Журнал Q - Журнал Q 01 2009

Использование биотоплива – это биологический вариант гелиоэнергетики, при котором уловителем солнечной энергии является хлорофилл, а ее накопителем – органическое вещество. В седой древности биотопливо согревало пещеры, в которых жили наши пращуры, на кострах они готовили и «палеолитические деликатесы» – запеченные мясо, плоды, клубни и корневища растений… И сегодня древесина служит основным топливом в очагах жителей многих бедных стран, а также каминах состоятельной части общества. Сжигание древесины оказывает негативное влияние на продовольственную безопасность только опосредованно – вследствие сокращения площади лесов и соответственно уменьшения стока избытка диоксида углерода из атмосферы.

Рассмотрим, как влияют на продовольственную безопасность другие, более современные варианты биотоплива.

Биогаз. Этот продукт микробиологической переработки органических отходов, включая органическую фракцию твердых бытовых отходов, навоз и фекалии человека, является полностью экологичным, так как для производства биогаза не используется продовольственное сырье. Небольшие установки для получения биогаза распространены в теплых странах. Рекордсменом по использованию биогаза является Китай, в котором работает более 10 млн небольших установок, вырабатывающих биогаз, что улучшает условия жизни сельского населения. Кроме того, 64 тыс. биогазовых станций обеспечивают работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка, работающего на сжиженном биогазе [1]. Отходы производства биогаза являются хорошим органическим удобрением. В нашем климате возможности получения биогаза невелики, так как для того чтобы успешно протекал биохимический процесс, метантенк нужно подогревать.

Близок к биогазу свалочный газ, который вырабатывается в толщах гигантских «метантенков» старых городских свалок и добывается оттуда через скважины примерно так же, как природный газ.

Бионефть. Новый вариант биотоплива, который только начал получать распространение, но, видимо, имеет большие перспективы [1]. Бионефть получается путем глубокой химической переработки (на основе пиролиза) самого разнообразного сырья. В канадской провинции Онтарио работает предприятие, перерабатывающее в сутки 200 т самого разнообразного сырья (древесину, солому, кукурузные отходы, ТБО и др.). Из 1 т отходов получается 600-800 кг бионефти. В США (штат Миссури) спроектирована установка по получению бионефти из автомобильных шин, пластмасс, канализационных стоков, тяжелых нефтепродуктов. Бионефть является промежуточным продуктом для производства разных видов автомобильного топлива. Производство бионефти не связано с решением задачи обеспечения продовольственной безопасности.

Биоэтанол. Это биотопливо XXI века. Бензин с добавлением 10% биоэтанола (топливо Э-10) может использоваться в любом автомобиле. При более высокой доле биоэтанола или на чистом биоэтаноле могут работать только специальные автомобили, производство которых уже начато. Использование биоэтанола значительно снижает уровень загрязнения атмосферы. Прогресс производства биоэтанола поражает своими масштабами, и есть основания говорить о «биоэтаноловой эйфории» (см. [2]).

Несмотря на то что биоэтанол можно получать из древесины и любых органических отходов, сегодня основная его часть производится из продовольственного сырья – сахарного тростника в Бразилии, кукурузы в США, кукурузы и пшеницы в странах ЕС («тростниковый» биоэтанол вдвое дешевле «кукурузного»). В Бразилии на биоэтанол расходуется уже 50% сахарного тростника, в США – 20% кукурузы.

Впрочем, на производство биоэтанола требуются значительные затраты энергии из исчерпаемых источников – газа, угля, нефти. М. Уорлд [3] приводит данные о том, что на 1 мегаджоуль (МДж) биоэтанола затрачивается 0,77 МДж энергии из исчерпаемых источников (впрочем, на производство 1 мегаджоуля бензиновой энергии затрачивается «исчерпаемых» 1,19 МДж!).

Рост цен на нефть повышает и цену на продовольственное сырье для производства горючего, что стимулирует расширение пахотного клина. В Бразилии «под биоэтанол» массированно осваиваются ксерофитные тропические леса и саванны. Ежегодно площадь биоэтаноловых плантаций возрастает на 325 тыс. га. Сегодня эта площадь уже равна территории Нидерландов, Бельгии, Люксембурга и Великобритании вместе взятых. К 2025 г. площадь «биоэтаноловых плантаций» должна возрасти в 5 раз.

В Бразилии вклад биоэтанола в энергобаланс уже достиг 40%, им заправляют не только автомобили, но и самолеты. В амбициозных планах США достижение к 2025 г. замены каждого четвертого литра бензина биоэтанолом, что позволит резко снизить зависимость страны от импорта нефти и укрепить ее экономику. Сейчас доля биоэтанола в автомобильном горючем страны составляет менее 4%, но на его производство затрачивается 20% урожая кукурузы. Крупный американский агроэколог Д. Пиментал считает, что весь урожай кукурузы, который сегодня получают США, может обеспечить только 17% потребности для производства автомобильного топлива. Очевидно, что поскольку значительная часть кукурузы по-прежнему будет использоваться как продовольственный ресурс, то резко возрастет доля импорта биоэтанола, в первую очередь из Бразилии. Дж. Буш надеется на основе альянса с Бразилией создать «биотопливный ОПЕК».

Возрастет и производство этанола из непродовольственного сырья – древесины, отходов сельского хозяйства, ТБО. Однако для этого нужны новые технологические решения, в частности – поиск микроорганизмов, которые способны продуцировать энзимы для быстрого разрушения древесины. Повысится роль генетически модифицированных организмов, не исключено, что будут «одомашнены» бактерии, которые живут в пищеварительной системе термитов и являются самыми активными разрушителями целлюлозы.

Итогом биоэтанолового бума уже стал рост цен на продовольствие, который происходит во всем мире (что почувствовали и россияне). С учетом роста числа автомобилей и потребности в горючем эта опасная тенденция будет развиваться и дальше. Кроме того, «биоэтаноловые плантации» негативно влияют на состояние атмосферы и почв: внесение высоких доз минеральных удобрений увеличивает выбросы в атмосферу оксидов азота (тоже парниковый газ!), а разрушение гумуса, которое происходит при этом, – диоксида углерода. Эти негативные эффекты усиливаются сокращением площади лесов.

Биодизель . Этот вариант топлива производится из растительных и животных жиров. Биодизель можно получать из отходов мясоперерабатывающих предприятий, фритюрного жира и др. В настоящее время в Европе и Китае большая часть его производится из масла рапса. Биодизель сегодня в 2 раза дешевле, чем обычное дизельное топливо. Рапс – это высокоурожайная культура, дающая до 35 ц/га семян, ее возделывание не столь разрушительно для почвы, как выращивание кукурузы, так как рапс оставляет большую корневую массу. Шрот, остающийся после выдавливания из семян масла, является ценным кормом для животных (впрочем, после соответствующей обработки как корм для животных может использоваться и барда, образующаяся после производства биоэтанола из кукурузы, сои и др.). Достоинством биодизеля является возможность получения его на небольших установках, рассредоточенных по сельскохозяйственным районам. На этой основе планирует решать свои энергетические проблемы Украина.