В последние десятилетия на исследования биологического топлива были потрачены миллиарды долларов. Так почему же оно до сих пор не появилось на заправках? И откуда такое стремление заполучить его? Ведь бензин, которым мы сегодня заправляем свои автомобили, это то же самое биотопливо, только очень древнее. Раньше это была чистая органика, преимущественно водоросли, которые в течение миллионов лет "сжимались" под поверхностью планеты, медленно превращаясь в нефть.
Концепция биотоплива
Максимально упрощённо идею, стоящую за созданием биотоплива, можно представить следующим образом - это превращение органики, например, соломы, кукурузы или сахарного тростника, в горючую жидкость. При этом выбросы газов при сжигании этого топлива должны компенсироваться теми самыми растениями, которые впоследствии пойдут в переработку. То есть за время своей жизни они должны забирать из атмосферы столько же вредных веществ, сколько потом попадёт туда при их сжигании. Это так называемый "цикл с нулевым балансом выбросов углерода". Преимущество биотоплива также в том, что сырьё для него выращивается, то есть это возобновляемый источник энергии. Оно могло бы гарантировать энергетическую безопасность, сократить выбросы вредных веществ, и даже создать новые отрасли сельского хозяйства.
Барьеры на пути биотоплива
Однако с тем количеством энергии, которое "упаковано" в ископаемое топливо, крайне трудно конкурировать. Рассмотрим, например, этанол - самое распространенное биотопливо первого поколения. Это спирт, для производства которого нужно ферментировать, перегонять и дегидрировать растительную биомассу. А перед этим её надо посеять, вырастить и собрать. В США в качестве сырья в основном используется кукуруза, для получения которой требуется большое количество ресурсов. Помимо энергии, это и земля, и вода, и опасные для окружающей среды удобрения. Выращиваемая под переработку в биотопливо кукуруза занимает плодородную землю, которая могла бы использоваться для производства продовольствия. Кроме того, чтобы использовать этанол в автомобилях, их нужно приспособить под этот вид топлива, что также связано с немалыми расходами. В конечном итоге биотопливо становится чрезвычайно ресурсоемким, и перестаёт конкурировать с обычным бензином, использующимся уже более ста лет - в том числе и по количеству выбросов вредных веществ в окружающую среду.
Ученые признали эти неудачи, и разработали технологии изготовления спиртов второго поколения - из целлюлозных материалов тех частей растений, что не употребляются в пищу человеком. Это помогает избавиться от конкуренции за сельскохозяйственные угодья и заметно повышает энергоотдачу. Однако в этом случае увеличивается стоимость процесса перегонки - данное сырьё обладает более высокой энергетической насыщенностью, но разбить его на требующиеся составляющие сложнее. Бразилия добилась гораздо больших успехов, чем США, наладив производство этанола из сахарного тростника, однако всем этим спиртам всё ещё очень далеко до практического изменения существующего энергетического паритета.
Есть ли альтернативы?
Этанол - не единственное возможное биотопливо. Его производят, например, из водорослей. Здесь точно так же надо выращивать "сырьё", собирать его, после чего выжимать из него липиды. Затем эта жироподобная смесь очищается и превращается в топливо. Проблемы тут пока те же самые, что с этанолом - не удалось разработать технологию, которая в целом генерирует меньше выбросов и дешевле обычного топлива. Вдобавок к этому выращиваемые водоросли весьма уязвимы - ими питаются самые разные живые существа, и поддерживать их производство в промышленных масштабах довольно затруднительно. Тем не менее, конкретно в этой области ведётся активная исследовательская работа, обещающая дать результаты уже в ближайшем будущем.
Ещё одним перспективным направлением является переработка отработанных жиров. Например, почему бы не научиться пускать в дело фритюрное масло, в огромных количествах используемое для жарки того же картофеля? Нужно просто подвергнуть его процессу, который называется переэтерификация, и получить гидроочищенное растительное масло (HVO). Конечный продукт может использоваться и уже используется в качестве топлива для крупных грузовых кораблей. При его сгорании образуется меньше углекислого газа и загрязняющих веществ, чем при сжигании традиционных видов топлива. Оно содержит больше энергии на единицу объёма, чем тот же этанол. Но, как вы уже, наверное, догадались, процесс получения здесь тоже пока слишком ресурсозатратен. Несмотря на это, в некоторых странах, например, Швеции, HVO принадлежит львиная доля объёма используемого биотоплива, которое, в свою очередь, питает до 20% всего автотранспорта. Так что это тоже очень перспективное направление.
Первые попытки использовать биотопливо в коммерчески выгодных масштабах относятся к самому началу 20 века. Достичь этого результата не удалось до сих пор. Исследователи, однако, отказываться от своей цели не собираются. Помимо всего перечисленного, они проводят эксперименты по генной модификации растений – в надежде вывести такие сорта, которые бы давали больше жирных масел. Некоторые эксперты считают, что даже в условиях смещения вектора развития в сторону"электрификации" легковых и грузовых автомобилей, биотопливо все еще выглядит крайне перспективно как источник питания тяжелых транспортных средств, например, контейнеровозов и самолетов. Главное - не останавливаться. Это действительно нужная технология. В том числе и для здоровья планеты Земля.