Публикации

1
Пентагон переходит на биотопливо 28.03.2014

Пентагон переходит на биотопливо

В июле 2012 года ВВС США испытали американский бронированный одноместный двухдвигательный штурмовик A-10 «Тандерболт» II на альтернативном топливе. В ходе испытаний в баки штурмовика была залита смесь из «алкогольного» топлива ATJ и стандартного авиационного топлива JP-8. По словам лётчика-испытателя майора Оливии Эллиот, A-10 вёл себя в воздухе, как если бы был заправлен обычным топливом. А осенью 2013 года состоялся испытательный полёт реактивного самолёта «Дассо Фалкон-20» уже на 100-процентном биотопливе.

Задача – ликвидировать зависимость от нефти
Этот пример из американских ВВС, как и множество других из остальных видов вооружённых сил США, убедительно свидетельствуют о том, что Пентагон последовательно готовится к полному переходу на альтернативное топливо. К этому их подталкивают желание сократить их зависимость от нефтяных топлив и тем самым обеспечить максимальную автономность объектов военной инфраструктуры. Дело в том, что военная машина США является крупнейшим в мире корпоративным потребителем энергоносителей. Так в 2010 году американские вооружённые силы сожгли 135 млн. баррелей нефти. Растет не только потребление, но и стоимость – в том же  году Пентагон потратил 20 млрд. долларов на электроэнергию и топливо, что составляет годовой бюджет  целой страны. Прошедшие после этого два года ещё больше увеличили расход нефтяного топлива.
Конечно, военное потребление в 400 тыс. баррелей существенно меньше общей цифры в 22,5 млн. баррелей в сутки, которые потребляют США. Однако «бум» альтернативной энергетики, который  охватил «гражданский» сектор экономики, заставляет активно действовать в этом направлении и Пентагон. Ведь увеличение цены одного барреля нефти на мировом рынке на 1 доллар автоматически ведёт к росту военных расходов только в ВМС США на 30 млн. долларов в год. По словам одного отставного высокопоставленного функционера Пентагона, затраты на энергоносители в группировках вооружённых сил США в Афганистане и Ираке, используемые на кондиционирование воздуха и создание других комфортных условий для американских солдат, могут достигать 20 млрд. долларов в год.
А взять риски по транспортировке топлива в зону боевых действий. Это серьёзная проблема, поскольку нефтяное топливо широко используется на поле боя для выработки электроэнергии. В Афганистане и Ираке на поставки топлива приходится 80% всех транспортных колонн, и это притом что, например, в 2010 году статистика была неутешительной: один погибший солдат на 46 конвоев. «Большая часть используемого в Афганистане транспорта работает на обычном моторном топливе. Мы доставляем топливо по заминированным дорогам... Более трёх тысяч военных и подрядчиков погибли, защищая эти транспортные средства», - заявил заместитель министра обороны США Уильям Линн.
Наконец, и это, очевидно, самое главное, порядка 70 процентов всех нефтепродуктов, необходимых Пентагону, поступает, по словам контр-адмирала Филипом Каллома, из-за рубежа. Налицо явная зависимость американской военной машины от импорта нефти. Любые серьезные перебои с её поставками могут оставить без «крови» эту самую машину и станут смертельно опасной угрозой для Вашингтона
Необходимость поиска альтернативного топлива американские военные осознали сравнительно давно. Так в США с 1990 года работает специализированный научный центр – Институт политики вооружённых сил в области охраны окружающей среды. Основная задача института – оказывать содействие военным в разрешении политических и стратегических вопросов в области охраны окружающей среды, способных оказывать значительное влияние на объекты военной инфраструктуры и ведение боевых действий.
В  2006 году группа учёных под руководством Майкла Хорничека получила задание Пентагона провести исследование возможных последствий нехватки нефти. Доклад, легший в результате на стол тогдашнего министра обороны США Дональда Рамсфельда, назывался «Война без нефти» и содержал непреложный вывод: американская армия должна как можно скорее соскочить с «нефтяной иглы». Только таким образом, подчеркивал документ, можно будет сохранить американское превосходство над другими странами.
Для ускорения реализации идей в этой области во всех видах вооружённых сил США в 2011 году создан новый специализированный орган – Оперативное формирование по энергетическим инициативам. В его состав входят группы экспертов, которые организуют и направляют работу по переходу армии на возобновляемые источники энергии. А в марте прошлого года министерство обороны США представило план по сокращению расходов вооружённых сил на энергоресурсы, а также повышению их энергоэффективности и энергобезопасности. Представляя его, глава оборонного ведомства Леон Панетта назвал контроль за расходом энергоресурсов одной из приоритетных задач американских военных в XXI веке.
Документ определяет три основные задачи по совершенствованию энергетической стратегии Пентагона: снизить зависимость войск от энергоресурсов при проведении операций, расширить источники энергоресурсов и обеспечить их бесперебойную поставку, а также гарантировать энергобезопасность вооружённых сил в будущем. При этом к биотопливу предъявляют несколько требований - оно не должно уступать по эффективности углеводородному, но должно обходиться дешевле, а кроме того не должно вести к  кардинальным техническим изменениям военной техники и вооружений.
Самолеты будут заправляться рыжиками…
Лидером по освоению перспективных альтернативных видов топлива являются военно-воздушные силы. И это не случайно - на долю ВВС приходится  54 процента от общего объёма потребления топлива вооружёнными силами США. Ежегодно военно-воздушные силы «сжигают» в среднем 700 млн. баррелей топлива. Поэтому к 2016 году планируется перевести все самолёты и вертолёты военно-воздушных сил США на частичное использование биотоплива. Согласно планам военных, летательные аппараты будут работать на специальной топливной смеси из обычного авиакеросина и биотоплива, смешанных в пропорции 1 к 1. Что конкретно будет применяться в качестве биотоплива, пока не ясно. Разные самолёты проходят испытания с разными топливными компонентами.
Первым новым типом топлива, созданным по этой программе и получившим сертификат пригодности к эксплуатации в авиации, может стать т.н. ACJ. Такое горючее делается путем переработки этанола, который, в свою очередь, можно получать из сахарного тростника, как это делается в Бразилии, или из кукурузы (технология, применяемая в США). Топливо ACJ получается относительно простым в производстве и, как следствие, достаточно дешевым в сравнении с другими сортами. Однако уже на стадии разработки оно подверглось критике. Утверждается, что некоторые этапы производства ACJ почти полностью сводят на ноль все экологические преимущества топлива. В оправдание приводятся доводы относительно того, что топливо ACJ предназначено для самостоятельного использования, а не в смеси с керосином, что требовали все предыдущие сорта. ACJ сразу имеет в своем составе ряд необходимых углеводородов, без которых невозможно достигнуть характеристик авиационного керосина.
Ещё одним видом внедряемого в ВВС США биотоплива  является уже упоминавшееся выше «алкогольное» ATJ (alcohol-to-jet). Оно вырабатывается из сахаров в древесине, бумаге, траве и другом растительном материале, содержащем много клетчатки. Затем полученные сахара ферментируются в алкоголь, который затем проходит через процедуру гидроочистки. Полученное в результате топливо может заменить используемое в настоящее время стандартное авиационное горючее JP-8.Производством ATJ для ВВС США занимается американская компания Gevo. В 2011 году она получила контракт на поставку ВВС 41,6 тысячи литров (около 300 баррелей) ATJ, произведенного из изобутанола.
К настоящему времени полностью завершились испытания летательных аппаратов на возможность работать на биотопливе, произведённом из угля и природного газа, а также из водорослей, рыжиков или масел животного и растительного происхождения. Это топливо носит общее название HRJ (Hydroprocessed Renewable Jet). В декабре 2011 года министерство обороны США купило 450 тысяч галлонов (около 15 тысяч баррелей) этого биотоплива, потратив на него 12 миллионов долларов.
Наиболее перспективным направлением развития биотоплива для ВВС сейчас считается создание комбинированных смесей из растительных и «нефтяных» компонентов. Иными словами, из какого-либо растения производится горючее-полуфабрикат, имеющее неплохие, но недостаточные для использования в авиации характеристики. Затем в него добавляется специальный комплекс присадок, изготовлённый из нефтяного сырья. Присадки, естественно, могут немного испортить экологические параметры готовой смеси, однако значительно поднимут показатели экономичности. Благодаря более эффективному сгоранию такая смесь может быть не хуже используемого сейчас авиационного керосина. Главное при разработке подобных топливных композиций – соблюдение баланса между ценой, количеством вредных выбросов и удельным расходом.
… а корабли - водорослями
ВМС США также решили не отставать от прогресса. Во время слушаний в сенате в марте 2011 года по вопросу бюджета на 2012 финансовый год министр ВМС Рэй Мэбьюс заявил: «Наше министерство слишком зависимо от ископаемого топлива, поэтому наши войска весьма подвержены изменениям в цене и доступности топлива, которые могут быть вызваны естественными или искусственными событиями. А это в свою очередь может воздействовать на наши войска на стратегическом, оперативном и тактическом уровне. Мы просто не можем позволить нестабильным регионам планеты влиять на цену на нефть и на регулярность поставок топлива, которое мы используем».
По словам министра, до 2020 года доля неископаемого топлива, используемого военно-морскими силами, должна составлять не менее 50 процентов от общего объема потребления горючего. На альтернативное топливо будут переведены все авиационные и корабельные части американских военно-морских сил. Эта инициатива в Пентагоне получила название «Великого зеленого флота» (Great Green Fleet). В настоящее время ВМС США используют 30 миллионов баррелей топлива в год для содержания 285 кораблей и 3700 самолётов.
Серьёзным этапом осуществления биотопливной программы ВМС США является сертификация различных типов и классов летательных аппаратов и кораблей (судов) на возможность использования ими биотоплива. На сегодня испытания на такую возможность проведены на целом ряде боевой техники. Это самолёты F/A-18D пилотажной группы ВМС США «Голубые ангелы», самолёт РЭБ ЕА-6В «Проулер», конвертоплан МV-22 «Оспри», учебно-тренировочный самолёт Т-45 «Госхок», вертолёт MH-60S «Сихок», беспилотный вертолет MQ-8B «Файр Скаут», фрегат «Форд», моторка типа RHIB, катер типа RCB-X, патрульный катер типа YP, десантный катер типа LCU и др.
В ходе каждого из  этих испытаний использовались разные виды биотоплива  или различные смеси обычного авиационного керосина и биотоплива. Так при полёте истребителя-штурмовика F/A-18 Super Hornet в качестве топлива была использована смесь обычного авиационного керосина и рыжикового масла в пропорциях примерно 50% на 50%. Это топливо не повлияло на режимы работы двигателей боевой машины. Истребитель летал на сверхзвуковых скоростях, на больших и предельно малых высотах, выполнял самые разные маневры, в том числе на форсаже.
В марте фрегат ВМС США «Форд», заправленный 94,6 тысячами литров нового топлива, которое на половину состояло из топлива HRD-76, полученного из водорослей, и наполовину - из нефтяного горючего F-76, вышел из порта базирования в г. Эверетт, штат Вашингтон. Он маневрировал до тех пор, пока его турбины полностью не «переварили» новое горючее. Причем из всяких на то проблем.
В свою очередь на базе ВМС Норфолк успешно прошли ходовые испытания экспериментального прибрежного катера сил специальных операций RCB-X. На нём было использовано композитное топливо, которое на половину состояло из типичного дизельного топлива марки F-76, а вторую половину составляло топливо HRD на основе водорослей альгае. Это биотопливо получилось высокого качества, поскольку катер с полным водоизмещением в 19 тонн и длиной почти в 16 метров развил скорость в 44,5 узла и одновременно продемонстрировал отличные маневренные качества. После завершения этих испытаний контр-адмирал Филип Каллом заявил следующее: «Это ещё один шаг, но шаг исторической важности».
Производство биотоплива HRD в настоящее время довольно хлопотное и недешевое занятие. Водоросли приходится выращивать в специальных биореакторах, затем их собирают, высушивают и превращают в порошок, из которого и получают горючую жидкость. При этом они могут обеспечить производство от 2000 до 5000 галлонов топлива с одного акра площади произрастания в год. Для сравнения: при использовании в процессе получения биотоплива из соевых культур данный показатель равен 50 галлонам, а в случае с пальмовым маслом – 600 галлонам. Водоросли альгае привлекательны и тем, что могут выращиваться вне земель сельхозназначения, а часть из них может расти в морской воде.
В феврале 2011 года НАСА и министерство ВМС США подписали меморандум о взаимопонимании, предусматривающий сотрудничество в совместной отработке вопросов производства биотоплива на базе альгае. НАСА вошло в проект не случайно – специалисты агентства подсчитали, что для дальнейшего освоения космоса перспективные космические корабли необходимо будет «питать» альтернативным топливом. Биотопливо из альгае является одним из наиболее привлекательных вариантов.
Это подтвердило и учение ВМС «Римпак-2012», состоявшееся в июле прошлого года. Направляясь на него, танкер «Генри Д. Кайзер» в пункте пополнения запасов ВМС США в Манчестере (штат Вашингтон) закачал на борт 3,41 миллиона литров биотоплива. Оно представляло собой равнопропорциональную смесь традиционного топлива на основе нефти и топлива HRD76, полученного из возобновляемых биоисточников: частично из водорослей, частично из отходов пищевой промышленности. Из общего объёма закаченного топлива 2,65 миллиона литров составляло топливо HRD76, а 0,76 миллиона литров – авиационное топливо HRJ5. В ходе учения все авиационное топливо было передано на борт авианосца «Нимитц», а дизельное - на ракетный крейсер «Принстон»  и эсминцы «Чан Хун» и «Чаффи». Заправленные им корабли и самолеты  в своих действиях ничем не уступали другим боевым единицам, работавшим на обычном топливе.
После этого учения появились сообщения, что командование ВМС США продолжит реализацию «зеленой» программы. Так, планируется, что в 2016 году корабельная, вероятно, опять авианосная ударная группа, полностью заправленная биотопливом, выйдет на стандартную многомесячную боевую службу. Для этого потребуется 40 тысяч баррелей биотопливной смеси для корабельной авиагруппы (смесь биотоплива с «флотским» авиакеросином HJP5) и 80 тысяч баррелей смеси для кораблей (со стандартным корабельным топливом НАТО марки F-76).
«Позеленеть» в среднесрочной перспективе должны ЭМ УРО типа «Арли Берк», а в долгосрочной – все потребляющие сегодня нефтепродукты корабли авианосных ударных и амфибийных групп ВМС США. На судах же вспомогательного флота к 2015 году планируется довести долю биотоплива до 50 процентов – весьма непростая, как признают американские адмиралы, задача.
В состав флота уже вошёл первый корабль с гибридной энергетической установкой - универсальный десантный корабль «Мэйкин Айлэнд». По словам его командира, «Мэйкин Айлэнд» в среднем использует 15 тыс. галлонов топлива в день, в сравнении с 35 - 40 тыс. галлонов на предыдущих кораблях этого же типа. В будущем флот собирается устанавливать гибридные энергетические установки на новые типы кораблей, и модифицировать уже построенные кораблях. Например,  программа DDG-51 предполагает добавление электромотора к энергетически установкам кораблей, что позволит  повысить топливную экономичность на 10% и сэкономить топлива в районе 5500 баррелей на корабль в год.
Мотопехота «пересядет» на мусор
Есть свои планы в рамках энергетической «дорожной карты» и у  армии (сухопутных сил) США. Специальное подразделение в армии, отвечающее за выполнение этой стратегии, изучило 180 сайтов, принадлежащих вооружённым силам разных стран. В результате было отобрано 20 различных энергоустановок на возобновляемых источниках общей мощностью 683МВт. Их внедрение в подразделения через закупку и лизинга даст возможность в следующие 12 лет быстро и экономически эффективно развернуть использование сложившихся технологий: солнечные батареи, биомасса, ветряная и геотермальная энергия. Потенциал применения и суммы инвестиций в альтернативную энергетику армии США будут различны по родам войск.
В частности, к 2025 году американские сухопутные войска планируют до четверти своей потребности в электричестве обеспечивать за счёт альтернативных видов энергии. Для нужд сухопутных сил создаётся гибридная версия армейского вездехода «Хамви», способного работать как на обычном топливе, так и на электричестве. В октябре 2010 года начались ресурсные испытания гибридного грузовика HEMTT A3 с дизель-электрической тягой разработки компании Oshkosh. Помимо того, что сам HEMTT A3 способен передвигаться и на обычном топливе, и на электричестве, он ещё оснащён генератором электроэнергии мощностью сто киловатт для дополнительного оборудования.
В марте 2012 года командование армии США выделило семь миллиардов долларов на развитие альтернативных источников энергетики для обеспечения сухопутных войск бесперебойным электропитанием. Вложения оправдались, и 16 января 2013 года была торжественно открыта крупнейшая на территории страны военная солнечная электростанция. Она расположена на полигоне Уайт-Сендз в штате Нью-Мексико. На её строительство было потрачено около семнадцати миллионов долларов. Спроектированная компанией Siemens армейская солнечная электростанция на основе гелиофотоэлектрической системы мощностью 4,465 мегаватт позволит сэкономить армии США до тридцати пяти тепловых единиц в год.
А с 2012 года армия основательно взялась за развитие программы МАТОС, которая позволит получать до 2,5 миллионов мегаватт в час за счёт альтернативных источников и сократит потребление электричества на четверть. В рамках программы МАТОС сухопутные силы к 2020 году планируют обзавестись 16 установками типа Net Zero, а к 2030 году - купить 25 таких установок. По информации с сайта Пентагона, концепция Net Zero предполагает сведение к нулю (или, по крайней мере, минимуму) разницу в количестве потребляемых и производимых объектом энергоресурсов. Net Zero опирается на три ключевых понятия - энергию, воду и мусор. Фактически концепция предлагает оснащать войска объектами, не зависящими от внешних источников энергии. Для достижения этих целей американские специалисты, в частности, предлагают повторно использовать излучаемое объектами тепло, перерабатывать всю потребляемую воду (по принципу замкнутого цикла) и мусор.
Первой такую электростанцию, работающую  на газе из органических отходов, 31 июля прошлого года запустила объединённая военная база армии и ВВС США Элмендорф-Ричардсон на Аляске. Метан для новой энергетической установки вырабатывается из отходов, хранящихся на свалке города Анкоридж. Как сообщается,  четыре установки General Electric J420 Jenbacher обеспечивают половину из требуемых базе 13 мегаватт электричества. Остальную часть энергии военные покупают у местных властей. Командование базы рассчитывает, что установка на альтернативном топливе может сэкономить Пентагону 30 миллионов долларов.
Не оказаться бы в хвосте
Таким образом, Пентагон с некоторых пор – не только крупнейший потребитель нефти в мире, но и своего рода пионер в поисках альтернативы «черному золоту». Считая, что первая армия, чьи исследователи найдут возможность производить в промышленных масштабах возобновляемое топливо, не основанное на нефти, станет, скорее всего, сильнейшей в мире, Пентагон  тратит огромные средства на исследования в этой области. Только в 2011 году Пентагон выделил для этой цели более 150 млн. долларов. Кроме того, в силу необходимой унификации США, являясь ведущим государством-членом Североатлантического союза, оказывают  в деле внедрения альтернативных источников энергии сильное влияние и на своих европейских союзников по блоку. Они уже в рамках Евросоюза реализуют свою программу перехода на «зеленые» технологии, в том числе и на транспорте.
В то же время необходимо отметить, что в США существует также оптимистичное мнение о перспективах внедрения альтернативных источников энергии в национальных вооружённых силах. Так, НИИ по вопросам национальной обороны (подразделение корпорации RAND) по заказу Пентагона провёл специальное исследование и в 2011 г. по его результатам опубликовал доклад «Альтернативные виды топлива для использования в вооружённых силах». Согласно докладу, Пентагон не получит прямых выгод от использования альтернативных видов топлива вместо их нефтяных аналогов. Наоборот, не исключено, что использование альтернативного топлива усложнит тыловое обеспечение частей и подразделений. Нет уверенности в том, что производители альтернативного топлива будут продавать его по меньшим по сравнению с нефтяным ценам. Например, прогнозируется,  что стоимость HRJ в 2015 будет выше обычного топлива на 1,43 - 5,24 долларов за галлон. А кроме того, в течение ближайших 10 лет внедрение альтернативного топлива будет сдерживаться фактором отсутствия системы его широкомасштабного производства.
В свою очередь всё громче против производства в мировом масштабе  почти всех видов биотоплива выступают экологи. Проведённые ими два недавних исследований показали, что альтернативное топливо является причиной гораздо больших объемов выбросов парниковых газов, чем традиционное топливо.. По словам учёных, разрушение натуральных экосистем - будь то леса в тропиках или луга в Южной Америке - не только влечёт за собой выбросы парниковых газов в атмосферу, когда территории выжигаются и вспахиваются для выращивания сырья для биотоплива, но и лишает планету «естественных губок», которые поглощают углекислый газ. Пахотные земли абсорбируют гораздо меньше углекислого газа, чем тропические леса и даже кустарники.
Руководитель одного из исследований Тимоти Серчингер отмечает, что если учесть все эти факторы, то можно с уверенностью заявить: биотопливо, которое испольуют или планируют использовать люди, вызовет значительное увеличение объёмов выбросов парниковых газов. Автор другой работы, Джозеф Фарджионе, согласен с коллегой и считает, что использование биотоплива не только не уменьшит климатические изменения, но и ускорит их.
Тем не менее прогресс не остановить, и вполне естественно предположить, что предпринимаемые на Западе усилия по созданию альтернативного топлива в конечном счёте приведут к успеху – оно будет качественным, дешёвым и не столь опасным для окружающей среды. Поэтому и отечественной «оборонке» следует уже сейчас вплотную заняться этим вопросом, чтобы потом не плестись в хвосте других стран. Тем более что, задел, и достаточно серьёзный, есть. Так, в Институте нефтехимического синтеза Российской Академии Наук ((ИНХС РАН) разработали технологию по переводу дизельных двигателей на принципиально новое топливо – диметиловый эфир (ДМЭ). Он обладает рядом удивительных качеств, позволяющих ему практически полностью вытеснить традиционное дизельное топливо – особенно в крупных мировых мегаполисах, и в частности на всей территории России.
Ученые ИНХС РАН  разработали также технологию получения синтетического бензина. Сырьём для него  служит так называемый генераторный газ – смесь окиси углерода и водорода, который можно получать из широкого ряда веществ – природного газа, угля, древесины и древесных отходов, биогаза и т. п.
Существует и технология по переводу летательных аппаратов на авиационное сконденсированное пропан-бутановое топливо – АСКТ. Его можно получать из попутного нефтяного газа, сжигаемого за ненадобностью в факелах. При этом АСКТ (о нём была статья в сентябрьском номере «Оборона России» за прошлый год) по ряду эксплуатационных показателей превосходит авиакеросин.
Так что начало положено. Необходимо лишь внедрять эти технологии в производство, а также работать над другими. Тогда мы не будем с тревогой думать, а что будет, когда исчерпаются запасы нефти.
Кандидат технических наук Василий СОБОЛЕВ

Возврат к списку

1

1