От биотоплива пока больше вреда, чем пользы

Плакат, пропагандирующий полезность использования биотоплива. В соответствии с этой идеализированной схемой углекислый газ (Carbon dioxide), попадающий в атмосферу при сжигании топлива, связывается растениями, а растительная масса потом перерабатывается для получения новой порции топлива. На самом деле при производстве биотоплива углекислого газа выделяется в сумме гораздо больше, чем связывается растениями. Рис. с сайта www.alternative-energy-news.info

Биотопливо входит в моду. Производящие его страны надеются в будущем обрести хотя бы частичную независимость от постоянно растущего в цене ископаемого топлива (нефти, угля и газа). Кроме того, считается, что использование биотоплива не должно приводить к росту содержания в атмосфере углекислого газа (CO₂). Ведь количество СО₂, выделяющегося при его сжигании, равно тому количеству, которое уже было изъято в ходе фотосинтеза растений, используемых как сырье для биотоплива. К сожалению, пока рост производства биотоплива приводит только к дополнительным выбросам СО₂ в атмосферу. Особенно тревожная ситуация складывается в тропических районах, где ради плантаций соответствующих культур (прежде всего масличной пальмы) начинают сводить дождевые леса и распахивать саванны. Расчеты показывают, что образовавшийся «углеродный долг» (количество СО₂, поступающее в атмосферу при разрушении естественного растительного покрова и сжигании топлива) огромен, а «погасить» его можно только, выращивая в этих местах культуры для биотоплива в течение десятилетий или даже столетий.

С переходом на биотопливо, которое начинает замещать традиционное ископаемое топливо, еще недавно были связаны большие надежды. Теоретически рассуждая, использование биотоплива должно привести к сокращению выбросов СО₂ в атмосферу, поскольку оно, по сути, является «углерод-нейтральным». Углерод, изъятый из атмосферы в ходе фотосинтеза, просто возвращается в нее при сжигании образовавшегося органического вещества (биотоплива).

Тропический лес в Малайзии. Хорошо видно, что подстилки почти нет, основной запас углерода сосредоточен в стволах деревьев. Если такой лес будет сведен, а на его месте разбиты плантации масличной пальмы, потребуется более 400 лет для того, чтобы компенсировать выделение углекислого газа, поступившего в атмосферу при сведении леса и превращении этих земель в плантации. А чрезвычайно разнообразные флора и фауна будут утеряны навсегда. Снимок © Rhett A. Butler сделан в национальном парке Таман-Негара. С сайта travel.mongabay.com

Однако выращивание соответствующих культур и производство из них топлива (например, этанола из кукурузы) само по себе требует немалых энергетических затрат: нужно вспахать землю, посеять семена, обеспечить полив и т. п. Все эти затраты, естественно, связаны со сжиганием топлива и выбрасыванием в атмосферу дополнительного количества СО₂. Если суммарные энергетические расходы на производство биотоплива будут велики, то никакого ожидаемого сокращения эмиссии (выброса в атмосферу) СО₂ и других парниковых газов может и не произойти.

Положение усугубляется тем, что почти все земли, пригодные для выращивания сельскохозяйственной продукции, и так уже давно распаханы. Когда часть их начинают использовать для культур, идущих на биотопливо (кукурузу или сахарный тростник для получения этанола, масличную пальму или сою для получения биодизельного топлива), то сразу же растет цена на фуражное зерно и продовольствие. А в силу глобального характера современной экономики процессы, происходящие в одной стране, сейчас же начинают затрагивать другие страны.

Крайне опасная тенденция последнего времени — это чрезвычайно быстро расширяющееся производство биотоплива в тропических районах (в Бразилии, Индонезии, Малайзии), где начинают сводить девственные леса или распахивать своеобразные бразильские саванны («кампос») — «кампос серрадос», или «серрадо» (Cerrado). Уничтожаемые биомы характеризуются необычайно высоким разнообразием фауны и флоры, служат местами обитания многих видов, находящихся на грани вымирания (например, орангутана в Юго-Восточной Азии или ягуара в Южной Америке), а кроме того, содержат огромное количество связанного углерода — прежде всего в самих растениях, но также — в органическом веществе почвы.

Следует напомнить, что в целом, в масштабах всей планеты, в растительности и почвах содержится в 2,7 раза больше углерода, чем в атмосфере. Если вырубается и сжигается древесная растительность, это сразу ведет к значительному поступлению СО₂ в атмосферу. К тому же, СО₂ продолжает еще в течение ряда лет (порой десятилетий) выделяться в таких местах из-за продолжающегося гниения оставшихся в почве корней и разложения имевшегося там ранее органического вещества.

Серрадо — южноамериканская саванна, своеобразный биом, включающий участки леса и травянистой растительности. Этот снимок сделан в Бразилии, в долине реки Токантинс. Фото с сайта www.unb.br. Подробнее о серрадо можно узнать здесь

«Элементы» уже писали об отрицательных экологических последствиях растущего производства биотоплива (см.: Экологически безопасное биотопливо начинает угрожать дикой природе, 19.02.2008). Недавно это проблема была снова затронута в двух статьях, появившихся в одном номере журнала Science.

Авторы первой статьи (Joseph Fargione et al., 2008) подсчитали так называемый «углеродный долг» — суммарное количество СО₂, выделившегося за 50 лет как при сжигании полученного топлива, так и при его производстве, причем на всех этапах, начиная с уничтожения исконной растительности и подготовки земель для будущих плантаций. Срок в 50 лет взят потому, что этого времени достаточно, чтобы разложилась большая часть органического вещества, сохранившегося в почве от ранее существовавшей на этом месте экосистемы. Углерод, который связывался растениями, выращиваемыми для получения биотоплива, при расчете «долга» вычитался. Расчеты приведены для плантаций масличной пальмы, которые в Малайзии и Индонезии сменили дождевые тропические леса, и для плантаций сои, которые в Бразилии были разбиты на месте дождевого тропического леса или южноамериканской саванны (серрадо). «Углеродный долг» подсчитан также для полей кукурузы (выращиваемой с целью получения этанола), устроенных в США там, где еще недавно была прерия, а также для бросовых земель, на которых начинают выращивать кукурузу или многолетние травы прерий.

За исключением тех случаев, когда в качестве сырья для биотоплива используется растительность прерий, которую восстанавливают на бросовых землях, размер «углеродного долга» весьма внушителен (см. диаграмму): около 700 тонн СО₂ в расчете на гектар для дождевых тропических лесов. Если же лес рос на торфяном болоте, то величина долга достигала рекордной величины — 3500 т СО₂ /га. Несколько меньше (165–85 т СО₂ /га) долг был для южноамериканских серрадо, превращенных в плантации сахарного тростника (сырье для получения этанола) или сои (сырье для дизельного топлива).

A — «углеродный долг» (в Mг CO2 на гектар, 1 мегаграмм = 106 г = 1 тонна) — количество СО2, которое должно поступить в атмосферу за 50 лет после превращения в плантации для получения биотоплива той или иной природной экосистемы в том или ином регионе (см.: «Former ecosystem» и «Location» — средний и нижний ряды надписей внизу диаграммы). При расчете этой величины учтено не только выделение СО2, но и связывание его в ходе выращивания культур. Коричневая верхняя часть каждого столбика — углерод, находившийся в корнях и органическом веществе почвы. Синяя нижняя — углерод в надземных частях растений. B — доля долга (в %), идущая непосредственно на биотопливо. C — ежегодная «выплата» углеродного долга (в Мг СО2 на гектар за год). D — время (годы), необходимое для выплаты углеродного долга. Непосредственно под диаграммой указан вид топлива и растения, используемые в качестве сырья. Первые шесть столбцов относятся к природным экосистемам, на месте которых разбиваются плантации, а последние три — к заброшенным деградировавшим землям (пустошам), которые начали использовать для выращивания культур, идущих на биотопливо. Рис. из обсуждаемой статьи Fargione J. et al. в Science

Зная скорость, с которой «погашается» углеродный долг при выращивании на освоенных территориях культур для биотоплива, можно рассчитать срок, в течение которого это погашение произойдет. В случае дождевых тропических лесов, превращенных в «биотопливные» плантации, это время измеряется несколькими столетиями, в случае прерий — около 100 лет, в случае серрадо 20–30 лет. Соответственно, на протяжении этого времени биотопливо, полученное с преобразованных земель, не будет давать никакой экономии по части СО₂ в сравнении с обычным ископаемым топливом.

Расширение производства биотоплива вызывает волну протестов по всему миру. В Англии создана даже специальная общественная организация наблюдающих за распространением биотоплива. На снимке участники пикета держат плакат с надписью «Справедливость для местного населения. Возьмите под контроль корпорации по производству биотоплива». Пикет проходил в октябре прошлого года и был приурочен к «Biodiesel Expo in Newark» — крупнейшей конференции производителей биотоплива в Ньюарке (Ноттингем, Великобритания). Фото с сайта www.indymedia.org.uk

Вторая статья (Tim Searchinger et al., 2008) посвящена ситуации, сложившейся с производством биотоплива в США, где всё больше пахотных земель начинает использоваться для выращивания кукурузы с целью получения этанола. В 2004 году в США посевами кукурузы было занято около 30 миллионов га угодий, причем 11% площади — исключительно для производства этанола. Ожидается, однако, что к 2016 году около 43% земель, занятых в настоящее время кукурузой, выращиваемой для получения фуражного зерна и хлеба, будут отведены под кукурузу, выращиваемую исключительно как сырье для получения этанола. Соответственно, начнется распашка новых земель (старых залежей), и, как показывают расчеты авторов, возрастут цены на зерно. Ответом будет и рост площадей, занятых сельскохозяйственными культурами в других странах — в частности, в Бразилии, Китае и Индии.

Авторы данной работы рассчитали также выделение СО₂, связанное с производством этанола из кукурузы (на всех этапах), и тоже пришли к неутешительным выводам. Пока биотопливо приводит только к дополнительной эмиссии углекислого газа в сравнении с традиционным ископаемым топливом. Для того, чтобы использование биотоплива (конкретно — этанола из кукурузы) начало положительно сказываться на балансе углерода и компенсировало дополнительные выбросы СО₂, особенно значительные на начальных стадиях возделывания кукурузы, должно пройти 167 лет! Только после столь длительного культивирования растений, идущих на биотопливо, можно будет говорить о положительном воздействии его на баланс углерода в атмосфере. В течение же первых 30 лет после перехода на биотопливо суммарное количество СО₂ (с учетом дополнительных выбросов), выделяющееся в расчете на километр пути автомобиля, использующего этанол, в два раза превысит количество СО₂, выделяющееся при использовании традиционного ископаемого топлива.

Пока писалась эта заметка, информационные агентства сообщили: «Бывший зампред правления «Газпрома» Александр Рязанов задумал построить завод биоэтанола за 220 млн евро. Компания уже определилась с площадкой для строительства завода ... Завод будет находиться в поселке Дмитровка (Тамбовская обл.) ... Проект ориентирован на экспорт, ведь в России продажа биоэтанола пока нерентабельна ... Пока таких производств в России нет. Это высокорискованный бизнес: велика конкуренция со стороны Бразилии, где есть более дешевый сахарный тростник, а в перспективе конкуренцию может составить Украина, где планируется производство биоэтанола из кукурузы...»

Источники:
1) Joseph Fargione, Jason Hill, David Tilman et al. Land clearing and the biofuel carbon debt // Science. 2008. V. 319. P. 1235–1238.
2) Timothy Searchinger, Ralph Heimlich, R. A. Houghton et al. Use of U.S. croplands for biofuels increases greenhouse gases through emissions from land-use change // Science. 2008. V. 319. P. 1238–1240.

<< Назад