БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

По мере истощения запасов нефти и природного газа мир обращает все большее внимание на энергию, получаемую из растений. В дополнение к энергетическим культурам, о которых шла речь в главе 2, к таким источникам относятся отходы лесной промышленности, отходы сахарной промышленности, городской мусор, навоз домашнего скота, посадки быстрорастущих деревьев, остатки урожаев и отходы городских и дворовых насаждений. Все это можно использовать для производства электроэнергии, тепла или горючего для автомобилей.

Возможности использования биологических источников энергии ограниченны. Даже кукуруза, наиболее эффективная из всех зерновых культур, может преобразовать в электричество всего лишь 0,5 % солнечной энергии. Напротив, солнечные фотоэлектрические или тепловые электростанции преобразуют в электричество примерно 15 % солнечного света. В мире, испытывающем нехватку земли, энергетические культуры не могут конкурировать с электричеством, производимым с помощью энергии Солнца, тем более с электричеством, производимым с помощью ветра (такое производство намного эффективнее использует землю)[460].

В лесной и деревообрабатывающей промышленности, в том числе на лесопилках и бумажных комбинатах, отходы уже давно используют для производства электричества. Американские компании сжигают отходы деревообработки и для получения необходимого им производственного тепла, и для выработки электричества, которое компании продают местным электростанциям. На предприятиях США, главным образом благодаря сжиганию отходов деревообработки, производят почти 11 тыс. мегаватт электроэнергии[461].

Кроме того, отходы деревообработки широко используют для производства тепла и электроэнергии (тепло обычно используют в системах центрального отопления). В Швеции почти половина всех жилых и коммерческих зданий подключена к системам центрального отопления. Еще недавно, в 1980 г., свыше 90 % тепла для этих систем получали за счет сжигания импортируемой нефти, но к 2007 г. нефть по большей части была вытеснена деревянной щепой и городским мусором[462].

В США, в г. Сен-Пол в штате Миннесота (в городе проживают 275 тыс. жителей) модернизировать систему центрального отопления начали более 20 лет назад. В городе построили теплоэлектроцентраль, работающую на отходах древесины из городских парков, отходах деревообработки и древесине из других источников. ТЭЦ, потребляющая 250 тыс. тонн древесных отходов в год, ныне обеспечивает отоплением 80 % центра города — или более 1 кв. мили жилых и коммерческих площадей. Это позволило в основном отказаться от угля, что привело к сокращению выбросов углерода на 76 тыс. т в год. Также это привело к ликвидации отходов древесины, и в целом город приобрел устойчивый и возобновляемый источник тепла и электричества[463].

Oglethorpe Power, крупная группа коммунальных электростанций в штате Джорджия, объявила о планах строительства трех работающих на биомассе электростанций мощностью 100 мегаватт каждая. Основным топливом станут деревянная щепа, опилки, хворост, собираемый при очистке лесов, и, в тех случаях, когда эти виды топлива становятся доступными, орехи пекан и скорлупа арахисовых орехов[464].

В сахарной промышленности недавно начали сжигать остатки сахарного тростника для производства тепла и электроэнергии. Наибольшее распространение эта практика получила в Бразилии. Компании, занимающиеся перегонкой сахарного тростника в этанол, поняли, что сжигание выжимок сахарного тростника, а также волокон, остающихся после извлечения сахарного сиропа, может давать и тепло, необходимое для процесса ферментации, и электроэнергию, которую можно продавать местным электростанциям. Теперь эта система пустила прочные корни и распространяется на сахарных заводах других стран, в которых производят остальные четыре пятых вырабатываемого в мире сахара[465].

В городах для производства тепла и электроэнергии используют также мусор, который сжигают после того, как из него извлекают (будем на это надеяться) все материалы, подлежащие вторичной переработке. В Европе мусоросжигательные заводы обеспечивают теплом 20 млн человек. Лидерами в этой сфере являются Франция (128 мусоросжигательных заводов) и Германия (67 заводов).

В США действует около 89 мусоросжигательных заводов, которые обеспечивают энергией 6 млн потребителей. Впрочем, желательно все же продвигаться к созданию экономики, не производящей мусора, экономике, в которой энергию, затраченную на производство бумаги, картона, пластмасс и других горючих материалов, можно было бы легко извлечь в процессе переработки. Сжигание мусора — не слишком изящный способ решения проблемы отходов[466].

До того как мы достигнем нулевого уровня отходов, для производства электричества на тепловых электростанциях или тепла для производственных процессов можно использовать метан (природный газ), образующийся на существующих свалках в процессе разложения погребенных в мусоре органических материалов. Компания Puget Sound Energy планирует строительство электростанции мощностью 35 мегаватт, работающей на газе, который образуется на свалке г. Сиэтл. Эта электростанция пополнит сотню других подобных электростанций, уже работающих в США[467].

Вблизи Атланты компания Interface, крупнейший в мире производитель промышленных ковровых покрытий, убедила город инвестировать 3 млн долларов в улавливание метана, выделяющегося на муниципальной свалке, и строительство трубопровода длиной 9 миль от свалки до предприятия компании. Природный газ из этого трубопровода стоит на 30 процентов меньше мировых рыночных цен на газ и обеспечивает 20 % потребностей предприятия в топливе. Предполагается, что свалка будет давать метан в течение 40 лет, принося городу 35 млн долларов дохода на 3 млн долларов начальных вложений и снижая эксплуатационные расходы Interface[468].

Как уже было сказано в главе 2, для производства горючего для автомобилей, в том числе этанола и биологического дизельного топлива, используют также сельскохозяйственные культуры. В 2009 г. в мире должны произвести 19 млрд галлонов топливного этанола и почти 4 млрд галлонов биологического дизельного топлива. Половину этанола произведут в США, треть — в Бразилии, остальное биотопливо будет произведено примерно в десятке других стран, среди которых лидируют Китай и Канада. Германия и Франция дают по 15 % мирового производства биологического дизельного топлива, крупными производителями которого являются также США, Бразилия и Италия[469].

Некогда разрекламированное как альтернатива нефти, горючее, полученное из сельскохозяйственных культур, в последние годы подверглось тщательному изучению. В ходе этого изучения возникли серьезные сомнения в его технических возможностях. США, которые в 2005 г. обогнали Бразилию по производству этанола, а за 2007–2008 гг. почти удвоили это производство, способствовали повышению мировых цен на продовольствие до максимума. Далеко идущие планы в области использования биологического дизельного топлива вынашивают и в Европе. Но, обладая низким потенциалом расширения производства масличных культур, европейские предприятия по производству биологического дизельного топлива переходят на пальмовое масло из Малайзии и Индонезии, стимулируя тем самым вырубку влажных тропических лесов под плантации масличных пальм[470].

В мире, в котором у пахотных земель нет больше избытка производительности, каждый акр, засеянный кукурузой под этанол, означает необходимость расчистки другого акра для производства зерновых. В исследовании, выполненном под руководством Тима Серчингера из Принстонского университета в начале 2008 г. и опубликованном в журнале Science, с помощью глобальной сельскохозяйственной модели было продемонстрировано: вырубка тропических лесов под пашню и расширение производства биологического топлива в США существенно увеличили ежегодные выбросы парниковых газов, а не сократили их, как утверждалось в проведенных на более узкой основе исследованиях[471].

Подобный вывод сделан и в другом опубликованном в журнале Science исследовании, выполненном группой ученых из университета штата Миннесота. Сосредоточив внимание на связанных с вырубкой тропических лесов выбросах углерода, эта группа ученых показала, что превращение земель, занимаемых влажными тропическими лесами или пастбищами, в пахотные земли для возделывания кукурузы, соевых бобов или масличной пальмы для производства биологического топлива привело к увеличению выбросов углерода и возникновению «углеродного долга биологического топлива», который по меньшей мере в 37 раз превышает ежегодное снижение выброса парниковых газов, достигаемое за счет перехода с ископаемых видов топлива на биологические[472].

Сторонники производимого из сельскохозяйственных культур биотоплива получили еще один жестокий удар от группы ученых, которую возглавил Пауль Крутцен, лауреат Нобелевской премии по химии из Института химии Макса Планка в Германии. Эта группа ученых пришла к выводу, что выбросы окислов азота, газов с мощным парниковым эффектом, от синтетических азотных удобрений, используемых при выращивании таких культур, как кукуруза и рапс, являющихся сырьем для производства биотоплива, могут свести на нет любые сокращения выбросов СО₂, достигнутые благодаря замещению ископаемых видов топлива биотопливом. Таким образом, биотопливо оказывается угрозой стабильности климата. Американские производители этанола отвергли выводы группы Пауля Крутцена, но в докладе Международного научного совета, всемирной федерации научных ассоциаций, за 2009 г. эти выводы тем не менее подтвердили[473].

Чем больше изучают жидкие виды биологического горючего, тем менее привлекательными они выглядят. Сегодня этаноловое горючее производят почти исключительно из сахарного тростника и крахмалосодержащих кормовых культур. В настоящее время ведутся работы по созданию эффективных технологий получения этанола из целлюлозосодержащих материалов. Некоторые исследования указывают на то, что большие объемы этанола можно получать при переработке трав, высеваемых при севообороте, и гибридов тополя (и то, и другое можно выращивать на малоплодородных землях). Однако в настоящее время дешевых технологий получения этанола из целлюлозы не существует. Не предвидится появление таких технологий и в обозримом будущем[474].

В третьем опубликованном в журнале Science докладе указывается, что непосредственное сжигание целлюлозосодержащих растений с целью получить электричество для электромобилей дает на 81 % больше пробега, чем переработка этих растений в жидкое топливо. Так насколько же велик возможный вклад растительных материалов в обеспечение мира энергией? Основываясь на исследовании, проведенном министерствами энергетики и сельского хозяйства США, мы прогнозируем, что, используя отходы лесопереработки и городской мусор, а также некоторые многолетние культуры (например травы, используемые при севообороте, и быстрорастущие деревья, высаживаемые на малоплодородных землях), США к 2020 г. смогут вырабатывать более 40 гигаватт электроэнергии, т. е. примерно в 4 раза больше, чем ныне. В рамках Плана Б мы предполагаем, что мировое использование растительных материалов для производства электричества может добавить 200 гигаватт мощности к тому же 2020 г.[475]