На пути к экологичности: основные плюсы и минусы биотоплива

Биотопливная экспансия

По данным аналитического агентства Precedence Research, объем рынка биотоплива в мире оценивается почти в $124 млрд, а к 2033 году он увеличится до $243,4 млрд. Сейчас Северная Америка занимает лидирующую позицию по производству и потреблению биотоплива с долей рынка в 41%.

Биотопливо — горючее, которое производится из органических материалов (соя, рапс, кукуруза, сахарный тростник, подсолнечник). Предполагалось, что этот вид топлива не только поможет уменьшить зависимость от нефти как основного источника энергии, но и смягчит риски, связанные с нехваткой невозобновляемых природных ресурсов. Различают биотопливо первого, второго, третьего и четвертого поколений. Чем «моложе» поколение, тем более инновационный материал, из которого изготавливается топливо.

• Биотопливо первого поколения получают из сахара, крахмала, масличных культур (соя, рапс) и животных жиров.
• Биотопливо второго поколения производится из целлюлозы.
• Для производства биотоплива третьего поколения используют водоросли.
• Биотопливо четвертого поколения получают из цианобактерий. Это живые организмы, которые существуют уже 3,5 млрд лет. Они встречаются везде и способны выживать даже в экстремальной среде: соленых озерах, горячих источниках и полярных регионах.

Биотопливо бывает трех видов: твердое, жидкое и газообразное. Например, дрова и пеллеты — представители твердого биотоплива. Пеллеты получают из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы и шелухи семечек подсолнечника. Их используют в качестве замены угля, дров и солярки. К жидкому биотопливу относятся биоэтанол, биодизель, биобутанол, диметиловый эфир. Первые два активно применяются в автомобильной промышленности. Газообразное топливо — биогаз и биоводород. Например, биогаз пригоден для производства электроэнергии, тепла и пара или заправки транспортных средств.

«Биотопливо в виде биоэтанола может быть получено из крахмалсодержащего сырья (зерно пшеницы, ржи, ячменя, овса, кукурузы, картофель), сахаросодержащего сырья (меласса сахарной свеклы или сахарного тростника), инулин-содержащего сырья (топинамбур, цикорий и т.д.), а также из целлюлозы — многолетних и однолетних растений, соломы. Биодизель производится из масличных культур (подсолнечник, соя, рапс и т.д.), а биогаз — из различных органических отходов», — объясняет «РБК Трендам» доктор химических наук, профессор, заведующий лабораторией биотехнологии ферментов ФИЦ биотехнологии РАН Аркадий Синицын.

Сегмент этанола растительного происхождения доминирует на мировом рынке биотоплива. В 2022 году продажи биоэтанола достигли $102,8 млрд во всем мире. По прогнозу, к 2032-му показатель вырастет до $163,9 млрд. Интерес объясняется растущим использованием этого горючего в качестве топлива в автомобильной промышленности. Его используют транспортные средства с гибким выбором топлива, то есть они могут ездить как на бензине, так и на смеси бензина с биоэтанолом. Например, на территории США насчитывается более 4 тыс. заправочных станций с биотопливом. Есть они и в 19 странах Евросоюза. В России пока таких АЗС нет. Но в июле 2023 года в порту Санкт-Петербурга прошла первая заправка морских судов биотопливом. Горючее было создано на основе использованного растительного масла.

Биотопливо: плюсы и минусы

Биотопливо обладает рядом преимуществ и недостатков. Рассмотрим некоторые из них.

Плюсы

• Используются возобновляемые материалы. По словам Аркадия Синицына, основное преимущество биотоплива — возобновляемость. Такое горючее можно производить из органических материалов, а технологии получения известны и апробированы. Согласно оценкам, при нынешних темпах добычи нефть в России закончится через 59 лет, а природного газа хватит на 103 года.
• Оно экологически чистое. В процессегорения биотоплива выделяется углекислый газ. Однако растения, используемые для производства такого типа горючего, поглощают углекислый газ на стадии роста, что делает его углеродно-нейтральным вариантом. Эксперты Агентства по окружающей среде США уверены, что переход на биотопливо может сократить количество углекислого газа, попадающего в атмосферу, в течение 30 лет. А ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета пояснили, что при сгорании такой вид топлива выделяет меньше копоти, серы и сажи. Для сравнения: биодизель производит в три раза меньше сажи, чем обычное дизельное топливо.
• Отличается «биологической безвредностью». Например, биодизель биоразлагаем (до четырех раз быстрее, чем нефтяное дизельное топливо). Скорость разложения топлива из ископаемых источников зависит от свойств среды, метеорологических условий и состава нефтепродукта.
• Способствует продлению срока службы двигателя. Биотопливо совместимо с двигателями внутреннего сгорания большинства автомобилей. Биодизель и обычное дизельное топливо обладают схожими техническими характеристиками. Использование биотоплива способствует продлению срока службы двигателя и предотвращает образование нагара, отмечает химик из Пермского политехнического университета Ирина Пермякова.

Минусы

• Выделяет токсичные вещества. Исследовательская группа по охране окружающей среды Environmental Integrity Project в США выяснила, что токсичные вещества образуются в процессе производства биоэтанола и биодизеля. По данным исследования, опубликованного в июне 2024 года, с «зеленых» заводов в воздух попало 3,17 млн т гексана, более 907 тыс. тонн ацетальдегида, 90 тыс. тонн формальдегида, 15,6 тыс. тонн акролеина. Они являются причиной образования смога и сажеподобных частиц, которые при постоянном попадании в организм могут приводить к сердечным приступам, обострению астмы и аллергии, вызывать рак, говорится в докладе EIP.
• Приводит к загрязнению и дефициту воды. Некоторые виды биотоплива производятся из продовольственных культур — кукурузы, пшеницы. Для их выращивания используются различные виды минеральных веществ. К примеру, в сельскохозяйственных районах азотные удобрения зачастую применяются в избыточном количестве. Растения не способны полностью усвоить весь азот, что приводит к его перемещению в подземные воды. Это нарушает баланс химических элементов в различных средах и оболочках Земли. Один из основных рисков для населения — загрязнение грунтовых вод, которые широко используются для питьевых и бытовых нужд. В мире около 70% пресной воды используется в сельскохозяйственных целях. Ожидаемое вследствие изменения климата сокращение количества выпадающих осадков и запасов подземных вод создаст дополнительное давление на ограниченные водные ресурсы.
• Влияет на состояние почвы. Производство биотоплива требует увеличения площадей для посева сырья, а выращивание одних и тех же продовольственных культур (монокультур) со временем приводит к истощению почвы и росту числа вредителей. Раньше фермеры практиковали севооборот, при котором различные культуры выращивались последовательно на одной и той же площади земли для сохранения плодородия почвы. Однако после 1945 года посев монокультур стал более распространенной практикой. Выращивать один вид культур аграриям было выгодно. Например, в США 40% посевов кукурузы идут на производство биоэтанола. Кукурузу выращивают в форме монокультуры, засевая ею огромные площади. Последнее исследование американских ученых в штате Мичиган показало, что такой подход не совсем рационален и может привести к потере биоразнообразия.

Будущее биотоплива в России

Рынок биотоплива в России развивается по весьма ограниченному варианту, объясняет Аркадий Синицын. Сейчас производство биотоплива связано с необходимостью переработать излишки зерна. По словам спикера, самое перспективное направление для масштабирования — производство биотоплива в виде биоэтанола первого поколения. Для этого есть все возможности: сырьевая база, экспортный потенциал, технологии переработки зернового сырья в этанол. А вот создание заводов по производству биоэтанола второго поколения пока экономически нецелесообразно.

Полной замены топлива, полученного традиционным путем из невозобновляемого сырья, на биотопливо в России пока ожидать не стоит. Среди ограничивающих факторов эксперт выделил акцизную политику, государственные стандарты и отсутствие дотационной поддержки предприятий по производству биоэтанола первого поколения.