С приставкой "bio"

Ученые активно ищут замену традиционным видам горюче-смазочных материалов. Наиболее успешно проводятся эксперименты по созданию водородных источников энергии и биотоплива.

Что придет на смену бензину и дизельному топливу? Три составляющих – высокая цена, уровень загрязнения и приближение реального дефицита – заставляют ученых искать альтернативные виды моторного топлива. Водород – теоретически главный претендент на достойную замену: во-первых, он в принципе неисчерпаем, во-вторых, абсолютно чистый вид энергии. И кому удастся разработать дешевые технологии по водородным энергосистемам, тот фактически приобретает колоссальные конкурентные преимущества.

Водородный выхлоп

Недавно российский олигарх Владимир Потанин приобрел крупный пакет акций в американской компании, занимающейся разработкой водородных топливных элементов. Совместное предприятие Smart Hydrogen, учрежденное «Интерросом» и «Норильским никелем», вложило в компанию Plug Power 241 млн долларов. Сделка рассматривается как стратегический шаг в будущее. Plug Power занимается сооружением топливных ячеек для аппаратов питания коммуникационной индустрии, и за 9 лет своего существования компания не получала прибыли. Как заявил сам Потанин, вложения сделаны для выхода на международный рынок водородной энергетики. Привлекательную технологию, при которой единственным побочным продуктом становится вода, сдерживает дороговизна в получении водорода. Если компании удастся приблизить экспериментальный рынок топливных ячеек к рядовому покупателю, то она завоюет лидирующие позиции на энергетическом рынке. Но у Plug Power существует масса конкурентов. Месяц назад об освоении водородного топлива объявил баварский концерн BMW. В течение двух лет автопроизводитель собирается наладить серийное производство автомобилей 7−й серии, работающих как на бензине, так и на водороде. Но в этом заявлении некоторые эксперты увидели амбициозный ответ Peugeot Citroёn. В начале этого года во Франции исследовательская группа СЕА представила водородный топливный элемент весом всего в 5 кг, позволяющий ехать машине на одной заправке 500 км. Более того, общественности были продемонстрированы экспериментальные модели Peugeot 307 и Citroёn C4, оснащенные новым гибридным двигателем. Конструкция данных моделей сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания и электрический мотор. Гибридная система позволяет значительно сократить расходы горючего до 3,4 литра дизельного топлива на 100 км. Теперь задача компании – удешевить систему до среднего потребительского спроса, так как на данный момент представленные автомобили значительно дороже дизельных аналогов. Проблема гибридных двигателей заключается в том, что при сокращении расходов горючего на 20–40% они увеличивают в разы стоимость автомобилей. И их коммерческая целесообразность строится на поддержке автовладельцев, использующих экотопливо, со стороны государства.

Пока развитие рынка водородного топлива для автомобилей во многом инициируется государственными программами. В 2003 году президент США Джордж Буш провозгласил «Инициативу в области водородного топлива» для развития новых технологий. Программа предусматривает выделение в течение пяти лет, с 2004 по 2008 год, в общей сложности 1,2 млрд долларов. В прошлом году в США началось строительство заправочной инфраструктуры для водородных авто. Губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер выделил 80 млн долларов на строительство сети водородных АЗС, которые должны начать функционировать к 2010 году. В штате Флорида скоро будут ездить 8 микроавтобусов, использующих технологию топливных ячеек, – водород, взаимодействуя с кислородом, вырабатывает электричество. 8 микроавтобусов и водородная АЗС обойдутся Флориде в 15 млн долларов. В Вашингтоне уже открыта подобная АЗС, на которой заправляются 11 водородных автомобилей, используемых мэрией города. В целом программа по развитию водородной энергетики дала ощутимые результаты: за последние три года себестоимость топливных элементов в США уменьшилась на 38%. Но для обеспечения конкурентоспособности топливных элементов с двигателями внутреннего сгорания их цена должна быть снижена в четыре раза и ужесточены экологические нормы для автомобилей.

С экологической точки зрения водород – наиболее перспективное топливо для автомобилей. Технически идея выглядит просто – емкость, в которой происходит обмен электронами между молекулами двух газов (водорода и кислорода), в результате чего выделяется энергия, а в качестве побочного продукта – вода. Литр водорода весит всего 70 граммов – это наиболее теплотворное топливо. 1 кг водорода содержит в три раза больше энергии, чем бензин. Но все не так просто. Производство водорода, по количеству энергии эквивалентного литру бензина, обходится в 5 долларов. Другая проблема – хранение. Водород – самый легкий элемент на земле, следовательно, в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива. Даже если его довести до жидкого состояния, при одном пробеге объем бака с водородом будет в 4 раза больше, чем с бензином. Есть ряд и других серьезных проблем: взрывоопасность, дорогая заправочная инфраструктура по себестоимости на порядок выше, чем система бензиновых или дизельных АЗС. Для рядовых потребителей водородное топливо пока малодоступно – на сегодняшний день средняя стоимость автомобиля, оснащенного топливными ячейками, составляет 100 тыс. долларов.

Биодобавки для автолюбителей

Если водородное топливо апеллирует к будущему, то биоэтанол уже подошел к отметке коммерческой привлекательности. Когда цены на нефть на мировом рынке достигают 50 долларов за баррель, биотопливо становится конкурентоспособным. Биоэтанол – это жидкое спиртовое топливо, вырабатываемое из сельскохозяйственной продукции, в основном из культур с высоким содержанием сахара и крахмала, например кукурузы, зерновых или сахарного тростника. Топливный этанол не содержит воду и производится укороченной дистилляцией – две ректификационные колонны вместо пяти для спирта, применяемого в пищевой промышленности. Практически доказано, что если в бензин добавить до 10% спиртосодержащих добавок, получается моторное топливо с октановым числом 95–98. Согласно проведенным исследованиям, при сгорании такого биотоплива число вредных выбросов сокращается на 30%.

Лидером потребления автомобильного биотоплива является Бразилия, где каждая вторая продаваемая машина использует спиртосодержащее топливо из сахарного тростника. Невысокая себестоимость производства этанола – 0,19 долларов за литр (в США – 0,33, в ЕС – 0,55) – делает биотопливо дешевле бензина. В 2005 году в Бразилии общее производство этанола достигло 16,6 млрд литров. Сегодня он занимает около 20% общего объема топливного рынка Бразилии. По мнению аналитиков, с 2005 по 2010 год объемы экспорта этанола из Бразилии вырастут в два раза – с 600 млн долларов до 1,3 млрд долларов.

Хотя этим планам могут помешать США. Страна, импортирующая из Бразилии около 1 млрд литров этанола в год, рассматривает сейчас проект по использованию возобновляемого топлива. В частности, проект предполагает, что биотопливо американского происхождения должно занимать фиксированную долю от общего объема потребления альтернативного топлива в стране. Благодаря этому нововведению Америка сможет сократить импорт сырой нефти к 2012 году на 250 млн тонн. Департамент сельского хозяйства США пришел к выводу, что этанол вырабатывает 134% энергии, затрачиваемой при выращивании, уборке и переработке кукурузы. Бензин же возвращает лишь 80% энергии, используемой в его производстве. Во многом популярность биотоплива в Штатах вызвана и тем, что его массовое внедрение стимулирует развитие сельского хозяйства. В апреле министр сельского хозяйства США Майк Йоханнс заявил, что в стране около 25% урожая кукурузы может быть использовано в качестве сырья для производства этанола. Сейчас этот показатель составляет 14%, что позволяет производить около 15 млрд литров биотоплива в год. В Соединенных Штатах имеется около 100 заводов по производству этанола с суммарной мощностью 16 млрд литров в год.

Польза для аграриев

Этанол открывает для фермеров новые рынки сбыта, что приводит к общему подъему сельхозсектора. По данным американской Национальной ассоциации производителей зерновых, в производстве этанола в США заняты более 40 тыс. человек, а прямой и косвенный вклад в экономику страны составляет более 6 млрд долларов в год путем поддержки смежных отраслей. Ожидается, что с помощью биотехнологий удастся увеличить содержание в кукурузе крахмала, из которого производится этанол, благодаря чему удастся увеличить выход этанола (сейчас из тонны кукурузы удается получить около 413 литров этого продукта).

Кроме кукурузы в США планируют использовать для производства этанола и другие виды сырья. Американское правительство поставило цель разработать на протяжении 6 лет эффективные технологии выпуска целлюлозного этанола из отходов сельского и лесного хозяйства, а также из ивы.

Подогревают спрос на биоэтанол и страны ЕС. В конце прошлого года министр промышленности Франции Франсуа Лоос предложил Европейскому союзу активно использовать биотопливо. На конец 2005 года на долю биогорючего приходилось около 2% от всего продаваемого в странах ЕС бензина и дизельного топлива. Лоос добивается, чтобы эта доля к 2010 году была доведена до 6%. Если для бензиновых двигателей используется этанол, то для дизельных двухтактных двигателей идет растительное масло (в Европе, к примеру, отдают предпочтение рапсовому маслу). В продаваемых сегодня на европейских автозаправках смесях, обозначаемых как «био», доля спирта или масла составляет примерно 5%. Например, для поощрения автолюбителей, использующих растительное топливо, в Голландии масло для заправки не облагается налогом, и цена за литр составляет 0,70 евро (1,5 евро за литр дизельного топлива). Правда, пока в Голландии биоавтомобилей насчитывается меньше 1% – около 10 тыс. машин.

В Европе разработки по альтернативным видам топлива продвигаются достаточно активно. Голландцы уже сейчас предлагают предварительный план по дополнительным инвестициям в опытные разработки. Во-первых, порт Роттердам может служить пунктом для экспорта альтернативных энергоносителей, во-вторых, исследовательские центры по биотопливу и производственные мощности могут также располагаться в Голландии, что сыграет только на пользу экономики этой страны.

В данный момент несколько серьезных компаний вовлечены в разработки видов топлива будущего: Nedalco BV занимается исследованием и разработкой целлюлозного этанола и уже рассматривает возможность строительства завода по этанолу, компания Biofuels BV развивает технологию HTU дизеля. Кроме того, известная англо-голландская компания Royal Dutch Shell проводит исследования по биотопливу второго поколения.