Экологическая повестка все больше и больше давит на компании и различные организации по всему мира. Тем не менее, об отказе от угля пока что и речи не идет. В этом материале мы подробно рассмотрим бытовой уголь, которые частные домохозяйства по всему миру используют для обогрева. И не только они, вспомним те же вокзалы и обогреваемые пассажирские железнодорожные вагоны, оборудованные титанами.
Потребление угля в быту
Мировой рынок бытового угольного топлива, и дымного, и бездымного оценивают в 2023 г. в 200 млн тонн, половина или 100 млн тонн приходится на Китай, порядка 12 млн тонн на Европу, около 30 млн тонн на Россию (в том числе брикетов смешанного угольно-растительного состава). Например, в Ростовской области имеются огромные запасы отходов углеобогащения (антрацитовый штыб, угольный шлам, каменноугольная мелочь) и биомассы (солома злаковых культур, лузга и дробленые стебли подсолнечника, древесные опилки, стружка, щепа и т. п.), которые представляют собой сырьевую базу для производства топливных брикетов. Отходы, образующиеся на сахарных заводах и химических производствах области, можно использовать для получения связующих, применяемых в технологии брикетирования углесодержащих компонентов.
Так, в КНР центральное отопление есть только в северных и восточных регионов страны, где климат континентальный и суровый, однако живёт там лишь треть всех граждан этого государства. Примерно 2/3 населения само занимается обогревом жилищ. Даже в элитных в многоквартирных домах можно увидеть жаровни и маленькие буржуйки, топящиеся углем, дровами и другим топливом.
Рисунок 1: Регионы Китая с отсутствием центрального отопления
Источник: «Мир науки»
Угольная индустрия — крупная отрасль народного хозяйства Китая. Угледобывающие центры можно разделить на две части: южную и северную. На юге государства преимущественно добывают низкокачественное топливо с высоким содержанием серы. Северным землям КНР больше присущ уголь высокого качества. Особое значение имеет мегабассейн Большой Хуанхэ, объединяющий несколько каменноугольных бассейнов (Ордосский, Шаньси и Великой Китайской равнины). Крупнейшие угледобывающие предприятия расположены в провинции Шаньси, где извлекается значительная часть коксующегося угля.
Крупнейшие угольные компании Китая: Shenhua Group, Shandong Energy Group, China National Coal Group.
Годовое потребление угля Поднебесной держится на уровне 4 млрд тонн.
За последнее десятилетие в результате антропогенной деятельности в Китае ежегодно выбрасывалось в атмосферу 14 млн тонн частиц РМ2,5 (твердых частиц с аэродинамическим диаметром, равным или менее 2,5 мкм) и 2 млн тонн технического углерода (сажи), что составляет примерно треть и 36% глобальных антропогенных выбросов, соответственно. С 2012 г. реализовано несколько госпрограмм, в частности для снижения концентрации PM2,5 в районе Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй, дельте реки Янцзы и Жемчужной реки на 25%, 20% и 15% с 2012 по 2017 год. Например, на электростанциях, работающих на угле, установлены устройства селективного каталитического восстановления, электростатических пылеуловителей и рукавных фильтров, а также систем десульфуризации дымовых газов.
Практика показывала, что коэффициенты выбросов загрязняющих веществ при сжигании угля в домашних условиях (без каких-либо устройств контроля загрязнения воздуха) были десятилетие назад в Китае примерно в 100 раз выше, чем у угольных котлов электростанций.
С 2012 года руководство Пекина проводило новую политику по сокращению выбросов при потреблении угля в жилых домах, например, продвигало новые печи и заменяло низкокачественный уголь (в основном битуминозный уголь) антрацитом с помощью финансовых субсидий. К сожалению, антрацит не пользовался спросом из-за сложности его воспламенения, низкой степени выгорания в бытовых печах и высокой цены. Полукокс, получаемый из низкосортного угля путем низкотемпературной карбонизации, был признан наилучшим решением в качестве бытового топлива. Подробности об угольной политике Китая и контрольных цифрах пятилетки 2021-2025 гг. смотрите здесь.
Уровень потребления угля для бытовых целей в Китае составлял в 1985-1990 гг. 160-170 млн тонн, затем снизился до 80 млн тонн к 2000 г., а потом варьировался в диапазоне 90-100 млн тонн.
В денежном отношении это соответствовало порядка $10 млрд в год.
Большой популярностью среди провинциальных китайцев пользуются и печки-буржуйки, и жаровни, работающие на дровах или угольных брикетах. Причём такой способ обогрева, характерный больше для сельской местности, встречается как в частных домах, так и в многоквартирных.
В КНР наблюдается существенная неравномерность в бытовом потреблении угля. В частности, в сельской местности потребление угля в 2022 г. составляло порядка 55 Mtoe.
По данным Евростата производство угля до 2020 г. снижалось, по потом начало расти. В 2022 г. общая добыча составила 349 млн тонн (+5% к 2021 г.), а потребление 454 млн тонн (+2%). Главным драйвером спроса является лигнит, разновидность бурого угля.
В ЕС в основном производится бурый уголь, млн тонн в 2022 г.:
ФРГ — 139;
Польша — 50 (+55 каменного угля);
Болгария — 35;
Чехия — 35;
Румыния — 20;
Греция — 15;
Венгрия — 5;
Словения — 2;
Словакия — 1.
Более чем на 90% бурый уголь потребляется ТЭС для выработки электроэнергии и тепла. Малая часть перерабатывается в бытовые «бездымные» брикеты.
Известно, что в развитых странах Евросоюза (Германия, Франция и др.) в топках сжигается только специально подготовленное топливо, подвергшееся обогащению, сортировке, обессериванию — «бездымное» топливо, при термическом разложении которого выделяется наименьшее количество летучих веществ. Эксплуатируется порядка 10 млн ед. печей в домашних хозяйствах и энергетических кооперативах, в том числе миникотельные на несколько потребителей.
Согласно Евростату доля ископаемого топлива (solid fossil fuels) в домохозяйствах по всем странам ЕС составила в 2021 г. всего 2,5%, намного уступая природному газу (35%), электричеству и пр. В отдельных странах доля ископаемого топлива в домохозяйствах много выше средней по ЕС: в Польше — 22%, Ирландии — 11%, Чехии — 8%, Болгария — 6%, Литва — 3%, Словакия — 2% и другие страны ЕС менее — 1%. Например, в Германии из 40 млн домов только 0,6% использует ископаемое топливо (больше всего — газ). Во Франции вообще 0,06% домохозяйств применяют ископаемое топливо. Практически ноль в угольном бытовом топливе показали в 2021 г. Дания, Италия, Нидерланды, Кипр, Мальта, Португалия, Норвегия, Финляндия, Швеция и Словения. Соответственно, в этих странах нет ни оборудования для угольного топлива, ни инфраструктуры.
По данным экспертов газеты Die Welt, в Берлине всего несколько тысяч квартир, в которых голландские печи остаются единственным источником тепла.
Наше особое внимание привлекает Польша. Качество воздуха в этой стране Евросоюза самое плохое, прежде всего, пыль, зола, дым от сжигания угля и бензо(а)пирен, который является одним из самых канцерогенных химических соединений. Согласно последнему отчету Всемирной Организации Здравоохранения, 36 из 50 наиболее загрязненных городов Европейского Союза находятся в Польше. Страна, по оценкам Министерства предпринимательства и технологий, теряет до 30 миллиардов злотых в год из-за преждевременной смерти и увеличения расходов на медицинское обслуживание.
В Польше самым большим источником смога являются бытовые котлы на твердом топливе, не отвечающие экологическим стандартам. Котлов-копчушек в Польше около 3,5 млн ед. Ситуация еще больше усугубляется сжиганием домохозяйствами некачественного угля и даже мусора. Поляки сжигают более 10 млн тонн каменного угля в год, что составляет 84% от потребления этого сырья домохозяйствами по всему ЕС.
Популярность угля, в значительной степени низкого качества, объясняется так называемой энергетической бедностью. В Польше доля энергетически бедных людей, тех, кто использует грязный уголь — 34%; эти люди выбирают самый дешёвый уголь худшего качества, характеризующийся высокими выбросами загрязняющих веществ.
Спрос на угольные брикеты в 2022-2023 гг. в Евросоюзе вырос из-за нарушения поставок газа из России, однако евростатистики пока что нет.
Цены на бездымное бытовое топливо варьируются в Европе в широких пределах в зависимости от марки топлива (теплотворность, состояние золы и пр.), ориентированного на определённую разновидность потребления.
Диапазон цен составляет от $463 до $913 за тонну. Верхнюю планку держат брикеты в Англии. Польская продукция существенно дешевле.
Даже в жаркой Африке уголь применяют в бытовых целях, в основном для приготовления пищи. Например, в ЮАР по данным Министерства минерального сырья и энергетики The Department of Minerals and Energy (DME) примерно 1 млн домохозяйств потребляет 3 млн тонн угля, в основном дымные битуминозные угли из-за их дешевизны.
Прямое использование необработанных углей-сырцов в домашних условиях для приготовления пищи и отопления без каких-либо устройств контроля загрязнения воздуха вызвало серьезные проблемы с окружающей средой внутри и снаружи помещений из-за выбросов твердых частиц (ТЧ) и газообразных загрязняющих веществ (угарный газ, оксиды азота и серы, производные мышьяка, фосфора, галогенов, ртути и других тяжёлых элементов, в том числе радиоактивных). Распространённым решением является применение в бытовых целях полукокса, получаемого из битуминозных углей методом промышленной карбонизации.
В 2021 г. внутреннее потребление угля в РФ составило 186,7 млн тонн, из них на нужды населения и коммунально-бытовым потребителям приходилось всего 15%, то есть 28 млн тонн (Госдоклад-2022).
Патентный аспект
Сначала о терминах:
На бытовом уровне и профессиональном сленге, в простонародье широко используют выражение «бездымное топливо». Это своего рода рекламный слоган, поэтическая метафора. Журнализм, но принятый научным сообществом, наподобие «бездымного пороха».
С научной точки зрения можно выделить три вида бытового угольного топлива:
«малодымное» топливо — (выход летучих Vdaf 12-20%);
«среднедымное» топливо — (20-35%);
«дымное» топливо — (выше 35%).
В Британии и в англоговорящих странах Европы и Африки используют термины smokeless coal, low-smoke fuel, low-smoke solid fuels (LSSF). В Китайской англоязычной литературе популярен термин clean coal.
На портале Google.Patents мы провели поиск по smokeless coal, портал выдал 50759 патентов. Часть из них утратили силу. Среди патентообладателей нет лидеров, патенты распылены по сотням промышленных компаний. ТОП-10 выглядит так:
ACRE Coking & Refractory Engineering Consulting Corporation, MCC (中冶焦耐(大连)工程技术有限公司) —1,7%;
Dalian Huarui Heavy Industry Group Co., Ltd(大连华锐重工集团股份有限公司) — 1,4%;
China Academy of Sciences Guocheng Engineering (中国科学院过程工程研究所) — 1,1%;
Shanxi Xinli Energy Technology Co., Ltd. (山西鑫立能源科技有限公司)— 1,1%;
IHI Corporation (株式会社Ihi) — 1%;
Guiyang Aluminium Magnesium Design & Research Institute (贵阳铝镁设计研究院) — 0,6%;
Hebei Beiyang Water Treatment Equipment Co., Ltd. (河北北洋水处理设备有限公司) — 0,6%;
The Institute of Process Engineering (IPE), Chinese Academy of Sciences (中国科学院化工冶金研究所) — 0,5%;
Harbin Institute of Technology (哈尔滨工业大学) — 0,5%;
Kunming University of Science and Technology (昆明理工大学) — 0,5%.
9 из 10 организаций в списке — это китайские корпорации, НИИ и вузы, что неудивительно, учитывая заинтересованность КНР в этой сфере: как простых граждан, так и различных структур. В данном случае приходится признать крайне высокую степень включенности китайских научных учреждений в решение вопросов, связанных с углем. Японская компания всего одна — IHI Corporation. Как видите, ни европейских, ни американский организаций в этом списке нет.
В рамках международной патентной классификации картина следующая:
C10L — 8,7% (коксохимичечская промышленность);
Y02E — 7,8% (сокращение выбросов парниковых газов);
C10B — 7,2% (деструктивная перегонка углеродсодержащих материалов с целью получения газа, кокса, дегтя);
Y02A — 7,1% (технологии для адаптации к изменению климата);
Y02P — 6,9%(технологии смягчения последствий изменения климата);
C02F — 5,2% (очистка воды);
C01B — 3,1% (неметаллические элементы; их соединения);
B01D — 2,5% (фильтры);
A47J — 2,4% (кухонное оборудование);
C22B — 2% (производство и рафинирование металлов).
Примечательно, что довольно много патентов посвящено экологии — технологиям для адаптации к изменению климата. В данный рейтинг не вошел раздел F24B, он занял около 1% от всех патентов, а это бытовые печи или плиты на твердом топливе. То есть, одни изобретатели борются с загрязнением окружающей среды, другие же подбрасывают топливо в печь.
Видно, что лидируют темы коксохимимии (что естественно: бездымный уголь получают способами коксования или полукоксования, то есть термообработки без доступа воздуха до 1000оС с отгонкой вредных и дымообразующих веществ; другой термин — деструктивная перегонка). Бездымный уголь используется помимо бытовых целей (кухонное оборудование и др.) ещё в металлургии и очистке воды и промышленных газов, поскольку он обладает высокой сорбционной способностью. У каждого из нас в домашней аптечке есть активированный уголь для подобных целей в интересах человеческого организма. Также уголь применяют в строительной индустрии для выпуска цементов, извести и пр.
В базе ФИПС на «бездымный уголь» числится всего 15 патентов РФ на изобретения, из которых только 2 действующие. Это следующие:
№2673794 — «Способ получения бездымного бытового топлива от Акционерного общества «Сибирская Угольная Энергетическая Компания».
№2747049 — «Способ получения бездымного бытового топлива» от ООО «СибНИИуглеобогащение».
Патентов РФ на полезные модели числится 5 штук. Из них действующих ноль.
Заключение
Патентная ситуация с бездымным топливом на основе угля в мире отличная назло всем экологам. В РФ же она очень скудная, если не сказать — убогая. Пока что сохраняется безоговорочное лидерство организаций из Китая в этом аспекте.
А как в мире применяют патенты на изобретения?
Несмотря на зелёную риторику западных политиков и многочисленные экологические законы в странах Запада и Китая, эксперты ожидают роста бытового потребления и угля, и растительного топлива, как «дикого», так и окультуренного.
Уверены, пойдут в дело и торфяные залежи Евросоюза. Как известно, распределение торфяных месторождений по отдельным странам Европы связано с географической широтой, рельефом и геоморфологическим строением местности. В южной части Европы, в частности в Испании, заторфованность ничтожна. К северу процент заторфованности возрастает: в Германии болота составляют 4,5% от общей площади страны, в Швеции — 14%, в Финляндии — 32% и т.д.
Так, в Южной Финляндии под болотами находится 24% площади, торфяные месторождения в основном небольшие, с глубокой залежью. Торфяные месторождения в Швеции занимают около 14% всей территории страны, запасы торфа влажностью 25% составляют около 9 млрд тонн. Площадь торфяных месторождений Польши определяется в 1505 тыс. га, с запасом торфа около 6 млрд тонн. Есть торфяники в Англии, Шотландии, Венгрии, Болгарии, Дании, Ирландии, Румынии, Австрии, Словакии, Чехии.
Ни о какой углеродной нейтральности пока что и речи идти не может в таких условиях.
Влияние санкций США и ЕС на экспорт энергетического и коксующегося российского угля, угольный конфликт Китая и Австралии, прочие углеродные стычки и барьеры создают неопределенность для перспектив бытового бездымного топлива на основе угля.
Дополнительно в начале 2024 г. перевозка грузов на контейнеровозах, следующих по маршруту из Азии (например от угольных производителей Индонезии и Австралии) в Европу, подорожала в два раза из-за нападений йеменских хуситов на судна в Красном море.
Полезное от Онлайн Патент:
→ Что такое Реестр отечественного ПО?
→ Может ли иностранная компания внести свою программу в Реестр отечественного ПО?
→ Как IT-компаниям сохранить нулевой НДС и попасть в Реестр отечественного ПО
