Болатбек Хусаин, т.ғ.к., ҚР ҰҒА профессоры, «Д.В. Сокольский атындағы Жанармай, катализ және электрохимия институты» АҚ бас директорының инновациялық қызмет жөніндегі орынбасары

Кәсіпорындар мен автокөліктерде қазба отындарын жағудан атмосфераның ластануы созылмалы және онкологиялық аурулардың өсуінің негізгі себептерінің бірі болып, жиі мезгілсіз өлімге және елеулі әлеуметтік-экономикалық шығындарға әкеледі.

Қазақстанда электр энергиясының шамамен 75%-ы көмірді жағу есебінен, негізінен Екібастұз, Қарағанды және басқа да бассейндерден жергілікті отынды пайдаланатын 37 ЖЭО-да өндіріледі. Онымен бірге SO₂, NOₓ, CO₂, шаң, күл, ауыр металдар мен органикалық қосылыстардың шығарындылары түтіннің пайда болуына, қышқыл жаңбырдың пайда болуына және озон қабатының бұзылуына ықпал етеді. Күкірт диоксиді әсіресе улы, ол тыныс алу мүшелеріне қатты зақым келтіреді.

Мемлекеттік деңгейде ЖЭО мен өнеркәсіптік объектілерді табиғи газға ауыстыру қарастырылуда. Бұл шығарындыларды азайтады, бірақ проблеманы толығымен шешпейді. Мысалы, Алматы қаласында ЖЭО-2 шығарындылары  жылына 37 000 тоннадан асады, тіпті газға ауысқаннан кейін де олар тек 2 000 тоннаға дейін төмендейді, бұл ретте қайта жабдықтауға жұмсалатын шығындар 300 млрд теңгеден асады. Газдың төмен жылу өткізгіш қабілетін және энергия ресурстарына бағаның өсуін ескере отырып, ауысу халыққа тарифтік жүктеменің артуымен қатар жүреді.

Осылайша, көмірден бас тарту үлкен инвестицияларды қажет етеді және көптеген жағдайларда логистика мен инфрақұрылымдық шектеулерге байланысты техникалық және экономикалық тұрғыдан қиын болады.

Сонымен қатар, көмір ең қолжетімді және стратегиялық маңызды ресурс болып қала береді: Қазақстан дәлелденген қорлар бойынша – шамамен 34 млрд тонна көрсеткішімен әлемде 8-орында. Бұл ұзақ мерзімді энергетикалық қауіпсіздікке кепілдік береді және қолда бар инфрақұрылымды пайдалануға мүмкіндік береді.

Алайда, қалалар өскен сайын ЖЭО қала шегінде қалуда, бұл экологиялық және әлеуметтік проблемаларды ушықтырады. Мұндай нысандарды көшіру айтарлықтай шығындарды талап етеді, ал жылу мен электр энергиясын тасымалдау қашықтығының артуы түпкілікті қызметтердің қымбаттауына әкеледі.

Бұл жағдайда ең ұтымды тәсіл көмірден бас тарту емес, шығарындыларды «жасыл» энергиямен салыстыруға болатын деңгейге дейін төмендетуге қабілетті заманауи кешенді газ тазарту жүйелерін енгізу болып табылады. Бұл – ұлттық энергия жүйесінің тұрақтылығын сақтай отырып, халықтың денсаулығына зиянды әсерді төмендетудің нақты жолы.

Бұл жағдайда шешім бар. ҒҒТҚН коммерцияландыру жобасы шеңберінде Ғылым қорымен және Д.В. Сокольский атындағы Жанармай, катализ және электрохимия институты» АҚ (бұдан әрі – Институт) жанындағы «Қазақстан-Британ техникалық университеті» АҚ-мен бірлесіп (қоса қаржыландыру) бірегей, меншікті, патенттелген технология бойынша автокөлік шығарындылары мен өнеркәсіптік объектілердің улы компоненттерінің отандық каталитикалық түрлендіргіштері негізінде кешенді тазарту жүйелерін (бұдан әрі – КТЖ) өндіру бойынша цех құрылды.

Кешенді газды тазарту түтін газдарынан бөлшектерді де, зиянды газдарды да әр түрлі әдістермен жоюға мүмкіндік береді: сұйықтықты сіңіру (абсорбция), қатты заттарды тұту (адсорбция), катализ және реагентті өңдеу. Көмір ЖЭО-да дымқыл тазалаудың арнайы сүзгілермен және катализаторлармен үйлесімі жақсы нәтиже береді. Қазіргі заманғы батареялық эмульгаторлар – газды реагентпен жақсы араластыратын жылжымалы бөлшектері жоқ ықшам қондырғылар әсіресе тиімді. Алайда, мұндай тазартудан кейін қалдық газдарды кетіру үшін реагент сияқты қосымша өңдеу қажет. Тазалаудан басқа, қалдықтарды қайта өңдеу де маңызды – мысалы, құрғақ күлді құрылыста қолдануға болады, ал дымқыл күлмен жағдай басқаша. Қазақстанда қолданыстағы жүйелер көбінесе шаңды жоюмен шектеледі және ластанудың барлық спектрін қамтымайды. Модульдік тәсіл ең перспективалы болып саналады – белгілі бір жағдайларға бейімделу мүмкіндігімен бір кешенде тазалаудың әр түрлі типтерін қолдану.

Кешенді тазарту жүйесін (КТЖ) әзірлеу шеңберінде түтін газдарын тазарту тиімділігін арттыруға бағытталған теориялық есептеулер мен эксперименттік сынақтарды қамтитын ауқымды зерттеулер кешені жүргізілді. Газ-динамикалық кедергіні төмендету үшін бейтараптандырғыштардың конструкциясы оңтайландырылды, платина және 3D-металдар (ванадий, кобальт) негізіндегі катализаторлар жоғары термиялық төзімділікпен және регенерация қабілетімен әзірленді. 90%-ға дейін NO_x жоюды қамтамасыз ететін белсенді фазалар құрылды, катализаторлардың перспективалы тасымалдаушылары ретінде аэрогельдердің қасиеттері зерттелді. Абсорбция, катализ және адсорбцияға арналған модульдер, соның ішінде скруббер-эмульгаторлар және N_aX цеолиті бар CO₂ адсорберлері әзірленіп, есептелді. КТЖ жүйесі модульдік қағидат бойынша іске асырылды, бұл оны ірі ЖЭО-дан мобильді қондырғыларға дейінгі нақты объектілерге бейімдеуге мүмкіндік береді. 500 м³/сағ газ шығынына арналған жабдықтың баланстық және жобалық есептеулері жүргізілді, бұл масштабтау және өнеркәсіптік енгізу үшін негізді қамтамасыз етеді.

Түтін газдарының зиянды компоненттерін бейтараптандыруға арналған каталитикалық блоктар патенттелген әмбебап бекіткіш тораптарын пайдалана отырып, өнеркәсіптік түтін мұржаларына орнатылады, ал мультимодульді КТЖ схемалары патенттермен қорғалған. Сонымен қатар, КТЖ – математикалық есептеулерге негізделген тазартудың барлық кезеңдерін визуалдай отырып, виртуалды модельдің цифрлық егізі әзірленуде. Мұндай жүйе нақты уақыттағы бақылау мен басқаруды жеңілдетіп қана қоймай, сонымен қатар жабдықтың жұмысын болжауға, оның тиімділігін арттыруға және ақаулардың алдын алуға мүмкіндік береді. Газды тазарту және CO₂ тұту саласында цифрлық егіздерді қолдану өндірістік процестерді оңтайландыруға, шығарындыларды азайтуға және экологиялық тұрақтылыққа қол жеткізуге жаңа мүмкіндіктер ашады.

КТЖ әзірлеу кезінде біздің мамандардың кездесулері барысында алынған тәжірибені ескере отырып, Mitsubishi Power (Жапония) компаниясы қолданатындарға ұқсас озық әлемдік тәсілдер пайдаланылды. Бұл ретте қолжетімді жергілікті материалдар мен инженерлік шешімдерді пайдалана отырып, технологияны бейімдеу негізгі қағидат болды.

Елдегі жалғыз цехтың өнімдері сапасы жағынан шетелдік әріптестерінен кем түспей, газ тәрізді шығарындыларды улы, зиянды компоненттерден тазартуға арналған және қымбат шетелдік жабдықтарды импортты алмастыруды жүзеге асыруға мүмкіндік береді.

КТЖ өзінің функционалдылығымен, дизайнымен және жұмыс қағидатымен ерекшеленетін бірнеше тәуелсіз сатыларды қамтиды. КТЖ сатылары орнату жоспарланған өнеркәсіптік объектінің ерекшелігіне, тапсырыс берушінің қажеттіліктеріне және конструктор қағидаты бойынша қажетті тазарту дәрежесіне байланысты құрастырылуы мүмкін. КТЖ энергия алу үшін жану процесін, соның ішінде мобильді орындауда пайдаланатын кез келген жылу құрылғыларда қолданылуы мүмкін.

Әр саты зиянды компоненттер жиынтығынан шығарындыларды тазартады.

КТЖ толық жиынтығы газ тәрізді шығарындылардың зиянды компоненттерін жоюға арналған: қатты бөлшектер, CO, NO, NO₂, C_xH_y, SO₂.

Алматы қаласының ЖЭО-2-де өткізілген КТЖ тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтары жоғары тиімділік пен тазарту дәрежесін көрсетті.

Институт ғалымдары сорбент негізінде күлді қолдана отырып, бірегей, меншікті патенттелген технологияны қолдана отырып әзірлейтін КТЖ CO₂ тұту модулімен толықтыру көмірді экологиялық қауіпсіз ресурс ретінде орналастыруға және оны болашақта «жасыл» энергия көзі ретінде қарастыруға бірегей мүмкіндік туғызады, бұл отандық энергетиканың тұрақты дамуы үшін стратегиялық перспективалар ашады.

2-сурет. Алматы қаласының ЖЭО-2-де  тәжірибелік-өнеркәсіптік сынақтар жүргізу

Көмірқышқыл газын көптеген құнды қосылыстарға айналдыруға болады: метанол және диметил эфирі балама отын ретінде; химия өнеркәсібіне арналған сульфонаттар мен карбонаттар; поликарбонаттар мен полимерлер – жаңа буын пластмассаларын өндіру үшін және агротехнологияда – биомасса мен микробалдырлардың өсуін ынталандыру үшін, содан кейін биоотын мен ақуыз концентраттарын алу үшін. Оны пайдалы материалдарға аудару арқылы CO₂ кәдеге жарату шығарындыларға экономикалық құндылық беруге және оларды проблемадан ресурсқа айналдыруға мүмкіндік береді. Бұл тәсіл тек көміртекті тұту туралы ғана емес, көміртегі циклінің толық тұйықталуы туралы айтуға мүмкіндік беріп, көміртексіздендіруді тұйық экономикаға біріктіреді және көміртекті бейтарап болашаққа бағдарды сақтайды.

Шығатын газдарды тазартудың отандық технологиясының таралуына қарай пайдалану шығындарын одан әрі төмендету және энергия тиімділігін арттыру мақсатында оны тұрақты жаңғырту және автоматтандыру жоспарлануда. Бұл тазарту процесінің дәлдігі мен тұрақтылығын арттырып қана қоймай, сонымен қатар жүйені нақты уақыт режимінде басқаруды қамтамасыз етеді, бұл әсіресе өнеркәсіптік қондырғыларда ауыспалы жұмыс жағдайында өте маңызды.

Цех өнімдерін кеңінен енгізу, триллиондаған теңге бюджет қаражатын үнемдей отырып, атмосфераның ластану проблемаларын толығымен дерлік шешуге мүмкіндік береді.

Негізгі экологиялық проблемалардың шешімі анық – отандық тазарту жүйелерінің деректерін барлық ластаушы көздерге орнатуды қамтамасыз ету және ақаулы тазарту жүйелері бар жабдықты пайдалануға тыйым салу жеткілікті.