Как полимеры стали ещё одним шагом в развитии солнечной энергетики?
Тенденция к экологической ориентации становится все более заметной, включая отказ от модели развития, основанной на использовании исключительно природных ресурсов, и переход к использованию "чистой" энергии. Однако не все продукты нефти столь опасны, как кажется. Какую роль играют полимеры в новой энергетической агенде?
Представьте себе нить, на которую нанизаны бусины. Это примерная аналогия макромолекулы, основного строительного блока полимеров. Теперь представьте большое количество таких нитей, тесно переплетенных вместе. Это уже полимер — вещество, состоящее из макромолекул, каждая из которых построена из повторяющихся групп атомов, называемых "мономерами". Эта особая структура обуславливает уникальные свойства полимерных материалов. В природе полимеры включают целлюлозу, лигнин, крахмал, натуральный каучук, желатин, шелк, кератин и другие вещества, играющие важную роль в человеческой жизни с древних времен. Однако эра современных полимеров началась в XX веке с изобретения Лео Бакеландом твердого материала, известного как "бакелит". С тех пор полимерная наука пережила взрывное развитие, промышленное производство полиэтилена, полистирола, полиамида и других пластмасс, которые сегодня неотъемлемая часть нашей жизни. Таким образом, роль полимеров в современном обществе невероятно велика.
Большинство полимеров производятся на крупных заводах из соответствующих мономеров. Ежегодная производственная мощность таких заводов может достигать десятков и сотен тысяч тонн. Поскольку основным сырьем для полимеров являются продукты нефтепереработки (мономеры), заводы по производству полимеров часто размещаются неподалеку от нефтеперерабатывающих предприятий. Однако важно признать, что использование нефтепродуктов не обязательно должно вызывать экологические проблемы, при условии постоянной работы над улучшением технологий и рациональным использованием ресурсов и энергии.
Среди ключевых научных центров, занимающихся исследованием и разработкой полимеров и материалов на их основе в России, стоит выделить Институт высокомолекулярных соединений РАН и Институт синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова РАН. Среди зарубежных институтов можно выделить Институт исследования полимеров им. Майкла М. Шварца в Нью-Йорке (США) и Институт исследования полимеров им. Лейбница в Дрездене (Германия). Однако наиболее сильные научные центры и двигатели инноваций обычно находятся в лабораториях крупных корпораций, таких как BASF, Dow Chemical, ExxonMobil, Chevron, LG Chem и других.
Обзор рынка полимеров
С момента депрессии в Российской Федерации в 1990-1996 годах, вызванной геополитическими изменениями и снижением спроса на сырье, рынок полимерных материалов начал уверенно расти с 1998 года. Даже кризис в 2009 году, приведший к сокращению потребления полимеров на почти 12%, не смог переломить этот тренд, поскольку уже в следующем году рост продолжился. В настоящее время спрос на полимерные материалы превышает предложение, что стимулирует строительство новых заводов и расширение производственных мощностей на существующих, чтобы удовлетворить дефицит материалов, который частично компенсируется импортом. Так, в настоящее время ведется строительство комбината "ЗапСибНефтехим" в Тобольске, где будут производить полиэтилен и полипропилен, а также подписано соглашение о промышленном проекте "Этана" в Кабардино-Балкарии для производства полиэтилентерефталата.
Благодаря этим мероприятиям Россия за последние годы увеличила производство полимерной продукции примерно на 7%, в то время как в мире этот показатель составляет около 3%.
Мировое потребление полимерных материалов превысило 210 миллионов тонн к настоящему времени (по данным "Эрнст энд Янг (СНГ) Б.В."), при этом доля стран СНГ составляет около 3%. Основными игроками на мировом рынке являются страны Северной Америки (около 20%) и Европы (около 21%). В последние годы мировой рынок полимерных материалов все больше смещается в регионы Ближнего Востока и Азиатско-Тихоокеанского региона из-за роста спроса в развивающихся странах и близости к источникам сырья. Так, совокупное производство полимеров в Китае и странах Ближнего Востока и Африки составляет около 30% от общего объема. Полиэтилен остается крупнейшим по объему полимером как в России, так и в мире, составляя около 37% рынка, за ним следуют полипропилен (26%), поливинилхлорид (18%), полистирол (9%), полиэтилентерефталат (примерно 8%) и другие.
Таким образом, как мировой, так и российский рынки полимерных материалов продолжают демонстрировать стабильный рост за счет увеличения спроса и расширения производства. Пока нет серьезных оснований ожидать изменений в этой динамике в ближайшем будущем. Какие новые технологии могут оказать влияние на отрасль полимеров?
О научных открытиях
Наука о полимерах относительно молода по сравнению с традиционными химическими науками, однако она активно развивается, и новости о ее достижениях, включая область энергетики, появляются регулярно. Тем не менее, следует встречать громкие заявления с некоторой критической осмотрительностью. Многие новостные источники, освещающие научные открытия, часто склонны к преувеличениям или неточностям.
Среди факторов, вызывающих сомнения, не только сложность современных научных концепций, но и возможные искажения и отвлечения внимания. Следует помнить, что передовые исследования в области полимеров требуют серьезной патентной защиты и значительных инвестиций.
Недавно было объявлено об открытии новых возможностей органических полимеров, таких как полианилины, их потенциальное применение в фотокатализе для превращения диоксида углерода в топливо без катализаторов. Другое важное открытие — новый тип материала, который может преобразовывать солнечный свет и ветер в электричество. Эти исследования проводились совместно учеными из Технологического института Джорджии (США) и Чунцинского университета (Китай).
Сейчас общественное внимание сосредоточено на возобновляемых источниках энергии, таких как солнечная энергия, из-за растущей озабоченности за состояние окружающей среды. Многие международные конференции, такие как Конференция по климату COP21, подчеркивают важность этой проблемы. Однако необходимо осознавать возможные трудности и ограничения, включая финансовые, технические и конкурентные аспекты. Важно не преувеличивать значимость проектов и помнить, что пока ископаемые источники энергии остаются рентабельными, широкое внедрение новых технологий может быть затруднено.
