Так уж парадоксально устроена наша современная цивилизация: чем
активный виток развития мировой экономики влечёт за собой рост спроса
на энергию и неминуемый взлёт цен на энергоносители; спад в экономике и
соответствующее снижение объёмов производства приводит к снижению цен
на топливо. И, хотя альтернативная энергетика в современном понимании
ещё достаточно молода, интерес к её развитию меняется в полном
соответствии с этими "качелями". Чем больше спрос и цены на топливо,
тем более объёмны инвестиции, чем ниже деловая активность и цены на
горючее, тем меньше интереса к инвестициям в альтернативную энергетику.
История инвестиций в альтернативную энергетику насчитывает уже
несколько взлётов и падений, неминуемо повторяющих колебания деловой
активности планеты. Поиски путей получения топлива из возобновляемых
ресурсов начались развитыми странами ещё в 50-е годы прошлого столетия.
Интерес к ним значительно обострялся во время нефтяного кризиса 70-х
годов, благодаря чему, например, в 1978 году появилась программа
Aquatic Species Program (ASP) под патронажем национальной лаборатории
США по возобновляемой энергии (NREL, US National Renewable Energy
Laboratory) и подразделением Office of Fuels Development при
Министерстве энергетики США. Снижение интереса к программе затем пошло
на убыль по мере снижения цен на нефть, в результате чего программа
была фактически заморожена в 1996 году.
Дальнейшее развитие альтернативной энергетики началось уже в новом
тысячелетии. По мере роста спроса на промышленную продукцию, развития
новых рынков сбыта и, соответственно, новых рынков производства, спрос
на минеральное топливо взлетел до небывалых ранее высот. В результате
на протяжении двух последних лет все мы были свидетелями чуть ли не
ежедневных новостных "фонтанов". Первый из них – это улетающие ввысь
цены на нефть и газ. Второй – растущие проблемы с экологией планеты,
новый вариант Киотского протокола, проблемы и успехи альтернативной
энергетики.
И вот мировая экономика вновь попала в очередную яму, которая в
последнее время всё больше напоминает пропасть. Сокращаются доходы,
падает спрос, останавливаются и закрываются заводы.
Или в обратной последовательности, суть от этого не меняется: одно дело
- рентабельность альтернативной энергетики при цене нефти $150 за
баррель, и совсем другое при цене в четыре-пять раз меньшей.
Кому это нужно и выгодно сейчас?
Казалось бы сейчас, когда мировым экономикам уже не до жиру, самое
время "заткнуться" по поводу экологических программ и прочих
традиционно малорентабельных и убыточных проектов; им, экономикам, хотя
бы выжить. Однако полной аналогии с предыдущими кризисными витками
экономики в этот раз не наблюдается. И тому есть ряд серьёзных причин.
Несмотря на то что экологический фактор во времена кризиса уходит
далеко на второй план ("не до жиру, быть бы живу"; плюс загрязнение
планеты при снижении темпов производства действительно снижается),
совсем отбрасывать в сторону его влияние также нельзя. На планете
действительно остаётся всё меньше пригодных для жизни мест, а большие
современные города благодаря автотранспорту так и вовсе давным-давно
превратились в душегубки для миллионов.
Прежде всего, альтернативные источники энергии по мере
совершенствования становятся действительно массовыми и выгодными.
Сегодня уже никого не удивить гибридным автомобилем, а массовое
производство автомобиля с электрическим, этаноловым или биодизельным
двигателем уже не выглядит как раньше этакой фантастической
сумасбродной идеей для богатых чудил и, можно уверенно сказать, уже не
за горами.
Можно продолжить загибать пальцы в перечислении плюсов
альтернативной энергетики, но, пожалуй, будет достаточно ещё одного, но
наиболее веского соображения: кризис не вечен.
Каким бы глубоким не был мировой экономический катаклизм, рано или
поздно он закончится и пойдёт на спад: мы вновь начнём покупать без
разбору нужные вещи и не очень нужные; оживёт производство; увеличится
потребление энергии.
Иными словами, тот, кто сейчас найдёт силы и средства продолжать
исследования в области получения альтернативного топлива, совсем скоро,
когда цены на минеральное сырьё "попрут" вверх, будет пожинать
значительные дивиденды.
Опять двадцать пять?
Многие исследования рентабельности альтернативных видов топлива,
проводившиеся в середине 90-х годов прошлого века, частенько сводились
к единой магической отметке. При цене барреля нефти ниже $100
производство большинства альтернативных видов топлива считалось
невыгодным, получалось дешевле добыть, транспортировать и переработать
минеральное сырьё. Интерес к таким нерентабельным проектам
просматривался разве что по причине меньшего вреда от использования
альтернативного топлива для экологии планеты.
Однако сейчас, благодаря современным технологиям, планка рентабельности
производства альтернативного топлива постоянно снижается. В качестве
примера можно привести результаты исследования группы нидерландских
учёных под руководством Робина Цварта (Robin Zwart), недавно
опубликованные в журнале ACS Energy & Fuels.
В качестве основы для исследований учёные взяли модель получения
жидкого биотоплива из биомассы – BtL (biomass-to-liquids) как один из
наиболее многообещающих способов добычи альтернативного топлива.
Типичный BtL-процесс подразумевает преобразование биомассы (трава,
сено, щепа и другие отходы деревообрабатывающей промышленности) в газ
на первом этапе. А далее, с привлечением доступных коммерческих
химических производств, на втором этапе осуществляется получение
жидкого топлива для автомобилей.
Сложность и в то же время реализм моделированию рентабельности
такого производства придали следующими дополнительными условиями:
мощности для производства жидкого биотоплива должны быть расположены на
территории Европейского Союза, в то время как сырьё – биомасса, после
предварительной обработки импортируется из других стран вне ЕС.
Итог получился поразительный. На нынешнем этапе развития BtL-технологии
галлон жидкого высококачественного биотоплива из биомассы при условии
импорта сырья обойдётся всего в $2,60 (примерно $0,69 за литр)!
Иными словами, даже при условии импорта сырья для BtL-технологии
получение жидкого биотоплива из биомассы для ЕС становится рентабельным
и экономически обоснованным при цене сырой нефти более $60 за баррель.
Шестьдесят – это уже не сто, это совсем другой разговор.
А если постараться ещё лучше?
Логичный вопрос: если всё так просто и выгодно, почему земной шар до
сих пор ещё не покрылся сетью заводов по перегонке биомассы в
биотопливо? Сложности, как обычно, кроются в мелочах. Если копнуть
глубже, ключевой проблемой многих проектов получения альтернативного
топлива по-прежнему является сложность технологического процесса.
Вспомнить хотя бы недавний пример с тихо свёрнутыми идеями по
производству биодизельного топлива из масличных культур: только
объявили программу – моментально взлетели цены на зерно, а в некоторых
странах ещё и на готовую продукцию вроде подсолнечного масла. Или взять
популярную идею автомобиля с двигателем на этаноле: столько самых
разных экономических, социальных и технологических сложностей, что пока
может лучше и не стоит.
Не всё пока просто и с переработкой биомассы на биотопливо. Вроде бы,
без особого труда в Сети обнаруживаются десятки различных
многообещающих проектов с высокой рентабельностью, а копни глубже –
десятки промежуточных этапов химической и физической обработки,
множество реактивов, коктейли из энзимов, просто уйма побочных отходов
производства…
Выходом из ситуации могли бы стать простые и технологии, включающие
минимум этапов переработки сырья. Среди множества свежих сообщений на
тему перспективных технологий получения биотоплива из биомассы (будьте
уверены, несмотря на кризис таких публикаций по-прежнему вал) мне
удалось найти проект, обещающий получение горючего всего лишь в два
этапа!
Новый процесс переработки биомассы в биотопливо, разработанный
учёными из Университета Висконсин-Мэдисон (University of
Wisconsin-Madison) и представленный в статье под названием "Simple
Chemical Transformation of Lignocellulosic Biomass into Furans for
Fuels and Chemicals " в одном из февральских выпусков Журнала
Американского Химического общества (Journal of the American Chemical
Society), описывает беспрецедентно простой способ получения биотоплива
из необработанной непищевой биомассы путём 2-этапного преобразования.
Основа метода – первый этап, в процессе которого основной компонент
биомассы – целлюлоза, превращается в вещество с трудно произносимым
названием "5-гидроксиметилфурфурол" (5-hydroxymethylfurfural, HMF, C6H6O3).
На практике этот самый HMF представляет собой превосходную "химическую
основу" для производства множества самых разнообразных органических
химических веществ. В том числе, на втором этапе - того самого
требуемого биотоплива. Многие учёные занимались вопросом получения HMF
непосредственно из биомассы, однако методики значительно сложнее, за
несколько этапов, к тому же начало преобразований идёт от глюкозы или
фруктозы.
Однако вся изюминка – именно в первом едином этапе и изначальной работе
с целлюлозой. Для этого учёные применяют уникальный запатентованный
"растворитель", изготовленный из смеси сольвентов и специальных
добавок. Точной формулы чудо-растворителя мне найти не удалось, однако
в описании процесса учёные описывают его как диметилацетамид
(N,N-dimethylacetamide, DMA; CH3C(O)N(CH3)2) с содержанием хлорида лития (LiCl).
Одним из необычных свойств этого растворителя как раз и является
невероятная производительность по растворению длинных энергетически
богатых полисахаридных цепей целлюлозы, коими богаты любые растения.
По словам руководящего проектом профессора Рональда Рейнса (Ronald
Raines), разработанный в его лаборатории растворитель способен, к
примеру, полностью растворять шарики ваты, представляющей собой чистую
целлюлозу. Растворитель при этом достаточно прост, не едок, не обладает
резким запахом, химически не опасен для здоровья и главное, недорог.
Этот растворитель действует достаточно быстро (1−5 часов) с высокой
производительностью (до 92%) при сравнительно низкой температуре (менее
140°C).
Интересно также отметить, что учёным при этом удалось легко обойти
типичное препятствие подобных разработок в виде лигнина – полимера,
"склеивающего" стенки растительных клеток и затрудняющего доступ к
целлюлозе.
Кстати, в качестве простого второго этапа учёные предлагают
преобразование HMF в вещество под названием "2,5-диметилфуран" - DMF
(2,5-dimethylfuran, C6H8O).
Сегодня DMF считается многообещающим перспективным видом биотоплива
благодаря ряду полезных свойств. В частности, как гласит Wikipedia,
энергетическая плотность DMF на 40% выше нежели у этанола и вполне
сравнима с некоторыми бензинами. Помимо этого DMF химически стабилен,
нерастворим в воде и, соответственно, не поглощает влагу из атмосферы.
Иными словами, полностью совместим с уже имеющейся инфраструктурой
транспортировки жидких видов топлива. Кстати, уже сейчас DMF
применяется в качестве добавок для бензина.
Самое интересное – это, конечно, производительность процесса. В
настоящее время учёным удалось добиться 9% эффективности переработки
биомассы в биотопливо. Это означает, что 9% целлюлозы, содержавшейся в
применявшихся для эксперимента стеблях кукурузы, были полностью
переработаны в биотопливо.
Также интересно отметить, что помимо стеблей кукурузы в
качестве сырья для процесса учёные также использовали обычные сосновые
опилки, с примерно схожим результатом. Эксперименты с разными типами
сырья, судя по публикации, будут продолжены, однако учёные уверены, что
процесс универсален и для производства DMF или HMF подойдёт практически
любой тип растительной биомассы.
Возможно, КПД процесса получения DMF-биотоплива пока не столь уж
впечатляющ, однако учёные продолжают работать над его оптимизацией и
обещают значительным образом его улучшить, особенно на втором этапе.
Впрочем, даже с имеющимися цифрами можно помечтать.
Например, о масштабируемости производства. Безусловно, хороши крупные
промышленные центры с возможностью универсальной переработки различных
типов биосырья.
Однако чем хуже небольшой "перегонный заводик" сельского или
поселкового масштаба, использующий в качестве сырья отходы местной
лесопилки? Или всю биомассу, не используемую в хозяйстве на
производство кормов. Да мало ли откуда можно получить целлюлозу: мне
так порой кажется, что мировой запас бумажной макулатуры и сломанных
стульев, накопленных цивилизацией, скоро превысит по весу количество
растущих на Земле деревьев. Ну, может и преувеличиваю, но в любом
случае запасы такого мусора давно считаются промышленными.
Что касается КПД производства… Между прочим, для местного "топливного
заводика" даже процент выхода продукции может быть делом десятым – всё
равно сырьё пропадает, а так, глядишь, хватит для удовлетворения
локальных потребностей в топливе. Для той же посевной, городского
транспорта и так далее, так далее.
Есть над чем подумать.
Не исключено, что кому-то из наших читателей сегодняшний материал
покажется излишне… оптимистичным. Что ж, спорить не буду, есть немного,
особенно в области перспектив скорой массовости внедрения таких
технологий.
Однако прочитав материал, подумайте, не будет ли вам со временем
обидно, когда посторонний дядя построит у вас заводик, где из вашего же
сырья с помощью "секретных ингредиентов из сейфа" будет превращать
опилки в биотопливо с той же лёгкостью, с какой сейчас ваша вода
превращается в различные "импортные" колы?
А ведь так и будет - если не позаботиться о собственных технологиях сейчас, не взирая ни на какие кризисы…
|