Производство биотоплива на современном этапе

В настоящее время разработаны и в промышленных масштабах применяются методики получения биотоплива преимущественно из растительного сырья. Последнее классифицируется по поколениям в зависимости от степени пригодности использования в традиционной хозяйственной деятельности. В частности, к первому поколению сырья относятся популярные сельскохозяйственные культуры, которые содержат в своём составе максимальное количество сахаров, крахмала и жиров. Жиры перерабатываются в биодизельное горючее, сахар и крахмал превращают в этиловый спирт.

Альтернативная энергия: перспективы внедрения биотоплива

Плантации сахарного тростника в Бразилии, из которого будут делать биоэтанол

Второе поколение сырья находится на стадии коммерциализации, ряд его видов ещё исследуются, несмотря на то, что затраты на получение исходного материала ниже, чем для культур первого поколения. Ко второму поколению относятся остатки растений, отходы сельскохозяйственной деятельности, древесина, травы, содержащие лигнин и целлюлозу. Такое сырьё сжигается для получения тепловой энергии, газифицируется, в результате чего синтезируются горючие газы, и пиролизируется. Основная проблема при использовании сырья второго поколения — это небольшая количественная отдача материала с единицы площади.

Третье поколение сырья — водоросли, считается пока перспективным, сейчас оно является предметом научных исследований и пилотных топливных проектов. Данные растения не требуют земельных участков и возделывания, находятся в природе в больших количествах и быстро воспроизводятся естественным путём. Пронедра писали ранее, что в Японии планируют наладить производство топлива из водорослей.

Недостатки производства и использования биотоплива, препятствующие его широкому распространению, возникают в основном в связи с тем, что сейчас большая часть горючего производится из готовой аграрной продукции — то есть сырья первого поколения. Исходя из этого, на сегодняшний день всерьёз можно рассматривать производство биотоплива только в упомянутом сырьевом сегменте, с развитием которого, в свою очередь, связаны существенные проблемы. В частности, переориентирование выращивания сельхозкультур, которые традиционно служили для удовлетворения потребностей человечества в продуктах питания, на другие цели, чревато продовольственным дефицитом.

Кроме того, активная переработка лесного и другого растительного материала в биотопливо, возможно, приведёт к истощению зелёного фонда планеты, нарушению природного баланса. Существуют и другие сельскохозяйственные, экономические и экологические нерешённые вопросы, сопутствующие биотопливной сфере. Указанные отрицательные аспекты, а также тенденции спроса и предложения на рынке, как, впрочем, и немаловажные положительные стороны развития отрасли, предопределяют перспективы и место биотопливного бизнеса в будущем.

Что сейчас влияет на спрос и предложение

Несмотря на то что биотопливная отрасль динамично развивается, нельзя сказать, что спрос на неё, как и объём предложения, демонстрируют растущие или хотя бы стабильные показатели. По общепринятому мнению, распространённому в экспертной среде, на актуальную ситуацию с балансом спроса и предложения биотопливной продукции воздействуют не какие-то отдельные причины, а целый комплекс факторов.

Одним из них специалисты считают стоимость традиционного сырья — нефти. Также озвучиваются колебания потребления и цен на продовольствие и степень роста численности населения в крупных странах-потребителях. Важным моментом является наличие достаточно развитой инфраструктуры для массового использования горючего, в том числе специализированных АЗС и недорогих сервисов по переделке автомашин под биотопливо.

Альтернативная энергия: перспективы внедрения биотоплива

Поскольку производство биотоплива напрямую зависит от эффективности ведения сельского хозяйства, то учитываются в том числе климат и урожайность. В данном аспекте, в силу природных условий, наиболее рентабельным считается производство сырья в странах тропического пояса, поскольку урожайность в этих регионах выше. Тем не менее, помимо тропических регионов, в том числе южноамериканских государств (производящих сырьё — соевое масло), Малайзии и Индии (пальмовое масло), Бразилии (биоэтанол), в роли основных игроков рассматриваются и страны с умеренным климатом, но с развитым аграрным сектором, в том числе Россия и Украина (экспортирующие рапсовое масло).

К основным потребителям биотопливной продукции относят страны Евросоюза, африканские государства, Индию, Китай, ряд азиатских развивающихся экономик. Следует учитывать, что, каким бы ни был уровень спроса потребителей, всегда есть место риску перенасыщения рынка продукцией. Такая картина — перепроизводство биотоплива — периодически наблюдается в США, Европе и Бразилии, что приводит к значительному падению цен. В последней количество уже возведённых и запущенных заводов даёт почти в три раза больший объём топлива, чем того требует рынок.

Благодаря государственному регулированию отрасли, в большей степени развитие производства биотоплива и бурный рост предложения, как и наличие адекватного спроса, наблюдается в развитых странах, где власти воплощают в жизнь меры протекционистского характера. Господдержка практикуется в США, Бразилии, странах Евросоюза, Китае, Индии. Правительства задействуют все возможные рычаги для того, чтобы снизить риски для инвесторов.

В государствах с мощными экономиками производители горючего из биомассы получают субсидии, что ставит развивающиеся государства, неспособные финансово помочь своей индустрии, в заведомо невыгодное положение на мировом рынке. Среди мер поддержки в развитых странах — в том числе снижение топливных сборов, налоговые льготы и предоставление кредитных гарантий, а также законодательные нормы обязательного использования биотоплива.

В США, к примеру, список мер по стимулированию производства альтернативного горючего включает до двух сотен пунктов. В Европе выплачиваются премии производителям сырья для биотоплива, исходя из площади угодий. Индийское правительство компенсирует 40% стоимости строительства заводов. В Бразилии налог на продажу биотоплива намного ниже, чем на реализацию бензина.

Применяются и меры заградительного характера для стимулирования собственного производства — в США и ЕС введены крупные пошлины на импорт этанола. Преференции в развитых странах предоставляются даже потребителям горючего — рядовые граждане могут получать государственные субсидии, льготные кредиты или послабления при выплате налогов за установку в своих домах биотопливных котлов и другого связанного с этим оборудования. Все эти меры делают биотопливо более привлекательным товаром, стимулируя его производство и торговлю. Напомним, что в России, к сожалению, подобные инициативы не всегда приветствуются.

Биотопливо и продовольственная безопасность

Рост производства биотоплива имеет и обратную, отрицательную сторону, связанную с одной из извечных проблем человечества — способствует возникновению перебоев с нормальным обеспечением людей продовольствием. Одним из аспектов данной проблемы является рост стоимости пищевого сырья, в том числе цен на зерновые и масличные культуры, рапс, сахарный тростник и свёклу — они повысились в стоимости всего за несколько лет почти на треть, а кукуруза — и на все 60%. Повышение цен на продукты для беднейших стран мира и изъятие значительных объёмов сырья из группы пищевых продуктов оборачивается увеличением числа голодающих.

Сельскохозяйственные производители идут вслед за растущим спросом на биотопливо и сокращают поставки продуктов на продовольственные рынки в пользу продаж сырья, перераспределяют посевные площади ради наращивания производства топливных культур. Использование же угодий под биотопливные монокультуры приводит к истощению земель. По данным Международного энергетического агентства, среднее годовое производство биотоплива во всём мире требует использования 14 млн гектаров плодородных земель. Соотношение потребления топлива и использования земель примерно идентичное — горючее из биомассы удовлетворяет 1% потребностей, а под его сырьё засевается 1% имеющихся сельхозплощадей.

Американские исследователи пришли к мнению о том, что при использовании под производство топлива сырья первого поколения, то есть готовой аграрной продукции, число голодающих во всём мире вырастет до 1,2 млрд человек. Для сравнения приводится простой расчёт — для заполнения бака спорткара биоэтанолом (100 литров) потребуется переработка 240 килограммов кукурузы. Такого объёма продукта достаточно для того, чтобы один человек прокормился на протяжении года. Впрочем, помимо пессимистичного, есть и альтернативное мнение, предполагающее ответные действия фермерских хозяйств, которые при ухудшении ситуации со временем попросту нарастят поставки и расширят посевные площади. Также при повышении цен возможно падение рентабельности биотопливных производств, что в конечном счёте приостановит удорожание сырья.

Предотвращение наступления продовольственного кризиса вследствие интенсификации биотопливного производства эксперты видят в переходе на использование сырья второго и третьего поколений (аграрных отходов и водорослей). До момента, когда технологии, которые позволят осуществить такой переход, будут освоены, предлагается вариант засева и использования специальных «энергетических» культур, не влияющих на продовольственную ситуацию. При этом ставка делается не на традиционные сорта древесины и других долгорастущих видов, а на специально выведенные сорта ивы, тополя, злака мискантуса, канарского тростника и прутьевидного проса.

Набирает популярность предложение британского Королевского общества отвести под выращивание сырья покинутые сельскохозяйственные земли или территории с низким биологическим разнообразием. Эксперты Campbell провели исследование, по результатам которого вычислили, что при использовании имеющихся 472 млн гектаров покинутых земель будет удовлетворено 8% мирового спроса на энергию при годовой продуктивности участков в 4,3 тонны с одного гектара. Данное предложение также нашло своих критиков. Международная земельная коалиция отметила, что во всём мире уже сейчас испытывается дефицит земель под производство сырья, и привела как показатель статистику незаконных захватов участков, 42% из которых присваиваются с упомянутой целью. Также инициаторами разработки покинутых земель не учитывается, что участки могут использоваться местным населением под пастбища или ведение огородного хозяйства. Зачастую использование бесхозных земель является основой существования сельского населения.

Экологический вопрос

Производство и потребление биотоплива может влиять и на другой важнейший аспект человеческой жизнедеятельности — состояние окружающей среды. Пессимисты полагают, что активное развитие отрасли приведёт к негативным последствиям, связанным с чрезмерным изъятием природных ресурсов и выбросами парниковых газов. Бытует мнение о том, что сельскохозяйственные технологии по большому счёту не меняют количество биомассы на планете, но перераспределяют её в пользу удовлетворения человеческих потребностей. Если за счёт биотоплива в будущем будет удовлетворяться от 20% потребностей в энергии, то для этого придётся нарастить производимую биомассу в два или три раза при сохранении необходимости обеспечить продуктами питания растущую численность населения.

В настоящее время в мире освоено три четверти площадей земли, пригодных для ведения аграрного хозяйства, то есть не занятых ледниками или пустынями. Таким образом, получить возможность увеличить количество биомассы будет проблематично. По сообщению издание Science, вполне реален переход к использованию всех без исключения существующих естественных лесов, лугов и других экологических систем в качестве биотопливных плантаций.

Тенденция к этому наблюдается и на сегодняшний день. Если в прежние годы для выпуска топливных пеллет использовались отходы деревообрабатывающих предприятий, то сейчас вырубка лесов специально для производства горючего идёт полным ходом. Кроме того, уничтожаются тропические леса, сокращается биоразнообразие территорий (большей частью в Малайзии и Индонезии), где высвобождаются площадки для выращивания пальм и других культур, используемых при производстве биодизеля. В США эксперты бьют тревогу — резкий рост популярности выращивания кукурузы по всей стране приводит к водному истощению территорий, поскольку данная культура очень требовательна к количеству влаги. Производство же этанола также требует огромных количеств воды. Потребление средним предприятием воды сопоставимо с потребностями городка с населением в 5 тыс. человек.

Кроме того, распространённая точка зрения (отражённая в том числе в директивах Евросоюза) о нейтральности биотопливной энергетики в плане выбросов углекислого газа, по мнению учёных, не выдерживает никакой критики. Научные круги утверждают, что для производства сырья под биотопливо земельные площади освобождаются от растительности, которая могла бы снижать количество углекислоты в атмосфере. Не поможет в этом случае и переход на второе поколение сырья — растительные отходы — поскольку естественные природные процессы предусматривают переход углеродных соединений из разлагающихся остатков в почву, чего не происходит при переработке такого сырья, и вся углекислота выбрасывается впоследствии при сжигании растений в атмосферный воздух. С загрязнением атмосферы связаны и технологические процессы производства биотоплива — непосредственно работа оборудования, химические процедуры переработки, разрушение слоёв почвы. Не исключено, что баланс углекислоты в биотопливной сфере будет хуже, чем даже при использовании традиционных видов горючего.

Альтернативная энергия: перспективы внедрения биотоплива

Так называемая «углеродная нейтральность» вызывает сомнение у специалистов при рассмотрении такого фактора, как «углеродный долг» для твёрдого биотоплива. Речь идёт о сжигании древесины, при котором в сжатые сроки происходят выбросы большого количества углекислоты в количествах, сопоставимых с усвоенными растениями объёмами углерода за всю свою жизнь. С другой стороны, для нейтрализации загрязнения в районе своего размещения среднестатистическому лесу в Европе требуется около двух сотен лет. Для масштабных выбросов газа вовсе необязательно сознательное сжигание топлива — землевладельцы зачастую устраивают пожары для расчистки территорий от лесных массивов с дальнейшим засевом площадки сырьём для биотоплива.

Следует признать, что единства мнений о степени экологической опасности производства альтернативного горючего не существует. В соответствии с оптимистичной точкой зрения, внедрение биотопливного производства, напротив, обеспечит сокращение количества парниковых газов на 75% в сравнении с объёмом выбросов от сжигания обычного горючего. Ряд экспертов утверждает, что меньшее количество выбросов образуется и при технологических процессах производства нового топлива.

По их расчётам, производство биоэтанола только в Бразилии даст возможность сократить выбросы парниковых газов на 90%, биодизеля — на 60%. Тем не менее, для США вырисовывается иная картина в силу ряда причин — сокращение выбросов при производстве этилового спирта для этой страны составит всего 30%. Таким образом, для американского государства с точки зрения обеспечения минимального воздействия на окружающую среду проще повысить экологичность транспорта, работающего на традиционном топливе.

Топливо будущего: перспективы в энергетике и экономике

Упомянутые выше проблемы, связанные с использованием биосырья в нуждах энергетики, как реальные, так и гипотетические, хотя и берутся в расчёт при обосновании проектов, но вовсе не являются актуальными факторами, влияющими на развитие отрасли. Бурный рост интереса к биотопливу и активное расширение его производства во всём мире вызваны иной причиной — выгодой. Именно она исторически диктует правила в любом бизнесе.

Речь идёт не только о прибыльности предприятий, производящих биотопливо, но и о высокой энергетической рентабельности получаемой продукции. В качестве конкретного примера можно привести энергетический баланс этанола, получаемого из зернового сырья. Энергозатраты на производство этого топлива крайне низки — в десятки раз меньше, чем количество энергии, генерируемой при сжигании полученного спирта.

Если говорить о глобальных категориях, то от эффективности конкретного производства нужно перейти к перспективам отрасли в разрезе решения энергетических проблем цивилизации в целом. Так, Международное энергетическое агентство считает, что использование биотоплива к 2050 году позволит удовлетворить 20% от объёмов энергетических потребностей человечества. В свою очередь, в ООН придерживаются ещё более оптимистической позиции — по мнению специалистов международной организации, биоресурсы дадут 800 эксаджоулей энергии в год, что намного больше уровня потребления в настоящее время.

В сравнении с указанными объёмами, в настоящее время выработка энергии из биомассы просто незаметна — в 2015 году она составила 60 эксаджоулей или 10% от потребности. Сейчас в мире доля биотоплива среди других видов горючего занимает мизерную долю — не более 1%, однако уже к 2020 году, при сохранении темпов развития отрасли, она достигнет показателя в 6%. Биоэнергетика, хотя и находится в начальной стадии своего развития, уже сейчас рассматривается как вполне вероятная замена традиционного топливного сегмента, функционирование которого базируется на использовании нефтяного сырья. Вероятно, в ближайшем будущем такая замена будет неполной — силовые установки и другие типы энергетических систем, использующие биотопливо, первое время будут только дополнять существующие — нефтяные и газовые.

В то же время, такое дополнение станет более чем существенным: американские эксперты полагают, что совокупный объём сэкономленных на покупке «чёрного золота» средств вследствие замещения нефти биотопливом в США в период с 2010 по 2022 год достигнет $350 млрд. Что касается развивающихся регионов, ориентированных на сельское хозяйство и зависимых от нефтяного импорта, то пользу от производства биотоплива для таких стран сложно переоценить. Кроме экономии на нефти, они получат широкие возможности для поставок альтернативного горючего за рубеж — то есть впервые станут топливными экспортёрами.

Очевидно, что уже в краткосрочной перспективе даже неполное замещение традиционного топлива альтернативным положительно скажется на состоянии энергетической безопасности, поскольку автоматически снизит степень нефтяной зависимости стран всего мира — как экономических флагманов, так и развивающихся государств. Не исключено и решение проблемы энергетической безопасности регионов внутри стран, поскольку топливо будет вырабатываться на местных производствах, в любой местности, где возможно ведение сельского хозяйства.

Альтернативная энергия: перспективы внедрения биотоплива

Рыжик посевной — перспективное растение для использования в качестве сырья для производства биотоплива

Плюсы в развитии биотопливного сегмента — это решение проблем не только в энергетике, но и в экономике. Запуск тысяч новых предприятий позволит создать множество рабочих мест. К примеру, в США к 2022 году ожидается появление 800 тыс. отраслевых рабочих мест с экономическим эффектом в $148,7 млрд. Появятся дополнительные доходы во всей схеме бизнеса — от этапа выпуска топлива до дистрибуции. На благо национальных экономик сработает общий рост производства и приток инвестиций.

Развитие сегмента улучшит ситуацию не только на глобальных, но и на мелких рынках. Вырастут доходы сельского населения, будут увеличены масштабы работы фермерских хозяйств. Задействуются ранее неиспользуемые земли, будут осваиваться новые территории, а аграрный бизнес и лесохозяйственные компании смогут диверсифицировать свою деятельность. Совокупная ожидаемая стоимость предприятий по выпуску биотоплива оценивается Организацией ООН по продовольствию и сельскому хозяйству в ближайшем будущем на уровне более $50 млрд. При таких масштабах нужно говорить не просто о появлении перспективного направления в энергетике, но и о рождении крупной экономической отрасли, в работу которой будет вовлечено большинство стран мира.

Источник:pronedra.ru