Материал: Биотопливо - перспективное направление биотехнологии

Как сообщают "Вести-24", Специалисты из Новосибирского государственного университета, работающие совместно с Институтом катализа СО РАН, разрабатывают катализаторы и реакторы для производства биотоплива третьего поколения из микроводорослей. Биологи и химики из Новосибирска ищут интенсивный путь, через совершенствование процесса катализа и других технологий экстракции топливного сырья из водорослей [1].

3. Отрицательное воздействие биотоплива

Использование биотоплива, например этанола (этилового спирта) или дизельного топлива (биодизеля), полученного из специально выращенных растений, обычно рассматривают как важный шаг к сокращению выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу. Конечно, при сжигании биотоплива углекислый газ попадает в атмосферу совершенно так же, как и при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Разница в том, что образование растительной массы, из которой было получено биотопливо, шло за счет фотосинтеза, то есть процесса, связанного с потреблением СО₂ [7].

Соответственно, использование биотоплива рассматривается как "углерод-нейтральная технология": сначала атмосферный углерод (в виде СО₂) связывается растениями, а потом выделяется при сжигании веществ, полученных из этих растений. Однако стремительно расширяющееся производство биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия.

При всех плюсах использования биотоплива быстрое увеличение его производства чревато серьезными опасностями для сохранения дикой природы, особенно в тропиках.

Использование кукурузы как сырья для получения этанола, само по себе требует большого количества воды, удобрений и пестицидов. В результате, если учесть все затраты на выращивание кукурузы и производства из нее этанола (они ведь тоже связаны с потреблением энергии, со сжиганием топлива), то окажется, что в сумме количество СО₂, выделяющегося при изготовлении и использования такого биотоплива, почти такое же, как при использовании традиционного ископаемого топлива! Для этанола из кукурузы коэффициент, оценивающий выделение парниковых газов на определенный энергетический выход (в кг СО₂ на мегаджоуль, 10⁶ джоулей, полученной энергии), равен 81-85. Для сравнения, соответствующий показатель для бензина (из ископаемого топлива) составляет 94, а для обычного дизельного топлива - 83. При использовании сахарного тростника результат уже существенно лучше - 4-12 кг СО₂/МДж [8].

Но настоящий положительный скачок наблюдается при переходе к использованию многолетних трав, например одного из видов дикого проса - так называемого проса прутьевидного (Panicum virgatum <http://en.wikipedia.org/wiki/Switchgrass>), обычного растения высокотравных прерий Северной Америки. Благодаря тому, что значительная часть связанного углерода запасается многолетними травами в их подземных органах, а также накапливается в органическом веществе почвы, территории, занятые этими высокими (порой выше человеческого роста) травами, функционируют как места связывания ("стока") атмосферного СО₂. Показатель эмиссии парниковых газов при получении биотоплива из проса характеризуется отрицательной величиной: - 24 кг СО₂/МДж (то есть СО₂ становится меньше в атмосфере) [7].

Еще лучше удерживает углерод многовидовой растительный покров прерий. Показатель эмиссии парниковых газов в этом случае также отрицательный: - 88 кг СО₂/МДж. Правда, скорость прироста (продуктивность) таких многолетних трав относительно низкая. Поэтому и количество топлива (выраженное в количестве бензина в литрах), которое может быть получено с естественной прерии, составляет всего около 940 л/га. Для проса эта величина достигает уже 2750-5000, для кукурузы - 1135-1900, а для сахарного тростника - 5300-6500 л/га. Эффективным оказывается и использование быстро растущих деревьев, например разных тополей и ив. В целом ряде районов земного шара, прежде всего в тропиках, широкое внедрение культур, используемых для получения биотоплива, связано с вырубкой лесов. В Индонезии и в Малайзии огромные территории, еще недавно занятые дождевыми тропическими лесами - экосистемами, характеризующимися не только очень высокой первичной продукцией (cм. также: Primary production), но и максимальным видовым разнообразием растений и животных, - превращены теперь в плантации масличной пальмы и других растений, пригодных в качестве сырья для биотоплива. В Бразилии плантации сахарного тростника замещают интереснейшие, также характеризующиеся высоким видовым разнообразием, болотные экосистемы. Особенно интенсивно этот процесс идет в последние годы после подписания соглашения между Бразилией и США о крупных поставках этанола [9].

Биотопливо на самом деле может угрожать многим природным экосистемам, прежде всего тропическим. Дело, конечно, не в самом биотопливе, а в неразумной, "недружественной по отношению к природе" политике его производства, в уничтожении богатых видами природных экосистем и заменой их крайне упрощенными экосистемами сельскохозяйственных угодий. Большие надежды авторы возлагают на использование в качестве сырья для биотоплива массы микроскопических планктонных водорослей, которые можно выращивать в прудах (порой даже с солоноватой водой) или в специальных биореакторах. Выход полезной продукции на единицу площади при этом значительно выше, чем в случае наземной растительности [8].

Заключение

Мир вступает в эру биоэкономики, т.е. экономики, основанной на биотехнологиях, использующей возобновляемое сырье для производства энергии и материалов. Многие страны уже внедрили свои технологии, некоторые только выходят на этот рынок с новыми разработками. Но сказать можно одно - за растительным биотопливом будущее. Запасы нефти, газа и угля не бесконечны и практически не возобновляемы. Поэтому производить топливо придется из всего, что "попадется".

Выводы

1.      По литературным данным были рассмотрены основные виды биотоплива.

2.      Горючее растительного происхождения - это экологически чистое топливо, позволяющее защитить окружающую среду.

.        Стремительно расширяющееся производство биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия.

.        Для защиты окружающей среды и сохранения биоразнообразия, необходимо использовать микроскопические водоросли, которые являются наиболее выгодным сырьем для получения биотоплива.

Список использованных источников

5.      Аналитический отчет. Основные тенденции развития рынка биотоплива в мире и России за период 2000 - 2012 годов. ОАО "Корпорация развития". 2013.43 с.

6.      Варфоломеев С.Д., Моисеев И.И., Мясоедов Б.Ф. Энергоносители из возобновляемого получения сырья. Химические аспекты // Вестник РАН. 2009. Т.79. № 7.595 - 604 с.

.        Назаренко Л.В., Биотопливо: история и классификация его видов. Актуальные проблемы естествознания // Вестник МГПУ. 2012. № 2 (10).16 - 32 с.

.        Моисеев И.И., Платэ Н.А., Варфоломеев С.Д. Альтернативные источники органических топлив // Вестник РАН. 2006. Т.76. № 5.427 - 437 с.

.        Фортов В.В., Макаров Л.А., Митрова Т.А. Глобальная энергетическая безопасность: проблемы и пути решения // Вестник РАН. 2007. Т.77. № 2.99 - 114 с.

10.    Биотопливо. [Электронный ресурс] // URL: https: // ru. wikipedia.org/wiki/Биотопливо <https://ru.wikipedia.org/wiki/Биотопливо> (дата обращения 19.02.2015).

.        Гиляров Алексей. Экологически безопасное топливо начинает угрожать дикой природе. [Электронный ресурс] // URL: https: // <http://www.dinos.ru/sci/20080219481.html> (дата обращения 19.02.2015).

12.    M. J. Groom, E. M. Gray, P. A. Townsend. Biofuels and biodiversity: Principles for creating better policies for biofuel production // Conservation Biology. 2008.

13.    Y. Chisti. Biodiesel from microalgae // Biotechnology Advances. 2007. V.25.294-306 P.