Наука и технологии
УДК 631.1
БИОТОПЛИВНАЯ ИНДУСТРИЯ США В НОВОМ ВЕКЕ
© 2013 г. А.А. Коротких
Институт США и Канады РАН, Москва
Биотопливо — один из наиболее перспективных возобновляемых источников энергии. Основные виды жидкого биотоплива — биоэтанол и биодизель, сырьём для получения которых служат продовольственные культуры. Современные технологии переработки биомассы позволяют получать топливо из растительных «энергетических» культур, а также из отходов сельскохозяйственной, пищевой и лесной промышленности, что снижает риск роста цен на продовольствие на мировом рынке.
Ключевые слова; альтернативные источники энергии, биомасса, энергетическая безопасность, биотопливо, биоэтанол, биодизель.
Ускорение научно-технического прогресса, рост мировой экономики стимулируют потребление традиционных источников энергии, которые стали расходоваться с пугающей быстротой. По данным Министерства энергетики США, потребление всех видов энергоносителей в мире (нефтепродуктов, угля, природного газа, электроэнергии и альтернативного топлива из возобновляемых источников энергии) с 1992 по 2009 г. увеличилось на 40%, при этом мировое потребление нефти и нефтепродуктов выросло почти на треть. Ещё стремительнее растут мировые цены. Если в 90-х годах прошлого века цены на сырую нефть в среднем составляли менее 20 долл. за баррель, то в 2012 г. они колебались на уровне 100-110 долларов.
Пятикратное повышение цен служит ярким примером высокого спроса на нефть, вызванного ростом мировой экономики и, в первую очередь, энергоёмких экономик стран Азии. Так, потребление нефтепродуктов в Индии за этот же период выросло в 2,6 раза, в Китае - 3,3 раза, в США - на 10%. При этом Соединённые Штаты - крупнейший в мире потребитель энергоресурсов. Доля страны в потреблении нефти и нефтепродуктов в 2011 г., по нашим расчётам, сделанным на основании данных Министерства энергетики США, составила 22% мирового уровня [7].
Сегодня две трети разведанных мировых запасов нефти сосредоточены в странах Персидского залива. Это означает, что мир по-прежнему зависит от ближневосточной нефти, и страны-импортёры рискуют оказаться в экономической и энергетической зависимости от ОПЕК. Достоверность данного тезиса
* КОРОТКИХ Алла Андреевна - кандидат экономических наук, старший научный сотрудник Центра аграрных проблем ИСКРАН. E-mail: allakort@post.com
подтверждает тот факт, что, например, США закупки нефти у стран ОПЕК за последние 30 лет обошлись в 7 трлн. долларов [3].
В условиях дальнейшей интенсификации экономической деятельности и роста мировых цен на энергоносители замена импортной нефти и других видов минерального топлива на «чистую энергию» с преобладанием возобновляемых энергетических источников - одна из острейших глобальных и региональных проблем.
Не менее важное значение имеет экологическая составляющая перехода на альтернативные источники энергии. Причём её актуальность со временем только возрастает. Если первоначально такой переход рассматривался лишь как один из инструментов сокращения загрязнения окружающей среды, то сегодня глобальное изменение климата со всеми негативными последствиями, включая участившиеся природные катастрофы, стало реальностью, угрожающей будущему планеты.
Одним из альтернативных источников энергии является биотопливо, получаемое из биомассы . Современные исследователи видят в биомассе перспективное сырьё для производства топлива, поскольку, во-первых, это возобновляемый источник энергии, которому не грозит истощение, а во-вторых, в силу разнообразия сырьевой базы, его могут производить все страны мира.
Существует два основных вида жидкого биологического топлива: биоэтанол, продукт ферментации растительных сахаров, и биодизель, изготавливаемый из растительных масел методом этерификации спиртов, обычно метанола.
Биоэтанол производят из крахмалсодержащих растений - крахмал при гидролизе образует сахара, которые затем подвергаются ферментации. В США в качестве сырья используют преимущественно кукурузу, в Бразилии - сахарный тростник.
Для производства биодизеля используют масло, получаемое из рапса, ка-нолы, подсолнечника, сафлора, горчицы, хлопчатника, масличной и кокосовой пальмы, соевых бобов и др. В Европе для этих целей применяют рапсовое масло, в Канаде - масло канолы, в США - главным образом соевое, в Индонезии и на Филиппинах - пальмовое, в Индии - масло ятрофы, в Африке - соевое и масло ятрофы, в Бразилии - соевое и касторовое масло. Кроме того, биодизель вырабатывают из жиров животного происхождения, например, рыбьего, говяжьего и свиного жира, жира домашней птицы, отходов пищевой промышленности (например, отработанного растительного масла) и т.д.
Биоэтанол нашёл применение во многих отраслях промышленности . Однако большая часть производимого биоэтанола (почти 60%) используется как высокооктановая добавка к моторному топливу в обычных бензиновых двига-
* Под биомассой понимают органический материал растительного или животного происхождения, получаемый из сельскохозяйственных культур, травы, деревьев (за исключением долгорастущих) и кустарников, использованного растительного масла и жиров, отходов пищевой промышленности и животноводства.
** Применяется как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве товаров бытовой химии, служит сырьём для получения многих химических веществ; в медицине используется как обеззараживающее и подсушивающее средство, как растворитель и консервант при изготовлении настоек и экстрактов из растительного сырья; в пищевой промышленности является растворителем пищевых ароматизаторов и необходимым компонентом спиртных напитков (водка, виски, джин и др.).
телях. Его можно использовать в чистом виде, но в адаптированных автомобильных двигателях.
Экологические преимущества данного вида топлива обусловлены более полным сгоранием топливной смеси, снижением в среднем на 30% выбросов окиси углерода и токсичных веществ, на 25% - летучих органических соединений. Последние исследования показали, что уровень выбросов парниковых газов при использовании биотоплива зависит от вида сырья. Так, применение кукурузного этанола снижает этот показатель на 52%, этанола из сахарного тростника - на 78%, целлюлозного этанола второго поколения - на 86% [4]. В США экологический эффект от перехода на биоэтанол в 2005 г. выразился в сокращении выбросов парниковых газов (в СОг эквиваленте) почти на 7,8 млн. т, что приравнивается к выхлопам 1,18 млн. автомобилей за год.
Однако есть и минусы. При использовании этанола происходит загрязнение воздуха уксусным альдегидом; из-за чувствительности к воде его нельзя транспортировать по трубопроводам и приходится доставлять водным, автомобильным или железнодорожным транспортом, что значительно повышает расходы на перевозку.
В США топливные смеси этанола с бензином обозначают буквой Е, цифра рядом отражает процентное содержание этанола. Например, Е85 означает смесь из 85% этанола и 15% бензина. В разных странах содержание этанола в моторном топливе существенно варьируется. Так, в Бразилии используют 24%-ную топливную смесь и 2%-ную добавку этанола в дизельном топливе; в США, Венесуэле, Колумбии, Австралии, Таиланде и Индии - 10%-ную смесь; в Канаде (кроме провинции Манитоба), Аргентине, Новой Зеландии - 5%-ную, в Японии - 3%-ную.
Смеси, содержащие до 20% этанола, могут применяться на любом автомобиле. Более высокая концентрация этанола требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля. Сегодня автомобильные компании выпускают машины, способные работать и на бензине, и на смеси бензина и этанола. По данным Национальной коалиции этаноловых автомобилей (National Ethanol Vehicle Coalition), в США число таких гибридных автомобилей в 2005 г. превысило 5 млн. единиц, число моделей - 20, почти треть реализованного бензина в США имела добавку этанола. В 2011 г. последний показатель достиг 90%, а число машин, работающих на топливных смесях, - 9 млн. Ожидается, что к 2035 г. 37% этанола будет использоваться в виде топливной смеси Е85, остальные 63% составят Е10 и Е15.
В некоторых странах всё реализуемое топливо представляет собой смесь бензина с этанолом, например, в Бразилии, где с 1975 г. действует соответствующая правительственная программа.
Производство биоэтанола вносит существенный вклад в экономику. В США в 2005 г. за счёт расширения производства было создано 154 тыс. новых рабочих мест во многих секторах экономики, в бюджет поступило 1,9 млрд. долл. в виде федеральных и 1,6 млрд. долл. в виде местных налогов. Кроме того, производство биоэтанола способствует развитию определённых отраслей растениеводства, поскольку сырьём для выработки этого вида топлива служат кукуруза, картофель, пшеница, сахарный тростник и др. Правительства стран, заинтересованных в развитии производства биотоплива, стимулируют развитие этих отраслей сельского хозяйства. Например, власти США в течение по-
следнего десятилетия для поддержания высокого уровня производства выделили фермерам 7 млрд. долл. в качестве дотаций на выращивание кукурузы, необходимой для изготовления этанола. По оценкам Министерства энергетики, в 2012 г. в США на этанол будет переработано до 40% урожая этой культуры. Таким образом, производство этанола стало третьим по величине потребителем кукурузы после животноводства и экспорта.
Биодизельное топливо используется в основном на транспорте. Его применение ведёт к уменьшению выбросов углекислого газа (при сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни). Биодизель почти не содержит серы, при сгорании выделяет меньше сажи, чем обычное дизельное топливо, способен к биологическому разложению: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимальной опасности загрязнения почв, рек и озёр. Национальный совет по биодизелю США уверяет, что биодизель на 5% экономичнее, чем традиционное дизельное топливо, а его энергоёмкость на 5% выше.
Применяют биодизель
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.