те у кого нет дешевого газа аммиак просто покупают. Это выходит дешевле чем делать его как-то по другому.
Radisto
05.10.2024 13:37+3Автор предлагает уголь. Процесс Фишера-Тропша может дать сырьё для полимеров, да и процесс производства синтез-газа дает водород без нефти. Если не вру, то Габер, изобретатель нынешнего процесса синтеза аммиака, водород брал не из природного газа
Просто использование угля дорого и сопровождается большими выбросами углекислого газа. Германия и ЮАР проверяли - от безысходности можно, но конкуренция с нефтью и газом делает процесс вообще невыгодным
BugM
05.10.2024 13:37+5Можно много чего делать. Водород хоть из воды можно добывать, кто запретит? Только в этом нет смысла. Из газа дешевле.
Изобретатели реакций и процессов не стремились к оптимизации цены за килограмм готовой продукции. Это уже потом пришли инженеры и сделали все выгодно.
Radisto
05.10.2024 13:37Габер и Фишер стремились. Нефти не было у их страны. Они делали процессы так, чтобы это было экономически целесообразно в тех условиях. Синтетические углеводороды и аммиак у них был. В пределах экономической целесообразности. На войну только не хватило.
BugM
05.10.2024 13:37+2Это как раз из разряда если нет газа, давайте делать водород из воды. Можно, работает, в промышленных масштабах тоже работает.
Зачем все еще непонятно. Нет у вас нефти? Купите ее у тех у кого она есть. Это выйдет выгоднее чем альтернативные пути производства чего угодно. Не хотите нефть покупать? Купите готовую продукцию. Пластики, удобрения, газы и все такое.
Radisto
05.10.2024 13:37+1Видимо, когда в дело вступает политика, экономика иногда сбоит: процесс Фишера-Тропша (как и Габеровский) родились в стране, которой не продавали в нужном количестве ни нефть, ни селитру. Они бы рады были купить, но не продавали. Знакомая ситуация
ru1z
05.10.2024 13:37+3Продавали нефть в мирное время, ерунду пишете. Во время войны - не продавали, но нацисткие союзники поставляли (Румыния например). То что нацисты наращивали военку было известно заранее и западные страны предупреждали СССР задолго до начала войны. Было бы странно продавать что-то во все более милитализированную страну, которая во второй раз пытается напасть.
Фишер-Троповский и Габероский процессы вообще в еще кайзеровские времена открыли и к непродаванию нефти не имел никакого отношения. Нацисты их индустриализировали для нападения на запад, но процессы уже существовали лет десять-двадцать до их прихода во власть.Так то и СССР не хватало горючего во время войны, но западные страны ее поддерживали:
США поставили 2 млн 13 тыс. тонн авиабензина (вместе с союзниками — 2 млн 586 тыс. тонн) — почти 2/3 горючего, использованного за годы войны советской авиацией
Но это не говорило о "непродавании" или "продавании, во время активных военных действий особенно не получится что-то новое запускать, особенно если дело касается качественного бензина. И в России у нас тоже не было ситуации непродавания, все продавали, это только госвсепропальщики сочиняют о "непродавании".
Нужно как-то отделять "экономику" военных нацистов которые пытались напасть на западные страны и позже на СССР, кайзеровские закидоны и время до этого. Там и "страна" постоянно менялась, второй рейх и как бы обьединенная германия (до этого кучка стран) просуществовала около 50 лет, потом аншлюсы и все остальное. Нацисты себя конечно объявляли востоком противостоящим западу, но это наверное все военные придурки так объясняют "великую идеологию". Да и "непродавание" - скорее всего типичная стратегия госменеджмента объяснить зачем им нужна победоносная война.
Sun-ami
05.10.2024 13:37Однако, в Норвегии уже строится завод, который должен производить 400 тыс тонн зелёного аммика в год - проект HEGRA. Из этого аммиака можно делать в том числе и удобрения. Есть и другие проекты, об этом ещё в 2022 году вышла статья на Хабре.
BugM
05.10.2024 13:37+10Норвегии уже строится завод
У богатых свои причуды. Гипердоходы от продажи нефти и газа можно тратить на любые прожекты, денег все равно много. Арабы вон мегадом строить планируют на нефтяные деньги.
К массовому экономически обоснованному производству это все не имеет никакого отношения.
shadrap
05.10.2024 13:37+2а чем метан не природный газ? сколько там его добывают из угольных пластов? %15?
hphphp
05.10.2024 13:37+4Чего уж мелочиться - термоядерный синтез вообще бескомпромиссный вариант - без нефти и газа. _)
P.S/
Серы у нас настолько достаточно, что иногда просто девать некуда, только обратно закачивать в пласт.
И чем сера, очищенная в процессе отделения природного газа от сероводорода "хуже" так называемой "природной" так и не понял.
eutist
05.10.2024 13:37+2А вот с бензолом без нефти или газа сложно, реальных промышленных процессов нет.
Бензол вполне себе добывают из коксового газа в отделении улавливания химических продуктов. Там достаточно товарные партии выходят, коксохимы его спокойно продают как побочный продукт.
SebastianP
05.10.2024 13:37+1вот простым гуглением нашел ответ на вопрос: Какая часть нефти уходит на производство топлива, а какая на химическое производство ?
90% на топливо 10% на хим. производство по данным Евросоюза. Только нужно понимать эти 90 естественно не бензин и солярка. Это газ, мазут для электростанций, керосин для реактивных самолетов и тд. Легковые авто и несколько процентов добываемого топлива не потребляют
Т.е. с массовым переходом на электротягу и отопление (с питанием солнечным и ветряным) нефти гораздо меньше станет нужно! Казалось бы и причем тут политика...
Jec13
05.10.2024 13:37+2Автор половина вещей забывает. К примеру азотная кислота делается из аммиака и воды (из скважины). А вот аммиак (очень сложный процесс) делают из азота (из воздуха) + водород (из газа). Водород конечно можно делать электролизом, но это очень дорого. Тоже самое серная кислота. (писали выше).
И так во всём.Автор забывает про компоненты. Если копать то копать сразу до всех глубин. Согласен есть альтернативы производства но они экономически нецелесообразны.
Radisto
05.10.2024 13:37Ну надо не забывать, что в цене аммиака цена водорода составляет небольшую часть, а в основном это энергия в виде электричества на работу компрессоров, и на конечную стоимость это повлияет не так сильно. Серная кислота дешева в производстве из любой серы и даже не из серы - она экономически рентабельно производится как побочный продукт при обжиге сульфидных руд. Как раз эти продукты можно выгодно производить без нефти и природного газа, просто они станут несколько дороже. Проблема в топливе для двигателей, особенно всякие ответственные авиационные) и сырье для полимеров - тут углехимия спотыкается о качество, цену и объемы
VanishingPoint
05.10.2024 13:37Обычно эти разговоры ведутся в контексте декарбонизации. То есть ухода от сжигания ископаемого топлива в целях выработки энергии.
Но при этом надо понимать, что химическая промышленность не приводит к сжиганию, углерод остается связанным, а не уходит а атмосферу. Поэтому химическая промышленность не так вредит экологии.
Dynasaur
05.10.2024 13:37+1Ну и чего в итоге автор доказал? :-) Что нефтегазохимию можно заменить углехимией, но не выгодно :-) А я больше скажу, любые органические вещества можно получить из любых. Можно вместо нефти и газа использовать навоз, солому и опилки. Только не выгодно :-)
Muzzy0
05.10.2024 13:37Один из способов получения акриламида - с помощью биокатализа из акрилонитрила (нитрил акриловой кислоты, НАК). Работал на таком производстве 20 лет назад.
vilgeforce
А серу откуда берут? Уж не из нефти-газа ли? ;-)
Radisto
Можно природную добывать. Раньше ее и добывали. Просто в России процесс очистки газа и нефти от серы (процесс Клауса , если не вру) дает такое количество дешёвой серы, что нам с избытком хватает, и добыча природной уже давно не производится. Но в некоторых странах добывают.
vilgeforce
И получается что серная кислота - из нефти и газа в итоге. Ну и из руд в некотором количестве
Radisto
Да. И желательно было бы увеличить количество кислоты, получаемой из руд, потому что обжиг руд приводит к выделению большого количества сернистого ангидрида, и он улетает в атмосферу, а это неполезно. У нас в России это проблема Норильска, если я не ошибаюсь: производство кислоты там невыгодно, потому что в Норильске столько просто не надо, а вывозить "на большую землю" такой дешевый продукт нерентабельно. Та же беда при обжиге медных руд. Производство серной кислоты - способ утилизации вредных выбросов, который хоть как-то способен себя окупить. Серная кислота поэтому очень дешева при разных процессах производства и вообще не проблема даже при полном отсутствии нефти и газа
muxa_ru
То есть, сера берётся из нефти и газа, да?
Не в теории, где её на Марсе на грядках выращивают, и к нам на космических кораблях привозят., а в реальности, откуда она берётся?
Опровергаемый Вами тезис состоит в описании текущего состояния дел.
Не гипотетического генератора любого вещества используя энергию из термоядерного реактора, а того что у нас есть сейчас.
Это как опровергать идею "без автомобилей экономика сейчас не работает" рассказами о том, что когда-то ездили на лошадях, а в будущем сделают телепортаторы.
seregina_alya
У вас странные претензии
В самом начале статьи написано, что да, автор признаёт, что текущее положение дел наиболее целесообразно экономически и цель - выяснить, можно ли в принципе обойтись без нефти и газа.
В этом свете ваш комментарий непонятен. Он полностью соотносится со статьёй. Нефть не единственный источник серы, просто дешёвый, поэтому её можно заменить. Энергия нефти сейчас самая дешёвая, поэтому используется она, но при отсутствии нефти её можно заменить. То же самое с автомобилями - экономика без них не обходится, но пропади они - и с болью, дорого, но их заменят
muxa_ru
Суть моего комментария в том, что автор заявляет оспаривание одного тезиса
А потом начинает рассказывать о том, что могло бы быть где-то и когда-то.
У нас не 100% электрогенерации работает на нефти и газе? Ок, а если их убрать совсем, то промышленность продолжит работать при возникшем дефиците?
Нет разницы с ТЭС энергия пришла или с ветряка? Разница существенная: с ТЭС она есть, а светряка её нет.
Вместо много и дешёвой серы из нефти мы можем добывать мало и дорогой самородной? Ок, а промышленность сможет продолжить работать при таких объёмах и ценах?
Вместо кучи дешёых полимеров из нефти, без которых сейчас вообще нифига не работает, можно напрячься и делать их из угля? А если сейчас нефть вырубить, сколько времени уйдёт на развёртывание этого же на угле?
Давайте вернёмся к оспариваемому тезису
Если прямо сейчас нефть перестанет поступать, то мы сможем делать удобрения и выплавлять сталь?
Ни когда-то там в будущем, а прямо сейчас?
(обновил обращения)
Radisto
Сталь выплавляется на угольном коксе. Пиролизный если чистоты не хватет, потому что он дорогой. Газ вдувают, чтобы сэкономить кокс, который тоже дорогой. Кислородный завод работает на электричестве, которое и ГЭС и АЭС дадут. Так что сталь производить при наличии угля можно прямо сейчас, на имеюшемся оборудовании. Для аммиака надо производство водорода организовывать другим способом, это время, но принципиально тоже возможно (в начале 20 века так и делали). Вот с полимерами и топливом для авто будут сложности - их надо много, а эффективных процессов добычи из угля - мало, и заводов нет, и надо с нуля строить, а уголь еще и не течет, у него логистика иная, дорогая. Если прямо сейчас нефть и газ исчезнут - станет грустно.
Radisto
Самородной много и она дешевая. В США ее до 70-х добывали. Она из земли откачивается, это недорого. В Мексике до сих пор так делают. На Филиппинах кажется ее вообще вручную копают и на ослах возят. Просто есть нефть и газ, их надо чистить от сернистых соединений, а самый простой и эффективный способ - это процесс Клауса. Сера образуется как отход и можно демпинговать - девать ее некуда, она в любом случае будет, даже если не нужна
vikarti
Нет.
ГЭС - ладно это не масштабируемо.
АЭС - ладно, проблемы с регулировкой мощности но есть примеры Франции - которая правда экспортом регулирует ну и (насколько помню) пробует тупо сбросом тепла через градирни (а что - нет совсем задач которые могут утилизировать такую "лишнюю" энергию хоть с какой то пользой? да хоть крипту майнить :), ну или водород электролизом. тем более вопрос с утилизаций такой придется решать для солнечных станций).
Farongy
Очевидно что можно. Лет 300 назад обходились же, но вы с автором готовы вернуться на 300 лет назад?
Заменят. Только экономика с нефтью/газом/автомобилями может прокормить 8 млрд., а без них 2-3-4-5-6 млрд. Вы готовы оказаться в числе тех, кто не впишется в новый мир?
Sun-ami
Очевидно, это ложный выбор. 300 лет назад не были доступны те источники энергии, которые доступны сейчас, и тем более те, которые могут стать доступными через 50 лет. Сейчас доступна как минимум энергия из атомных электростанций, в том числе использующих уран-238 и торий, энергия от фотоэлектрических солнечных электростанций, использующих массовое производство солнечных панелей, и большие ветроэлектростанции, использующие новые мощные постоянные магниты. А через 50 лет, возможно, будет доступна и намного более дешевая энергия из термоядерных электростанций, орбитальных солнечных электростанций, и трансконтинентальная транспортировка электроэнергии от солнечных электростанций в южных пустынях с использованием высокотемпературной сверхпроводимости.
Что касается "прокормить 8 млрд.", то большая часть этих 8 миллиардов потребляет меньшую часть энергии, и те, кто потребляет большую часть энергии вполне могут потреблять её существенно меньше при более оптимальном подходе. Например, очень много энергии тратится на обогрев и кондиционирование из-за плохой теплоизоляции и отсутствия рекурперации тепла при вентиляции.
GidraVydra Автор
Сера из газа это топ, конечно.
Indicator
сероводород - это газ. меркаптаны в основном тоже.
Radisto
Сероводород из угля добыть можно легко - он при коксовании из сернистых углей сам выделяется. Английский уголь потому и упал в спросе (и железная леди закрыла шахты в своё время) - высокосернистый, Франция отказалась покупать. А так коксовые заводы не знали куда его девать, этот сероводород. И это 19 век, то есть ничего сложного в добыче нет