Хронограф
18152229
29162330
310172431
4111825
5121926
6132027
7142128

<декабрь>

Путеводители

Топливо двойного назначения

Плантации и прерии южных штатов заменят Америке нефтяные скважины

Способы получение горючих материалов из биомассы и перспективы их использования для решения задач энергетики обозначились еще в 1970-е годы. Однако на протяжение почти трех американские нефтяные концерны всячески противились развитию «биоэнергетики». Теперь ситуация изменилась: технологии производства автомобильного топлива из кукурузы в США покровительствуют и федеральные власти, и Министерство энергетики, и крупный бизнес. Фото: Warren Gretz; DOE/NREL

Наше будущее определяется формулой «нефти на сорок лет, газа — на восемьдесят». Хорошо, пусть не на восемьдесят, а на сто. Что дальше? Если хотите узнать ответ, проследуйте в североамериканский штат Небраска. Здесь, недалеко от города Империал, среди бескрайней американской прерии, в 37 милях от ближайшего светофора, сложена огромная, десятиметровой высоты куча кукурузных стеблей и листьев. Она похожа на обычную гору мусора. Но только почему-то из нее торчат черные кабели, ведущие к каким-то приборам. Именно здесь, как думают в Вашингтоне, и именно из кукурузы будет сделана подходящая соломка на случай грядущего энергетического кризиса. К тому же топливо, производимое из обильно родящейся на полях сельскохозяйственной продукции, освободит Америку от необходимости «топить ассигнациями», импортировать нефть из арабских стран, ввязываться ради этого в сомнительные войны, плодя террористов.

Спирт, который получают из стеблей, на львиную долю состоит из этилового спирта (этанола). (Этанолом, кстати, в последнее время часто называют и топливо на основе этилового спирта, что не вполне корректно).  Его можно назвать и просто самогоном, или, принимая во внимание местную специфику, — бурбоном. Местные фермеры всячески приветствуют открывающиеся перспективы утилизации отходов их производства. Хотя спирт из стеблей — совсем не тот, что из зерен, в силу различия набора примесей. Технологию изготовления этилового спирта долгое время считали слишком дорогостоящей, чтобы он мог конкурировать с бензином, произведенным из нефти. Но времена меняются и цены вместе с ними: себестоимость спирта быстро уменьшается, а цены на нефть бьют рекорд за рекордом. И дальше будет только хуже.

Мысль о переводе автомобильного транспорта в Соединенных Штатах на бурбон кажется безумной. Но перед нами пример Бразилии, где уже 40% всего парка использует в качестве топлива ром. Предполагается, что в этом году, с вводом в строй новых нефтяных скважин, Бразилия заявит о своей независимости от иностранных производителей нефти. Но бразильский вариант с сахарным тростником неприемлем для Соединенных Штатов. Тут слишком холодно, и климат слишком неустойчив. Лишь в нескольких штатах сахарный тростник вообще может расти. Но зато в стране огромные запасы деревянной щепы, опилок, пшеничной соломы, макулатуры и многих других материалов, которые теоретически можно превратить в жидкое топливо. США располагают миллионами акров, на которых можно выращивать пригодные для этого зерновые культуры.

  
В зависимости от типа двигателя у колонки вроде этой можно заправить свой автомобиль этанолом, биодизельным топливом или биологическим заменителем бензина. Фото: Charles Bensinger and Renewable Energy Partners of New Mexico; DOE/NREL

Счет на доллары

«Если цены на нефть и впредь будут оставаться выше 50 долларов за баррель, то энергия, содержащейся в биомассе растений, окажется намного дешевле, чем энергия, содержащаяся в нефти, — считает Брюс Э. Дэйл (Bruce E. Dale), профессор Мичиганского университета, руководитель и участник нескольких проектов по развитию биоэнергетики. — Я убежден в том, что экономических оснований для появления и успешного развития этой новой отрасли промышленности достаточно. Спрос на жидкое топливо настолько высок, что мы будем получать его из самых разных материалов». И в самом деле, эта отрасль уже начала привлекает спекулятивный капитал инвесторов из Силиконовой долины, крупнейшего пивного гиганта страны концерна Анхойзер-Буш и даже владельцев некоторых крупных нефтяных компаний. Они приветствуют строительство экспериментальных заводов по производству спирта из биомассы и подыскивают площадки для строительства более крупных предприятий.

Политики стараются ускорить этот процесс. Кроме самого президента страны, который всячески старается покровительствовать поискам новых источников биотоплива, также и Конгресс обещает компаниям-первопроходцам гарантии по займам. Дело кажется в высшей степени перспективным, но ученым еще предстоит дать ответ на ряд важных вопросов. Несмотря на правдоподобные рассуждения профессора Дейла, экономическую эффективность промышленного производства этанола из биомассы еще надо доказывать. Необходимые для производства спирта отходы — солому, стебли кукурузы, деревянную щепы, поминавшееся Джорджем Бушем просо — еще надо собрать и доставить к пунктам переработки, что представляет собой огромную организационно-хозяйственную проблему. А для получения урожая нужных культур в нужных объемах потребуются значительные структурные изменения в американском сельском хозяйстве.

Нет полной ясности даже в вопросе о том, как хранить биомассу, чтобы обеспечить равномерное производство топлива из сезонного сырья на протяжении всего года. Для ответа на этот вопрос и пришлось сооружать монблан кукурузных стеблей в штате Небраска.
Ученые предсказывают, что, в конечном счете, спирт, изготовленный из биомассы, может оказаться дешевле бензина или этилового топлива, изготовленного из зерна. Его себестоимость составит 60 центов за галлон, а на заправочных станциях его можно будет продавать примерно по той же цене, что и стандартный бензин без свинца. Пока же этиловое топливо стоит дороже бензина, и существующие технологии не смогут обеспечить радикального снижения цен.

Здесь же скрыта и самая большая проблема биоэнергетики. До сих пор на нее смотрят скорее как на возможный доходный бизнес, чем как на путь к решению долгосрочных задач, связанных с политическим и экономическим страны. Даже в Америке инвестиции в нее резко падают, стоит только наметиться тенденции к снижению цен на природное минеральное топливо. Что же говорить о России, где цены на кукурузу и даже на ее стебли еще долго будут значительно превышать стоимость нефти и газа! Информация, размещенная на сайте Академии энергетики, ясно показывает, что в нашей стране дело не сдвинулось пока дальше обсуждения принципиальной возможности производства биотоплива.

Крупнейшие автопроизводители США Форд и Дженерал Моторс уже создали модели автомобилей, работающих на этаноле. Остается только сделать альтернативное топливо более дешевым и доступным. Автомобиль был припаркован у здания Конгресса США в то самое время, когда там обсуждались проблемы развития производства топлива из биомассы в мае этого года. Фото: Ford Motor Company

Нематериальные выгоды

Миллионы лет назад нефть, уголь и природный газ были такими же растительными остатками, как и кукурузные листья и стебли сегодня. Потом эти остатки оказались под землей — не успев полностью разложиться — и под действием высокой температуры и давления приобрели свой нынешний вид ископаемого топлива, богатого углеродными соединениями. Стало быть, должна существовать технология, позволяющая преобразовать биомассу в топливо, по крайней мере за миллионы лет. Нам повезло: технологии эти были найдены и даже оказались не такими затратными.

А выгоды они сулят существенные. Хотя и не всегда их можно конвертировать в валюту. Д. И. Менделеев, утверждая, что использовать бесценное химическое сырье, нефть, как энергоноситель — это как топить печку ассигнациями, еще не знал, сколь вредоносно эти «ассигнации» горят! Сжигание ископаемого топлива приводит к выделению в атмосферу углерода в виде углекислого газа. Концентрация этого газа в атмосфере достигла самого высокого уровня за последние 600 000 лет. Как известно, углекислый газ способствует возникновению парникового эффекта, который уже сейчас угрожает катастрофическим потеплением климата на планете.

  
Технолог Дэвид Джонстон (слева) и руководитель исследовательской группы Кевин Хиккс исследуют процессы ферментации кукурузных початков в рамках исследовательской программы Министерства сельского хозяйства. Фото: Stephen Ausmus/USDA
Использование в качестве энергоносителя биомассы не связано с увеличением концентрации парниковых газов в атмосфере, потому что при выращивании этой биомассы поглощается точно то самое их количество, которое выделится при сжигании. Тот же углекислый газ, который растения впитают из воздуха, скажем, в мае, в октябре будет выброшен в воздух автомобилями, сжигающими полученное топливо. Кроме того, если говорить об Америке, переход на топливо из биомассы укрепит ее глобальную безопасность, поскольку большая часть используемой нефти находится в отличающемся нестабильностью районе Персидского залива.

Два бывших директора ЦРУ, Джеймс Вулси (R. James Woolsey) и Джон Дейч (John M. Deutch), поддержали использование биомассы в качестве источника топлива, в том числе для производства электроэнергии. Как заявил Вулси в одном из своих интервью, важно понимать, что глобальное потепление, нефтяная геополитика и боевые действия в районе Персидского залива представляют собой различные аспекты одной проблемы, зависимости Запада от нефти. Вулси добавил к ним также мусульманский терроризм, отметив, что школы, выпускающие исламских радикалов, финансируются странами Персидского залива, разбогатевшими на нефти. «Это единственная война, в которой США финансируют обе стороны», — сказал Вулси.

Разбитые молекулы

Производить этанол из кукурузного зерна фермеры начали во время нефтяных кризисов 1970-х. Они не на жизнь, а на смерть боролись с нефтяной промышленностью, которая финансировала исследования, призванные дискредитировать этанол, но недавно между ними было заключено перемирие. Нефтяные компании нуждаются в этаноле, чтобы растянуть ограниченные запасы бензина и заменить присадки к бензину, вызывающие экологические проблемы. В результате теперь производство этанола из кукурузного зерна стало быстро развиваться.

В основе этого производства — глюкоза, которая в кукурузе присутствует в виде длинных молекул крахмала. Превратить крахмал в сахар, а затем ферментировать его в спирт нетрудно. Единственным ограничением объема производства этанола является то, что часть урожая кукурузы используется в пищевой промышленности. В течение 30 лет ученые полагали, что главным сырьем для производства топлива для транспорта будет целлюлоза по той простой причине, что это самая распространенная органическая молекула на планете.

  
Заводы по переработке растительных остатков кукурузы в спиртовое топливо на вид не сильно отличаются от заводов, на которых из нефти производится бензин. Фото: Nebraska Ethanol Board; DOE/NREL
Целлюлоза, как и крахмал, состоит из молекул глюкозы, но так тесно связанных, что разделить их чрезвычайно трудно. В растениях целлюлоза, как правило, играет роль структурного материала, помогает деревьям и травам сохранять вертикальное положение. Если удастся найти эффективный способ разъединить эти молекулы, то различные сельскохозяйственные отходы или специально посеянные культуры смогут стать сырьем для новой отрасли.

Сейчас наметилось ускорение научного прогресса в этой сфере. Ферменты, необходимые для производства галлона этанола, стоили более 5 долларов, но биотехнологические компании, заключившие с правительством контракты на проведение исследований, уже довели их стоимость до 30 центов за галлон. Воспользовавшись этим, несколько мелких компаний, приступили к производству этанола из биомассы и утверждают, что они близки к установлению конкурентоспособных цен. Они не только подыскивают территории для строительства более крупных заводов, но и подписывают контракты с фермерами на поставку сырья.

Согласно исследованию, проведенному Окриджской национальной лабораторией, Соединенные Штаты смогут заменить больше 30 процентов импортируемой нефти топливом и химическими веществами, произведенными из биомассы. Наряду с увеличением собственной добычи нефти, увеличение производства этанола и повышение эффективности автомобилей позволит США значительно продвинуться по пути к энергетической независимости.

Если производство этанола из биомассы превратится в крупный бизнес, оно распространится далеко за пределы штата Айдахо. В качестве сырья станут использовать деревянную щепу, макулатуру, рисовую шелуху. Самым крупным источником биомассы в ближайшее время, вероятно, станут листья, стебли и другие отходы, остающиеся после сбора урожая кукурузы.

Между тем, остается еще решить множество проблем, в частности, касающихся интеграции стран южноазиатского региона, возрастающие энергетические потребности которого обеспечивали на протяжении последних нескольких лет быстрый рост цен на энергоносители. Перенос зарождающихся технологий в этот регион предстоит обсудить на открывающейся в октябре в Пекине международной конференции «биотопливо в азиатском регионе».

Читайте также в журнале «Вокруг света»:

 

Сергей Шульженко, 27.09.2006

 

Новости партнёров