В течение долгого времени биотопливо рассматривалось как один из инструментов борьбы с изменением климата. Рассказываем, зависит ли энергетическое будущее мира от этого вида топлива и как оно влияет на экологию.
Биотопливная экспансия
По данным аналитического агентства Precedence Research, объем рынка биотоплива в мире оценивается почти в $124 млрд, а к 2033 году он увеличится до $243,4 млрд. Сейчас Северная Америка занимает лидирующую позицию по производству и потреблению биотоплива с долей рынка в 41%.
Сегментирование производства мирового рынка биотоплива по регионам (Фото: Precedence Research)
Биотопливо — горючее, которое производится из органических материалов (соя, рапс, кукуруза, сахарный тростник, подсолнечник). Предполагалось, что этот вид топлива не только поможет уменьшить зависимость от нефти как основного источника энергии, но и смягчит риски, связанные с нехваткой невозобновляемых природных ресурсов. Различают биотопливо первого, второго, третьего и четвертого поколений. Чем «моложе» поколение, тем более инновационный материал, из которого изготавливается топливо.
Биотопливо первого поколения получают из сахара, крахмала, масличных культур (соя, рапс) и животных жиров.
Биотопливо второго поколения производится из целлюлозы.
Для производства биотоплива третьего поколения используют водоросли.
Биотопливо четвертого поколения получают из цианобактерий. Это живые организмы, которые существуют уже 3,5 млрд лет. Они встречаются везде и способны выживать даже в экстремальной среде: соленых озерах, горячих источниках и полярных регионах.
Биотопливо бывает трех видов: твердое, жидкое и газообразное. Например, дрова и пеллеты — представители твердого биотоплива. Пеллеты получают из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы и шелухи семечек подсолнечника. Их используют в качестве замены угля, дров и солярки. К жидкому биотопливу относятся биоэтанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир. Первые два активно применяются в автомобильной промышленности. Газообразное топливо — биогаз и биоводород. Например, биогаз пригоден для производства электроэнергии, тепла и пара или заправки транспортных средств.
«Биотопливо в виде биоэтанола может быть получено из крахмалсодержащего сырья (зерно пшеницы, ржи, ячменя, овса, кукурузы, картофель), сахаросодержащего сырья (меласса сахарной свеклы или сахарного тростника), инулин-содержащего сырья (топинамбур, цикорий и т.д.), а также из целлюлозы — многолетних и однолетних растений, соломы. Биодизель производится из масличных культур (подсолнечник, соя, рапс и т.д.), а биогаз — из различных органических отходов», — объясняет «РБК Трендам» доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией биотехнологии ферментов ФИЦ биотехнологии РАН Аркадий Синицын.
Сегмент этанола растительного происхождения доминирует на мировом рынке биотоплива. В 2022 году продажи биоэтанола достигли $102,8 млрд во всем мире. По прогнозу, к 2032-му показатель вырастет до $163,9 млрд. Интерес объясняется растущим использованием этого горючего в качестве топлива в автомобильной промышленности. Его используют транспортные средства с гибким выбором топлива, то есть они могут ездить как на бензине, так и на смеси бензина с биоэтанолом. Например, на территории США насчитывается более 4 тыс. заправочных станций с биотопливом. Есть они и в 19 странах Евросоюза. В России пока таких АЗС нет. Но в июле 2023 года в порту Санкт-Петербурга прошла первая заправка морских судов биотопливом. Горючее было создано на основе использованного растительного масла.
Биотопливо: плюсы и минусы
Биотопливо обладает рядом преимуществ и недостатков. Рассмотрим некоторые из них.
Плюсы
Используются возобновляемые материалы. По словам Аркадия Синицына, основное преимущество биотоплива — возобновляемость. Такое горючее можно производить из органических материалов, а технологии получения известны и апробированы. Согласно оценкам, при нынешних темпах добычи нефть в России закончится через 59 лет, а природного газа хватит на 103 года.
Оно экологически чистое. В процессе горения биотоплива выделяется углекислый газ. Однако растения, используемые для производства такого типа горючего, поглощают углекислый газ на стадии роста, что делает его углеродно-нейтральным вариантом. Эксперты Агентства по окружающей среде США уверены, что переход на биотопливо может сократить количество углекислого газа, попадающего в атмосферу, в течение 30 лет. А ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета пояснили, что при сгорании такой вид топлива выделяет меньше копоти, серы и сажи. Для сравнения: биодизель производит в три раза меньше сажи, чем обычное дизельное топливо.
Отличается «биологической безвредностью». Например, биодизель биоразлагаем (до четырех раз быстрее, чем нефтяное дизельное топливо). Скорость разложения топлива из ископаемых источников зависит от свойств среды, метеорологических условий и состава нефтепродукта.
Способствует продлению срока службы двигателя. Биотопливо совместимо с двигателями внутреннего сгорания большинства автомобилей. Биодизель и обычное дизельное топливо обладают схожими техническими характеристиками. Использование биотоплива способствует продлению срока службы двигателя и предотвращает образование нагара, отмечает химик из Пермского политехнического университета Ирина Пермякова.
Минусы
Выделяет токсичные вещества. Исследовательская группа по охране окружающей среды Environmental Integrity Project в США выяснила, что токсичные вещества образуются в процессе производства биоэтанола и биодизеля. По данным исследования, опубликованного в июне 2024 года, с «зеленых» заводов в воздух попало 3,17 млн т гексана, более 907 тыс. тонн ацетальдегида, 90 тыс. тонн формальдегида, 15,6 тыс. тонн акролеина. Они являются причиной образования смога и сажеподобных частиц, которые при постоянном попадании в организм могут приводить к сердечным приступам, обострению астмы и аллергии, вызывать рак, говорится в докладе EIP.
Приводит к загрязнению и дефициту воды. Некоторые виды биотоплива производятся из продовольственных культур — кукурузы, пшеницы. Для их выращивания используются различные виды минеральных веществ. К примеру, в сельскохозяйственных районах азотные удобрения зачастую применяются в избыточном количестве. Растения не способны полностью усвоить весь азот, что приводит к его перемещению в подземные воды. Это нарушает баланс химических элементов в различных средах и оболочках Земли. Один из основных рисков для населения — загрязнение грунтовых вод, которые широко используются для питьевых и бытовых нужд. В мире около 70% пресной воды используется в сельскохозяйственных целях. Ожидаемое вследствие изменения климата сокращение количества выпадающих осадков и запасов подземных вод создаст дополнительное давление на ограниченные водные ресурсы.
Влияет на состояние почвы. Производство биотоплива требует увеличения площадей для посева сырья, а выращивание одних и тех же продовольственных культур (монокультур) со временем приводит к истощению почвы и росту числа вредителей. Раньше фермеры практиковали севооборот, при котором различные культуры выращивались последовательно на одной и той же площади земли для сохранения плодородия почвы. Однако после 1945 года посев монокультур стал более распространенной практикой. Выращивать один вид культур аграриям было выгодно. Например, в США 40% посевов кукурузы идут на производство биоэтанола. Кукурузу выращивают в форме монокультуры, засевая ею огромные площади. Последнее исследование американских ученых в штате Мичиган показало, что такой подход не совсем рационален и может привести к потере биоразнообразия.
Будущее биотоплива в России
Рынок биотоплива в России развивается по весьма ограниченному варианту, объясняет Аркадий Синицын. Сейчас производство биотоплива связано с необходимостью переработать излишки зерна. По словам спикера, самое перспективное направление для масштабирования — производство биотоплива в виде биоэтанола первого поколения. Для этого есть все возможности: сырьевая база, экспортный потенциал, технологии переработки зернового сырья в этанол. А вот создание заводов по производству биоэтанола второго поколения пока экономически нецелесообразно.
Полной замены топлива, полученного традиционным путем из невозобновляемого сырья, на биотопливо в России пока ожидать не стоит. Среди ограничивающих факторов эксперт выделил акцизную политику, государственные стандарты и отсутствие дотационной поддержки предприятий по производству биоэтанола первого поколения.
Подробнее на РБК: https://trends.rbc.ru/…
