ООО «Издательство Агрорус»

Свежий номер # 07 за 2019 г.

Подписаться на бумажную версию газеты

Биотопливо как энергоресурс — плюсы или минусы производства в России?

Спрос на биотопливо растет во всем мире. Может ли Россия стать и биотопливной державой?

Потребление энергии в мире за последние 50 лет росло быстрее, чем численность населения. Эта тенденция сохранится и в обозримом будущем: 1950 г. — 2 млрд т у.т. (тонн условного топлива), 2000 г. — 12 млрд, 2020 г. (прогноз) — 34 млрд т у.т; численность населения, соответственно, 2 млрд, 6 млрд и 11 млрд человек. Напомним, что в настоящее время примерно 70% своих потребностей в энергоносителях человечество удовлетворяет за счет невосполнимых источников энергии. В течение XXI века все невосполнимые энергоносители, во-первых, будут постоянно дорожать, во-вторых, их доступные месторождения, в основном, иссякнут.
Анализ ситуации показывает, что сейчас производство биотоплива из фитомассы и продуктов урожая различных растительных культур (травянистых, древесно-кустарниковых) является одним из перспективных направлений создания возобновляемых энергоресурсов в целом ряде как развитых, так и развивающихся стран. Биоэтанол (денатурированный технический этиловый спирт, используемый как добавка к автомобильному бензину; его производят путем сбраживания богатой углеводами фитомассы или зерна) и биодизель (метиловый эфир жирных кислот растительных масел, преимущественно рапсового и подсолнечного), добавляемый к дизельному топливу, становятся популярными на мировом ранке.
Пока спрос на биотопливо существенно превышает предложение. В 2005 г. мировое потребление биоэтанола составило 34 млн т, из которых более половины (около 18 млн т) произведено в США. В текущем году ЕС планирует получить около 9 млн т биодизеля, на что потребуется 22 млн т маслосемян. Мощности производства биоэтанола растут в мире более быстрыми темпами, чем биодизеля, и их соотношение составляет, примерно, 6:1. Биодизель и биоэтанол в странах ЕС и США — обязательные экологичные ингредиенты-добавки к дизельному топливу и автобензину, поскольку они снижают объемы вредных выбросов. При полном цикле производства биоэтанола выброс парниковых газов уменьшается на 12—26% по сравнению с производством бензина, а биодизеля — на 41—78% по сравнению с производством дизтоплива. Эмиссия этих газов значительно снижается и при использовании биоэтанола и биодизеля в качестве ингредиентов моторного топлива.
По мнению специалистов ФАО, дальнейший рост потребления биотоплива (в 2007 г. его произведено порядка 50 млрд л) поможет диверсифицировать сельское и лесное хозяйство, создать новые рабочие места и вовлечь в оборот временно неиспользуемые земли. Согласно недавней оценке руководителя российской нефтегазовой компании «Итера» И. Макарова, ежегодный (с начала XXI века) прирост потребления этого экологичного вида моторного топлива составляет более 25%. Германия, США, Австралия, Япония, Южная Корея и другие страны увеличивают содержание биодобавок в потребляемом горючем на 5—7% в год. Бразилия на протяжении нескольких десятилетий использует только смешанное автомобильное топливо (бензин + биоэтанол), причем доля этанольного ингредиента в настоящее время составляет 85%, бензина — 15%.
Выход энергоносителя с единицы площади посевов или насаждений за вычетом энергозатрат на производство, сбор, транспортировку, хранение и трансформацию фитомассы (биотехнологическим, физическим или физико-химическим способами) в конечные энергоносители, т.е. в моторное топливо, принято характеризовать коэффициентом энергетической эффективности (или полезности) биотоплива – Кээ. Например, в случае конверсии растительной биомассы в биогаз Кээ в 5 раз выше, чем при ее обычном сжигании. По этому показателю этанол на основе кукурузы (Кээ=1,25—1,35) предпочтительнее, чем традиционный бензин (Кээ=0,81), а биодизель (Кээ=1,9—3,2) — чем традиционное нефтяное дизтопливо (Кээ=0,83). В любом случае производству моторного топлива из биомассы должен предшествовать строгий экономический и экологический анализ. Подчеркнем, что достижение российским аграрным сектором мирового уровня развития производства биотопливного сырья возможно только при условии его конкурентоспособности. Поэтому сельскохозяйственным товаропроизводителям необходимо стремиться к тому, чтобы отдача 1 га рапса, кукурузы, других «энергетических» культур была на уровне показателей стран ЕС.
В отличие от западных стран (ЕС, США и др.), а также Китая производство биотоплива — перспективного возобновляемого энергоресурса — со стороны государственных структур России в настоящее время недооценивается. Выращивание его сырья носит пока в основном инициативный, фрагментарный характер и осуществляется лишь благодаря усилиям со стороны руководителей отдельных регионов, инициативе некоторых бизнесменов и сельхозпроизводителей. Пока российское производство биотопливного сырья и (или) конечной продукции ориентировано, в основном, на экспорт в страны ЕС и ближнего зарубежья. Выращивание сырьевых культур, необходимых для получения моторного биотоплива в России пока не только финансово не поддерживается государством, а напротив, искусственно тормозится. В частности, экспорт зерна рапса облагается пошлиной, а биоэтанола — акцизом. Поэтому целесообразно, чтобы в самое ближайшее время в России, подобно ЕС, был принят закон об обязательном использовании экологичных добавок к бензину и дизтопливу, разработана Федеральная программа по производству сырья и его переработке в биотопливо, а также отменены пошлины, акцизы и двойное налогообложение экспортируемой продукции (биоэтанол, семена рапса и др.).
Современное производство биотоплива из продуктов урожая культивируемых растений экологично и в основном безотходно. Его ценными сопутствующими продуктами являются клейковина, глютен, отруби, жмых, кормовые дрожжи, шрот, глицерин. Наиболее перспективная культура для производства биотоплива в России — рапс яровой и озимый. Озимый рапс вдвое превосходит по урожайности яровой, но более требователен к условиям перезимовки. В настоящее время выращивание рапса в отдельных регионах страны выгоднее, чем зерновых культур. Именно поэтому его посевные площади в России быстро растут, и среди технических культур рапс вышел на второе (после подсолнечника) место. У нас имеются практически неограниченные возможности для получения биотопливного сырья за счет наращивания производства семян рапса на так называемых залежных (временно не возделываемых старопахотных) землях, площадь которых в 2007 г. достигла 40 млн га. Немаловажно, что если для производства пищевого масла необходимы сорта рапса с низким содержанием эруковой кислоты, то для биотоплива ее должно быть в рапсе как можно больше!
Теплотворная способность зерна рапса — 26,5 МДж/кг (для сравнения: древесины бука — 18,4, каменного угля — 29,7 МДж/кг). Если принять топливную эквивалентность бензина и дизтоплива равной 1, то аналогичный показатель для рапсового масла составит 0,96, биодизеля 0,91, биоэтанола 0,65. С каждого гектара плантаций сахарного тростника в Бразилии получают 4—6 тыс. л этанола, в США один «кукурузный» гектар приносит 2 тыс. л, а «пшеничный» в Европе — всего 1 тыс. л спирта. В то же время, один гектар рапса дает 1100 кг масла, подсолнечника — 600, сои — 290 кг. Из 1 т семян рапса (с масличностью 30—50%) можно получить 270 кг (450 л) биодизеля. Его преимущества: можно использовать взамен дизтоплива, этот продукт стандартизован, он постоянно востребован рынком. Его недостатки: требуются затраты на стерилизацию, возникают проблемы со сбытом попутного глицерина, имеются сезонные ограничения в применении (метиловый эфир пальмового масла застывает при +50С, рапсового — при –100С).
Рапс — фитосанитар полей. Его использование в качестве сидерата способствует накоплению органического вещества и азота в почве, улучшению ее структуры. Выделения его корней освобождают пахотный слой почвы от возбудителей корневых гнилей и других фитопатогенов зерновых колосовых культур. Рапс традиционно считается лучшим предшественником пшеницы (озимой и яровой). Средняя урожайность зерна рапса в странах ЕС-25 давно превысила 30 ц/га, в то время как в странах СНГ она составляет всего 11 ц/га. Тем не менее, выращивание рапса в России оправдано с экономической, экологической и агрономической точек зрения. Европа уже сейчас готова закупать его маслосемена по цене 150—200 евро/т. Рентабельность рапса редко опускается ниже 50%. Если производить рапсовое масло в регионах выращивания культуры, то остающийся жмых — ценнейший кормовой ресурс. До недавнего времени рапс — основная мировая культура для производства биодизеля — в России не был востребован. С 2007 г. благодаря целевой программе Минсельхоза России по поддержке производства рапса отмечен рост площадей этой культуры и планируется их ежегодное увеличение примерно на 20%. Это вполне реальный показатель, поскольку рапс географически может произрастать в более широкой природно-климатической зоне, чем подсолнечник. Однако производство сырья для биотоплива — это необходимый, но лишь самый первый, начальный этап в реализации этой инновационно-ресурсной, биотехнологической и экологической проблемы. Ее успешное, комплексное решение зависит не столько от усилий отраслевого руководства, сколько от четкой программы действий самого верхнего эшелона исполнительной и законодательной властей.
Поскольку в настоящее время мировые мощности выпуска биоэтанола растут более быстрыми темпами, чем биодизеля, на производство биотоплива используется больше зерновых, чем масличных культур. Однако, на наш взгляд, выращивание зерновой кукурузы как сырья для биоэтанола в России менее перспективно, чем рапса для биодизеля. Оптимальная зона возделывания кукурузы (этой теплолюбивой, интенсивной пропашной культуры) в сравнении с рапсом существенно ограничена. Россия традиционно импортирует кукурузу, поскольку в стране существует постоянный дефицит ее зерна и как продовольственного сырья (крахмалопаточное, крупяное и спиртовое производство), и как ценного ингредиента комбикормов для животных. В то же время, в отдельных, наиболее благоприятных зонах страны складывающаяся конъюнктура в пользу зерновой кукурузы, что стимулирует расширение ее производства. Так, в Волгоградской области при урожайности кукурузы 50—70 ц/га финансовая отдача с 1 га в 3—4 раза выше, чем с 1 га подсолнечника. Разумеется, если у российских сельхозпроизводителей появился шанс получить больший доход с посевных площадей за счет их частичного перераспределения в пользу кукурузы, то важно (если это не в ущерб продовольственной безопасности страны) не вводить на ее продукцию ограничительные экспортные пошлины, лишающие производителя прибыли.
В Северо-Западном, Центральном и Сибирском регионах России при утилизации отходов деревообработки перспективно производство пеллет — небольших цилиндриков или брусочков, получаемых измельчением и прессованием древесины и ее отходов. Их можно производить и по технологии «быстрорастущих древесных пород в плантациях с коротким оборотом». Эта технология предусматривает один раз в три года скашивание специальным комбайном молодого древостоя и поросли ольхи, березы, осины, тополя, желтой акации или любых других быстрорастущих древесно-кустарниковых пород. Пеллеты, применяемые для отопления индивидуальных домов, имеют неограниченный спрос на западном рынке (в частности, в Скандинавских странах) и в Китае. По теплотворной способности они вдвое превосходят обычные дрова, удобны для перегрузки, транспортировки, хранения. Поскольку их производство на одной плантации (вне севооборота) осуществляется в течение нескольких десятков лет, оно не конкурирует с выращиванием продовольственных и фуражных культур.
В обозримом будущем производство в России биоэтанола и BTL-топлива, т.е. жидкого топлива, получаемого из любой биомассы в процессе ее биоконверсии и пиролиза (biomass-to-liquid, или Sun Fuel) наиболее перспективно за счет биотехнологий второго поколения. В этом случае в отличие от продовольственных культур (таких как сахарный тростник, сахарная свекла, зерно и др.) исходным энергетическим сырьем являются любые органические субстраты — трава, целлюлоза, отходы растениеводства и деревообработки. В качестве моторного горючего BTL-топливо высокоэффективно, т.к. сгорает практически полностью с минимумом эмиссии в выхлопных газах вредных примесей — сажи, метана, оксидов азота и углерода. У получаемых по такой технологии энергоносителей высокий показатель энергетической полезности (Кээ=5—6), а выброс парниковых газов на 82—85% ниже в сравнении с производством традиционного бензина. Однако широкомасштабное производство BTL-топлива пока лимитируется отсутствием высокоэффективных и приемлемых по стоимости ферментных препаратов.
Считают, что биотопливо пользуется неограниченным спросом на мировом рынке и его производство становится выгодным, если цена нефти превышает 70 долл/баррель. Хотя этот рубеж оставлен далеко позади, пока биодизель и биоэтанол — дотируемые продукты стран ЕС и США. Вместе с тем биотопливные продукты выступают на мировом рынке как реальные конкуренты продовольствия. Из-за сопряжения их цен и конкурентного производства их сырья в мире отмечается фактическое слияние энергетической и продовольственной отраслей. Поэтому перманентный рост мировых цен на нефть будет сопровождаться ростом цен на зерно и зернопродукты. Из сказанного следует важный практический вывод: от повышения мировых цен на продовольствие, вызванного мировым биотопливным бумом, больше всего выиграют страны, одновременно являющиеся и производителями биотоплива, и экспортерами нефти; напротив, из-за расширения масштабов производства биотоплива в мире больше всего пострадает население стран, которые одновременно испытывают и дефицит продовольствия, и импортируют энергоресурсы.
В заключение подчеркнем, что в росте сектора биотоплива правительства ЕС, США и ряда развивающихся стран видят не только экологические и экономические, но и политические выгоды. Из-за административных преференций стабильный рост его производства объективно способствует увеличению прибылей и сельхозпроизводителей, и работников энергетической отрасли. Не намерена отставать от прогресса биоэнергетики и Украина, где к 2009 г. намечено увеличить посевы рапса в 8 раз. Россия же, фактически ничего не предпринимая, окончательно технологически отстанет не только от США и Европы, но и от Китая, Индии, Казахстана. Наконец, вполне реальна ситуация, когда, например, наши трайлеры, работающие на дизтопливе без биоприсадок, просто перестанут пускать в Европу, и тогда Россия вынуждена будет завозить биотопливо из-за рубежа.
Возникает закономерный вопрос: почему же этой актуальной проблемы до сих пор не замечают наши руководители?
М.С. Соколов, академик РАСХН, специально для газеты "Защита растений"

Новое место статьи