Многие эксперты считают, что уже через несколько десятилетий (когда число живущих на Земле людей приблизится к 10 млрд.) главными проблемами человечества станут недостаток еды, воды и энергии. Так, например, при сохранении текущих темпов экономического развития к 2030 году один Китай будет потреблять в день 98 млн. баррелей нефти (а сегодня вся дневная мировая добыча составляет 86 млн. баррелей). Кроме того, в результате добычи нефти становятся непригодными к употреблению огромные объемы пресной воды. Добавьте к этому ущерб, который наносит окружающей среде добыча, переработка и последующее использование продуктов нефтегазовой и угледобывающей отраслей. Неудивительно, что человечество всерьез озабочено вопросом замены угля, газа и нефти на более благоприятные виды горючего.
Одним из направлений поиска стали исследования в области «зеленой химии». Так принято называть направление в науке, нацеленное на усовершенствование химических технологий с целью положительного влияния на окружающую среду. На практике речь идет о появлении новых продуктов, в том числе биоразлагаемых полимеров, биокаучуков и биотоплива. К последнему относят все виды топлива, получаемого из возобновляемого (растительного или животного) сырья. Древнейшим видом биотоплива были обычные дрова. Они и сейчас еще в ходу. Но современной экономике требуются иные, более эффективные, виды топлива.
Первое поколение такого топлива (биоэтанол, биодизель) получают из сельскохозяйственных культур (зерновых, кукурузы и т.п.). Исследования в этой области начались еще в начале прошлого века. А в 1970-е годы мир оказался перед лицом крупного энергетического кризиса. Встал вопрос: возможно ли построить жизнеспособную экономику, свободную от «бензиновой зависимости». И тогда ряд американских компаний стал широко внедрять производство биоэтанола в Бразилии. Можно сказать, что это был эксперимент в масштабах целой страны. Он оказался удачным – сегодня Бразилия производит четверть мирового топливного этанола, в стране достигнуто сокращение выбросов СО2 (углекислого газа) на 61%. А с середины 1970-х его производство широко развернулось и собственно в США.
Производство топлива из зерна оказалось не очень удачным, поскольку выступило конкурентом сельского хозяйства (оно влечет истощение почв, с одной стороны, и изъятие пищевых продуктов с рынка, с другой). И вскоре было представлено биотопливо второго поколения – на основе целлюлозы, извлекаемой из непищевых остатков культивируемых растений, трав и древесины. Однако сегодня получение такого топлива обходится в разы дороже обыкновенного и это – главное препятствие для его массового производства. Между тем уже разрабатываются технологии биотоплива третьего поколения – получаемого из водорослей с высоким содержанием масла. В1978-1996 гг. департамент энергетики США исследовал такие водоросли. Было установлено, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. Достигнутый на опытных площадках уровень урожайности показал, что 200 тысяч гектаров прудов (0,1% земель США, пригодных для выращивания водорослей) могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей страны.
Кроме того, пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в поглощении СО2. Таким образом, разведение водорослей помогает решить еще одну задачу: совмещение темпов роста экономики с квотами на выбросы углекислого газа, установленными Киотским протоколом.
Конечно, есть у третьего поколения биотоплива и свои слабые места. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит теплый климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. Да и себестоимость полученного из них топлива остается слишком высокой. Однако эти проблемы нельзя назвать неразрешимыми. Например, разрабатываются технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Эта технология не требует жаркого пустынного климата. Другое направление исследований – оборудование бассейнами с водорослями резервуаров сточных вод, которые заодно подвергнутся процедуре биоочистки.
А как же обстоят дела в этой области в нашей стране? Еще с 1950-х годов промышленность СССР умела производить спирт и бутанол из торфа и отходов деревообработки. Это направление успешно развивалось. Но в начале 90-х годов технический спирт приравняли к пищевому и обложили соответствующим акцизным сбором. Это, по сути, уничтожило целую отрасль химической промышленности в нашей стране. И сегодня российские разработки в области «зеленой химии» носят преимущественно лабораторный характер.
Приходится слышать и мнения скептиков о том, что наш суровый климат (совсем не похожий на Гавайи или Калифорнию) в сочетании с большими запасами углеводородов делает производство биотоплива экономически нерентабельным. Мы попросили оценить перспективы этой индустрии кандидата биологических наук Ксению Сорокину, чьи исследования как раз связаны с получением биотоплива из водорослей.
- Прежде всего, не стоит забывать, что Россия входит в число стран, подписавших обязательство перейти к 2050 году на использование возобновляемых ресурсов. Да и запасы нефти и газа все же не безграничны. А значит, хотим мы того или нет, но нам придется идти по этому пути. Вопрос в другом. Сегодня на исследования в области «зеленой химии» международные корпорации тратят огромные средства. И они рассчитывают потом эти деньги вернуть, потому что интеллектуальная собственность в этой области играет решающую роль. И чтобы наша страна не оказалась в числе тех, кто будет обеспечивать потом дивиденды той же «Шелл», нам необходима своя научная база. В советское время по биотехнологиям мы были в числе лидеров. Затем, в первое постсоветское десятилетие, многие наши разработки вместе со специалистами оказались в распоряжении западных компаний. И теперь уже нам приходится догонять. Но чтобы догнать, нам нужны хорошо проработанные проекты. В их числе, надеюсь, окажутся и те разработки по биотопливу третьего поколения, которые сегодня ведутся совместными усилиями исследователей Института катализа и Института цитологии и генетики СО РАН.
Подробнее с работой, проводимой учеными СО РАН, вы можете ознакомиться в нашем репортаже, а с мировым развитием «зеленой химии» – в видеолекции Ксении Сорокиной.
Георгий Батухтин
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии