Декарбонизация в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в контексте устойчивого развития

Введение

Декарбонизация промышленного сектора – это стратегический приоритет для стран, стремящихся снизить климатическое воздействие. В ракурсе устойчивого развития нефтеперерабатывающая и нефтехимическая отрасль занимает особое место, поскольку является одним из базовых источников выбросов CO₂ и прочих парниковых газов. В то же время, нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность производит высоко востребованную продукцию (топливо, пластмассы, химикаты), что делает задачу декарбонизации особенно сложной и требующей внедрения инновационных решений.

Проблема исследования заключается в противоречии между необходимостью снижения углеродного следа в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в соответствии с глобальными целями устойчивого развития и текущими технологическими, экономическими, организационными ограничениями отрасли, препятствующими масштабной декарбонизации производственных процессов.

Методы и материалы

В процессе подготовки статьи задействованы методы сравнения, систематизации, анализа научных публикаций, обобщения. В современных материалах, источниках вопросы декарбонизации нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности рассматриваются с различных позиций. Так, И. В. Филимонова описывает тренды нефтеперерабатывающей отрасли в России [1, с. 7-12], А. В. Ледницкий, У. В. Зязюля, Е. М. Хартуков дают характеристику модернизации НПЗ в Республике Беларусь [2, с. 50-52; 3, с. 133-151]. В исследовании И. А. Башмакова [4, с. 151-174] раскрывается масштаб необходимых усилий для соответствующих процессов в глобальном контексте, предлагается количественная оценка требуемых изменений. Развивая эту тему, К. Емельянов и Н. Зотов [5, с. 26-37] анализируют экономические аспекты, акцентируя внимание на соотношении затрат и потенциальных выгод. Особый интерес представляет труд Н. Н. Пусенковой [6, с. 52-62], в котором проводится сопоставление европейского и американского подходов к политике в компаниях относительно снижения углеродного следа.

Проблемы модернизации российской нефтехимической промышленности детально раскрываются в работах Г. К. Габдуллиной с соавторами [7, с. 39-45; 8, с. 21-27]. Исследователи отмечают системные затруднения в отрасли, рекомендуют пути их разрешения с опорой на существующие вызовы.

Экологический ракурс описывается в публикации Е. В. Карасёва [9, с. 196-198], где пристальное внимание уделяется проблематике охраны окружающей среды. С. С. Кудрявцева с коллегами [10, с. 51-56] развивают эту тему, исследуя роль инноваций в экологии касательно достижения целевых ориентиров устойчивого развития.

Вопросы безопасности, аварийности в характеризуемой отрасли подробно освещены в работах А. Р. Кильдибаевой [11, с. 198-202], А. А. Харрасовой [12, с. 44-46], где представлен анализ базовых рисков и способов их нивелирования. Перспективные технологические решения, в частности развитие водородной энергетики, рассматриваются в работе А. А. Терсинцева с соавторами [13, с. 85-86].

Резюмируя, уместно подчеркнуть, что авторы предлагают весьма вариабельные подходы к скорости, масштабам декарбонизации: от радикальных трансформаций до постепенных преобразований. Существуют расхождения в оценках экономической результативности различных методов, нет единого мнения относительно приоритетности технологических разработок. Недостаточно изысканий, которые посвящены социальным аспектам декарбонизации нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. Мало внимания уделено вопросам международной кооперации в этой области. Нуждаются в дополнительной проработке финансовые механизмы поддержки характеризуемых процессов.

Результаты и обсуждение

Основные сложности в сфере декарбонизации нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности связаны с технологической и энергетической структурой производства. Традиционные методы переработки углеводородов характеризуются высокой энергоемкостью и значительными выбросами CO₂, источниками которых являются сжигание топлива, химические реакции и утилизация побочных продуктов [6, с. 52-62].

Целесообразно подчеркнуть, что наиболее критичным считается обеспечение рентабельности производства при переходе на низкоуглеродные технологии [2, с. 50-52]. Учитывая рыночную специфику, нефтеперерабатывающие и нефтехимические субъекты хозяйствования сталкиваются с необходимостью совмещения экологической ответственности с экономической результативностью.

На схеме (рис. 1) систематизированы ключевые направления декарбонизации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в контексте устойчивого развития.

Рис. 1. Выделение ключевых направлений декарбонизации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности (составлено автором на основе [4, с. 151-174; 7, с. 39-45; 12, с. 44-46])

Так, в качестве одного из зарекомендовавших себя путей выступает оптимизация энергопотребления, а также повышение эффективности производственных процессов. Энергосберегающие технологии (подразумеваются в данной связи каталитические системы нового поколения, более действенные теплообменные устройства, грамотное использование отходящего тепла потоков) способны сократить объемы CO₂, возникающих при сжигании топлива для нагрева сырьевых потоков и поддержания температуры технологических процессов.

Перспективным направлением служит электрификация процессов, где это возможно. Например, внедрение электроприводных компрессоров и насосов позволяет исключить использование топлива и, следовательно, уменьшить углеродный след. Одновременно с этим, характеризуемый подход требует серьезной модернизации инфраструктуры, а также доступа к источникам возобновляемой энергии.

Ещё одним весьма значимым направлением в области декарбонизации является углубленная переработка сырья, для чего применяются современные методы пиролиза и гидрокрекинга.

Пиролиз позволяет эффективно разлагать углеводородные соединения при высоких температурах в отсутствие кислорода, что обеспечивает высокую степень конверсии тяжелых фракций в более легкие продукты, такие как бензин и олефины.

Гидрокрекинг, в свою очередь, предусматривает разложение тяжелых компонентов с использованием водорода, что не только увеличивает глубину переработки, но и позволяет получать продукты с высоким содержанием ценных фракций, таких как дизельное топливо и керосин.

Ключевым подходом к декарбонизации является CCS, Carbon Capture and Storage (рис. 2): с учетом данного варианта предполагается улавливание CO₂ непосредственно на месте его выделения, транспортировка, долгосрочное хранение в геологических формациях. Характеризуемое направление особенно значимо для нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятий, где основной объем углерода выделяется на этапе производства и легко поддается изоляции.

Рис. 2. Систематизация принципов CCS (составлено автором на основе [6, с. 52-62; 9, с. 196-198; 11, с. 198-202; 12, с. 44-46])

Несмотря на высокую эффективность, внедрение CCS (улавливания и хранения углерода) в нефтеперерабатывающей и нефтехимической отрасли сопряжено с рядом серьезных трудностей. Основная из них – это необходимость создания инфраструктуры для транспортировки и долгосрочного хранения CO₂, что требует значительных капитальных вложений.

Далее уместно отметить, что снижение углеродного следа в нефтехимической отрасли достигается посредством перехода на альтернативные источники сырья: биомасса, синтетический метанол либо аммиак. В отличие от традиционных углеводородов, биосырье обладает нейтральными характеристиками, поскольку в процессе роста растения поглощают CO₂ из атмосферы. Таким образом, задействование этого в качестве исходного материала для производства химических веществ и топлива помогает значительно сократить общий объем выбросов.

Что касается метанола, то он, произведенный из водорода и CO₂, представляет собой еще один ценный вариант. Его производство требует наличия возобновляемой энергии, что делает его использование перспективным в долгосрочном порядке. Однако синтез рассматриваемого компонента пока остается дорогостоящим; он не всегда доступен для нефтехимических предприятий, особенно в государствах с недостаточным развитием инфраструктурных объектов для соответствующих производственных процессов.

Водородная энергетика также занимает фундаментальное место в стратегии декарбонизации. «Зеленый» водород, получаемый с помощью электролиза воды с задействованием возобновляемых источников энергии, становится доступной альтернативой для процессов в нефтепереработке и нефтехимии, где используется природный газ и иные углеводороды. Например, речь идет о замене ископаемого топлива, а также о снижении выбросов CO₂ при проведении реакций (в частности гидрирование и синтез метанола) [9, с. 196-198].

Тем не менее масштабное внедрение рассматриваемого направления также сопровождается экономическими и техническими вызовами. Производство водорода остается затратным, весьма энергоемким процессом, а стоимость «зелёного» варианта пока значительно выше по сравнению с традиционными источниками энергии.

Для достижения значительных результатов в декарбонизации нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности целесообразно развивать межотраслевые связи и создавать условия для эффективного обмена энергоресурсами. Например, использование побочных продуктов одного предприятия в качестве сырья для другого позволит не только снизить выбросы углекислого газа, но и уменьшить зависимость от ископаемых ресурсов.

Важнейшим шагом служит и участие нефтеперерабатывающих и нефтехимических компаний в энергетических проектах на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Производственные площадки уместно частично обеспечить электричеством от солнечных и ветряных электростанций, что даст возможность снизить углеродный след, а также укрепить экологическую устойчивость.

Декарбонизация в анализируемой области требует создания четкого, последовательного регулирования со стороны государственных структур. Стандарты, механизмы стимулирования для использования низкоуглеродных технологий, продуманные и грамотно внедренные системы углеродного налогообложения – все это в совокупности призвано сыграть определяющую роль в развитии рассматриваемой отрасли. В течение последних лет особое распространение получают схемы торговли углеродными квотами, которые позволяют организациям с высоким уровнем выбросов компенсировать их, приобретая квоты у предприятий с низкими соответствующими показателями.

Одновременно с этим, стоимость интеграции экологически чистых технологий и модернизации производств остаётся существенным барьером для многих субъектов хозяйствования. В этой связи важной задачей для национальных правительств является поддержка предприятий в переходе на низкоуглеродные решения, в том числе, за счет субсидирования проектов, ориентированных на уменьшение выбросов CO₂.

Итак, как показано ниже в сводной таблице, которая представляет собой авторский взгляд на систематизацию ключевых аспектов, в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности декарбонизация требует внедрения уникальных подходов. Особое внимание уделяется не только уменьшению выбросов CO₂, но и активному развитию систем улавливания, хранения, повторного использования (CCUS). Электрификация и переход на водородные технологии становятся важнейшими составляющими, поскольку традиционные процессы зависят от высоких температур, достижение которых требует значительных энергетических затрат. Помимо этого, делается упор на трансформацию в сторону циркулярной экономики: отрасль должна адаптировать практики переработки, повторного применения продуктов в целях минимизации отходов. Вдобавок, нефтехимия сталкивается с необходимостью модернизации производственных линий для внедрения биоразлагаемых и возобновляемых сырьевых материалов, что помогает снизить углеродный след, весомо уменьшить зависимость от ископаемого топлива.

Таблица

Специфика декарбонизации в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности в контексте устойчивого развития (составлено автором)

Итак, особенности декарбонизации в данной отрасли представляют собой структурированный по функциям и направлениям подход, базирующийся в своем содержании на переходе к безуглеродной и замкнутой экономике, что позволяет интегрировать принципы устойчивого развития в долгосрочные стратегические цели компаний.

Выводы

Декарбонизация нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности представляет собой сложный, многоступенчатый, весьма ответственный в нынешних условиях процесс, требующий кардинального пересмотра существующих технологий, подходов к управлению ресурсной базой. Снижение углеродного следа в отрасли реально лишь при интеграции множества инновационных разработок (подразумеваются, в первую очередь, CCS, водородная энергетика, биосырье, синтетические материалы).

Однако для обеспечения и поддержания устойчивости, значительного сокращения выбросов CO₂ требуется создать прочную правовую и экономическую основу, которая поддерживала бы внедрение таких технологий, содействовала бы долгосрочной «экологической чистоте» отрасли.

Итак, достижение цели декарбонизации в характеризуемой области потребует не только развития научно-технического потенциала, но и комплексного подхода к взаимодействию с государственными и экономическими структурами. Только в этом случае нефтепереработка и нефтехимия сможет внести значительный вклад в достижение целевых ориентиров устойчивого развития, а также в существенное сокращение глобального углеродного следа.