17.12.2010

Александр Собко

НЕДОЗРЕВШИЕ ЗЕЛЕНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Использование биотоплива еще многие десятилетия не станет рентабельным и будет зависеть от многомиллиардных субсидий

Оказавшись первым источником энергии для человечества, биотопливо сможет занять достойную нишу и в энергобалансе XXI века. Правда, для этого ему следует пройти через серьезные метаморфозы – от дров и соломы до так называемого биотоплива третьего поколения.

Однако, как и в случае с другими источниками энергии, проходящими по разделу «альтернативные», вопрос о потенциальной эффективности развития этого вида топлива по-прежнему остается дискуссионным.

ТРАДИЦИОННАЯ БИОЭНЕРГИЯ

Под биотопливом обычно понимают сжигаемые материалы, полученные тем или иным путем из продуцируемой живыми организмами биомассы. При формальном рассмотрении, в мировом балансе энергопотребления биотопливо занимает существенную, а среди возобновляемых источников энергии – и преобладающую роль (график 1). Однако из различных видов биотоплива подавляющая доля приходится на так называемую традиционную биомассу, включающую в себя дрова, сельскохозяйственные отходы и другие примитивные виды топлива используемые для приготовления еды, обогрева и других бытовых нужд в наименее развитых странах мира, в первую очередь в сельской местности. В полной мере эта категория топлива едва ли может быть причислена к возобновляемым. Хотя далеко не всегда она связана с бесконтрольной вырубкой – существуют и целенаправленно высаживаемые энергетические леса из быстрорастущих видов деревьев, даже в развитых странах определенное распространение получили топливные гранулы, состоящие из отходов лесоперерабатывающей промышленности.

Наиболее перспективным видом традиционного биотоплива является биогаз, получаемый путем брожения куриного помета или отходов скотоводческих хозяйств, а также бытового мусора. На 70–80% биогаз состоит из метана, таким образом, его можно рассматривать как полноценную замену природному газу. Мировым лидером по использованию этого вида топлива является Китай. В 2008 году в стране функционировало около 30 млн индивидуальных установок по производству биогаза, обеспечивающих топливом около 22% сельских жителей страны. Объем получаемого таким образом газа, по данным на 2005 год, составил около 6,5 млрд кубометров. Для развивающихся стран ценность подобной переработки отходов заключается в первую очередь в возможности обеспечить сельских жителей природным газом, используемым для обогрева жилища или приготовления пищи. Напротив, в Германии, являющейся лидером в этой области среди развитых стран, подавляющая часть биогаза поступает на электростанции. Последние годы подобное применение биогаза становится характерно и для Китая. Агрохолдинги для утилизации своих отходов строят небольшие ТЭС, способные обеспечивать электроэнергией небольшой город – около 10 тыс. квартир.

КУКУРУЗА ВМЕСТО НЕФТИ

В развитых же странах идея о развитии биотоплива в первую очередь ассоциируется с производством жидкого топлива для транспортных средств – биоэтанола и биодизеля. Мировыми лидерами по производству биотоплива являются США, ЕС и Бразилия (график 2). Биоэтанол – это обычный этанол (то есть этиловый спирт), получаемый из растительного сырья, как правило, сахарного тростника (в Бразилии) или кукурузы (в США). В ЕС же наибольшее распространение получил производимый из рапса биодизель. Использоваться в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания этанол может только в качестве небольшой добавки к бензину, в то время как биодизель может использоваться и в чистом виде. Тем не менее наибольшее распространение в мире получил именно биоэтанол, мировое производство которого с 2000 по 2008 год выросло 17 до 64 млрд литров, в то время как объем получаемого биодизеля за тот же период вырос с 1 до 12 млрд литров. Хотя, как видно на графике 1, в общем объеме мирового энергопотребления биотопливо играет незначительную роль, в области моторного топлива его доля все же уже достигает 2%.

Пожалуй, наиболее позитивный опыт производства и использования биотоплива можно наблюдать в Бразилии, чему во многом способствуют климатические условия и многолетние научные исследования по производству сахарного тростника в промышленных масштабах. Кроме того, конструкция заводов по переработке тростника предусматривает возможность изменения соотношения продуктов в пользу сахара или этанола, в зависимости от конъюнктуры рынка. Одновременно, отходы производства сахарного тростника поступают на небольшую ТЭС, вырабатывающую около 50 МВт энергии для окрестных поселков. Все это обеспечивает относительно невысокую себестоимость биоэтанола, в результате чего в настоящее время 90% продающихся в стране машин являются так называемыми flex fuel и позволяют использовать бензино-этанольные смеси, содержащие до 25% этанола (E25).

Увы, в других странах производство моторного биотоплива возможно только в случае мощных программ государственных субсидий. Только в США, где треть выращиваемой кукурузы используется для получения биоэтанола, их объем составляет около 6 млрд долларов в год. Кстати, именно сейчас в Соединенных Штатах разгорается дискуссия по вопросу продления льгот, срок действия которых истекает в текущем году. Господдержка, выражающаяся в льготном налогообложении производителей биотоплива, составляет в настоящее время 45 центов за галлон (около 4 литров). Дополнительные 10 центов помощи получают небольшие производители, а величина импортных пошлин составляет 54 цента за галлон. Для справки: цены на бензин в США находятся в настоящее время на уровне двух долларов за галлон.

Если в текущем году в США произведено 13 млрд галлонов биотоплива, в первую очередь биоэтанола, то к 2022 году эта величина должна утроиться – до 36 млрд. Очевидно, что потребление моторного топлива за этот период возрастет на меньшую величину, так как на чистом этаноле «далеко не уедешь». Соответственно, одним из ключевых путей для развития отрасли является повышение доли этанола в моторном топливе на основе бензина. В минувшем октябре правительство США разрешило увеличить долю этанола в автомобильном топливе с 10 до 15%. Несмотря на то, что новое решение затронет только автомобили, выпущенные после 2007 года, оно уже вызвало протесты автомобилестроителей и владельцев заправок. По их мнению, автомобилисты выступили в роле подопытных кроликов, так как увеличение доли спирта может привести к повреждению топливных шлангов, а со временем и нарушить работу двигателей. В Германии бензин с более высоким содержанием биотоплива (10% по сравнению с нынешними 5%) появится на заправках в январе 2011 года.

ОПАСНАЯ ИГРУШКА

К сожалению, биотопливо отнюдь не является лишь дорогой, но безопасной игрушкой для правительств некоторых богатых стран. К этому виду альтернативного источника энергии существуют как минимум две серьезные претензии. Основная из них: фактическое использование пищевых продуктов в качестве топлива стало одним из факторов резкого роста мировых цен на продовольствие в последние годы. При этом, согласно прогнозам, к 2030 году спрос на продукты питания может удвоиться. Помимо увеличения численности населения, это связано и с повышением уровня жизни в развивающихся странах, где увеличивается потребление продукции животноводства, отрасли, потребляющей большие объемы зерна. На этом фоне даже честная конкуренции в использовании сельскохозяйственной продукции между рынком продовольствия и производством биотоплива по-хорошему должна была стать дискуссионным вопросом. Но предоставление различных субсидий дает производителям топлива возможность покупать сырье для биотоплива по более высоким ценам, таким образом еще выше задирая цены на продукты питания.

Второй причиной для критики является сама концепция биотоплива. Напомним, что с теоретической точки зрения идея выглядела эффектно. В процессе сгорания биотоплива образуется то же количество углекислого газа, что и было поглощено в процессе фотосинтеза при росте исходной биомассы. Таким образом, биотопливо не выделяет дополнительного объема парниковых газов и не вносит вклада в глобальное потепление, даже если придерживаться теории о наличии взаимосвязи между этими процессами. На деле же уменьшение эмиссии углекислого газа оказывается в лучшем случае на 50% меньше, чем при сжигании ископаемых источников топлива. Ведь производство сырья для биотоплива требует работы сельхозтехники, удобрений и т.д., на что также нужно затратить энергию, полученную, как правило, сжиганием ископаемого топлива. А само сырье впоследствии нужно превратить в биоэтанол или биодизель.

С этой проблемой, оказывается, тесно связана еще одна оценка эффективности биотоплива: количество полученной энергии в расчете на единицу, затраченную для ее получения (EROEI) (подробнее об этом см. «Страшилки из подземелья», «Однако», №31, 2010). Если для ископаемого топлива этот показатель равен около 10 (то есть чтобы произвести 10 единиц энергии, нужно затратить 1 единицу), то в случае биотоплива EROEI балансирует около 1, а для некоторых проектов оказывается даже меньше. Иными словами, затраты энергии при получении биотоплива могут быть выше, чем содержащаяся в продукте энергия. К слову сказать, считается, что пороговое значение EROEI, при котором человечество сможет продолжать развитие, находится в районе 3.

Наполеоновские планы США и ЕС по увеличению доли биотоплива потребуют дальнейшего роста производства, на которое нужно изыскивать все новые и новые пахотные земли. Согласно прогнозам, чтобы удовлетворить потребности ЕС в биотопливе к 2020 году (10% транспортных средств должны работать на возобновляемых источниках энергии, 70% из которых составит биотопливо), потребуется дополнительно 4,5 млн гектаров земли – площадь, эквивалентная размерам Дании. Изымать такое количество из нынешнего объема пахотных земель становится достаточно сложно, поэтому приходится вводить новые. И тут по концепции биотоплива наносится окончательный удар. Для получения новых сельхоз­угодий приходится сжигать тропические леса, а посадки пальм, из масла которых получают биодизель, часто проводятся на торфяниках. В процессе их подготовки и использования, окисление торфа также приводит к массовой эмиссии углекислого газа в атмосферу. В этом случае, по подсчетам исследователей, сокращение выделения парниковых газов по сравнению с ископаемыми видами топлива составляет -900…-2000% – то есть эмиссия CO2 возрастает в 10–20 раз! Разумеется, вырубка леса является одноразовым событием, однако чтобы биотопливо «окупило» масштабные выбросы, понадобятся десятилетия. Но стоит ли такая игра свеч? Скорее, вопрос становится риторическим.

ДЕСЯТЬ ЛЕТ НОВЫХ ОЖИДАНИЙ

Неэффективность и фактическая вредность биотоплива первого поколения становится все более прозрачной, как очевидным является и то, что с их помощью уже не удастся достичь заявленных целей по внедрению возобновляемых видов моторного топлива. На этом фоне адепты зеленых технологий переключили свое внимание на так называемое биотопливо второго поколения. Его производство должно основываться на непищевых источниках, к примеру, бытовом мусоре, отходах сельскохозяйственной продукции или лесоперерабатывающих предприятий. Оно пока не производится в коммерческих масштабах, хотя участники пилотных проектов уже выбивают себе новые государственные субсидии – к примеру, в США их объем составит 1,5 млрд долларов ежегодно. Согласно оценкам экспертов, для того чтобы отрасль стала эффективной, необходимо еще 10–15 лет активных научно-исследовательских работ. Тем не менее именно за счет этого вида топлива, вероятно, будет в дальнейшем наращиваться доля биотоплива в энергобалансе. К примеру, так называемый сценарий Blue Map, разработанный Международным энергетическим агентством и описывающий наиболее оптимистичный с точки зрения развития «зеленых» технологий вариант эволюции мировой энергетики до 2050 года, предполагает, что к этому времени на биотопливо будет приходиться 26% от общего объема используемых для транспортных нужд источников энергии. При этом доля биотоплива второго поколения в этом объеме должна составлять около 90%. Согласно прогнозу, 19% мирового производства биотоплива второго поколения придется на Индию и Китай. Однако выполнимость этого сценария пока остается под вопросом.

В США, причем не по каким-либо прогнозам, а согласно принятому в 2007 году закону, к 2022 году производство биотоплива должно достигнуть 36 млрд галлонов, из них 21 млрд – в виде продвинутого биотоплива. Напомним, что текущее производство составляет 13 млрд, то есть почти весь новый прирост должно обеспечить биотопливо нового поколения. Вот только успеют ли? Уже сейчас ясно, что график темпов прироста одного из типов биотоплива второго поколения – на основе целлюлозы – срывается. Установленный на 2010 год план в 100 млн галлонов оказался реализован всего в размере 6,5 млн. В 2011 году объем производства может оказаться на отметке около 4 млн галлонов, что составляет менее 2% от целевой отметки в 250 миллионов.

Может быть, определенные надежды в данной связи возлагаются на биотопливо не второго, а третьего поколения? Технология его производства основана на выращивании водорослей с высоким содержанием масел и получения на этой основе биодизеля. Хотя идейно этот вариант чем-то близок к классическому биотопливу, есть и принципиальные отличия. Во-первых, фермы по выращиванию водорослей могут располагаться на непригодной для сельскохозяйственной деятельности территории. Кроме того, производительность водорослей на единицу площади может оказаться значительно больше, чем в случае выращивания продовольственных культур. Нефтяной гигант Exxon Mobil инвестировал этим летом в новый проект по производству топлива из водорослей 600 млн долларов, что многими было воспринято как сигнал, говорящий о перспективности отрасли. Тем не менее, к сожалению, и здесь исследователи фиксируют невозможность выхода на промышленное производство в ближне- и среднесрочной перспективе, необходимо еще не менее десяти лет научно-исследовательских разработок. Биологи должны создать эффективные штаммы водорослей, а технологи – оптимизировать наиболее энергозатратные процессы. Пока же, для того чтобы выращивающие водоросли фермы вышли на самоокупаемость, стоимость получаемого подобным образом масла должна находиться, в зависимости от масштабов производства, в интервале 240–330 долларов за баррель.

ЗАЧЕМ ТОРОПИТЬСЯ В СТОЯЩИЙ ПОЕЗД?

Подведем итог. На Западе, несмотря на возведение «зеленых» технологий в ранг государственной политики (если не сказать – идеологии), десятилетий субсидирования отрасли, зашкаливавших ценах на нефть, биоэтанол и биодизель так и не смогли выйти на самоокупаемость. Более того, в силу описанных причин под угрозой оказались и масштабные планы по увеличению доли биоэтанола и биодизеля в бензине. Серьезное расширение в рамках классического биотоплива едва ли становится возможным, а активное производство новых типов может начаться не ранее чем в следующем десятилетии. При этом, согласно последним оценкам Международного энергетичес­кого агентства, в 2009 году правительственная поддержка про­изводителей биотоплива во всем мире составила около 20 млрд долларов, основная часть которой пришлась на США и страны ЕС. И в дальнейшем МЭА прогнозирует увеличение объема субсидий – до 45 млрд в год в 2010–2020 годах и 65 млрд в год в 2021–2035 годах. Впору задуматься, нужно ли связываться с этим нашей стране, находящейся к тому же преимущественно в северных широтах и имеющей неплохие запасы ископаемого топлива?

В то же время технологии переработки мусора и бытовых отходов, побочных продуктов лесоперерабатывающей промышленности, установки по производству биогаза на основе «сырья» из животноводческих и птицеводческих хозяйств вполне могут быть востребованы. Главное, чтобы при принятии решений в расчет брались реальная энергоэффективность и экономическая обоснованность, а не стремление стимулировать альтернативные технологии ради подражания западным странам, тем более если последние сами начинают пересматривать свой взгляд на «зеленую» энергетику.

 


Впервые опубликовано в журнале «Однако»

Количество показов: 7491

(Нет голосов)