В период своего становления промышленная химия базировалась исключительно на растительном сырье. В 1839 году американский изобретатель Чарльз Гудьир открыл процесс вулканизации натурального каучука – люди узнали, что такое резина. На его основе потом был создан еще и новый материал эбонит, который использовали для производства галантереи, игрушек, мебели, музыкальных инструментов.
В свою очередь, немец Кристиан Шенбейн в середине 1840-х обнаружил простой способ производства нитроцеллюлозы, сделав одно из важнейших открытий в истории промышленной химии. Из этого корня берут начало многие изобретения. Так, в 1863 году компания Phelan & Collender объявила приз 10 тыс. долл. за создание материала, способного заменить слоновую кость. Американец Джон Хайатт нашел решение, запатентовав целлулоид – полимер на основе нитроцеллюлозы.
Такие примеры можно приводить еще долго. Но интересно, что промышленная переработка углеводородов, напротив, находилась тогда в зачаточном состоянии. Как же все переменилось?
Мир наоборот
Нефтяная скважина капитала Эдвина Дрейка в американском городе Тайтусвилл
Нефть использовалась людьми с древних времен. Ее применяли, например, при строительстве одного из семи чудес света – Висячих садов Семирамиды. Однако ее всегда было мало – добыча велась лишь там, где нефть сама выходила к поверхности.
Началом эпохи углеводородов можно считать середину XIX века, когда в Российской империи, в окрестностях Баку, а затем в США, в Пенсильвании, были пробурены первые нефтяные скважины. Подлинный же перелом случился еще позднее – в 1891 году, когда русским инженером Владимиром Шуховым был открыт процесс крекинга, позволяющий получать из нефти сырье для химической промышленности.
Смещение сырьевого баланса в сторону нефти поначалу было стремительным. Если к концу XIX века производство углеводородов в США достигло паритета с углеродами, то в 1920 году соотношение объемов выпуска составляло уже 2 к 1. Активному росту потребления нефтепродуктов способствовало развитие транспорта: двигатели внутреннего сгорания обеспечивали значительно более высокую скорость движения, чем другие виды силовых установок. Кроме того, углеводороды постепенно открывали для себя новые ниши: с 1921 по 1939 год выпуск продуктов органической химии из нефтяного сырья вырос в США с 21 млн до 3 млрд фунтов.
Однако затем процесс чуть было не застопорился. Группа влиятельных американских ученых, крупных фермеров и промышленников, объединившись в борьбе против нефтяных магнатов, предприняла попытку остановить развитие химии углеводородов. Старт лоббистскому движению, получившему название chemurgy (хемургия), дала статья «Сельское хозяйство должно стать химической промышленностью», опубликованная в газете Dearborn Independent в 1926 году. Текст, гласивший, что использование нефти в качестве источника химического сырья приведет к быстрому истощению ее запасов, разошелся тиражом более 500 тыс. копий. Звучит, будто написано все это сегодня, а не 90 с лишним лет назад.
Активным сторонником хемургии был известный автопромышленник Генри Форд (Dearborn Independent, кстати, было его изданием, «прославившимся» главным образом благодаря антисемитским статьям). К началу Второй мировой войны на заводе Форда действовала крупнейшая в США линия выпуска пластмассового литья, использовавшая в качестве сырья соевые бобы (объем их потребления составлял многие тысячи тонн). И под влиянием мощного лобби конгресс США в 1941 году выделил несколько миллионов долларов (сумма в те времена весьма существенная) на создание четырех исследовательских центров для изучения промышленного применения растений, которые действуют и поныне.
Новая география
Первая в мире разведочная нефтяная скважина была пробурена в Российской империи в 1846 году на месторождении Биби-Эйбат, в окрестностях Баку (сейчас это территория Азербайджана). А первая промышленная скважина появилась в 1850-х годах в США
К концу Второй мировой войны уголь, нефть и растения по-прежнему воспринимались как равноправные источники сырья для химического производства. Например, в британской Imperial Chemical Industries было три дивизиона, разделенных по этому сырьевому принципу. Дело в том, что спад мировой торговли, вызванный Великой депрессией и Второй мировой войной, поставил многих промышленников на грань выживания и каждый выходил из ситуации как мог. Например, в Бразилии научились использовать в качестве сырья кофейные бобы, в Италии – молочный протеин, а в США делали синтетический каучук из этилового спирта.
Однако по мере восстановления экономики структура потребления начала меняться, поскольку нефть в отличие от растительного сырья практически не выросла в цене. Например, в 1940 году оптовая цена на древесину в США составляла 22,2 долл. за погонный фут, а в 1965-м – уже 76,1 долл. (рост в 3,4 раза). Стоимость галлона мазута за то же время изменилась с 0,083 до 0,094 долл. (рост на 13). Движение сторонников хемургии постепенно сошло на нет.
Этому способствовал еще один немаловажный фактор – географический. До 1940-х годов заводы по переработке нефти было принято строить вблизи мест добычи, что естественным образом ограничивало развитие производств. Однако затем снижение геополитической напряженности открыло путь для сырья с Ближнего Востока, а заводы начали строить вблизи потребителей. Новая логика размещения производственных мощностей положила начало росту нефтехимической промышленности Европы и Японии. Быстро увеличившиеся объемы добычи нефти уже в 1960-х годах позволили заменить все полимеры из биологического сырья аналогами на основе продуктов переработки нефти.
Кризис 1970-х впервые явно показал зависимость мира от углеводородов
В 1973 году показалось, что нефтяное эмбарго резко изменит ситуацию на рынке: арабские страны-экспортеры отказались сотрудничать с западными государствами, поддержавшими Израиль в «войне Судного дня». Цены на углеводороды резко пошли вверх, а эксперты наперебой начали предрекать конец их эпохи. Однако свои поставки резко нарастил тогда СССР. И никакого краха мировой нефтепереработки и нефтехимии не произошло.
Впрочем, тот кризис впервые явно продемонстрировал зависимость мира от углеводородов, а значит, и от их поставщиков, в том числе «неблагонадежных» арабских стран и СССР. На этом фоне во многих государствах начали активно искать заменителей нефти, а главным лозунгом постепенно стало умозаключение об ограниченности запасов полезного сырья в недрах Земли.
Знакомые страхи
Зависимость от углеводородов, исчерпаемость ресурсов, необходимость перехода на альтернативные и возобновляемые источники… Звучит современно? На самом деле нет.
Использование растительного сырья в химической промышленности активно лоббировалось еще в 1920-х
Сомнения в том, что углеводородов хватит надолго, озвучивались еще 1880-х годах, в период первой нефтяной лихорадки. В то время отраслевая научная база практически отсутствовала, и, наблюдая за тем, как дебит то одной, то другой скважины неожиданно падает, эксперты постепенно впадали в пессимизм. Главный геолог американского штата Пенсильвания Петер Лесли считал, что добыча нефти «не только с геологической, но и с исторической точки зрения является временным, исчезающим феноменом». Другой специалист Эдвард Клейпол в первом номере журнала American Geologist сравнил добычу углеводородов с постоянным снятием средств с банковского счета: если его не пополнять, деньги рано или поздно закончатся. Но как скоро это произойдет? Когда в 1908 году президент США Теодор Рузвельт учредил Национальную комиссию по консервации природных ресурсов, Дэвид Тэлбот Дэй, сотрудник Федеральной геологической службы, представил доклад с подробнейшим описанием всех залежей и оценкой предельных сроков их разработки. В процессе работы над докладом была создана первая в отрасли экономическая модель, которая увязала информацию об уже извлеченных объемах и динамике роста добычи.
Результаты вычислений Дэя рисовали печальную картину: на уже разрабатываемых месторождениях США осталось от 10 до 24,5 млн баррелей нефти. В 1907 году объем добычи в стране составил 1,8 млн баррелей, а к 1916-му он должен был удвоиться. Таким образом, уже в 1935 году нефти в США могло вообще не остаться. Важная для своего времени работа Дэя содержала в себе массу изъянов, в частности, ученый не проанализировал эластичность предложения и спроса и, самое главное, не принял во внимание возможность обнаружения новых месторождений.
Но это стало понятно всем далеко не сразу. После Первой мировой войны голоса скептиков зазвучали с новой силой. В 1918 году журнал Tractor & Gas Engine Review в статье «Потребление нефти приняло непомерные масштабы» процитировал магната Джозефа Куллинана (он основал компанию, из которой потом выросла Texaco): «Возможно, что в США запасы нефти истощатся в течение одной человеческой жизни». В 1919 году главный эксперт Геологической службы США Дэвид Уайт писал, ссылаясь на оценки коллег, что пик производства нефти может быть пройден в ближайшие три года. Президент Горной школы Колорадо Виктор Андерсон уверял, что американец средних лет в течение своей жизни станет свидетелем полного исчерпания нефтяных скважин. Поводы для появления всех этих прогнозов были разные: одни реально верили в представляемые данные, другие рассчитывали на преференции, третьи лоббировали чьи-то бизнес-интересы. Как бы то ни было, время показало, что ни одно из этих предсказаний не имело реальной основы.
На новый круг
Использовать в качестве биотоплива ученые предлагают, например, особый вид сахарного тростника – энергетический. На фото генетик изменяет высоту такого растения на плантации в штате Джорджия (США)
Однако в середине 1950-х годов, когда нефтегазовая отрасль была готова отметить столетие своего существования, появился очередной влиятельный пессимист. Геолог Shell Марион Губберт пришел к выводу, что на любом месторождении и на любой территории график извлечения нефти имеет куполообразную форму. На основе этого наблюдения эксперт предсказал, что пик добычи в США наступит в 1965–1970 годах. Несмотря на то что позднее Губберт признал ряд ошибок в вычислениях и сдвинул ожидаемый пик на 1995 год, его работы стали весьма популярны в период нефтяного эмбарго 1970-х.
В деталях метод Губберта оказался несостоятельным. Например, по прогнозам эксперта, добыча в Техасе должна была давно прекратиться, но этот штат по-прежнему остается одним из ключевых (даже в масштабе всего мира) поставщиков нефти. В начале 1980-х Минэнерго США пыталось применять подход Губберта к прогнозированию объемов добычи нефти в странах, не входящих в ОПЕК. Для Юго-Восточной Азии оценки оказались точными, но для Южной Америки и Египта – явно заниженными.
Основной ошибкой в методе Губберта, как и в более ранней работе Дэвида Дэя, является предположение, что извлекаемые запасы нефти тождественны геологическим ресурсам. Современные исследователи придерживаются иной точки зрения, считая, что извлекаемые запасы нефти есть лишь некоторая доля геологических ресурсов, которая может увеличиваться с течением времени как за счет технологических инноваций, так и за счет экономических факторов. Эта аксиома подтверждается историческими сопоставлениями. Например, Геологическая служба США в 1984 году оценивала извлекаемые запасы нефти в 1,7 трлн баррелей, а 20 лет спустя – в 3 трлн баррелей.
Нефтегазовая отрасль, а вместе с ней и нефтехимическая промышленность продемонстрировали высокую устойчивость к негативному изменению внешних условий и продолжили рост. Так, в период с 1970 по 1989 год производство пластиков в мире утроилось и достигло отметки 100 млн т. Подобно предыдущим двум периодам ошибочных прогнозов, пессимисты 1970-х годов оказались неправы. Сейчас, когда их доводы звучат в новых интерпретациях, важно помнить, что алармизм – не лучший способ прогнозирования. Закат нефтяной эпохи, вероятнее всего, все же случится. Но слухи о скорой смерти углеводородов все же сильно преувеличены.
Наше время
Еще одним потенциальным «убийцей» нефти называют барбадосский орех – растение родом из Южной Америки. В орехах содержится много масла, они хорошо подходят для производства биотоплива. Правда, география произрастания растения ограничена, а работа с ним требует аккуратности: оно ядовито
В ноябре 2017 года Международное энергетическое агентство (IEA) опубликовало очередной доклад серии World Energy Outlook. Основываясь на прогнозах по динамике добычи нефти в США, эксперты организации предположили длительное сохранение цен на нефть в диапазоне 50–70 долл. за баррель.
«Этого недостаточно для того, чтобы начать решительный отказ от потребления углеводородов», – констатировали они. Никакие экономические стимулы, в том числе бум электромобилей, а также переход на альтернативное сырье в химии (о которых, правда, и говорить пока преждевременно), не помогут изменить ситуацию. И если в дело не вмешаются непредвиденные факторы, то эксперты IEA прогнозируют рост глобального потребления нефти до 105 млн баррелей в сутки к 2040 году против 96,1 млн в 2016-м.
Яков Утин
