В свое время мы уже посвящали несколько публикаций такой культуре, как мискантус. Напомним, что мискантусом активно и весьма успешно (судя по научным публикациям) занимаются в Институте цитологии и генетики СО РАН. Данная культура привлекательна как минимум в трех аспектах: а) как замечательный источник промышленной целлюлозы (что делает ее современной альтернативой хлопку); б) как энергетическое сырье в рамках реализации стратегии «зеленого» энергоперехода; в) как средство восстановления плодородия и структуры почв.
Широкой аудитории эта тема пока еще недостаточно известна (как и многое из того, что делается на пути формирования новой агропромышленной политики). Однако для нас показательно то, что мискантус привлекает к себе внимание ученых всего мира как очень перспективная культура для будущего технологического уклада. Им занимаются не только в России, но также в США и в странах ЕС. В последнее время им стали весьма серьезно интересоваться в Китае (территория которого, кстати, является родиной некоторых видов мискантуса). Об этом мы можем судить по ряду развернутых публикаций китайских ученых.
Почему речь идет о «втором поколении», догадаться не сложно. Как мы знаем, в конце 1970-х годов в некоторых странах началось бурное увлечение биоэтанолом, претендовавшим в то время на некую альтернативу традиционному топливу из нефти. Для этих целей обычно использовалось пищевое сырье. Например, в Бразилии таким сырьем оказался сахарный тростник, в США – кукуруза. Несмотря на то, что производство биоэтанола было налажено неплохо, сам факт использования пищевого сырья вызывал вопросы. И эти вопросы до сих пор остаются открытыми, а их актуальность возрастает с каждым годом на фоне деградации сельхозугодий и нехватки продуктов питания в отдельных странах.
Понятно, что биоэнергетика полностью себя оправдывает лишь в том случае, если в качестве топлива будет использоваться непищевое сырье. В поле зрения ученых сразу же попали отходы сельхозпроизводства – ботва растений, ветки, солома, жмых и так далее. Работы с таким сырьем, кстати, ведутся и в институтах СО РАН. Когда-то мы уже писали о том, как в Институте химии твердого тела и механохимии СО РАН разработали технологию получения биоэтанола из растительных остатков (например, из той же соломы). Это достаточно актуальное направление. Однако при детальном изучении вопроса окажется, что переработка растительных отходов является лишь неким переходным этапом к биоэнергетике второго поколения. Скорее, переработка отходов станет неким дополнением к основным технологическим процессам – как важное звено в экономике замкнутых циклов, где отходов не должно оставаться в принципе.
Если же брать биоэнергетику как таковую, то для ее развития требуется целенаправленное создание сырьевой базы. Именно так это и происходит с сахарным тростником и кукурузой, которые специально выращиваются для получения биоэтанола. То есть биоэнергетика требует своих отдельных «энергетических плантаций». По подсчетам китайских ученых, потенциал сельскохозяйственных отходов недостаточен для того, чтобы биоэнергетическая отрасль выдала приемлемое количество нефтяного эквивалента. Так, согласно официально утвержденным планам, она должна обеспечить не менее 5% валового потребления энергии, что составит 4 700 миллионов тонн нефтяного эквивалента. Если брать непищевую биомассу в виде растительных отходов, то её хватит только на 210 миллионов тонн нефтяного эквивалента (учитывая, что более половины растительных отходов в современном Китае используется в других целях, например, для производства бумаги). Следовательно, для сокращения разрыва между спросом на биомассу и ее предложением необходимо отдельно выращивать энергетические растения. И в этом плане имеет смысл ориентироваться на непищевые культуры, способные расти на малопригодных для сельского хозяйства землях. Для решения такой задачи мискантус подходит лучше всего.
Пожалуй, тут возникает главный вопрос, который не может не интересовать россиян: почему в Китае растет такой интерес к биоэнергетике? Ответ прост: поскольку эта страна импортирует углеводороды (в том числе из России), развитие альтернативных направлений, идущих в ногу с глобальным «зеленым» трендом, затрагивает проблему обеспечения национальной энергетической безопасности. Именно поэтому китайское правительство уделяет столь серьезное внимание биоэнергетической отрасти. Этот момент важно подчеркнуть: развитие биоэнергетики в Китае напрямую поддерживается государством, то есть является частью официальной энергетической политики.
Первоначально здесь использовались те же технологии, что применялись в других странах. Так, основные объемы биоэтанола в Китае производились из старого зерна (хранившегося более трех лет). В 2008 году из кукурузы и пшеницы было произведено около полутора миллионов тонн биоэтанола, что составило почти 80% от общих объемов произведенного в этой стране биотоплива. Но данное количество компенсирует лишь 0,4 процента от общих объемов потребляемых энергоресурсов из ископаемого сырья. Поэтому дальнейшее наращивание производства биотоплива за счет зерна способно негативно сказаться на продовольственной безопасности страны. По указанной причине с 2007 года китайское правительство перестало утверждать новые программы по биоэнергетике, которые требовали вовлечения дополнительных объемов зерна для производства того же биоэтанола.
Вместе с этим в биоэнергетике официально утвердился «непищевой» принцип для получения биоэнергии. Как мы сказали выше, сюда могут входит растительные отходы. Однако их недостаточно для того, чтобы насытить спрос на энергетическую биомассу. Поэтому взор был обращен на мискантус, к тому времени очень хорошо изученный в западных странах в качестве энергетической культуры.
Особое внимание было обращено на то, что мискантус можно было выращивать в местах, мало пригодных для выращивания продовольствия. И в настоящее время китайские ученые как раз заняты поиском таких земельных участков, которые можно выделить под «энергетические плантации» второго поколения. Параллельно, конечно же, ставится вопрос о выведении соответствующих сортов и гибридов, способных давать высокие урожаи, качественное сырье и при этом быть неприхотливыми в плане возделывания. С этой целью, в частности, проводится тщательное изучение зарубежных работ по данной теме. Работа российских ученых, надо полагать, также не осталась без внимания со стороны их китайских коллег.
В этой связи необходимо отметить, что специалисты ИЦиГ СО РАН вывели новую форму мискантуса, адаптированную как раз к условиям Западной Сибири. Благодаря уникальному активному корнеобразованию ее, например, можно использовать для сохранения пересыхающих озер путем посадки растений вдоль берегов, и даже для закрепления оврагов. Но это лишь частный момент. Если брать биоэнергетику, то здесь возможностей гораздо больше, чем получение одного лишь биоэтанола. Учитывая тот факт, что мискантус обладает высокой теплотворной способностью, его можно сжигать напрямую или использовать для получения биогаза (в Новосибирске, напомним, технологии получения биогаза достаточно хорошо отработаны и даже нашли коммерческое применение).
Интересный факт. Энергия, полученная из мискантуса, почти в три раза выше, чем энергия, затраченная на его выращивание. Для сравнения: для кукурузы это соотношение составляет 1,99. То есть по показателям «энергоэффективности» мискантус превосходит кукуруза примерно в полтора раза. Согласно данным российских исследований, его биомасса содержит 40 – 44% целлюлозы и 18 – 23% лигнина. Как показали долгосрочные эксперименты в лесостепной зоне Западной Сибири, продуктивность посадок мискантуса разного возраста варьировала в пределах 10 – 16 тонн с гектара (со средним значением 12 тонн с га). Холодостойкость культуры и способность создавать равномерную посадку высотой до 2,5 метров отмечались уже в 2-3 летнем возрасте. И что еще интересно: обильное и глубокое проникновение корней в почвенную массу увеличивало пористость почвы и улучшало ее агрегатный состав.
Как отмечают наши ученые, при благоприятных условиях потенциальная продуктивность мискантуса может достигать до 40 тонн сухого веса на гектар. Это очень серьезные цифры. По сумме биологических, биохимических и экономических параметров мискантус оказался самым предпочтительным среди других энергетических культур, изучаемых сибирскими учеными.
Правда, на сегодняшний день есть одно серьезное ограничение: в условиях Западной Сибири исследуемые виды мискантуса не образуют жизнеспособных семян, что существенно осложняет их размножение в условиях массовой культивации. Кстати, с этой проблемой сталкиваются не только в Сибири. Как отмечается в некоторых научных публикациях, размножение с помощью корневищ снижает рентабельность производства и в итоге ведет к удорожанию конечного продукта (биотоплива). Проблема рентабельности выходит сейчас на первое место во всех странах, где планируется создание «энергетических плантаций» из мискантуса. И над ее решением сейчас активно работают селекционеры и генетики, в том числе – из новосибирского Академгородка.
Андрей Колосов
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии