Зеленая революция

Итак, несмотря на все претензии к нынешнему состоянию производства энергии из аграрного сырья, не следует принципиально его отвергать. Здесь важнее всего, какое сырье используется в качестве энергоносителей, как оно производится, каковы расходы на переработку? Нужно поставить перед собой цель не использовать для энергодобычи продукты, которые могут служить продовольствием или кормами. Субсидирование производства биобензина и биогаза из злаков — это западня. На пахотных землях нужно в первую очередь выращивать сельскохозяйственные растения, из которых производится продовольственная продукция. На втором месте — растительное сырье для фармацевтической, химической и текстильной отраслей. Производство энергии из биомассы нужно поместить лишь в самый конец комплексной перерабатывающей цепочки. Общий экологический баланс в итоге должен быть положительным. Под таким углом зрения сегодня многие способы производства биоэнергии нельзя назвать устойчивыми. Но последнее слово еще не сказано. Если мы, чтобы понизить выбросы CO₂, хотим как можно скорее вытеснить ископаемые источники энергии из процесса производства электричества, отопления и транспортного сектора, было бы рискованно полагаться исключительно на солнечную и ветровую энергию. Энергию из биомассы несложно хранить, в каком бы агрегатном состоянии она ни находилась — твердом, жидком или газообразном. Децентрализованные электростанции, работающие на биомассе или биогазе, тоже просты в эксплуатации. В этом смысле они идеально дополняют солнечные батареи и ветрогенераторы, которые вырабатывают электричество непостоянно и стабилизируют электроснабжение и состояние распределительных сетей. Это преимущество может сохраняться по крайней мере при наличии надежных технологий, позволяющих аккумулировать экоэлектричество, и в комплексной системе электроснабжения, поступающего из разветвленных сетей возобновляемых источников энергии.

Биотопливо может способствовать сокращению выбросов углекислого газа и в авиации. С учетом стремительного роста числа воздушных перевозок (авиатранспорт уже долгое время расширяется в среднем примерно на 5 % в год в мировом масштабе) этот вопрос имеет большое значение для климатической политики. Биокеросин должен заменить ископаемое горючее. Основой для него могут служить гидрированные растительные масла — рапсовое, пальмовое, ятрофное. Ятрофу можно выращивать и в засушливых саваннах. Она не требует много воды, а поскольку растение еще и ядовито, химическая защита ей тоже не нужна. Можно подумать и о том, чтобы добывать керосин из богатых жирами водорослей. Специалисты полагают, что биокеросин может добиться первенства на рынке не раньше 2015 г.; первый пробный полет на биодизеле осуществила авиакомпания Air New Zealand в январе 2009 г. Авиакомпании Lufthansa и KLM на некоторых пассажирских рейсах добавляют в горючее 50 % биокеросина. Бразильский самолетостроительный завод Embraer предлагает самолеты, летающие на алкоисе (биоэтаноле второго поколения) [164]. Airbus, ведущие европейские авиакомпании, Еврокомиссия и европейские производители биотоплива договорились начиная с 2020 г. производить 2 млн т биотоплива в год для воздушного флота [165]. Важнейшую роль при производстве этих видов горючего также играет экологический баланс. Истребление влажных тропических лесов или агропромышленное разведение сои и кукурузы ради производства авиабензина равнозначно тушению пожара при помощи бензина. Ввиду ограниченного потенциала для устойчивого производства агротоплива в среднесрочной перспективе было бы разумно зарезервировать его за авиацией, в то время как наземный транспорт продолжать переводить на электричество.

Во избежание разного рода негативных последствий производства топлива и биогаза из сельскохозяйственных растений ученые в настоящее время активно экспериментируют с биотопливом второго поколения. Сюда относятся целлюлозный этанол, биометан и биокеросин. Если при производстве агротоплива первого поколения используется небольшая часть растительной массы (плоды или семена), то при производстве агротоплива второго поколения она перерабатывается уже почти целиком, что делает процесс намного эффективнее. Для производства одного и того же количества биотоплива требуется значительно меньше земли, воды, удобрений и т. д. Еще одно преимущество заключается в том, что необходимая биомасса либо поступает из отходов сельского хозяйства и промышленности, либо для ее выращивания можно использовать не самую плодородную почву, не вытесняя, таким образом, продовольственную отрасль. Сырьем для целлюлозного этанола могут служить лесная тонкомерная древесина, отходы деревоперерабатывающей промышленности, быстрорастущие плантационные деревья, такие как тополь и эвкалипт, а также солома и камыш. Целлюлоза составляет бо́льшую часть растительной биомассы, однако процесс ее получения при помощи специального коктейля из микроорганизмов и ферментов достаточно дорогостоящий. Если удастся наладить этот процесс в промышленных масштабах, топливо на основе целлюлозы по сравнению с его предшественником, агротопливом, сможет на порядок улучшить климатические показатели [166]. Соответствующие опыты уже проводятся на экспериментальном оборудовании. Сырьевой основой служат органические отходы, отходы сельского хозяйства и лесоводства, а также травы, выращиваемые на неплодородных землях. Так человечество пытается уладить конфликт между «тарелкой» и «баком».

Третий, еще более футуристический вариант — производство топлива, биогаза и водорода на основе водорослей. Биомасса водорослей на единицу площади значительно выше, чем у наземных растительных энергоносителей. Их можно выращивать в открытых водоемах или закрытых биореакторах; необходимый для этого CO₂ можно отводить с электростанций или промышленных предприятий. Солидные компании уже инвестируют в разработки топлива на основе водорослей. Так, например, ExxonMobil совместно с Synthetic Genomics Incorporated вложили в проект по производству топлива из водорослей 600 млн долларов. А американская авиакомпания Boeing уже заявила о намерении провести ряд пробных полетов на данном виде горючего. Концерн RWE на экспериментальном оборудовании одной из угольных ТЭС в Нижней Саксонии исследует возможность очищения газообразных отходов при помощи микроводорослей. После десульфуризации при помощи дымовых газов установку размером 600 м², в которой плавают водоросли, наполняют соленой водой. Под воздействием фотосинтеза микроводоросли растут, преобразуя CO₂ в кислород [167]. Содержащиеся в водорослях углеводы при помощи микробов перерабатываются в этанол или нефть. До сих пор, однако, не было разработано ни одной промышленной установки. Слишком высоки затраты, особенно на очистку топлива.

Бионика: учиться у природы

Зачем эволюция одела зебру африканских саванн в черно-белую шкуру? Едва ли это было эстетической прихотью природы. И в самом деле, мы видим сколь простую, столь и эффективную систему охлаждения: темные полосы абсорбируют солнечный свет, а белые его отражают. Вследствие разницы температур (до 20 °C) воздух циркулирует, обеспечивая охлаждающий эффект. Помимо этого полосатая раскраска служит для маскировки и защиты от насекомых. Но здесь нам интересен принцип пассивного охлаждения воздуха. Шведский архитектор Андерс Нюквист, первопроходец в области экологической архитектуры, использовал черно-белую раскраску внешних фасадов и крыш при строительстве зданий, не нуждающихся в искусственном отоплении и охлаждении, а регулирующих температурный режим самостоятельно, что позволяет экономить значительный объем энергии и средств в сфере эксплуатации зданий. Это всего лишь один пример «обучения у природы», главного принципа бионики. У истоков этой дисциплины стоит Леонардо да Винчи, попытавшийся применить полученные при изучении полета птиц знания для конструкции летательных аппаратов. Мощный толчок бионике придали компьютерные расчеты и междисциплинарное взаимодействие. Ее успехи уже давно вошли в нашу жизнь: застежки-липучки, самоочищающиеся поверхности и покрытия, аэродинамические кузова, облегченные конструкции самолетов и поездов, несущие конструкции, имитирующие костные структуры, — всему этому мы научились у природы.