Аннотация. Проблема дефицита энергоресурсов появилась не вчера, как и попытки решить ее за счет альтернативных источников энергии. Актуальность этой проблемы со временем только возрастает: необходимость перехода на альтернативные источники диктуется не только удорожанием ископаемых энергоресурсов, но и угрозами глобального изменения климата.
Биотопливо, получаемое из биомассы, – один из наиболее распространенных в современном мире возобновляемых источников энергии. Основными его видами являются биоэтанол и биодизель, для получения которых используют ценные продовольственные и фуражные культуры.
В научных кругах продолжается дискуссия о перспективах и последствиях производства биотоплива в мире. По мнению ряда экономистов, массовый переход мировой экономики на биотопливо приведет к резкому обострению продовольственной ситуации и росту цен на мировом рынке аграрной продукции.
Ключевые слова: альтернативные источники энергии, биомасса, энергетическая безопасность, биотопливо, биоэтанол, биодизель.
На фоне роста цен на нефть будущее биотоплива, получаемого из растительного сырья, является одной из актуальных проблем в мире. Производство биотоплива растет, но его современные объемы обеспечивают менее 3% мирового спроса на автомобильное топливо.
Основным сырьем для производства биотоплива являются кукуруза, сахарный тростник и растительные масла. Почти 90% мирового производства биотоплива сосредоточены в США, Бразилии и ЕС.
Параллельно с расширением производства биотоплива, которое, как ожидают, способно заменить углеводородное топливо, растет обеспокоенность мировой общественности ростом цен на некоторые сельскохозяйственные товары. По последним оценкам ФАО, спрос на биотопливо привел к подорожанию продуктов питания на 30%, чему способствовало увеличение цен на кукурузу, пшеницу и соевые бобы, которое в свою очередь было связано с повышением мирового спроса на биотопливо. По словам официальных представителей ООН, глобальный кризис, связанный с подорожанием продовольствия, несет опасность для 100 млн. человек – им угрожают голод и социально-политические потрясения. Если страны будут по-прежнему вкладывать деньги в биотопливо вместо хлеба, к 2025 г. на планете добавится еще 600 млн. голодающих.
Перспектива развития производства биотоплива в мире зависит от многих факторов. В частности от цены на нефть, наличия дешевых кормов для скота, государственной поддержки, технологического прорыва, который поможет снизить цены на биотопливо второго поколения, конкуренции со стороны нетрадиционных видов топлива, альтернативных ископаемому.
Будущее биотоплива неопределенно, включая конкуренцию со стороны традиционного углеводородного топлива и проблемы загрязнения окружающей среды. Вероятно, наибольшая неопределенность – уровень, до которого можно сократить площадь земель, необходимых для производства биотоплива.
Проблема дефицита энергоресурсов появилась не вчера, как и решение ее за счет биоэнергетики. Такие невозобновляемые источники энергии, как нефть и газ, в связи с ускорением темпов научно-технического прогресса стали расходоваться с пугающей быстротой. Причем, передовые страны ранее других ощутили наступление эры энергодефицита. Так, ежегодная доля США, занимающих достаточно скромное место по площади и населенности, в расходовании мировых энергоресурсов, по разным оценкам, колеблется в пределах 26-40%.
Все помнят энергетический кризис 1970-80-х гг., который, как и предполагалось, первыми поразил передовые страны. Тогда в США были приняты экстренные меры и впервые наряду с уже действующими предприятиями, использующими ветряную, приливную и гелиоэнергию, были построены заводы, на которых кукурузное зерно превращалось в сырье для получения этанола. После некоторого затишья в конце XX века ситуация резко изменилась, и с 2000 г. мировые цены на традиционные энергоносители динамично растут. В 1990-х гг. мировые цены на сырую нефть в среднем составляли менее 20 долл. за баррель, в 2006 г. они поднялись до 59 долл., а в начале 2008 г. превысили 120 долл. Шестикратное повышение цен отражает значительный мировой спрос на сырую нефть, вызванный ростом мировой экономики и, в том числе, увеличением промышленного производства в Индии и Китае. Ожидается, что мировой спрос на нефть продолжит расти из-за дальнейшей интенсификации экономической деятельности в мире, особенно в энергоемких экономиках стран Азии.
По прогнозам Арабского исследовательского центра, к 2015 г. имеющиеся запасы нефти будут исчерпаны на 60%, а ее добыча упадет на 30-40 %, в то время как потребление энергии в мире, по мнению президента Российского научного центра «Курчатовский институт» академика Е.Велихова, к 2030 г. вырастет на 60%.
На сегодняшний день почти 2/3 разведанных мировых запасов нефти сосредоточены в странах Персидского залива1. По мнению специалистов, при современном уровне технологического развития лишь в этом регионе возможно увеличение добычи нефти, в других странах мира необходимы разведка и освоение новых месторождений.
Таким образом, мир по-прежнему зависит от ближневосточной нефти, и у большинства стран существует риск оказаться в экономической и энергетической зависимости от ОПЕК. Например, по данным американского правительства, закупки нефти у стран ОПЕК за последние 30 лет обошлись США в 7 трлн. долларов2.
Одним из путей снижения зависимости от импорта нефти является перевод транспорта, где до сих пор сохраняется почти полная монополия нефти, и некоторых отраслей промышленности на альтернативные источники энергии. Проблемой их поиска занимаются многие мировые научные центры. При этом актуальность проблемы со временем только возрастает: если первоначально переход на альтернативные источники энергии рассматривался как один из инструментов сокращения негативного воздействия продуктов сгорания на окружающую среду, то рост мировых цен на нефть заставил взглянуть на данный вопрос под другим углом. Теперь производство биотоплива в стране, зависимой от импорта нефти, становится одной из составляющих энергетической безопасности этой страны.
Биотопливо, получаемое из биомассы, является в настоящее время одним из наиболее распространенных альтернативных источников энергии. Понятие «биотопливо» относится к газообразному или жидкому топливу (например, метану или этанолу), произведенному из углеродосодержащих материалов, называемых «биомассой». Под «биомассой» понимают органический материал растительного или животного происхождения, получаемый из сельскохозяйственных культур, травы, деревьев (за исключением долгорастущих) и кустарников, а также рыбный жир, коммунальные отходы, использованное растительное масло и кулинарные жиры, отходы пищевой промышленности и животноводства, коммунальные и другие отходы.
Биомасса является практически идеальным сырьем для производства биотоплива. Это возобновляемый источник энергии, его запасам не грозит истощение, как в случае с полезными ископаемыми и, что особенно важно, его могут производить все страны мира. Кроме того, автомобильное топливо, изготовленное из биомассы, обладает важным достоинством для его использования не требуются серьезные модификации в автомобильных двигателях, хранение и заправку можно осуществлять на ныне существующих заправочных станциях.
Однако необходимость развития производства биотоплива диктуется не только удорожанием ископаемых энергоресурсов, но и угрозами глобального изменения климата, растущей эмиссией углекислого газа в атмосферу, сокращением занятости населения, в том числе сельского. По прогнозам ООН, к 2030 г. население планеты превысит 8 млрд. чел. По мере роста численности населения будет расти спрос на ограниченные запасы природных ресурсов: землю, воду, воздух и ископаемые источники энергии. Антропогенная деятельность по-прежнему ведет к увеличению концентрации атмосферного CO2. В результате, температура воздуха на поверхности планеты в ХХ веке повысилась на 0,8 градусов Цельсия, а современные темпы увеличения температуры составляют 0,2 градуса в десятилетие.
Благодаря способности к фотосинтезу растения превращают солнечную энергию в химическую, поглощая CO2 из атмосферы и формируя биомассу. Использование углеродонейтрального топлива, которое не вызывает увеличения концентрации углерода в атмосфере и каковым является биотопливо из биомассы, а также снижение потребления энергии, может способствовать решению дилеммы «энергия изменение климата. Но надо учитывать, что биомасса имеет низкий уровень плотности энергии 0,6 Wm-2 , и использование только биомассы не поможет стабилизировать климат на планете.
В настоящее время существует множество альтернативных источников энергии. Возобновляемые источники, такие как биомасса, солнечная, геотермальная, ветровая, океаническая (волновая и термальная), представляют незначительную долю доступной человечеству энергии.
Основными видами биотоплива, потребляемого сегодня в мире, являются этанол и биодизель.
Среди достоинств этанола следует отметить, что он нейтрален в качестве источника парниковых газов, обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве и последующем сгорании выделяется такое же количество CO2, которое было поглощено из атмосферы использованными для его производства растениями.
Применение этанола в автомобильном двигателе даже в виде добавки способствует более полному сгоранию топливной смеси и на 30% сокращает выбросы окиси углерода и токсичных веществ, на 25% – выбросы летучих органических соединений. В США использование этанола дает существенный экологический эффект: по оценке специалистов, в 2005 г. за счет перехода на этанол выбросы парниковых газов (в СО2 эквиваленте) сократились почти на 7,8 млн. тонн, что приравнивается к выхлопам 1,18 млн. автомобилей за год.
Однако есть и недостатки. У топлива с добавками этанола увеличивается выброс летучих органических соединений, что затрудняет его применение в жаркую погоду; при использовании этанола происходит загрязнение воздуха уксусным альдегидом. Из-за чувствительности этанола к воде его нельзя транспортировать по трубопроводам и приходится перевозить водным, автомобильным или железнодорожным транспортом, что повышает расходы на перевозку.
Этанол – это вещество многопрофильного использования3. На него приходится подавляющая часть выпускаемого в мире топлива. Большая часть производимого в мире биоэтанола (почти 60%) используется как высокооктановая добавка к бензину в обычных двигателях. Его также можно использовать в чистом виде в адаптированных бензиновых двигателях.
Существует несколько разновидностей блендированного горючего, представляющего собой смесь бензина и этанола. В США смесь этанола с бензином обозначают буквой Е, цифра рядом с буквой отражает процентное содержание этанола. Например, Е85 означает смесь из 85% этанола и 15% бензина.
В разных странах содержание этанола в горючем существенно варьирует. Так, в Бразилии используют 22-25% смесь и 2% добавку этанола в дизельном топливе; в Венесуэле, Колумбии, в некоторых провинциях Канады, в Австралии, Таиланде – 10% смесь; в Индии – 5% (к 2008 г. содержание этанола поднимется до 10%); в Японии – 3%; в Аргентине, согласно планам правительства, к 2010 г. содержание этанола в автомобильном топливе составит 5%.
Смеси, содержащие до 20% этанола, могут использоваться любым автомобильным двигателем. Более концентрированные – требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля. Сегодня компании, производящие автомобили, выпускают так называемые «гибридные» машины, способные работать и на бензине, и на смеси бензина и этанола. По данным организации Национальная коалиция этаноловых автомобилей (National Ethanol Vehicle Coalition), в 2005 г. в США число таких автомобилей превысило 5 млн. единиц, число моделей – 20, а количество заправочных станций, торговавших топливом марки Е85, приблизилось к 1000 (данные на октябрь 2006 г.). В целом в 2005 г. 30% реализованного бензина в США имело добавку этанола. В некоторых странах всё реализуемое топливо представляет собой смесь бензина с этанолом, например, в Бразилии, где с 1975 г. действует соответствующая правительственная программа.
Производство этанола вносит существенный вклад в экономику. Так, в США в 2005 г. за счет расширения его производства было создано 154 тыс. новых рабочих мест во многих секторах экономики, в бюджет поступило 1,9 млрд. долл. за счет федеральных и 1,6 млрд. долл. – за счет местных налогов.
Кроме того, производство этанола способствует развитию некоторых отраслей растениеводства, поскольку сырьем для выработки этого вида топлива служат кукуруза, картофель, пшеница, сахарный тростник и свекла, отходы, получаемые при переработке риса. Правительства стран, заинтересованных в развитии производства биотоплива, стимулируют развитие соответствующих сельскохозяйственных отраслей. Например, власти США в течение последнего десятилетия выделили фермерам 7 млрд. долл. в качестве дотаций для поддержания сборов кукурузы, идущей на изготовление этанола, на высоком уровне. В результате принятых мер производство этанола стало третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта. Сегодня в США на этанол перерабатывается 15% урожая сорго и 14% урожая кукурузы4.
Термин «биодизельное топливо», или «биодизель» применяется к химическому веществу, которое содержит метиловый и этиловый эфиры, полученные из сырья растительного происхождения и животного жира. Полученное жидкое топливо обладает свойствами, близкими к традиционному дизельному топливу (стандарт 2), с содержанием энергии около 88% от нефтяного аналога.
Среди достоинств биодизельного топлива отметим следующие: при попадании в воду оно не причиняет вреда растениям и животным; в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр; в сравнении с обычным дизельным топливом биодизель почти не содержит серы, а при его сгорании выделяется столько углекислого газа, сколько было потреблено растением, являющимся исходным сырьём, за весь период его жизни. Национальный биодизельный совет США уверяет, что биодизель на 5% более экономичен, чем дизельное топливо на основе нефти, и в то же время его энергоемкость на 5% выше.
Возможно, одним из первых, кто предвидел создание биодизельного топлива, был Рудольф Дизель, двигатель которого первоначально работал на растительном масле. В настоящее время сырьем для его производства служат различные виды растительного масла: например, в Европе и Канаде для этих целей применяют рапсовое масло; в США — преимущественно соевое; в Индонезии и на Филиппинах — пальмовое; в Индии — масло ятрофы; в Африке – соевое и масло ятрофы; в Бразилии — соевое и касторовое. Сегодня биодизельное топливо получают не только из растительного масла5. Его вырабатывают из жиров животного происхождения, например, рыбьего жира, отходов пищевой промышленности (например, отработанного растительного масла) и т.д.
Применяют биодизельное топливо либо в чистом виде, либо в виде смесей с традиционным дизельным. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B. Цифра рядом с буквой означает процентное содержание биодизеля. В ряде европейских стран используют чистый биодизель. Так, во Франции используют преимущественно 5% смесь, в Германии – чистое биодизельное топливо. В США наиболее популярна смесь B20, которая состоит из 20% биодизельного топлива и 80% традиционного дизельного6.
Одним из преимуществ применения дизельных смесей является то, что их использование не требует внесения изменений в двигатель автомобиля. Условия транспортировки и хранения те же, что и дизельного топлива. Более того, у смеси В20 есть еще одно существенное достоинство. В холодное время года биодизельное топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, необходимо подогревать, а при использовании смеси В20 в такой операции нет необходимости.
Ожидается, что в результате активного государственного стимулирования потребления биотоплива к 2010 г. произойдет почти трёхкратное увеличение этого показателя. В США значительные средства, вложенные в научные исследования по использованию биологического топлива и рекламу, постепенно начали давать результат и менять настроения потребителей. К примеру, по данным опроса, проведенного компанией «Ipsos-Public Affairs» в апреле 2005 г., около 40% американцев серьезно рассматривали возможность приобретения более экономичного автомобиля, в том числе такого, который не использует в качестве топлива нефтепродукты. Опрос службы Gallup, продемонстрировал еще больший результат – 57%. К 2025 г. США намерены увеличить производство биоэтанола в 10 раз и на 75% снизить импорт нефти, идущей на производство традиционного дизельного топлива, за счет замены его на биодизель.
Одним из факторов, оказывающих непосредственное влияние на перспективы производства и использования биотоплива в мире, является цена. Ее уровень зависит от страны-производителя, расходов на сельскохозяйственное (или иное) сырьё, стоимости рабочей силы, эффективности процесса переработки и пр. К примеру, в Бразилии этанол стоит дешевле, чем в США. Одна из причин заключается в более низкой себестоимости производства сахарного тростника.
Существующие в США оценки энергетической эффективности биотоплива показывают, что прирост энергии, получаемый за счет этанола, составляет 25%, биодизеля – 93%. Большая энергетическая отдача биодизеля связана с высоким содержанием в нем энергетических компонентов, а также с относительно низким использованием энергетически емких ресурсов на единицу продукции растениеводства. В производстве биодизеля затраты на сырье (соевое масло) составляют около 80% себестоимости. Поэтому уменьшение затрат и энергии на производство соевых бобов позволит поднять и экономическую и энергетическую эффективность биодизеля.
Другим фактором, влияющим на производство биотоплива, является соотношение стоимости производства био- и традиционного дизельного топлива. Так, в 1999 г. себестоимость производства биодизеля была на 200-250 евро за 1000 литров (или 175-220 долл. за 1000 литров) выше себестоимости дизельного топлива на основе нефти. Однако рост цен на нефть на мировом рынке сгладил этот разрыв. Сегодня себестоимость производства био- и традиционного дизеля практически равны. Учитывая, что дальнейшее развитие научно-технического прогресса в области биоэнергетики направлено на разработку технологий получения биодизедя непосредственно из семян масличных культур, следует ожидать значительного снижения стоимости производства.
Положение на мировом рынке биотоплива
В 2006 г. мировое производство этанола составило 51 млрд. литров (40,5 млн. т). США и Бразилия совместно произвели почти 37 млрд. литров (29,4 млн. т) этанола, или около 73% мирового производства (см. Таблицу 1)7. Причем США – не только крупнейший производитель этанола, но и крупнейший его импортер.
За последнюю четверть века производство этанола в мире выросло почти в 12 раз (с 4,4 млрд. литров в 1980 г.). Особенно заметный прирост зарегистрирован в последние годы, что специалисты связывают с ростом мировых цен на нефть. К примеру, с 2000 по 2001 гг. мировое производство увеличилось на 1,5 млрд. литров, последующий рост составил в среднем 5-6 млрд. литров в год.
Таблица 1
Мировое производство биоэтанола, млн. литров8
|
Страна |
2004 г. |
2005 г. |
2006 г. |
|
США |
13362 |
16117 |
19946 |
|
Бразилия |
15078 |
15978 |
16977 |
|
Китай |
3643 |
3795 |
3845 |
|
Индия |
1746 |
1697 |
1897 |
|
Франция |
827 |
907 |
948 |
|
Германия |
268 |
430 |
764 |
|
Россия |
748 |
748 |
649 |
|
ЮАР |
415 |
389 |
387 |
|
Великобритания |
400 |
351 |
279 |
|
Испания |
298 |
298 |
463 |
|
Таиланд |
279 |
298 |
352 |
|
Колумбия |
- |
- |
279 |
|
Мир, всего |
- |
45927 |
50989 |
С 2005 г. мировым лидером по объему производства этанола являются США. Второе место занимает Бразилия, где отрасль существует более 30 лет, с середины 1970-х гг9. В 2006 г. на США приходилось 39% мирового производства этанола, на Бразилию – 33%. В первом случае в качестве сырья используют преимущественно кукурузу, во втором – сахарный тростник.
Интересен факт, что при незначительном расхождении в объемах производства доля этанола в потребляемом автомобильном топливе в этих странах несопоставима – в Бразилии этанол обеспечивает около 30% потребностей страны в горючем, в США – менее 2%.
История производства биодизельного топлива насчитывает всего 15 лет, то есть путь развития отрасли оказался вдвое короче, чем у производства этанола. Вероятно, это сыграло не последнюю роль в существующем разрыве в показателях производства двух видов биотоплива: объемы производства биодизеля в 7 раз меньше. Однако растет оно опережающими темпами – 97% в год в течение последних 7 лет (средние темпы роста производства этанола за последнюю четверть века – 40% в год). Максимальный прирост производства отмечен в 2005-2006 гг., он составил почти 2 млн.т., или более 55%. В результате, в 2006 г., по данным Российской биотопливной ассоциации, объемы мирового производства биодизеля поднялись до 5,6 млн.т., что составило около 12% производства биотоплива в мире10 (см. Таблицу 2).
Таблица 2
Мировое производство биодизеля (тыс.т)11
|
|
2000г. |
2001г. |
2002г. |
2003г. |
2004г. |
2005г. |
2006г.* |
|
Биодизель |
710 |
947 |
1185 |
1420 |
1736 |
3550 |
5520 |
* Прогноз.
Мировым центром производства биодизеля является Европа. В этой сфере ЕС намного опережает все другие страны, поскольку в европейских странах большинство используемых легковых автомобилей работают на дизельном топливе. В 2006 г. в ЕС было произведено более 3,2 млн. т. биодизеля.
Однако следует отметить, что в последние годы ситуация на мировом рынке биодизеля быстро меняется – в связи с динамичным ростом производства доля некоторых странах или групп стран в мировом производстве из год в год варьирует. Если в начале ХХ1 века на долю ЕС приходилось 88% мирового производства биодизеля и 1% – на долю США, то в 2006 г. на страны Евросоюза приходилось 58%, а доля США увеличилась до 13%.
Производство биодизеля в ЕС динамично растет. По данным Европейского совета по биодизелю (EBB), за два года, с 2001 по 2003 г., этот показатель увеличился на 43%, за 2003-2004 гг. – на 35%, а за 2004-2005 гг. – на 64%. Однако несмотря на высокие темпы роста и большие объемы производства биодизеля в странах ЕС, его доля в потреблении автомобильного топлива в 2005 г. составила всего 1,4%.
Тройку лидеров европейского рынка биодизеля возглавляет Германия, на которую приходится более половины от суммарного объема производства (см. Таблицу 3). Далее следуют Франция и Италия — 15 и 12 %, соответственно. Значительного прогресса в данной области в последние годы добились Чехия и Польша.
Таблица 3
Производство биодизеля в странах ЕС, в тыс.т12
|
Страны |
2002г. |
2004г. |
2005г. |
|
ЕС, всего* |
1351 |
1933 |
3184 |
|
Германия |
685 |
1035 |
1669 |
|
Франция |
320 |
348 |
492 |
|
Италия |
220 |
320 |
396 |
|
Дания |
5 |
70 |
71 |
|
Чехия |
70 |
60 |
133 |
|
Австрия |
33 |
57 |
85 |
|
Словакия |
1 |
15 |
78 |
|
Испания |
8 |
13 |
73 |
|
Великобритания |
5 |
9 |
51 |
|
Литва |
|
5 |
7 |
|
Польша |
|
|
100 |
|
Словения |
|
|
8 |
|
Эстония |
|
|
7 |
* Включая 25 стран
По прогнозам специалистов, мировой рынок биодизеля в ближайшее десятилетие будет развиваться более динамично. С каждым годом ряды стран-производителей биотоплива пополняются. В настоящее время помимо США, Бразилии и ЕС крупными производителями биотоплива в мире являются Малайзия, Индия, Китай, Австралия, Колумбия и ЮАР. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.
Региональные особенности производства биотоплива
Страны ЕС являются крупнейшим мировым производителем и потребителем биодизеля. На их долю приходится около 60% мирового производства и потребления этого вида топлива. По предварительным оценкам Европейского совета по биодизелю, в 2007 г. производство этого вида топлива в регионе выросло 2,5 раза относительно уровня 2006 г. и превысило 8 млн.т. При этом ожидается, что производство биоэтанола, объемы которого в 2005 г. составили 830 тыс. т., к 2008 г. должно вырасти до 3,7 млн. т. (около 4,5 млрд. литров), или в 4,5 раза.
Надо отметить, что интерес стран ЕС к альтернативным и возобновляемым видам топлива резко вырос после перебоев с поставками нефти в 1973 и 1979 гг. В Германии, Франции и Италии активизировались научные исследования в данной области, были созданы высокоэффективные, экономичные автомобильные двигатели, работающие на биотопливе.
Крупнейшим потребителем биотоплива в Европе является автотранспорт. 45% производимого биодизеля используют, преимущественно в чистом виде, на грузовом и общественном автотранспорте, 50% – в качестве добавки к традиционному дизельному топливу, оставшиеся 5% – в фермерских хозяйствах.
В 2006 г. его потребление составило 5,4 млн. т. (6,6 млрд. литров), а к 2007 г., по оценкам, вырастет до 6,9 млн. т. (8,4 млрд. литров). Крупнейшими потребителями выступили Германия, Великобритания, Франция и Австрия, на долю которых приходилось, соответственно, 53%, 18%, 10% и 6% суммарного потребления биодизеля в ЕС13.
В Европе биодизель в промышленных масштабах производят с 1992 г. Сегодня выпуском этого вида биотоплива занято почти 120 заводов, суммарная мощность которых, по разным источникам, составляет от 4 до 6,1 млн. т. топлива (в 2001 г. численность заводов немногим превышала 70 единиц). Заводы располагаются преимущественно в Германии, Италии, Австрии, Франции и Швеции. В скором времени в Европе вступят в строй 40 заводов по производству биодизеля и 60 – этанола 14.
Несмотря на расширение производства биотоплива в странах ЕС, зависимость Европы от внешних источников энергии продолжает расти. По прогнозам специалистов, если не предпринять меры, онаувеличится с сегодняшних 50% до 70% в 2030 г.
В 2007 г. Еврокомиссия сформулировала новую директиву в сфере производства биотоплива до 2020 г. Доля биотоплива в суммарных объемах производства горючего должна подняться к 2010 г. до 5,75% и до 10% к 2020 г. Пути достижения этой цели выбираются каждой страной самостоятельно15. В случае активной государственной поддержки отрасли, создания благоприятной инвестиционной среды и системы налогообложения производства этот показатель может оказаться даже выше. По мнению специалистов Агентства по исследованиям в области энергетики и экологии Нидерландов, выпуск биодизеля в странах ЕС увеличится относительно уровня 2005 г. почти втрое, до 11 млн.т. Более того, несмотря на то, что сегодня в Европе доминирует использование биодизеля, в ближайшей перспективе ожидается динамичное развитие производства биоэтанола, что будет связано с применением новых технологий, упрощающих и удешевляющих его производство по сравнению с биодизелем. По прогнозу Агентства, выпуск биоэтанола в странах ЕС вырастет к 2009 г. до 15 млн.т.
Обращают на себя внимание многочисленные меры государственного стимулирования производства биотоплива в европейских странах. Для стимулирования производства и потребления биотоплива в 2003 г. Совет ЕС ввел новые общеевропейские нормы снижения налогов на биотопливо. Статья 16 нового постановления позволяет (но не обязывает) странам-членам ЕС снижать акцизный сбор на биотопливо по сравнению со ставкой акциза на минеральное топливо. Уровень обложения налогом или его снижение каждая из стран устанавливает самостоятельно16.
В Австрии в 1999 г. приняты изменения к налоговому закону, согласно которым с января 2000 г. за использование биотоплива полагаются налоговые льготы. Налоговые льготы были законодательно введены также в Бельгии, Финляндии, Франции, Германии, Греции, Ирландии, Италии, Португалии, Испании, Нидерландах.
Основными странами-производителями биодизеля являются Германия, Франция и Италия. Однако доля этих стран в валовом производстве биодизеля в ЕС постепенно снижается за счет расширения производства в других странах Евросоюза, при этом объемы выработки неуклонно растут. Только за 3 года, с 2002 по 2005 гг. суммарная доля Германии, Франции и Италии понизилась с 90% до 70%, а производство выросло: в Германии - в 2,4 раза, с 685 тыс. т. до 1,7 млн. т., во Франции – в 1,5 раза, с 320 до 492 тыс. т., в Италии – в 1,8 раза, с 220 до 396 тыс. т. (см.таблицу 3).
Среди стран, недавно заявивших о себе как о крупных производителях биотоплива, следует отметить Великобританию, где объемы производства биодизеля за 3 года, с 2002 по 2005 гг., выросли почти в 10 раз, или с 5 до 51 тыс. т.; Данию, где производство увеличилось в 14 раз, с 5 до 71 тыс. т.; Испанию, где производство увеличилось в 9 раз, с 8 до 73 тыс. т.; Чешскую республику – в 1,9 раза, с 70 до 133 тыс. т.; Словакию – в 78 раз, с 1 до 78 тыс. т., и Польшу, где, по данным статистики, в 2002 г. производство биодизеля в промышленных масштабах отсутствовало, а в 2005 г. в стране было выработано около 100 тыс. т. биодизельного топлива. При этом суммарное производство этого вида топлива в ЕС выросло 2,4 раза, с 1351тыс. т. в 2002 г. до 3184 тыс. т. в 2005 г.
Сырьем для производства биодизельного топлива в странах ЕС служат рапсовое и подсолнечное масло, а также бывшие в употреблении кулинарные масла и жиры. Почти 80% европейского биодизеля производят из рапсового масла. Причем рост спроса на рапс со стороны динамично развивающейся отрасли заставляет корректировать уже сформировавшуюся структуру посевных площадей под этой культурой. С этой целью еще в 1992 г. правительства стран ЕС пересмотрели некоторые положения Общей сельскохозяйственной политики (Common Agricultural Policy) и создали механизм стимулирования перевода части земель для выращивания культур непродовольственного назначения.
На сегодняшний день в ЕС только 2% сельскохозяйственных земель занято культурами, используемыми для производства биодизеля. Однако директива Еврокомиссии об увеличении использования биотоплива вносит коррективы не только в сельскохозяйственную, но внешнеторговую политику. По подсчетам специалистов, для того, чтобы достичь уровня биотоплива в 5,75% в Европе под культуры, идущие на производство биотоплива, следует отвести до 15‑17% земель. В ЕС не считают возможным перевода такого огромного количества земель под выращивание культур технического назначения, поэтому предполагается половину необходимых объемов биодизеля производить в ЕС, а остальное – импортировать.
В ЕС в качестве альтернативного рапсовому маслу сырья для выработки биодизеля активно применяют отработанные кулинарные масла и жиры, использование которых быстро увеличивается. На основе данных по 8 европейским странам были подсчитаны ресурсы этого вида сырья в ЕС. Их объем в 1999 г. оценивался в 0,7 – 1 млн. т. Это – более дешевое сырье для получения биодизеля, оно вдвое дешевле натуральных растительных масел. Наиболее развито производство биодизеля из отработанных масел в Австрии и Германии, где построено 2 перегонных завода мощностью 100 тыс. т. в год. Однако даже принимая во внимание дополнительные объемы потенциального сырья для биотоплива, остается очевидным факт, что для развития индустрии по производству биотоплива необходимы значительно большие сырьевые ресурсы. При существующих в странах ЕС мощностях заводов по производству биодизельного топлива (в 2006 г., по данных Европейского совета по биодизелю, они составили 6069 тыс. т. в год) оно способно заменить не более 10% потребляемого дизельного топлива17.
В Бразилии поиском альтернативного нефти источника топлива занялись в конце 1960-х – начале 1970-х гг. Им стал этанол, получаемый из сахарного тростника. В 1975 г. в стране была принята Национальная программа (Pro-Alcool), направленная на стимулирование использования этанола как топливного заменителя бензина и увеличения его производства. За 10 лет существования программы в отрасль было инвестировано 6,5 млрд долл. США, создано 500 тыс. рабочих мест. Интересен факт, что уже в 1985 г. в Бразилии 2,5 млн. машин использовало чистый этанол, и 80% бензина на заправочных станциях содержало 22% биоэтанола.
Сегодня Бразилия обладает технологией и оборудованием, способными поддерживать ежегодное производство этанола на уровне около 16-20 млрд. литров. Одним из преимуществ развития производства этанола из сахарного тростника в стране является возможность балансировать на мировом рынке сахара: при снижении спроса на сахар-сырец увеличиваются объемы переработки тростника на этанол, что позволяет сохранять объемы выращивания культуры в независимости от мировой конъюнктуры рынка.
В настоящее время Бразилия, один из крупнейших мировых производителей сои, пристально рассматривает перспективы производства биодизеля. В 2002 г. в стране началась реализация программы «Пробиодизель», нацеленной на развитие производства биодизеля из чистых и отработанных растительных масел. Таким образом Бразилия стремится уменьшить свою зависимость от импорта дизельного топлива, так же как это было с нефтью благодаря развитию в стране производства биоэтанола.
Однако пока ситуация совсем иная: потребление и импорт традиционного дизельного топлива стремительно растет, несмотря на обеспокоенность правительства. Остается надеяться, что программа «Пробиодизель» принесет ожидаемые результаты, поскольку благоприятные почвенные и климатические условия позволяют выращивать в Бразилии масличные культуры, семена которых пригодны для производства биодизеля. Это кокосовая и масличная пальмы, хлопчатник, подсолнечник, не говоря о соевых бобах, по объемам производства которых Бразилия занимает второе место в мире после США.
США, наряду с ЕС и Бразилией, входят в тройку ведущих мировых производителей биотоплива. Сегодня на США приходится почти 40% мирового производства этанола. За последние 10 лет его выпуск увеличился более чем в 5 раз: с 3,8 млрд. л. в 1996 г., до 19,9 млрд. л. – в 2006 г. (Для сравнения отметим, что объемы производства биодизеля в 2006 г. были в 20 раз меньше) (см. Таблицу 4). Несмотря значительные объемы производства, потребности страны значительно превосходят его уровень, и часть потребляемого биотоплива США импортируют. В 2006 г. в страну ввезено 2,5 млрд. л. этанола, причем две трети импорта приходились на Бразилию.
В течение последних трех лет среднегодовой прирост производства этанола составлял 20-23%. В результате интенсивного развития отрасли США к 2005 г. впервые заняли место крупнейшего мирового производителя этанола, обогнав прежнего лидера – Бразилию.
Таблица 4
Производство биотоплива в США18
|
|
1996 г. |
1999 г. |
2004 г. |
2005 г. |
2006 г. |
|
Этанол, млрд. л |
3,8 |
|
|
16,1 |
19,9 |
|
Биодизель, млн. л. |
|
1,9 |
106,4 |
345,8 |
931 |
«Энергетический Билль», подписанный Президентом Бушем в августе 2005 г., предусматривает дальнейший рост производства: к 2012 г. в стране должно ежегодно вырабатываться 30,4 млрд. л. этанола из зерна, преимущественно кукурузы, и 3,8 млрд. л. – из целлюлозы (стеблей кукурузы, рисовой соломы, отходов лесной промышленности)19.
Темпы роста производственных мощностей наглядно свидетельствуют о серьезности намерений правительства и производителей этанола. В начале ХХI века этанол выпускали 95 заводов, расположенных в 19 штатах страны, сосредоточенных преимущественно в Кукурузном поясе; в октябре 2006 г. в США работал 131 завод с годовой мощностью 26,6 млрд. л.; в стадии строительства было 73 завода и 10 расширяли свои мощности. По прогнозам, к 2009 г. общая мощность предприятий составит около 51,3 млрд. л., что вдвое больше уровня 2006 г.
Отметим, что на создание мощностей по производству первого миллиарда галлонов этанола ушло около 10 лет, а на производство третьего миллиарда – только два года. Сегодня планируется вводить мощности для получения одного миллиарда галлонов этанола в год.
При этом, по данным доклада, подготовленного Национальной лабораторией в Ок-Ридже (Oak Ridge National Laboratory) и Министерством сельского хозяйства США, в настоящее время 94% энергозатрат американской экономики обеспечиваются за счет невозобновляемых источников энергии. Доля возобновляемых источников в общем энергетическом балансе страны составляет примерно 6%, из них 47% энергии получают из биомассы.
В общем объеме энергозатрат биомасса обеспечивает около 3% энергетических потребностей США, однако при оптимальном использовании ресурсов сельского хозяйства и лесообрабатывающей промышленности через 25 лет за счет этого источника можно будет удовлетворять не менее 15% общих энергетических потребностей экономики США. Это позволит значительно снизить ее зависимость от импорта нефти и, как минимум, на 10% сократить интенсивность выброса парниковых газов, не говоря о значительном экономическом эффекте развития биотопливной промышленности.
В 2006 г. этаноловая индустрия дала экономике США 160231 новых рабочих мест во всех секторах экономики, включая 20000 рабочих мест в строительстве; увеличила доходы домохозяйств на $6,7 миллиарда; принесла в бюджет $2,7 млрд. за счет федеральных и $2,3 млрд. – за счет местных налогов.
По данным Информационного управления по энергетике США (Energy Information Administration), в 2003 г. автомобильный парк страны насчитывал около 217 млн. автомобилей, включая 930 тыс. автомашин, использовавших альтернативные виды топлива. Из них около 5% использовали биодизельное топливо и более 90% автомашин – этаноловые смеси. Большинство этих машин принадлежало государственным и муниципальным организациям. Здесь необходимо отметить, что сегодня 70% реализуемого в стране топлива является топливной смесью, содержащей до 10% этанола.
Поставленная задача – сократить или полностью избавиться от нефтяного импорта – находит отражение в законодательных мерах, принимаемых правительством. Под это выделяются огромные средства, в том числе на научные исследования, создаются промышленные мощности, издаются законодательные акты, разрабатываются и внедряются специальные меры стимулирования производства и использования биотоплива.
Яркий тому пример – сельскохозяйственный закон 2002 г. и проект закона 2007 г., где учтена идея президента США об уменьшении в последующие 10 лет потребления бензина на 20%. В законе прописаны и меры, и механизмы: для развития производства биотоплива предлагается создать специальное направление исследований; намечено выделить около 500 млн. долл. для финансирования НИОКР с целью повышения эффективности производства топлива из биомассы. В рамкaх Закона 2007 г. выделяется еще 150 млн. долл. на конкурсные гранты для исследований, посвященных производству этанола из целлюлозы, и еще 100 млн. долл. – на компенсацию части затрат производителей этанола, связанных с закупкой биомассы.
До недавнего времени этанол оставался основным видом производимого в США биотоплива. В США интерес к биодизелю стимулировал принятый в 1990 г. закон «Чистый воздух». В 1992 г. фермерами-соеводами был основан Национальный совет развития производства дизеля из сои (the National Soy Diesel Development Board), который стал ведущей организацией, занимавшейся научными исследованиями и изучением рынка биодизеля в стране. Одновременно началось производство биодизеля. Однако на начальной стадии его выпускали фармацевтические заводы компании «Проктор и Гэмбл». В том же 1992 г. в США принят закон «Энергетическая политика», согласно которому для снижения зависимости страны от импорта нефти, некоторым государственным автопредприятиям предписывалось перевести транспорт на альтернативные виды топлива. В 1994 г. Национальный совет развития производства дизеля из сои был переименован в Национальный совет по биодизелю (National Biodiesel Board – NBB).
Сегодня в стране создана и динамично развивается отрасль по производству биодизеля, преимущественно из соевого масла. Производство биодизеля в США растет невиданными темпами: 1,9 млн. л. в 1999 г, 106,4 млн. л. в 2004 г. и 931 млн. л. в 2006 г. По прогнозу, в 2010-11 г. будет производиться около 2660 млн. л. биодизеля, что потребует почти 2,5 млн.т. соевого масла, или почти четверть его производства в США. Тем не менее, эксперты полагают, что по объемам производства этого вида топлива к 2015 г. Бразилия опередит не только США, но и ЕС.
О мощностях, подготовленных для переработки масел в биодизель, говорят такие данные: в сентябре 2007 г. в стране работало 165 заводов с мощностью 7,6 млрд. л. и строилось 80 предприятий с мощностью 5,3 млрд. л. Таким образом, в ближайшие годы промышленный потенциал для получения биодизеля составит 12,5 млрд.л., что значительно больше планируемых размеров производства.
Стремясь снизить зависимость от иностранных поставок нефти, правительство США стимулирует производство биодизеля. Федеральное правительство выступило с инициативой льготного налогообложения производства биодизеля. Его примеру последовали правительства многих штатов. Налоговая инициатива действует с 1 января 2005 г. и до конца 2008 г.. Она предусматривает федеральный кредит на уплату акцизного налога производителям биодизеля, использующим растительное масло, а производителям биодизеля, работающим на масле повторного использования, – кредит на уплату акцизного налога в размере 0,13 цента/литр. Учитывая, что цены на дизельное топливо в 2005 г. поднялись до 80 центов/л, а цены на биодизель приближаются к этому уровню, такой кредит значительно повышает конкурентоспособность биодизеля на внутреннем рынке.
Одним из механизмов стимулирования производства биодизеля в США является принятая Министерством сельского хозяйства (МСХ) США программа «Биоэнергия», согласно условиям которой МСХ субсидирует закупки соевого масла и животного жира, идущих на производство биодизеля. Уровень выплат составил 0,16 долл/л прироста производства относительно уровня прошлого года. В рамках этой программы МСХ США, а точнее Товарно-кредитная корпорация, оплачивает производителю биодизеля 40% стоимости соевых бобов.
Многочисленные государственные учреждения – федеральные, штатов, другие местные органы власти – следуют примеру федерального правительства. По оценке экспертов, биодизельное топливо используют около 200 автопарков. В их число входит парк машин федерального значения – Министерства сельского хозяйства США и Национального парка Йеллоустоун; автопарки, находящиеся в подчинении правительства штатов, – Министерства транспорта штата Миссури, например; муниципального подчинения – такие как база ВВС Петерсон в Колорадо Спрингс; автопарки школьных округов, как, например, школы Медфорд в шт. Нью Джерси и Сейнт Джонс в шт. Мичиган; парк коммунальных компаний, как «Флорида пауэр энд лайт» и «Алабама пауэр». Другой пример – город Беркли в штате Калифорния, где 90% транспорта (более 180 машин) работают на чистом биодизеле В100.
Однако относительно высокая стоимость биодизеля (80-90 центов за литр) ограничивает его потребление. В 2004 г этот показатель составил 95 млн. л., в 2005 г. поднялся до 296 млн. л. Несмотря на меры по стимулированию использования биодизеля, уровень его потребления в США составляет около 0,1% от общего потребления автомобильного топлива в стране (около 530 млрд. л.).
В 1996 г. в США биодизель производили две компании, в 2000 г. – более 14, их суммарная производительность составляла 200 тыс.т. биодизеля в год, однако, по мнению специалистов, она может быть увеличена в 2 и даже 3 раза за небольшой промежуток времени.
Сегодня 9 компаний, производящих биодизель, являются членами NBB. Это Ag Environmental Products (штат Айова), Biodiesel Industries (штат Невада), Columbus Foods (штат Иллинойс), Griffin Industries (штат Кентукки), Stepan Chemical Company (штат Иллинойс), West Central Soy ( штат Айова), Ocean Air Environmental (штат Флорида), American Biofuels (штат Калифорния), Imperial Western Products (штат Калифорния). Большинство из них владеют перерабатывающими заводами. Кроме того, несколько химических компаний производят биодизель по контракту с NBB. Примером таковых являются Проктор и Гэмбл, Corsicana Chemical и Soy Solution. Их суммарная производительность оценивается в 660 тыс.т. биодизеля в год.
Производство биотоплива в России
В стране не существует единой государственной программы развития производства биотоплива, но в Татарстане, Алтайском крае, Липецкой, Ростовской, Волгоградской, Орловской областях создаются региональные программы. При этом законодательная база в России не предусматривает льгот поставщикам альтернативного топлива, что тормозит развитие отрасли.
По мнению ученых, в России производство биоэтанола является более реальным, чем биодизеля. Проблема связана с сырьем. Если биоэтанол можно получать практически из любой биомассы, то биодизель является продуктом переработки растительных масел и животных жиров. Современный уровень производства масличных культур в России позволяет удовлетворять лишь продовольственные нужды страны.
По расчетам ученых, Россия, располагающая огромным потенциалом сельскохозяйственных земель (2 место в мире по площади сельхозугодий на душу населения) могла бы обеспечить до 50% потребностей сельского хозяйства в энергоресурсах за счет производства рапсового масла для последующей переработки в биодизельное топливо. В 2005 г. в России рапсом было засеяно 250 тыс. га, в то время как в Германии – 1,5 млн.га. Ресурсы для производства этанола из мелассы и зерна в стране поистине неисчерпаемы, не считая других источников для производства топливного этанола в виде целлюлозы, отходов деревообработки и спиртовой промышленности20.
Однако учитывая зарубежный опыт производства биодизельного топлива из рапса и высокие цены на этот вид топлива на внутреннем рынке России, Министерство сельского хозяйства и продовольствия России разработало ведомственную программу производства рапса в РФ, в которой предусмотрено четырехкратное увеличение производства семян этой культуры к 2008 г. (до 1,3 млн. т) за счет расширения посевных площадей до 1 млн.га.
Перспективы производства биотоплива в мире
Когда мы говорим о биотопливе как о новом продукте сельского хозяйства, то в первую очередь ориентируемся на сельскохозяйственные культуры. Однако в последние годы научные исследования направлены на поиск альтернативных энергетических культур, потенциально пригодных для получения биотоплива, и разработку новых, ресурсосберегающих технологий их переработки.
В качестве одного из перспективных видов сырья в настоящее время рассматривают целлюлозу. В США этому направлению производства биотоплива придают большое значение: разрабатываются целевые государственные программы, выделяются крупные финансовые средства. В рамкaх Закона о развитии исследований в сфере производства топлива из биомассы (Biomass Research and Development Act) на 10 лет выделяется 150 млн. долл. на конкурсные гранты для исследований в области производства этанола из целлюлозы. В проекте Сельскохозяйственного закона 2007 г. для развития производства биотоплива предлагается создать специальное направление под названием Исследование сельскохозяйственной биоэнергетики и производства биопродуктов (Agricultural Bioenergy and Biobased Products Research Initiative). В рамках этого направления предполагается выделить около 500 млн. долл. на 10 лет для финансирования НИОКР для повышения эффективности производства топлива из биомассы.
Более того, для обеспечения производителей этанола достаточным количеством биосырья проект закона предусматривает реализацию специальной Программы производства бионергии из целлюлозы (Cellulosic Bioneregy Program). На эту программу предполагается выделить 100 млн. долл., которые будут направлены на компенсацию части затрат производителей этанола на закупку биомассы. Дополнительно в проекте закона предлагается реализовать Программу резервного фонда биомассы (Biomass Reserve Program), которая будет осуществляться в рамках Программы консервации земель (Conservation Reserve Program). Программа резервного фонда устанавливает экологические требования к условиям выращивания биомассы для биотоплива. Возмещению подлежат только потери в доходах или издержки, связанные с выполнением этих экологических ограничений.
И, наконец, последнее предложение в проекте закона предусматривает программу государственных гарантий при кредитовании строительства заводов по производству этанола из целлюлозы.
В настоящее время кукурузные стебли рассматривают как наиболее перспективное сырье для производства этанола из целлюлозы. В США в 2005 г. кукурузу выращивали на 33 млн. га при средней урожайности зерна 9,3 т/га и 7 т/га сухой растительной массы. Производство составило около 230 млн. т. Правда, следуя почвозащитным технологиям, не вся растительная масса должна убираться с поля. Полное удаление пожнивных остатков приводит к снижению содержания питательных элементов и влаги в почве.
Помимо стеблей кукурузы для получения биотоплива пригодна солома пшеницы, ячменя, овса и даже пожнивные остатки соевых бобов.
Сегодня существуют два основных показателя оценки сельскохозяйственных культур с точки зрения эффективности их производства для получения биотоплива. Это, прежде всего, количество биотоплива, производимого из сырья, собранного с единицы земельной площади, и чистый выход энергии после вычета затрат на производство самой культуры и на переработку в биотопливо (его чаще именуют «коэффициентом энергетической эффективности»).
В результаты проведенных исследований было установлено, что наиболее высокий выход конечной продукции с единицы площади наблюдается во Франции, где с 1 га сахарной свеклы получили 5,3 т. этанола. В Бразилии с 1 га сахарного тростника получили около 5 т., в США с 1 га кукурузы – 2,6 т. Что касается биодизеля, то наиболее эффективно производство биодизеля из пальмового масла – 4,2 т. с 1 га масличной пальмы. Выход биодизеля с 1 га кокосовой пальмы составляет 1,9 т., рапса – 0,8 т. Самый низкий показатель у сои – 0,5 т/га, но в данном случае большую роль в оценке эффективности производства культуры играет высокое содержание белка в соевых бобах.
А вот по коэффициенту энергетической эффективности, или чистому выходу энергии, лидирует Бразилия, где на единицу энергии, истраченной на выращивание сахарного тростника и последующее производство этанола, получают 8 единиц дополнительной энергии. При этом масса, оставшаяся после отделения сахарного сиропа, сжигается на спиртовых заводах для получения тепла, необходимого для производственного процесса. Это и объясняет самую низкую себестоимость производства бразильского этанола – 16 центов за 1 л.
Этанол, полученный во Франции из сахарной свеклы, позволяет дополнительно получить только 2 единицы на каждую единицу затраченной энергии, из кукурузы в США – лишь 1,5 ед. По некоторым оценкам, этот показатель в США искусственно завышен, а производство этанола и биодизеля выгодно только потому, что в стране субсидируется не только производство кукурузы и сои, но и биотоплива.
Другим негативным фактором, ставящим под сомнение энергетическую эффективность кукурузы, является использование большого количества азотных удобрений при ее выращивании. Известно, что изготовление азотных удобрений требует больших энергетических затрат и вызывает эмиссию большого количества углерода в атмосферу.
Таким образом, сахарный тростник является наиболее экономически выгодной культурой для производства этанола. На втором месте стоит кукуруза.
Многие свойства, которые необходимы для выращивания культур на биомассу, характерны для некоторых видов сорных трав, особенно многолетних. Правда, использование этих растений для производства биомассы возможно только в том случае, если можно предотвратить их распространение на посевы других культур. Некоторые высокопродуктивные многолетние травы, такие как слоновья трава, уже давно изучаются в Европе, но пока нет подтверждения тому, что они не засорят соседние посевы.
За последние годы в США была проведена оценка многолетних трав в качестве сырья для производства биотоплива. Среди них люцерна, бермудская трава, слоновья трава, пeннисетум красный, канареечник трубковидный и просо прутьевидное. Хотя ни одно из этих растений не может претендовать на роль универсального биоэнергетического сырья, каждое имеет потенциальную возможность для выращивания в определенных регионах при соблюдении специальной агротехники.
Министерство энергетики США (USDOE) после проведения сравнительного анализа нескольких видов растений определило просо прутьевидное как модельный источник биоэнергии среди травянистых многолетних растений21. Об этом даже было упомянуто президентом Дж. Бушем 31 января 2006 г. в ежегодном послании (State of the Union Address).
Для производства биодизеля в качестве альтернативного источника сырья могут использоваться некоторые растения семейства крестоцветных. Растения из этого семейства имеют ряд преимуществ по сравнению с соевыми бобами, включая более высокое содержание масла и приспособленность к более жестким климатическим условиям. Содержание масла в соевых бобах составляет около 20%, а в альтернативных масличных культурах, таких как рапс, катран и рыжик, оно достигает 30-40%.
Некоторые виды крестоцветных (например, катран абиссинский, лекерелла) выращивают только для промышленных целей (для производства смазочных материалов и пластификаторов), они не конкурируют с продовольственными масличными культурами. Примечательно, что себестоимость выращивания катрана и рыжика ниже, чем соевых бобов. Более того, генетические модификации этих культур могут позволить существенно поднять урожайность за счет повышения устойчивости к засухе, засолению почв и другим стрессам. Однако селекционная работа по выведению новых сортов на биомассу пока существенных результатов не дала. Новые культуры еще не адаптированы к разнообразным климатическим условиям.
Несмотря на то, что практически из любого растительного масла можно получить биодизель, в некоторых растениях содержатся жирные кислоты с лучшими физическими и химическими характеристиками. Например, масло из бобов клещевины и из лекереллы имеет очень высокое содержание гидроксилированных жирных кислот, поэтому метиловый эфир, полученный из них, обладает более высокими смазочными свойствами, чем метиловый эфир из сои или рапса. Клещевина в свое время выращивалась в США в промышленных масштабах, но сейчас касторовое масло, которое получается из бобов клещевины, импортируется.
Другие перспективные виды сырья
Как показали американские исследования последних лет, наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. С 0,5 га земли можно получить 255 литров соевого или 2400 литров пальмового масла. С такой же площади водной поверхности получается до 3570 баррелей биотоплива (1 баррель = 3,785 л). Подсчитано, что 200 тыс. га прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США.
В заключение хочется заметить, что использование целлюлозы для производства биотоплива – вопрос времени. Водорослевые установки редки. А сейчас для получения биотоплива используются ценные пищевые и фуражные культуры. По подсчетам аналитиков, в США для производства 10 млн. т. этанола необходимо утилизировать 32 млн. т. кукурузного зерна. Это всего лишь 10-12% урожая, но и такого количества при существующих средних нормах потребления зерновых культур в мире хватило бы для пропитания 100 млн. людей. Напомним, что в 2006 г. в США для производства этанола уже использовалось 54 млн. т. кукурузы, а в 2010 г. планируется переработать 100 млн. т. За счет этого количества зерна можно было бы накормить, по крайней мере, треть ныне официально голодающего в мире населения.
В научных кругах разгорается дискуссия о перспективах и последствиях производства альтернативного топлива в мире. По мнению некоторых экономистов, массовый переход мировой экономики на биотопливо приведет к резкому обострению продовольственной ситуации и росту цен на мировом рынке аграрной продукции. Таковы, в частности, неожиданные выводы ученых университета города Лидс в Великобритании. По их прогнозу, реализация Евросоюзом планов перехода в ближайшее десятилетие на преимущественное использование биотоплива создаст большие проблемы, поскольку для замены только 10% потребляемых сегодня нефти и газа в странах ЕС потребуется засеять почти половину сельскохозяйственных земель культурами, служащими сырьем для биотоплива22.
1 USDA. FAS.GAIN Report # E47051. 06.04.2007.
2 М.Заец. Перспективы производства биодизеля в Украине .- Нефть и газ.1, 2007.
3 http://www.eva.wsr.as.at/publ/pdf/alt99.pdf
4 Stephan Freidrich. A World Wide Review of the Commercial Production of Biodiesel. – Institut fur Technologie und Nachhaltiges Produktmanagement. – Wien, 2004.
5 http://www.ebb-eu.org/biodiesel.php
6 Выступление Чака Коннера, первого заместителя министра сельского хозяйства США в подкомитете по животноводству Комитета по сельскому хозяйству Палаты представителей Конгресса США 8 марта 2007 г.
7 Biofuels Coming Online: International Biofuel Use Expands. FAS Worldwide. USDA. FAS. July 2006.
8 www.isco-i.ru
По расчетам, с 1 га проса можно получить около 9 т. этанола, что значительно выше показателя выхода энергии при выращивании сахарного тростника. Но коэффициент энергетической эффективности вдвое ниже, чем у сахарного тростника, но выше, чем у кукурузы
10 Keith Collins U.S. Agriculture and the Emerging Bioeconomy. USDA Transcript, Release # 0414.06
11 http://www.biotoplovo.ru\html\news-bioethanol_1.html
12 Biodiesel 2020: Global Market Survey. Case Studies and Forecasts. Multi-Client Study, 405 P., Houston, TX, October 2006.
13 Применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии, служит сырьём для получения многих химических веществ, таких, как ацетальдегид, диэтиловый эфир, тетраэтилсвинец, уксусная кислота, хлороформ, этилацетат, этилен и др., является компонентом антифриза; в медицине используется как обеззараживающее и подсушивающее средств; растворитель для лекарственных средств, для приготовления настоек, экстрактов из растительного сырья и др.; консервант настоек и экстрактов (минимальная концентрация 18 %); в пищевой промышленности является растворителем пищевых ароматизаторов и необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.).
14 Agricultural Outlook Forum 2006. Febr.16, 2006. Keith Collins. Outlook for the Farm Economy. http:://www.usda.gov/oce/forum
15 Растительное масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (в пропорции 1 т масла + 100 кг метанола + катализатор – метоксида натрия или калия). Процесс проходит при температуре 60 градусов Цельсия и нормальном давлении. Конечным продуктом являются 1 тонна биодизеля и 100 кг побочного продукта – глицерина.
16 Помимо названных выше форм использования биодизеля и этанола, сегодня во многих странах мира применяют и другие топливные смеси. Так, в США и Бразилии используют смесь O2Diesel, содержащую 7,7% этанола, 1% цетановой присадки и дизельное топливо. Финская компания «Несте ойл» под торговой маркой NExBTL производит смесь биодизеля и водорода, так называемое «биотопливо второго поколения».
17 Выступление Чака Коннера, первого заместителя министра сельского хозяйства США в подкомитете по животноводству Комитета по сельскому хозяйству Палаты представителей Конгресса США 8 марта 2007 г.
18 Ibidem.
19 Необходимо отметить, что статистические данные объемов производства биотоплива имеют большой разброс цифр в зависимости от источника информации. В данной работе автор использовал данные Европейского совета по биодизелю и Министерства сельского хозяйства США.
20 Из-за разных единиц измерения объемов производства биотоплива в европейских и американских статистических источниках, сложно провести сопоставление данных.
21 Данные Российской биотопливной ассоциации.
22 Данные Европейского совета по биодизелю.