«Евразия.Эксперт» продолжает публиковать серию статей, посвященных развитию технологий в мире и ЕАЭС, а также месту Беларуси и других стран Евразийского cоюза на мировой карте технологического прогресса. Теперь белорусский эксперт, кандидат исторических наук Павел Потапейко поднимает один из самых животрепещущих вопросов XXI в. – энергетический. О том, каковы перспективы этой сферы в ближайшем будущем, есть ли потенциал у альтернативных технологий и как на них реагируют элиты, читайте в данной статье.

Углеводородная зависимость

Мировая цивилизация глубоко зависима от нефти и газа. А ведь достаточно вспомнить, что сделал скачок цен на нефть в 70-е гг. с СССР. Тот переключился на торговлю черным золотом, и когда осенью 1985 г. резкий рост добычи аравийской нефти привел к падению цен до $10 за баррель, экономика СССР фактически не выдержала.

Накануне кризиса 2008 г. нефть марки Brent стоила $140 за баррель, но в 2009 г. рухнула до $61,7. В 2011-2013 гг. – поднялась до $120. А в 2014 г. – опять резкое падение. В 2015 г., казалось, дошла до дна – $52. Но это был не предел. В начале 2016 г. она стоила менее $40 (в определенный момент вообще $28). Причины – снятие санкций с Ирана, рост добычи сланцевой нефти и отказ ОПЕК снижать квоты на добычу.

Нефть при этом далеко не одинакова на рынке. В 2015 г. себестоимость добычи аравийской нефти стоила $10-12 (кувейтской – $8,5), примерно так же – иранской. А в США и Норвегии – $36, в Британии – аж $52,5. Россия здесь в более выгодном положении: добыть там нефть в тот год стоило $17 – дешевле, чем в Венесуэле ($23), Казахстане ($28) и Китае ($30).

Низкая себестоимость барреля нефти в странах Персидского залива связана с тем, что месторождения там находятся на континентальном шельфе и в прибрежной зоне, рядом с портами, на небольшой глубине. Поэтому не нужны нефтепроводы. В России влияет сложный климат в районах добычи и удаленность от потребителей.

Высока себестоимость добычи нефти в море, которую осуществляют, например, Великобритания, Норвегия и США. Им приходится строить нефтяные платформы и использовать недешевое оборудование.

Эксперты используют термин «точка безубыточности», при которой добыча нефти рентабельна. Она сильно различается от региона к региону. В 2014 г., например, она составляла $50 для российских месторождений, а для сланцевых пластов Северной Америки – уже $65. У глубоководных месторождений в тот год это были $52, в нефтяных песках Аравии – $70, а на арктическом шельфе – все $75.

Скачки цен – не единственная проблема. Разведанные запасы и нефти, и газа ограничены. Потенциальных месторождений также не хватает. Нет нужды напоминать, что с углеводородами связаны и экологические проблемы. Почему же человечество не нашло способа одолеть углеводородную зависимость?

Структура мировой энергетики

Показательно, что удельная доля трех основных видов энергетики – ископаемых, атома и возобновляемых источников – меняется мало. В 1990 г. первые составляли свыше 80%, атом – около 5%, а на возобновляемые ресурсы приходилось менее 15%. К 2000 г. ископаемые (нефть, газ, уголь и др.) достигли почти 85%, атом был чуть менее 5%, а возобновляемые источники – чуть за 10%. К кризису 2008 г. возобновляемые выросли до 18%, в 2015 г. их доля составила 19,3%. Зато инвестиции в них растут устойчиво.

За период с 1990 по 2008 гг. потребление энергии на душу населения выросло на 10%, а население мира – на 27%.

При этом, если в Китае энергопотребление стало больше на 146%, а на Ближнем Востоке (обратим внимание, накануне «Арабской весны») – на 170%, то в Латинской Америке и Африке – на 66-70%, а в США – всего на 20%. В Евросоюзе – вообще лишь на 7%. Во всем мире рост составил 39%.

Возобновляемые источники энергии делят на несколько групп. Больше всего дают энергии геотермальные источники. В вулканических районах, близ гейзеров, где подземные воды не надо нагревать, строят теплоэлектростанции. Солнечные батареи дают в три раза меньше энергии, а ветроэнергетика слабее уже их в 2,5 раза. Энергия, получаемая из биомассы (о ней речь дальше), уступает ветру более чем вдвое. Гидроэлектростанции в 5 раз слабее биоэнергетики. Наконец, на последнем месте использование энергии океана – в 5000 раз уступая геотермальной энергетике. Последние два вида часто объединяют с ГЭС под общим термином «гидроэнергетика».

Назад к углю?

Одной из альтернатив нефти и газу является частичный возврат к углю. Но с этим многие не согласны. Конкурировать полноценно с ними он не может. И явно не лучше для экологии. Сегодня на уголь приходится 29% (из них половина – на Китай), а на нефть – 33%. Роль угольных электростанций остается заметной, но отмечают их недостаточную эффективность и прогнозируют падение доли угля до 25%.

В отличие от газа с нефтью, запасы каменного угля пока относительно обширны. К тому же, стали применять технологии газификации твердых видов топлива.

В США в ряде штатов сложилась «угольная» фронда против нефтяного и газового лобби. В ряде штатов – Индиане, Пенсильвании, Западной Виргинии – приняты свои программы развития угольной отрасли. Там уделяют особое внимание развитию технологии газификации угля.

Мирный атом

Больше сторонников у атомной энергетики. Например, в ЕС на ее долю в 2016 г., по данным Еврокомиссии, приходилось 27% электроэнергии – столько же, сколько и на возобновляемые источники, тогда как в 2010 г. – лишь 15%. Политика государств-членов в области энергетики разная. В 2016 г. атомными реакторами располагали 15 государств-членов: Бельгия, Болгария, Великобритания, Венгрия, Германия, Испания, Нидерланды, Румыния, Словакия, Словения, Финляндия, Франция, Хорватия, Чехия, Швеция. Их было 129 общей мощностью в 120 гигаватт (в 2005 г. – 146 реакторов). Литва в 2009 г. остановила последний реактор Игналинской АЭС, строительство Висагинасской АЭС приостановлено. Еще 12 стран реакторов не имеют. Еврокомиссия планирует сокращение ядерных мощностей до 2025 г., затем некоторое увеличение, но в 2050 г. прогнозируемая мощность (около 100 ГВт) будет ниже нынешних 120 ГВт. За 10 лет в ЕС не сдано в эксплуатацию ни одного нового реактора. Последним стал третий блок АЭС в Фламанвиле, во французской Нормандии, строящийся с 2007 г., но его ввод откладывается уже на 2020 г. В том же году был введен в строй последний реактор ЕС – Чернавода в Румынии. Тем не менее, 4 строятся (во Франции, Финляндии и Словакии), а на разных подготовительных стадиях – еще несколько в тех же Франции и Финляндии, а также в Великобритании, Венгрии, Болгарии, Чехии, Румынии и Польше. При этом для 90% действующих реакторов к 2030 г. потребуются специальные программы продления срока работы, либо они будут закрыты.

Общественное мнение в ЕС в целом относится к атому не очень позитивно. Но еще хуже воспринимаются углеводороды.

Кроме того, требования Киотского и последующих протоколов заставляют искать более чистые источники. Атом наиболее эффективен, но надо учитывать высокую стоимость создания АЭС и проблему ядерных отходов.

Еврокомиссия требует внедрения реакторов четвертого поколения. Этой цели посвящена совместная Платформа устойчивой технологии в области атомной энергетики (SNE-TP). Только 3% урана, используемого на АЭС Евросоюза, добывается на его территории, его ввозят из России, Канады, Австралии и Нигера. В ЕС производится до 40 тыс. куб. м радиоактивных отходов в год, 80% с низким уровнем радиации и кратким сроком распада. Из всех стран-членов только Франция и Великобритания перерабатывают их. Полученное топливо используется в Бельгии, Германии, Франции и Швейцарии.

Проблемой для ЕС остается зависимость в сфере энергетики. Поэтому ряд стран видят в поисках альтернативы залог энергетической безопасности. Но такие источники, как солнце, ветер, вода и т.д., имеют немалые ограничения. В случае АЭС цена энергии низка, и ее можно произвести на миллионы лет вперед. Но летом из-за жары ряд государств ЕС снижают объем их работы. Получение разрешения на проектирование и строительство АЭС занимает до 10 лет. Их закрытие затратно. В Великобритании Ведомство по закрытию АЭС (the Nuclear Decommissioning Authority) в 2005 г. оценивало закрытие действующих в стране АЭС в 57 млрд ф.ст., а в 2008 г. – уже в 73 млрд ф.ст.

Финансирование развития атомной энергетики в ЕС в четыре раза меньше, чем возобновляемых источников, а производит она энергии больше. Да и вопреки имиджу, выделяет меньше радиации, чем другие источники, а уровень смертности и загрязнения окружающей среды от нее намного ниже, чем в связи с использованием углеводородов.

Согласно опросу, проводившемуся в 2006 г. «Евробарометром» среди населения 25 стран, входивших тогда в ЕС, 39% граждан стран-членов хотели сократить долю атомной энергии. При этом общественное мнение в странах, имеющих АЭС, было более благоприятным к ней. В целом по ЕС только 20% опрошенных ее одобряли, тогда как уголь – 26%, нефть – 27% и газ – 42%. Наиболее позитивное отношение отмечалось к возобновляемым источникам: от 55% (биомасса) до 80% (солнечная энергия). Наиболее позитивное отношение к атомной энергии отмечалось в Швеции, а наиболее негативное – в Австрии (80% против), а также Греции, на Мальте и Кипре.

Планы насчет будущего атомной энергетики в странах-членах ЕС заметно различаются – от сохранения до постепенного сворачивания. В Германии планируется закрыть последнюю АЭС (в Неккарвестхайме) в 2022 г. А вот в Швеции правительство принятые ранее планы сокращения атомной энергетики пересматривало. В Бельгии идет борьба сторонников и противников закрытия реакторов.

Есть технология повторного использования радиоактивных отходов в энергетических целях. Все чаще говорят о термоядерном синтезе. Термоядерный реактор использует энергию синтеза ядер изотопов водорода. Изотопы выгорают, почти не оставляя радиоактивных отходов. На единицу термоядерного топлива получается в 100 раз больше энергии, чем при расщеплении урана. Но образуемое вещество будет таким горячим, что нужен особый реактор. На его разработку выделяют миллиардные гранты, уже созданы «пробники». Группа ученых из США, ЕС, России, Китая, Японии, Южной Кореи и Индии выбрали место во Франции для строительства первого рабочего термоядерного реактора. Но он будет строиться не менее 10 лет. Международный термоядерный экспериментальный реактор (ITER) – первый после МКС совместный проект ученых разных стран. Температура достигнет солнечной – свыше 150 млн градусов Цельсия. Но он будет давать в 10 раз больше энергии, чем потреблять.

Для исследования термоядерной энергии создана самая мощная лазерная установка в мире – в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. 192 лазера сходятся в одной точке и на пиковой мощности производят 500 трлн ватт, это в 1000 раз больше энергии, чем использует США в любой момент времени.

Возобновляемая энергетика

Это солнечная и гидроэнергетика (включая гидротермальную), энергетика ветра, биомассы и др. Возобновляемую энергетику поддерживают крупные несырьевые компании. Скажем, IKEA планирует к 2020 г. полностью перейти на нее. Apple – крупнейший обладатель солнечных электростанций. У Google доля возобновляемых источников в потребляемом объеме – 35%, а ее инвестиции в них перевалили за $2 млрд. Кризис даже подстегнул мировые вложения, лидер – ЕС, за ним – США и Китай.

Солнечная энергетика

Солнечная энергетика основана на преобразовании электромагнитного излучения светила в электрическую или тепловую энергию. Солнечные электростанции используют эту энергию как напрямую – посредством фотоэффекта – так и опосредованно, при помощи кинетической энергии пара. Крупнейшая такая станция Topaz Solar Farm мощностью в 550 МВт расположена в Калифорнии. А «косвенные» солнечные электростанции могут быть башенные (впитывающие солнечный свет гелиостатами на башне, наполненной солевым раствором) либо модульные (в роли теплоносителя масло, которое поступает к приемнику в зеркальном концентраторе и передает тепло воде, испаряя ее). Есть и солнечные пруды – бассейны глубиной в несколько метров, с многослойной структурой рассольной среды, куда помещается трубка-теплообменник, по которой циркулирует кипящий аммиак, фреон или схожая жидкость. Она испаряется при нагреве, передавая кинетическую энергию паровой турбине. Крупнейший такой пруд мощностью в 5 МВт, площадью 250 кв. км и глубиной 3 м – в Израиле.

Солнечные электро- и теплостанции популярны в Испании, Германии и ряде штатов США.

Растет производство фотоэлектрических панелей. Здесь один из лидеров – Австралия, вклад таких панелей в ее энергетику уже более 3%, и они добавляют по 1 ГВт в год. Но ее вдвое обгоняет Великобритания. А на первом месте – Китай. Он (вместе с Тайванем) выпускает почти 60% всех солнечных панелей планеты. Только за 2016 г. в КНР заработали новые мощностью на 34 ГВт. Что, однако, для этой гигантской растущей экономики капля в море – 1% потребляемой там электроэнергии. Львиную долю дает китайцам уголь, как и встарь. Но ущерб экологии из-за этого – головная боль Политбюро.

Солнечные станции можно встретить в пустынях Марокко, Чили, ЮАР. Даже Иран, обладающий немалыми запасами нефти и газа, собрался строить такую на 2 ГВт – компания Amin подписала соглашение с норвежским изготовителем солнечных батарей.

Как и в случае многих других продвинутых технологий, здесь проявил себя Илон Маск, утверждающий, что именно развитие возобновляемой энергетики гарантирует развитие человечества.

Он входит в совет директоров компании Solar City, занимающейся солнечными панелями, контролируя до 40% этого рынка в США. А его детище, Tesla, в 2017 г. заключила контракт на создание в Австралии аккумуляторной системы на 100 МВт.

Исследователи из национальной лаборатории «Лос-Аламос» предложили использовать фотоэлементы на квантовых точках, что позволит солнечным панелям работать как прозрачное стекло. Когда технология станет дешевле, любое освещаемое солнцем окно можно будет превратить в миниатюрную солнечную станцию.

Рассматривается идея разместить солнечные батареи в космосе. Огромные зеркала будут отражать солнечные лучи на коллекторы, откуда энергия будет передаваться на землю микроволновыми или лазерными пучками. Но проект очень недешев.

Самая мощная солнечная печь создана в Пиренеях на границе Франции и Испании. Она состоит из 10 000 зеркал, которые концентрируют свет сотен плоских зеркал на противоположном склоне. Печь фокусирует лучи для создания температуры в 6000 градусов Цельсия (почти половина температуры поверхности Солнца). Продукт – от электроэнергии до углеродных нанотрубок. Печь тестирует покрытие космических кораблей, защищающее их от тепла, вырабатываемого при входе в атмосферу.

Гидроэнергетика

Другой вариант – гидроэнергетика. Но она, по оценкам экспертов, может рассчитывать максимум на сохранение своей ниши. Если под ней понимать всю водную энергию, включая приливы океана и гидротермальные источники, то это крупнейший вид возобновляемой энергетики – около 15-16% мирового производства энергии (и три четверти всей возобновляемой), но, правда, лишь 3,3% глобального ее потребления. Крупнейшая в мире геотермальная установка – в Калифорнии на гейзерах (на 750 МВт). Также эти установки работают на лавовых потоках. Чемпион по их количеству – Исландия, мировой лидер по доле возобновляемой энергии в своем энергобалансе – 73% в 2016 г.! Геотермальные источники дают ей 30%. В Исландии нашли огромное подземное хранилище раскаленной магмы, которая увеличила выработку энергии в 10 раз. ГеоТЭС много также в Норвегии и Канаде. На Филиппинах они дают 27% энергобаланса. Им не нужно нагревать воду, поэтому они экологически гораздо чище обычных ТЭС.

Если говорить о классических ГЭС, то понятно, что они используют речной поток. Себестоимость вырабатываемой энергии ниже всех других электростанций, воздействие на атмосферу меньше. Но они влияют на природные процессы – например, мешают рыбам двигаться на нерест. Из-за них затоплено 340 тыс. кв. км, что чуть меньше Германии, разрушен ряд экосистем

Есть и другие минусы: капиталоемкое строительство, зависимость от наличия подходящих рек и удаленность от потребителя. ГЭС чаще всего – плотина, хотя бывают и другие. Лидеров в этой области решил нагнать Китай, с 2000-х гг. активно их строящий, особенно малые – их здесь половина общемирового количества.

Есть не только речные, но и приливные, и волновые, и эксплуатирующие океанские течения. Приливные ГЭС, понятно, строят на морских берегах – в заливах или устьях рек, перекрываемых плотиной с гидроагрегатами, работающими и как генератор, и как насос для перекачки воды в специальное водохранилище для работы между приливами и отливами. Плюсы – низкое воздействие на экологию и себестоимость «продукции», но минусы – те же: дорого, да и мощности зависят от приливов-отливов.

К энергии приливов подключаются и через подводные турбины с лопастями, установленные на дне океана или реки. Подводный ток от прилива вращает лопасти, турбины подключаются к коробке передач, соединяемой с электрогенератором. Электричество идет по кабелю на берег. Вода плотнее воздуха, и то же количество энергии, что и ветряк, может дать подводная турбина, работая с меньшей скоростью. Если скорость ветра непредсказуема, кинетическую энергию приливов легко вычислить. Но есть и неизвестные аспекты. А если турбин будет слишком много? Как они влияют на морскую экосистему? Лопасти могут быть опасны для рыб. Правда, они медленные – 10-20 оборотов в минуту. На турбине могут накапливаться ракушки, замедляя ее. Чтобы разобраться, в ряде стран созданы пилотные проекты. Турбина в Норвегии имеет 10-метровые лопасти, которые вращаются со скоростью 7 оборотов в минуту. В 2003 г. ее генератор был подключен к электросети прибрежного городка. Одна турбина производит 700 000 КВт/ч в год, что дает энергию 35 домам. Verdant Power ведет подводный мониторинг вокруг пяти 35-киловаттных турбин. Пока ни одна рыба не пострадала.

Энергия волн отличается высокой мощностью, ее пытались использовать с XIX в. Но первая волновая электростанция появилась только в 2008 г. в Португалии. Это 3 больших плавающих в 5 км от берега змеевидных конвертера длиной 120 м, дающих энергию для 1600 домов. В 2009 такую запустили на шотландских Оркнейских островах. Разрабатывают и в России. Минус – уязвимость перед штормом.

В США разработан проект «Устрица»: шарнирный клапан на дне океана мощностью 2,4 МВт, который, открываясь и закрываясь, качает воду на берег, где она приводит в движение турбину. Одна такая установка могла бы обеспечить энергией 2500 семей. Крыловидная турбина «Терминатор», созданная инженером Военно-воздушной академии США, использует принцип подъемной силы, а не вращение винта, что позволяет ей собирать 99% энергии волн, в отличие от 50% у приливных станций. Идут тесты.

Ветряная энергия

На слуху сегодня и кинетическая энергия ветра. Она преобразуется с помощью т.н. ветрогенератора, ветряных мельниц и др. Это направление растет быстро – 30% в год. Наиболее эффективно оно в прибрежных зонах – недаром в Нидерландах ветряки стали неотъемлемой частью пейзажа. Строят их и в море, в 10-15 км от берега – оффшорные ветряные электростанции на вбитых в дно сваях. Ветрогенератор мощностью 1 МВт за 20 лет позволяет экономить 29 тыс. т угля или 92 тыс. баррелей нефти.

Сегодня в тренде ветряные станции на так называемом пьезоэффекте (поляризации диэлектрика под действием механического напряжения). Такую хотят создать в г. Масдар (ОАЭ), она будет похожа на лес 55-метровых полимерных стволов, покрытых пьезоэлектрическими пластинами. Ветер гнет эти «ели» – пластины, деформируясь, вырабатывают ток.

Есть идея парящей в 300-600 м над землей ветряной мельницы на турбине – на высоте ветер устойчивее. Фактически это привязанный к земле дирижабль. По расчетам, он сможет производить в 2 раза больше энергии, чем стационарная «мельница». Рассчитан на ветер силой свыше 1600 км/ч. Его можно оснастить Wi-Fi, и он будет облегчать доступ в интернет. А главное – может работать там, где не установить наземный ветряк.

Инвестиции в ветроэнергетику росли даже в разгар кризиса. Если в 2008 г. они во всемирном масштабе составили $52 млрд, то в 2010 г. – почти $95 млрд.

Есть и вариант добычи энергии из газа из карбогидратов, добываемых из отложений на морском дне. Специалисты полагают, что их запасов хватит более чем на сто лет.

По оценке экспертов, вся возобновляемая энергетика к середине века способна занять до 20% энергетического рынка.

Синтетика в энергетике

Важная энергетическая проблема – топливо для транспорта. Здесь один из трендов – синтетический газ, смесь водорода и угарного газа с катализаторами на основе никеля, палладия, кобальта. Из него получают метанол, этанол и другие жидкие горючие органические соединения. Технологии получения синтетического бензина применяли еще в нацистской Германии. Морская блокада отрезала ее от всего мира, нефти не хватало, и химики Рейха открыли способ получать синтетическое топливо из угля. Между прочим, основанные тогда немецкие компании остаются до сих пор одними из ведущих производителей электроплазменных установок для конверсии угля в газообразное и жидкое топливо. Позднее в ЮАР санкции против режима апартеида и отсутствие нефти побудили искать решение путем все той же газификации угля.

Интерес к производству синтетического топлива поддерживается угледобывающими компаниями и властями угольных штатов США – Западной Виргинии, Иллинойса, Индианы, Пенсильвании и др.

По мере того, как цены на углеводороды ползли вверх, в США все активнее стали использовать смеси дизеля и синтетических видов топлива. Проблема – очистка синтез-газа перед его сжиганием и направлением продуктов в турбину. Если ее решить, он составит более серьезную конкуренцию углеводородам.

Биоэнергетика

Поиск альтернативных источников энергии развивается и в этом направлении. Биотопливо делят на поколения. Первое – из биосырья. Ведутся работы по извлечению энергии из целлюлозы, мусора и т.п. Бывает твердое, жидкое и газообразное. Первое – дрова, брикеты, прессованные гранулы отходов деревообработки, торф, щепа, солома, лузга. Жидкое – биодизель, биомазут, спирты (биометанол, биобутанол), эфиры (диметиловый и др.). Эти могут быть всех трех поколений – в зависимости от сырья. Газообразное – биогаз, биоводород, метан, т.е. смеси, получаемые при термическом разложении сырья. Это возможно и при наличии кислорода (т.е. газификация) и без него (пиролиз), и путем сбраживания при помощи бактерий.

Твердое биотопливо первого поколения составляет более половины его объема и используется третью жителей Земли.

Если биотопливо первого поколения делается из сельхозсырья с высоким содержанием жиров, крахмала, сахара, то второго – из жиросодержащих непищевых отходов растений, травы, древесины и прочей биомассы, методами пиролиза (термического разложения). Пиролиз превращает сырье в жидкость, которую легче транспортировать и хранить. Создана «Пиролизная сеть» (PyNe, Pyrolysis Network), объединяющая исследователей из ЕС, США и Канады. Растения для биотоплива второго поколения – рыжик (не путать с тезкой-грибом: это растущий со злаками родственник капусты) и ятрофа (молочай, содержит 30-40% масла). Из биотоплива второго поколения известны канадский BioOil и немецкий SunDiesel.

По оценкам Германского энергетического агентства, производство топлива пиролизом биомассы к 2030 г. может покрыть треть нужд автопарка страны, а себестоимость – менее 80 евроцентов на литр. Но биосырье второго поколения занимает большие земельные площади, а отдача невысока.

Придуман и такой заменитель бензина, как смесь 70% соснового скипидара, 25% метанола и 5% ацетона. Пиролиз древесины хвойных пород перспективен: в дело идут отходы – пни, кора, сучья, из тонны можно получать до 100 кг жидкого топлива.

Биотопливо третьего поколения производится из липидов водорослей – вариант биодизеля. Они дают в 200 раз больше масла, чем соя. Департамент энергетики США 18 лет вел их исследования в рамках программы Aquatic Species Program (1978-1996 гг.) и рекомендовал производство (на Гавайях, в Калифорнии и в прудах Нью-Мексико). 200 тыс. га водных плантаций могут дать топливо на год для 5% американских автомобилей. А ведь это лишь 0,1% территории США, пригодной для разведения водорослей, заявило ведомство. С 1 акра земли (4 га) можно иметь 255 л соевого или 2,4 тыс. л пальмового масла, а с такой же водной площади – до 3,5 баррелей биотоплива (1 баррель = 159 л). У водорослей высокая концентрация биомассы и скорость воспроизводства. Но они капризны, боятся перепадов температур (например, ночью). Есть идея разводить их в биореакторах на ТЭЦ, чье тепло решит проблему. Однако проект пока отложен.

Биодизель

В 2014 г. этанол занимал 74% рынка транспортного биотоплива, биодизель – 23%. Еще 3% – у гидрированного растительного масла (HVO). Биодизель получается при переэтерификации растительного масла и животных жиров этиловым или метиловым спиртом. В результате появляется безопасное и эффективное топливо. В разлитом виде не вредит природе и на 99% перерабатывается бактериями. При сжигании выделяет столько углекислого газа, сколько потребило при жизни растение. Высокие смазочные свойства, двигатель работает дольше, да и побочные продукты – глицерин и жмых – в хозяйстве пригодятся. Минусы – необходимость подогрева зимой, и хранится всего 3 месяца.

В Европе и Канаде биодизель изготавливают из рапса, в США из сои, в Юго-Восточной Азии из пальмового и кокосового масла, в Бразилии из касторки. Применяют и рыбий жир.

Пока доля биодизеля в объеме потребляемого топлива в ЕС невелика, но к 2010 г. там было 245 заводов по его производству (22 млн т в год).

В США, Бразилии и Мексике внедряют смесь дизеля со спиртом O2Diesel. NExBTL от финской «Несте ойл» – комбинация биодизеля из растительного и животного масла с водородом. В США смесь дизеля с биодизелем обозначают литерой В, затем число указывает процент биодизеля: В2 – 2%, В100 – 100%. В ряде штатов (Миннесота, Миссури и др.) с 2009-2010 гг. топливо должно включать 5% биодизеля, во Франции – 7%. В ЕС с 2010 – 5,75%. В Германии норму в 5% ввели еще в 2007 г. Дальше всех ушли кое-где в Азии и Африке. В Таиланде и Зимбабве (!) биодизель в общем потреблении дизеля должен составлять не менее 10%, в Малайзии – 20%. В России ряд регионов принял программы его развития – например, Алтайская краевая целевая программа «Рапс – биодизель». Планируются и строятся производства в Липецкой, Орловской, Ростовской, Волгоградской, Новгородской, Омской областях, Краснодарском крае, Татарстане. На РЖД собираются перевести тепловозы на рапсовый биодизель.

Биоэтанол и спирт

Самая прогрессивная страна в этом вопросе – Бразилия. Здесь автомобили ездят на 25% смеси спирта с бензином, спирт составляет 20% потребляемого топлива. Причина – обилие сырья, из которого можно вырабатывать спирт. Прежде всего, сахарного тростника.

По спиртовым вариантам горючего лидирует Новый Свет. За Бразилией идут США, Венесуэла и Канада. Обычно используют 10-20% смеси спирта и бензина. Можно делать и более насыщенные спиртом смеси, но тогда надо менять систему зажигания. Спирт в 2004 г. в США позволил снизить выбросы CO₂ в атмосферу почти на 8 млн т.

Еще президент Джордж Буш-младший в 2007 г. предложил план «20 за 10»: сократить потребление в США бензина за 10 лет на 20% (из которых 15% заменить биотопливом), что снизило бы потребление нефти на 10%. И это несмотря на связи с нефтяным лобби – уж слишком очевидны были проблемы в энергетике. В декабре 2007 г. Буш подписал «Акт об энергетической независимости и безопасности» (EISA), предусматривавший производство 36 млрд галлонов этанола в год к 2022 г. (причем 16 млрд – из целлюлозы). Но начались отсрочки и заминки. При Бараке Обаме эти программы активизировали, но препятствий меньше не стало. Заявленные показатели неоднократно уменьшались. Проблема и в том, что не все авто могут ездить на этаноле. В 2010 г., по данным Агентства по защите окружающей среды США, в стране произвели только 100 млн галлонов, а в 2013 г. – вообще 0 (из целлюлозы). Ряд компаний начинал производство, но вскоре прекращал. В 2014 г. четыре фирмы начали его выпуск и поставки (от 2 млн до 25 млн галлонов за год). Но уже в 2015 г. все они вместе произвели только 2,2 млн галлонов или 3,6% от планируемого. А если брать акт 2007 г., где предполагался выпуск в 2015 г. 3 млрд галлонов, то и вообще 0,07%. И это несмотря на инвестиции и господдержку.

Эксперты отмечают, что попытки вывести на рынок этанол из целлюлозы в США повторяются раз в 25 лет вот уже век. Еще в 1910 г. компания Standard Alcohol делала спирт из отходов деревообработки, но свернула производство через пару лет. Президент Барак Обама утвердил план перехода к возобновляемым источникам «Чистая энергия». В 2014 г. в Нью-Йорке в рамках «Недели климата» была создана Re100 – ассоциация компаний, готовых перейти на них. Вошли IKEA, Apple, BMW, Google и др., и членство растет. Но администрация Дональда Трампа свернула план предшественника.

Биометанол

Есть идея промышленного производства морского фитопланктона и его биотехнологической конверсии в биометанол. Но пока она в стадии проработки. Биомассу из фитопланктона в Европе, в частности, собирались еще в 80-е гг. получать в искусственных водоемах на морском побережье. А затем проводить ее метановое брожение и гидроксилирование метана, чтобы получать биометанол. Фитопланктон очень продуктивен – до 100 тонн на гектар в год. Ему не нужны ни плодородные почвы, ни пресная вода, т.е. он не мешает аграриям. Проект остановило падение цен на нефть.

Метан синтезируется после очистки от примесей т.н. синтетического природного газа из углеродосодержащего твердого топлива, такого, как уголь или древесина. Этот экзотермический процесс происходит при температуре от 300 до 450°C. Уже есть несколько введенных в эксплуатацию установок получения метана из древесных отходов.

Диметиловый эфир

Это экологически чистое топливо может производиться и из биомассы, и из угля, и из газа. Главное сырье – отходы целлюлозно-бумажного производства, которые сжижаются под давлением.

Диметиловый эфир не содержит серу, а окислов азота в выхлопных газах на 90% меньше, чем у бензина.

Не нужны фильтры. Однако приходится переделывать системы зажигания двигателя и питания: ставить газовые баллоны, корректировать образование смесей и др. Без переделки возможна доля 30% в топливе.

В 2006 г. Китай принял стандарт диметилового эфира как топлива и решил развивать его как альтернативу дизелю. Собираются расширять его применение и в Москве. Авто на диметиловом эфире разрабатывают Nissan, Volvo, «КамАЗ» и китайская SAIC Motor.

Размах и объем

Более трети зерна в США, более половины рапса в Европе, почти половина сахарного тростника в Бразилии идут на производство биотоплива. В 2010 г. российский экспорт сырья для такого топлива (в т.ч. соломы, жмыха, щепы и т.д.) составил более 2,7 млн т. При этом лишь 20% потребляется в самой России – страна входит в тройку его экспортеров в ЕС. Потенциал производства биогаза в РФ оценивается в 72 млрд куб. м в год. Электроэнергии он может дать 151 тыс. ГВт, тепла – 169 тыс. ГВт. Более чем в 20 регионах биогазовые электростанции уже вводятся в эксплуатацию.

Оборотная сторона медали

Диссонансом ко всеобщему, казалось бы, энтузиазму звучат критики. Помимо нефтегазового лобби, это ученые и аграрии.

Широко распространено представление, что биоэнергетика не добавляет в атмосферу CO₂. Эта идея лежит в основе решения ЕС о повышении доли биоэнергетики до 20% и биотоплива на транспорте до 10% к 2020 г. Но растет объем научных данных, ставящих под сомнение этот тезис.

Выращивание растений для производства биотоплива означает, что земельные угодья освобождаются от другой растительности, которая могла бы естественным образом извлекать углерод из атмосферы. Да и его производство дает выбросы CO₂. Вариант – энергия из отходов сельского хозяйства, деревообработки и т.п. Он означает изъятие этих отходов из природной среды, где при естественном ходе вещей углерод в процессе гниения уходит в почву. Вместо этого он при сжигании выбрасывается в атмосферу. А извлечение его оттуда при помощи деревьев займет сотни лет. Это называют «углеродным долгом», для Европы он составляет 200 лет. Попытки решить вопрос при помощи быстрорастущих пород тоже не панацея: они впитывают меньше углерода, чем естественные экосистемы, нарушают биоразнообразие, истощают почву.

Предлагается задействовать т.н. заброшенные земли (где не выращивают сельхозкультуры). Но местные жители используют их как пастбища, огороды, собирают грибы-ягоды, охотятся, что лежит в основе уклада многих племен. Они связаны со знаниями и практиками, позволяющими жить в гармонии с экологией. Ущерб для биоразнообразия также не принимается во внимание. По данным организации «Международная земельная коалиция» (International Lands Coalition), 42% всех захватов земель в мире осуществляется ради производства биотоплива. Эти земли часто в коллективном владении общин, что законодательно не оформлено. А плюсы для местных от создания рабочих мест невелики.

Сокращение углеродов ведет к росту спроса на биомассу. К 2065 г., по оценкам ученых, большая часть лесов, лугов и других экосистем станет плантациями биотоплива. Повторяется колониальная схема: ради рынка идет перевод полей под новые культуры, а продовольственные сокращаются. По оценкам, это уже ведет к росту цен в США на продсырье и становится решающим вкладом в вырубку многострадальных бразильских лесов.

В Индонезии и Малайзии также вырублена немалая часть лесов под пальмовые плантации. По расчетам экспертов Университета Миннесоты, в результате бума на биотопливо число голодающих на планете к 2025 г. возрастет до 1,2 млрд человек!

Сегодня человечество использует 12 млрд т растительной биомассы в год. В 2015 г. биотопливо покрыло 10% потребности в энергии. Удовлетворение за его счет 20-50% означало бы увеличение биомассы, получаемой на аграрных площадях, в 2-3 раза.

В 2012 г. Еврокомиссия постановила перевод земель под плантации «зеленого топлива» и господдержку производителей ограничить. В 2016 г. ЕС провел исследование, пришедшее к выводу, что пальмовое и соевое масла выделяют в атмосферу больше углекислого газа, чем углеводороды.

Что делать?

Есть вопросы и к электромобилям. Во многих странах государство поддерживает их. Например, в Эстонии покупатель электромобиля получает компенсацию в 50% его себестоимости, а в Португалии на его покупку выдается субсидия 5 тыс. евро. А вот когда в Сянгане отменили налоговые льготы покупателям электрокаров Tesla, их продажи упали почти до нуля. Президент Владимир Путин, выступая в 2017 г. на Международном форуме по энергоэффективности и развитию энергетики «Российская энергетическая неделя», заметил:

«Электромобили действительно весьма экологичный вид транспорта, но ведь для того, чтобы подключиться к сети и запитать батарею, аккумулятор, нужно выработать электроэнергию, а для этого требуется первичный источник. Сегодня в мире таким источником номер один является даже не нефть, а уголь».

Когда ЕС решил сокращать атомную энергетику, еврокомиссар по энергетике Гюнтер Эттингер в 2011 г. заявил: «Нам нужно больше газа. Именно он станет двигателем роста». При сжигании природного газа в атмосферу выбрасывается в два раза меньше углекислого газа, чем от нефти, доказывают его сторонники. Однако тут нашла коса на камень: в странах, предпочитающих возобновляемые источники, загрузка газовых ТЭС упала к 2014 г. вдвое, многие оказались на грани банкротства. Ряд экспертов видит причину прежде всего в привилегиях для производства возобновляемой энергии. Она закупается в приоритетном порядке по завышенным тарифам, есть и другие льготы.

По мнению уже цитировавшегося Фролова, резкий рост возобновляемой энергетики разбалансировал отрасль, делая, в частности, газовые ТЭС нерентабельными, тогда как и ветер, и солнце имеют существенный недостаток: их использование зависит от капризов погоды.

Например, когда в Германии полторы недели было пасмурно и безветренно, объем производства возобновляемой энергии упал на 90%. Все зависит от природы. «А это уже настоящий возврат в темные века», замечает эксперт.

Закрытие АЭС и газовых ТЭС в Европе ведет к росту использования угля. Например, в Германии намерены строить 20 угольных ТЭС. Эксперты указывают на парадокс: при всей борьбе за окружающую среду идет возврат к противоположному. Зато рады шахтеры. Так, Польша обеспечивает свои энергопотребности на 80% силезским углем, он дает рабочие места. И все же Польша к 2020 г. планирует получать 15% энергии из возобновляемых источников – в 2016 г. было 11%. Европейский фонд регионального развития финансировал создание солнечной электростанции в г. Войковице. Есть планы газификации угля, очистки от серы, ртути и других загрязняющих веществ.

С 2015 г. замедлился отказ от газа: в Германии снова введено несколько газовых ТЭС, начало расти его потребление в ЕС – по итогам 2016 г. на 6%. Наметился тренд диверсификации, баланса разных источников. Так, в Дании возобновляемая энергетика достигла почти половины. Российский эксперт Татьяна Ланьшина отмечает, что успехов здесь добились страны, уже давно работающие над альтернативой.

Дебаты вокруг биотоплива в ЕС в 2008 г. привели к исследованию комиссии Галлахера. Ее отчет предлагал снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5% в год и введение требования к компаниям применять технологии топлива второго поколения.

C 2011 г. Швеция стала первой страной, где можно заправлять машины эко-дизелем (на масле шведских сосен). В Финляндии растет доля древесного топлива. В Бельгии строится крупнейшая в мире ТЭС, Bee Power Gent, на древесной щепе. Ее электрическая мощность составит 215 МВт, а тепловая – 100 МВт, что обеспечит 450 000 домохозяйств. В 2013 г. состоялся первый коммерческий трансатлантический авиарейс на биотопливе: «Боинг-777-200» авиакомпании KLM по маршруту Амстердам – Нью-Йорк.

Продолжение следует.

Павел Потапейко, кандидат исторических наук