Знание-сила, 2007 № 11 (965)

Если этанол - то где и когда ?

В очередном «Послании к нации» президент Буш сказал буквально следующее: «Наша цель — к 2025 году заменить этанолом 75% нашего импорта нефти с Ближнего Востока». Заметим, кстати, что для Америки это не такая уж величественная цель, ибо весь ее импорт нефти с Ближнего Востока составляет аж 16% ее потребностей в автомобильном топливе, ей даже без этанола арабская удавка не так-то и грозит.

Поговорим об этаноле. Мало известный широкой публике, среди людей интересующихся он пользуется особой славой. Одни с завистью говорят, что в Бразилии на этаноле уже бегает 40% автомашин, а другие их поправляют, что этанол обеспечивает не просто 40% бразильских машин, а 40% всех вообще бразильских энергетических потребностей. Передают друг другу, что этанол этот производится из обыкновенной кукурузы (маиса), а этого добра — завались. К тому же оно «возобновляемое» — сегодня использовал, завтра новое вырастет, только собирай. А озабоченные глобальным потеплением люди добавляют ко всему этому свое: мол, отходы от сжигаемого этанола — в отличие от сжигаемого бензина — не загрязняют атмосферу и не угрожают нам добавочными летними градусами.

Теперь по существу. Этанол — это просто этиловый спирт, тот самый, который в домашних условиях получают с помощью брожения из свеклы, крахмала, риса, кукурузы и прочих сахаросодержащих материалов, включая дерево, и который потом, после очистки, называют самогоном, горилкой, чачей, сакэ, виски, а также просто «табуретовкой». В промышленных условиях этанол производится чаще всего из кукурузных зерен: предварительно они дробятся, варятся и перемалываются до состояния тончайшего порошка, который затем смешивается с водой и ферментами, благодаря чему из крахмала выделяется сахар. Он поступает в ферментационные баки, где добавка дрожжей, вызывающих брожение, постепенно превращает материал в смесь, содержащую 15% спирта; этот спирт стекает в дистилляционные баки, где окончательно освобождается от воды, охлаждается и денатурируется. Оставшаяся в ходе производства выжимка продается как корм скоту. Если смешать этанол с каким-нибудь растительным маслом и специальным катализатором, он помогает выделить из масла эфиры, которые затем превращаются в «биодизель», то есть подобие дизельного топлива.

Когда-то Форд создал первый автомобильный двигатель, предназначенный работать на этаноле («модель Т» 1908 года). Сегодня такие двигатели значительно более совершенны и могут работать на смеси этанола и бензина (этанола в такой смеси, как правило, 10-15%), и именно такими двигателями оснащено большинство упомянутых выше бразильских машин, а также несколько миллионов американских, особенно в «кукурузных штатах». (Почти 15% бразильских машин может работать вообще на чистом биоэтаноле.) Биодизельное топливо можно применять в нормальных двигателях, без их предварительной модификации. Кстати, первый дизельный двигатель Рудольфа Дизеля, созданный в 1892 году, работал на арахисовом масле. Так что на первый взгляд представляется, что в качестве автомобильного топлива эти два вида биогорючего, особенно биоэтанол, явно дают основания для оптимизма.

Внимательный взгляд открывает ряд недостатков. Прежде всего этанол выделяет на 33% меньше энергии, чем такое же количество бензина. Это означает, что для езды на одно и то же расстояние заправляться этанолом нужно в полтора раза чаще, чем бензином. Но это еще терпимо. Хуже, что производство этанола, как видно из приведенного выше описания промышленного процесса, требует затрат энергии. В этом процессе на производство единицы «этанольной» энергии нужно затратить 0,44 единицы энергии натурального газа. Но есть и не столь приметные дополнительные затраты: зерно нужно вырастить — это означает применение удобрений и пестицидов, производство которых, разумеется, требует энергозатрат; зерно нужно собрать, а это означает затрату энергии на работу комбайнов; наконец, этанол нужно доставить на рынок — а это означает перевозку в цистернах (по трубам его гнать нельзя — в трубопроводы часто проникает вода, а этанол, в отличие от бензина и дизеля, легко с ней смешивается, теряя при этом свои топливные свойства).

Суммарные подсчеты всех этих затрат дают разные результаты у разных экономистов — кое у кого из них получается даже, что затраты на производство этанола превышают его энергетическое содержание. Большинство оценок не так суровы, но сходятся в том, что если выгода и есть, то она невелика — около 10%. Хуже выглядят оценки выгод этанола в том, что касается загрязнения атмосферы. В январе 2006 года в журнале «Science» было опубликовано исследование сотрудников Калифорнийского университета, которые пришли к выводу, что преимущества этанола над бензином в плане выброса углекислого газа близки к нулю (а если этанол производить не с помощью газа, а с помощью угля, то бензин даже лучше). Впрочем, в другом исследовании этанол оказался на 13% лучше бензина в плане загрязнения атмосферы, но при условии, что все остатки от производства этанола пойдут в печь или на корм скоту, а это условие далеко не на всех фабриках выполняется.

Можно было бы, конечно, смириться со всеми этими недостатками ради великой цели освобождения от нефтяной удавки, но увы — оказывается, этанол и здесь не годится на роль спасителя. Вот трезвые грустные цифры: для того чтобы заменить этанолом хотя бы 10% автомобильного топлива, разным странам (с учетом количества их жителей и автомашин) придется отдать под производство кукурузы от 30% (США) до 72% (Европа) всех своих посевных площадей! (В среднем по миру эта цифра не так устрашающе огромна — «всего» 9%, но она рассчитана по сегодняшнему числу автомашин в мире, а ведь оно стремительно растет.)

Погодите, а как же Бразилия? Верно, в Бразилии посевные площади занимают всего жалких 3%! — но тут следует открыть «бразильский секрет»: это доля посевных площадей не под кукурузой или маисом, а под сахарным тростником! А это совсем другая история.

Этанол, получаемый из сахарного тростника, прежде всего содержит гораздо больше энергии. Кроме того, при производстве этанола из сахарного тростника становится ненужным процесс предварительного извлечения сахаров из кукурузного крахмала, а это, по оценкам специалистов, резко снижает выделение парниковых газов. Все это вроде неплохо, да вот беда — и в США, и в Европе, и во многих других странах мира сахарному тростнику помешают климатические условия. К тому же сахарный тростник очень влаголюбив, а запасы воды во всем мире стремительно сокращаются, и есть страны, которые просто из-за этого не могут позволить себе выращивать сахарный тростник для производства этанола. Вот в одном из штатов Индии крестьяне бросились недавно расширять площади под этой культурой (поскольку мировые цены на сахар, как раз в связи с надеждами на этанол, в последнее время резко возросли), и что же — в короткие сроки извлекли из земли две трети всех запасов воды в штате.

Есть и еще одна сложность: выделение огромных площадей под выращивание будь то кукурузы, будь то сахарного тростника для целей производства этанола означает — в перспективе — уменьшение площадей, на которых может выращиваться то, что идет в пищу человеку. В нашем голодающим мире это и аморально, и небезопасно.

Что же — значит, было нашей грубой ошибкой так радоваться этанольной перспективе? На сегодняшнем этапе — да, было ошибкой. Но технология, как известно, не стоит на месте, и в отношении производства этанола тоже. Сегодня главные новые надежды возлагаются на переход от кукурузы (или сахарного тростника) к куда более выгодному и распространенному сырью — целлюлозе. Целлюлоза — это основа скелета всех зеленых растений, вплоть до диких трав. И переход к ней позволит производить вдвое больше этанола на единицу площади, да вдобавок использовать такие площади, которые не имеют ни продовольственной, ни особой экологической ценности.

Производство этанола из целлюлозы требует только предварительного выпаривания растительного сырья (например кукурузных початков или даже просто травы) для обнажения волокон, из которых затем в биореакторе, с помощью ферментов, выделяются сахара. Дальше все идет по тому же пути, что и при обработке кукурузы, но более выгодному экономически, потому что остаток от выпаривания сырья, так называемый лигнин, идет в печи тех самых парилок, где это выпаривание происходит. Поэтому и энергии на производства этанола из целлюлозы идет меньше, чем при его производстве из кукурузных зерен.

Короче, целлюлоза выгодней во всех отношениях, особенно если создать генетически модифицированные (специальным образом) виды кукурузы и трав. Одна задержка — пока еще никто не нашел ферментов для достаточно эффективного выделения сахара из целлюлозы, а также дрожжей для достаточно эффективной обработки этих целлюлозных сахаров. А пока этого нет, у компаний, занятых производством биотоплива, нет экономического стимула переходить на целлюлозу, и путь к ее массовому использованию еще далек. Вот почему, наверно, в том «Обращении к нации» президента Буша, о котором говорилось выше, обещание покрыть 75% импорта ближневосточной нефти за счет этанола, произведенного, как неожиданно поэтически выразился Буш, «из початков кукурузы и стеблей дикой травы», отнесено к такой далекой дате — к 2025 году.