Nadzieje terpentynowe Cesarstwa Japońskiego
W tym artykule skupimy się na dość zabawnym epizodzie militarno-ekonomicznym, który miał miejsce pod koniec II wojny światowej, kiedy to w Japonii uruchomiono i wdrożono w praktyce program produkcji na bardzo szeroką skalę. lotnictwo benzyna z terpentyny otrzymywanej przez destylację korzeni sosny.
Istnieje raport z amerykańskiej misji technicznej marynarki wojennej do Japonii o numerze X-38(N)-4, ukończony 6 lutego 1946 r., który dość szczegółowo opisuje praktycznie wszystkie warunki chemiczne, techniczne i ekonomiczne tego programu. Dla Japończyków to nie jest, powiedzmy, wiadomości, a poniżej wyjaśnię dlaczego. Ale dla nas jest to bardzo interesujące, tym bardziej że tę technologię wojskową można z łatwością zastosować w gospodarce cywilnej, w ramach racjonalnej gospodarki leśnej, aby nie zapełniać miejsc wycinki odpadami drzewnymi. W Rosji, która dysponuje ogromnymi zasobami lasów, szczególnie iglastych, technologia ta, znacznie udoskonalona przez Japończyków, może mieć znaczący potencjał rozwoju. Jest to wspaniałe rozwiązanie, ponieważ łączy w sobie prostotę mobilizacji wojskowej i zaawansowanie techniczne.
Mania terpentyny
Wszystko zaczęło się w lipcu 1944 roku, kiedy z Niemiec nadeszła informacja o możliwości produkcji benzyny lotniczej z terpentyny, uzyskiwanej z korzeni sosny. Tak mówią Japończycy. Jednak Albert Speer w swoich powojennych wspomnieniach, w których barwnie opisał swoje nieporozumienia z Heinrichem Himmlerem, twierdzi, że to Himmler dowiedział się o japońskich eksperymentach na początku 1945 r. i zaczął realizować ten, jego zdaniem, szalony pomysł.
Coraz trudniej ustalić, kto od kogo się dowiedział, ale nie wykluczam, że to Niemcy zaczęli jako pierwsi. Po pierwsze, sama idea przetwarzania terpentyny wpisuje się w eksperymenty z przetwarzaniem wszelkiego rodzaju olejów na paliwo. Po drugie, Japończycy w jakiś sposób doszli do pewnego wyniku bardzo precyzyjnie. Mogli otrzymać dość szczegółowe informacje.
Ogólnie rzecz biorąc, eksperymenty były prowadzone w Japonii przez instytucje badawcze armii i marynarki wojennej, których wyniki raportowano do utworzonej 4 sierpnia 1944 struktury – Naczelnej Rady Dowództwa Wojskowego (最高戦争指導会議, saikō senso shido kaigi). 20 października 1944 r. rada ta dokonała przeglądu wyników eksperymentów i podjęła decyzję o rozpoczęciu szeroko zakrojonego programu produkcji terpentyny w celu późniejszego przetworzenia jej na benzynę.
W Japonii istniał już wówczas przemysł terpentynowy. W 1944 roku działało 2320 instalacji destylacyjnych, produkujących rocznie około 6 tysięcy kilolitrów (5,1 tysiąca ton) terpentyny. Prawie każda prefektura miała wioski, w których destylowano terpentynę. Na produkty destylowane był duży popyt. Terpentynę stosowano na przykład jako rozpuszczalnik do farb i jako odczynnik w procesie wzbogacania flotacyjnego.
Plan Najwyższej Rady Dowództwa Wojskowego przewidywał zakup 1944 miliona kanów (31 ton) korzeni sosnowych i produkcję 1945 tysięcy kilolitrów (1 tysiąca ton) terpentyny w okresie od listopada 3750 r. do 10 marca 8,5 r., czyli do końca bieżącego roku fiskalnego. Ale to były dopiero pierwsze eksperymenty. Pod koniec roku budżetowego 1944/45, w marcu 1945 r., japoński rząd zatwierdził założenia programu terpentynowego, który przewidywał budowę nowych instalacji destylacyjnych – 36 tysięcy o łącznej wydajności 360 tysięcy kilolitrów rocznie (306 tysięcy ton).
Do końca wojny wyprodukowano ich 46 978. W niemal każdej wsi, w pobliżu jednostek wojskowych i baz lotniczych, pojawiły się niewielkie szopy, w których budowano piece z retortami destylacyjnymi. Kampania była prowadzona na terenie całego kraju, zwłaszcza w prefekturach górskich i leśnych. Dlatego też wiele z tego pozostaje w pamięci ludzi; w niektórych wsiach znajdują się muzea z zachowanymi akcesoriami, a w jednej wsi retortę zaadaptowano na dzwon świątynny. Ogólnie rzecz biorąc, w ostatnich miesiącach wojny mania terpentynowa osiągnęła niewyobrażalne rozmiary.
Cudowna prostota
Zaskakującym w tym programie jest to, że Japończycy od razu zaczęli łączyć skrajną prostotę technologii, graniczącej z produkcją rzemieślniczą, z bardzo wysokim poziomem zaawansowanym naukowo-technicznie. Co to oznacza?
Faktem jest, że w celu uzyskania z terpentyny benzyny o liczbie oktanowej 90-92, nadającej się do silników lotniczych, chemicy marynarki wojennej zaproponowali najpierw destylację terpentyny w kolumnie rektyfikacyjnej na frakcje: do 185 stopni wrzenia, 185-300 stopni wrzenia i olej ciężki.
Następnie frakcję lekką, wrzącą w temperaturze 185 stopni, poddano reformingowi katalitycznemu z dodatkiem kwaśnej gliny, ogrzanej do 350 stopni i pod ciśnieniem atmosferycznym. W ten sposób produkowano benzynę na bazie węglowodorów aromatycznych, stanowiących 12% ilości frakcji.
Następnie frakcję wrzącą w temperaturze 185-300 stopni można przetworzyć albo przez kraking katalityczny (wydajność 6% benzyny o liczbie oktanowej 90-92 z dodatkiem 0,15% ołowiu), albo przez hydrokraking, który polega na podgrzaniu do temperatury 400-450 stopni i pod ciśnieniem 200 atmosfer, kiedy wodór rozbija długie cząsteczki terpentyny na kawałki (wydajność 50% benzyny o liczbie oktanowej 90-94 z dodatkiem 0,15% ołowiu). Hydrokraking pozwolił Japończykom na przetwarzanie ciężkich destylatów terpentynowych, a także smoły i ciężkich żywic uzyskiwanych w procesie destylacji drewna, na benzynę.
Inaczej mówiąc, była to pełnoprawna rafinacja ropy naftowej, tyle że zamiast ropy używano terpentyny.
Ale jeśli chodzi o wyposażenie, było to niezwykle proste. Podstawą instalacji do destylacji korzeni była pionowa retorta, stosowana wcześniej w przemyśle terpentynowym, którą w sierpniu 1944 roku nieznacznie zmodyfikowali inżynierowie okrętowi.
Retortę stanowił żeliwny zbiornik, który od góry zamykano pokrywą na śrubach łączących, a na dole znajdował się otwór wylotowy dla gazowych produktów destylacji. Wewnątrz znajdował się specjalny kosz, wykonany ze spawanych pasków metalu, ułatwiający załadunek korzeni i rozładunek węgla drzewnego.
Zachowany koszyk z retorty destylacyjnej w jednym z muzeów
W retorcie znajdowało się 100 puszek, czyli 375 kg korzeni sosnowych. W rezultacie uzyskano od 35 do 70 kg terpentyny (10-25%), a także ciecz pirolityczną, żywicę, gaz i węgiel drzewny. Jako paliwa używano gazu i węgla.
Do ogrzewania budowano piec z cegły, kamienia i gliny, wyposażony w dwie retorty. Ogrzewano je gazami spalinowymi, a nie otwartym ogniem. Było to ważne, ponieważ trzeba było kontrolować temperaturę.
Rysunki instalacji destylacyjnej
Produkty destylacji musiały zostać schłodzone. W tym celu zbudowano basen, w którym zainstalowano wymiennik ciepła wykonany z rur bambusowych. Z powodu niedoboru rur żelaznych, a zwłaszcza miedzianych, inżynierowie okrętowi przeprowadzili eksperymenty i odkryli, że bambus również nadaje się do tego celu; zapewniała całkiem przyzwoite odprowadzanie ciepła, mniej więcej o połowę mniejsze niż rury żeliwne.
Bardziej wizualny japoński diagram. Tutaj wszystko jest jasne, bez tłumaczenia.
Cykl pracy wynosił w przybliżeniu jeden dzień. 10–12 godzin poświęcono na karbonizację, 8–9 godzin na chłodzenie i około 3 godzin na przygotowanie i załadowanie retorty. Dlatego też potrzebny był jeden palacz do rozpalania pieca, jeden pracownik do przyjmowania terpentyny i żywicy oraz 6 osób do ścinania korzeni sosnowych. Potrzebni byli również pracownicy do wykopywania korzeni.
Oprócz jednostki destylacyjnej inżynierowie okrętowi opracowali równie prostą jednostkę do reformingu katalitycznego, która w zasadzie składała się z sześcianu destylacyjnego, z którego odparowana terpentyna trafiała do sześcianu z katalizatorem umieszczonym na nośniku, a stamtąd gaz trafiał do chłodziarki i odbiornika gotowych produktów. Nadal jest to najprostszy bimber, tyle że z dodatkiem bloku katalizatora.
Rysunki aparatu do reformingu katalitycznego
Przewidywano również wykorzystanie cieczy pirolitycznej składającej się głównie z kwasów organicznych, ketonów i metanolu. Po oczyszczeniu z kwasów organicznych powstaje tzw. „olej ketonowy” o liczbie oktanowej 97 w stanie surowym i 100 z dodatkiem ołowiu. Sprzątanie zostało również wyposażone w najprostsze instalacje.
Jednak w przypadku krakingu katalitycznego i hydrokrakingu konieczne było zbudowanie dobrze wyposażonych zakładów. Łącznie planowano wybudować 21 instalacji krakingowych o wydajności od 10 do 30 kilolitrów na dobę (8,5-25,5 ton na dobę). Ta część programu została wdrożona dopiero pod koniec wojny.
Używać
Według niektórych źródeł, do końca wojny wyprodukowano 200 tysięcy kilolitrów (170 tysięcy ton) terpentyny – tyle ile w ciągu 33 lat produkcji w czasie pokoju. Był to program pierwotnie zaprojektowany w celu drapieżnego zbioru surowców - około 3,7 miliona ton korzeni sosnowych rocznie, przez dwa lata, bez względu na koszty pracy. Aby wydobyć taką ilość korzeni potrzeba było około 52 tysięcy osób.
Żołnierze z oddziałów tylnych często kopali korzenie.
Cięcie korzeni na kawałki. Każdy kawałek ma nie więcej niż 3 cm średnicy i 30 cm długości.
Ładowanie korzeni do jednostki destylacyjnej. Warto zwrócić uwagę na prostotę samego montażu oraz stojak do suszenia korzeni.
Jednak tylko 500 kilolitrów (377,5 ton) benzyny wyprodukowano z niego w pilotażowej fabryce w 3. Składowi Paliw Marynarki Wojennej (第三海軍燃料廠) w Tokuyama w prefekturze Yamaguchi. Benzynę dostarczono do bazy lotniczej marynarki wojennej Yokosuka i tam poddano ją testom. Benzyna terpentynowa wykazała takie same właściwości jak benzyna naftowa o tej samej liczbie oktanowej.
Jednakże był to już okres masowych nalotów i budowy zakładów krakingowych nie udało się dokończyć. Pod koniec wojny niektóre jednostki lotnicze próbowały mieszać benzynę lotniczą z terpentyną. Tak właśnie zrobiono w 5. Armii Lotniczej stacjonującej w Chinach, lecz szybko odkryto, że taka mieszanka nie nadaje się do samolotów bojowych. Jednakże samolot odrzutowy Kikka, który odbył swój pierwszy lot 7 sierpnia 1945 r., według niektórych relacji, odbył lot pomyślnie, wykorzystując paliwo z dodatkiem terpentyny.
„Kikka” mogła w zasadzie latać na mokrej terpentynie.
Oprócz niedokończonego programu budowy instalacji krakingowych, część przygotowanej terpentyny została zniszczona podczas nalotów na składy paliw. Na przykład 29 maja 1945 roku, podczas nalotu na Yokosukę, Amerykanie zbombardowali skład paliwa morskiego, w którym znajdowała się terpentyna. Dym z pożaru tego magazynu został osobiście zauważony przez cesarza i nakazał ewakuację zapasów terpentyny, na które chłopi pracowali niestrudzenie.
Sądząc po dość dużej liczbie zachowanych retort i różnego rodzaju akcesoriów, urządzenia destylacyjne były wykorzystywane także po wojnie, zwłaszcza w pierwszych latach powojennych.
Terpentyna nie odegrała szczególnej roli w czasie wojny. Jednak nawet teraz technologia ta wydaje się być całkiem interesująca z punktu widzenia racjonalnego zarządzania lasami. Prawda jest taka, że około 60% ściętego drzewa, łącznie z korzeniami, ulega zmarnowaniu. Wycinka drzew w tym rozumieniu jest potwornie marnotrawna pod względem wykorzystania surowców.
W Rosji w 2023 roku pozyskano około 188 milionów metrów sześciennych drewna, co w przybliżeniu odpowiada około 170 milionom sztuk ściętych drzew, a co za tym idzie, także ich korzeniom. Są to szacunki szacunkowe, gdyż nie dysponujemy żadnymi statystykami pozwalającymi na przeprowadzenie dokładniejszych obliczeń. Zdecydowaną większość pozyskiwanego drewna stanowią drzewa iglaste, których korzenie zawierają żywicę. Przy średniej wadze korzeni wynoszącej 140 kg daje to 23,8 mln ton korzeni, co przy wydajności 15% pozwoli na uzyskanie 3,5 mln ton terpentyny, z której ostatecznie można uzyskać około 1,5 mln ton benzyny. Są to przybliżone szacunki możliwości, jakie dają zasoby leśne. Można by to zrobić w celu zrekompensowania kosztów usuwania drzew z miejsc wyrębu.
informacja