Биотопливо второго поколения. Решения производства энергии из растительного сырья

Геннадий Булаткин, доктор биологических наук Института фундаментальных проблем биологии РАН, рассказал участникам конференции по возобновляемым источникам энергии и альтернативным видам топлива Reenergy о производстве биотоплива второго поколения из растительного сырья.

Несмотря на то что в России достаточно много подземных запасов топлива, постепенно они начинают истощаться, так же, как и во всем мире. И по некоторым расчетам, где-то примерно через тридцать лет наступит такой момент, когда затраты на добычу подземного топлива сравняются со стоимостью самих энергоносителей и, в принципе, добыча этих подземных энергоносителей будет с экономической точки зрения бессмысленна, невыгодна. Поэтому в настоящее время специалисты обратили внимание на различные возобновляемые источники энергии: солнечную, геотермальную, биогаз, растительную биомассу, энергию ветра.

Развитие возобновляемых источников энергии во многом связано с потребностями топливной промышленности, с производством жидких энергоносителей для транспорта, поскольку 40% энергии – это транспортные расходы.

Возможными источниками сырья для производства биотоплива второго поколения могут быть торф, побочная продукция растениеводства или его переработки, в частности солома и пожнивные остатки зерновых культур, древесные опилки. В Институте фундаментальных проблем биологии Российской академии наук разрабатываются альтернативные сценарии развития производства биотоплива из растительного сырья в условиях России.

Проблема производства энергии из растительного сырья многопланова и противоречива. При производстве любого топлива в первую очередь должна ставиться задача получения дополнительной энергии. Однако производство биотоплива с нулевым или отрицательным балансом возможно, если при его использовании не теряется положительный экологический эффект в местах потребления чистой энергии.

Одной из приоритетных целей применения биотоплива должно быть улучшение экологической ситуации в крупных городах и промышленных агломерациях. В нашей стране на долю автотранспорта приходится 90% общего объема выбросов вредных веществ, поступающих в атмосферу от всех видов транспорта. По величине автовыбросов резко отличается Москва: более 800 тыс. тонн в год. В остальных девяти крупных городах России этот показатель находится в пределах 100–200 тонн в год.

Каковы же ресурсы, которые имеет наша страна для получения энергии из биотоплива? По опубликованным данным, мы имеем 150 млн. тонн соломы и пожнивных остатков в год, торф – 12 млрд. тонн. Отходы деревообрабатывающей промышленности – около 50 млн. тонн в год. Рассмотрим по порядку все виды основного источника, растительной биомассы, и то, как ими распорядиться рационально.

В Институте фундаментальных проблем биологии на примере Москвы и Московской области мы оценили количество получаемой побочной продукции сельскохозяйственных культур, потребность Москвы в дополнительном биологическом топливе и то, сможет ли вообще Москва себя как-то обеспечить дополнительным биотопливом и на какой процент. Получаются интересные вещи. Если на первом этапе внедрения биотоплива в Москве использовать его в качестве пятипроцентной добавки к бензину, то при ежесуточной потребности в бензине 200 тыс. тонн потребуется около 3 тыс. тонн этанола в год.
В Московской области в 2008 году посевы зерновых культур занимали около 98 тыс. га, посевы озимых культур – 43 тыс. га, из чего получено около 286 тыс. га соломы. Но солома яровых культур используется в основном на корм скоту, и для получения биоэтанола можно использовать только солому озимых культур. После переработки из этой соломы получается 61 тыс. тонн биоэтанола, что составляет 27,9% первоочередной потребности при пятипроцентной добавке к бензину карбюраторного автотранспорта города Москвы. Этого, конечно, мало, но дело в том, что здесь есть другая проблема: если мы будем изымать всю солому и перерабатывать ее в биотопливо, то в Московской области будет катастрофически теряться гумус и снижаться урожайность всех культур.

Таким образом, встает вопрос: как же можно удовлетворить интересы Москвы по очистке атмосферного воздуха от загрязнения автотранспортом, а также интересы сельского хозяйства и, конечно, москвичей, которые питаются продуктами производства сельского хозяйства Московской области? Здесь есть только один выход: использование сидеральных культур, то есть культур, выращиваемых специально для запахивания в почву после того, как они накапливают определенную биомассу. Сидеральные культуры являются хорошими предшественниками для озимых сельскохозяйственных культур, поэтому если внедрять сидерацию в сельское хозяйство Московской области, параллельно нужно увеличивать изъятие соломы для производства биотоплива и расширять посевы сидеральных культур. Но это проблема достаточно серьезная, потому что неясно, как при частной собственности на землю заинтересовать собственника земли в сидерации своих земель. Таким образом, здесь нужно обратить внимание на то, что использовать солому для производства биоэтанола достаточно сложно. Однако если учитывать все проблемы, то можно и поддержать плодородие почв, и произвести определенное количество биоэтанола для улучшения качества бензина и использования его в крупных городах.

По запасам торфа мы стоим на втором месте в мире. Если в США разведанных запасов около 13 млрд. тонн, то в России насчитывается 12 млрд. В 80-е годы прошлого века в России предприятиями Министерства топливной промышленности добывалось 50 млн. тонн торфа, а сейчас добыча составляет 1,6 млн. тонн. И расширения добычи не предвидится, потому что неблагоприятная ситуация в торфяной промышленности усугубляется наличием законодательных противоречий и финансовой слабостью торфяной промышленности. В связи с этим частный инвестор до сих пор не пришел в эту отрасль, и из-за этого вряд ли следует ожидать резкого увеличения объема добычи торфа.

Важнейшим источником для топлива второго поколения в стране могут быть отходы деревообрабатывающей промышленности. По объемам добычи и заготовки древесины наша страна занимает третье место после США и Китая. При производстве пиломатериалов получается большое количество отходов. Например, для получения 1 кубометра пиломатериалов расходуется не менее 2,3 кубометра древесины. Количество отходов, образующихся, например, на мебельных фабриках, составляет от 45 до 65% от объема пиломатериалов. Например, в Москве и Московской области изготавливается 30% мебели от общего его производства в России. В России ежегодно образуется примерно 50 млн. тонн отходов переработки леса, 30 тыс. тонн из которых продается за границу. Если получить этанол из оставшихся отходов переработки леса, то теоретически можно получить около 15 млн. тонн бензина.

В России сейчас и в ближайшем будущем основным источником получения дополнительных ресурсов может быть экономия электроэнергии во всех сферах производства, как это записано в энергетической стратегии. Однако производство возобновляемых источников энергии из растительного сырья тем не менее имеет большое значение, поскольку оно позволяет оздоровить экологическую ситуацию в очень загрязненных городах нашей страны, особенно в крупных и в промышленных центрах. Необходимо развивать эту биоэнергетическую промышленность, добиться высокого качества бензина и сохранить здоровье нашего населения, а также здания, сооружения, почву, которые мы должны всеми способами охранять.