http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=a703b4a6-8e0f-412c-aed2-30b2eacbc013&print=1© 2024 Российская академия наук
Академик Филипп Рутберг стал лауреатом премии "Глобальная энергия", которая по своему статусу (по крайней мере, по сумме — около $1 млн) считается аналогом Нобелевской премии в сфере энергетики. Эту награду Рутберг получил за исследования, разработку и создание энергетических плазменных технологий.
История премии "Глобальная энергия" ведет отсчет с 2003 года. Ее лауреатами становились ученые со всего мира, отличившиеся в области энергетики, — одним из главных критериев отбора номинантов является повышение эффективности и экологической безопасности источников энергии на Земле. Причем награда вручается не за проекты, а за конкретные достижения, которые уже применяются на практике.
Самовыдвижение на премию исключено, более того — правом номинировать на премию "Глобальная энергия" обладает только ограниченный ученых: лауреаты премий Киото, Планка, Вульфа, Бальцана, Нобелевской премии в области физики или химии, премии "Глобальная Энергия", члены Отделения наук о Земле, Отделения физических наук, Отделения химии и наук о материалах, Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления РАН, а также ученые, которые были специально приглашены Международным комитетом по присуждению премии.
В 2011 году награда нашла двоих героев: россиянина Филиппа Рутберга — за исследования, разработку и создание энергетических плазменных технологий, и американца Артура Розенфельда — за реализацию энергосберегающих технологий.
Розенфельд, профессор Калифорнийского университета Беркли, известен разработками в области строительства энергоэффективных зданий. В частности, американский ученый предлагает в крупнейших городах покрасить крыши зданий в белый цвет, а дорожные покрытия сделать из материала с высокой светоотражающей способностью — это позволит повысить эффективность охлаждения планеты. Влияние Розенфельда в мировой сфере энергоэффективности настолько велико, что группа ученых предложила назвать единицу сохраненной энергии в его честь. Один розенфельд будет равен сбережению 3 млрд киловатт в час за год, что соответствует объему производства одной угольной теплоэлектростанции мощностью в 500 МВт.
Рутберг же — один из лидеров мировой науки в области исследования плазменных технологий. Его карьера началась в 1961 году в Физико-техническом институте имени А.Ф. Иоффе, продолжилась — в НИИ электромеханики и созданном в 1992 году Институте проблем электрофизики, который он и возглавляет. "Все это время я занимаюсь плазмой и ее применениями. Это моя жизнь. Поймите, быстро здесь велосипед не изобрести", — говорит Рутберг. Но про себя он рассказывает гораздо менее увлеченно, чем про плазму.
"Для всякого рода современных технологий наиболее интересна плазма температурой от трех до десяти тысяч градусов — так называемая плотная низкотемпературная плазма", — продолжает Рутберг. — "Фундаментальными исследованиями физики и техники освоения такой плазмы мы и занимаемся в рамках Российской академии наук. Наш институт разработал весьма эффективные генераторы плазмы — определенным образом стабилизированные газовыми потоками электрические дуги при довольно сильных токах от нескольких десятков до миллионов ампер. Через них продувается рабочий газ; энергия, которая ему передается, заставляет молекулы диссоциировать на атомы; атомы же можно ободрать до ионов и электронов. В итоге и получается плотная низкотемпературная плазма".
Струи газа, выводимые через специальные сопла, могут быть использованы — и уже используются, что обеспечило Филиппу Рутбергу право быть номинированным на премию "Глобальная энергия" — в самых разнообразных отраслях: качественной металлургии, плазмохимии, медицине. Технология Рутберга позволяет также перерабатывать и уничтожать муниципальные отходы, в том числе — особо токсичные, и производить синтез-газ для получения экологически чистой возобновляемой энергии.
"Первая идея по реализации была такой", — переходит академик к практической стороне. — "Есть масса особо токсичных веществ, которые нельзя ни жечь, ни закапывать, ни топить. Сейчас сжигание мусора происходит при сравнительно низких температурах в 800-1000 градусов Цельсия, это оптимум для образования диоксинов. При помощи плазмы мы переходим в другой диапазон температур и можем разложить эти вещества на атомы, определенным образом нейтрализовав вредные примеси. К сожалению, внедрено и реализовано это все было не в России, — в основном нас финансировали западные гранты и контракты".
"Потом данная тема показалась нам сравнительно малоинтересной", — продолжает Рутберг. — "Появилась новая область приложения — муниципальный мусор, которого производится огромное количество. Мусоросжигательные заводы просто выбрасывают всю эту гадость вверх. Однако при помощи плотной низкотемпературной плазмы можно уничтожить разнообразные отходы, которые так или иначе нужно уничтожать, и при этом получать энергию".
"Первая стадия этого процесса — превращение отходов в так называемый РДФ: сушка, спрессовка и гранулирование. Достаточно дешевая процедура, в Европе и Штатах таким образом перерабатывают значительную часть муниципальных отходов. Это вещество разлагают в плазменном реакторе, сначала из твердой фазы переводя его в газообразную, а затем разваливая молекулы. Получается синтез-газ — смесь окиси углерода СО с водородом. Смесь без вредных примесей, ведь те же диоксины при температурах выше 1200 градусов Цельсия вообще не образуются", — отмечает Филипп Рутберг. — "Синтез-газ — горючий газ, менее калорийный, нежели природный, но обладающий очень неплохим соотношением СО и водорода. Вы подаете его в турбину и реализуете так называемый комбайнд-цикл — газовая турбина, котел-утилизатор, паровая турбина и электрогенераторы. КПД процесса — свыше 90% (60% электричества и более 30% тепла), против 40-процентного КПД обычных технологий без парогазового цикла. Достойно? Достойно".
Мусор в виде РДФ может с одного килограмма дать примерно два с половиной куба синтез-газа с энергосодержанием в каждом кубе 6 мегаджоулей, то есть в сумме — 15 мегаджоулей. Это порядка четырех киловатт-часов. На их получение уходит 0,5 киловатт-часа. Такие цифры экспериментально получены в Институте электрофизики и энергетики РАН и подтверждены расчетами. Экономическая выгода очевидна — по словам академика, станция мощностью в несколько десятков мегаватт может окупить себя за три-четыре года. Но, как и в случае с нейтрализацией особо токсичных отходов, разработка Рутберга вызывает интерес в основном на Западе.
"За рубежом строятся целые заводы, и мы работаем с ними, поставляем оборудование, в каком-то смысле идеологически определяем направление движения", — говорит ученый. — "Из России же пока особого интереса к нашей разработке не было — по ряду причин. Первая: считается, что у нас навсегда хватит газа и нефти, что, в общем, не совсем правильно. Вторая: у нас нет реально действующего природоохранного законодательства, которое заставит платить за мусор. Третья: чиновничья бюрократия и коррупция на всех уровнях. Но мы боремся, ведем переговоры, ищем понимание в агентствах коммунального хозяйства. Дойдет ли до денег и реальных проектов, сказать трудно. Без кооперации с зарубежными производителями постройка полноценного крупномасштабного завода малоперспективна. Например, оборудование, которое находится за плазменным реактором, целесообразнее приобретать за границей, поскольку там уже есть соответствующая промышленность: подготовка мусора, получение РДФ и так далее".
Возможность получения энергии в буквальном смысле из мусора заставляет если не поверить в светлое будущее, то, по крайней мере, думать о нем без отчаяния. Через 10-15 лет использование возобновляемой энергии должно вырасти до 20% от общего потребления электричества во всем мире. Технология Филиппа Рутберга может позволить покрыть около 40-50% этого сегмента.