В недалекому майбутньому мінеральні та органічні запаси земних надр перестануть задовольняти всезростаючі енергетичні потреби цивілізації. Вже сьогодні з’явилися технології, що дозволяють виробляти на основі багатьох видів рослин органічне біопаливо. Але вирощування таких культур призводить до виснаження земельних ресурсів. Попросту кажучи, верхній і тонкий родючий шар гумусу поступово виснажується, що може вивести з використання мільйони або й мільярди гектарів орних угідь. Продовольча проблема з кожним роком на планеті постає все гостріше.
Розвіданих і перспективних родовищ мінеральних корисних копалин – вугілля, нафти і газу, за прогнозами залишилося максимум на кілька десятиліть. Тому погляди вчених звернені на невичерпний, практично, ресурс біомаси Світового океану. На жаль, вся історія технічної цивілізації переконує в тому, що людський розум працює на власне знищення. Хотілося б вірити в наявність інстинкту самозбереження, коли відсутні мотиви вищого порядку, але сподіватися на це почуття – справа невдячна. Там, де існує хоча б невелика вигода і можливість отримання прибутку, всі інші категорії моралі і моральності не враховуються.
Західний меркантильний стиль життя впевнено завоював всі простори і тепер веде нас до невідомого майбутнього. Матеріально-валютна свідомість зумовила вчинки не тільки конкретних особистостей, але й стала переважаючим початком всього суспільного устрою сучасного світу. Звідси тяжкий екологічний стан планети, і всеростаюча різниця рівня життя між невеликою групою “еліти” і більшою частиною населення планети. Технологічна гонка призводить, в результаті, до вимирання людства. А біопаливо стане енергетичним ресурсом “золотого мільярда” після втілення в життя соціальних та економічних експериментів над людьми.
Як би не іронізували з приводу конспірології деякі завзяті прихильники всесвітнього благоденства, але те, що зараз відбувається з цінами на нафту, – чергове підтвердження теорії змов. Як в 80 роки XX століття “раптове” падіння світових цін на нафту поховало Радянський Союз, так і сьогодні повторюється перевірений сценарій по відношенню до Росії. Хоча Кремль і сам для цього постарався. Якби він хоча б трохи вирішив відійти від радянського способу мислення, наприклад, в сфері розвитку технологій виробництва біопалива, то сьогодні ці американські санкції виглядали б не такими дошкульними. Однак саме ці діячі і не бажають підписувати Кіотський протокол.
Ціна на “чорне золото”, що довгий час трималсь в межах 100 $ дала можливість реалізації незатребуваних технологій отримання енергоресурсів з альтернативних джерел. Одним методам видобутку таких енергоресурсів заважали лобістські інтереси нафтових корпорацій, іншим – недолік наукових і технологічних можливостей, третім – ще щось. Але, нарешті, реальна загроза залишитися без світла, тепла і бензину змусила всіх напружитися і нарешті взятися за неосвоєні перспективи, одним з яких стало біопаливо.
Адже простого громадянина нафта цікавить не в зв’язку з тими чи іншими політичними подіями. Головна його турбота – це вартість бензину на заправці і ціна комунальних послуг. Матеріальне благополуччя сьогодні важливіше якоїсь незрозумілої екологічної загрози завтра або чим там ще лякають освічені мужі?
І ось біопаливо, як один з видів нового класу високооктанових бензинів, до речі, екологічно чистішого своїх нафтових аналогів, все частіше з’являється на бензоколонках. Бензин і гас в основному використовуються в автомобільній і в авіаційній галузях. Вони залишаться головним енергетичним компонентом ще на невизначений період часу. Розвиваються альтернативні джерела палива – електричні, сонячні батареї та інші, але вони поки не досягли вирішального значення для повного витіснення двигунів внутрішнього згоряння. Про термоядерну чи іншу екзотичну енергію і говорити не доводиться. Тому біопаливо залишається реальним засобом заміни нафти.
Оскільки природні запаси, що накопичуювалися за мільйони років, не розраховані були на настільки їх активну експлуатацію культурною цивілізацією, то доведеться їй знаходити нові способи і форми задоволення своєї жадібності. Поновлювані природні ресурси дуже різноманітні, але не всі дають швидкий економічний ефект, що явно не задовольняє апетити транснаціональних корпорацій. Сьогодні активно впроваджується спосіб застосування спирту, як самостійного виду палива, так і основи для виробництва біологічних компонентів, що перевищують коефіцієнт корисної дії двигунів внутрішнього згоряння. Такі сполуки виконують крім екологічної функції ще й інші – значно економлять фінансові ресурси для збільшення працездатності рухової апаратури і обладнання. Їх застосування збільшує термін експлуатації. Такий варіант дуже привабливий. Але районів, де можна вирощувати культури, придатні для спиртоваріння і з необхідним ступенем економічної вигоди, на Земній кулі зовсім небагато. Крім того, витрати на виробництво етилового бензину з різних біокомпонентів перевершують їх енергетичний потенціал. Так, наприклад, співвідношення використаної енергії у виробництві бензину з целюлози до отриманої становить всього лише 10%. Існують варіанти виготовлення палива з рослинних масел, що були у вжитку, але і вони кардинально проблему не вирішують. Всі ці виробництва межують на межі економічної вигідності і при найменших цінових коливаннях призводять до зупинки виробництва. А виробляти бензин з зерна, коли мільйони людей голодують, а ще більше недоїдають, якось не етично.
З середини минулого століття вчених розвинених країн привабила ідея використовувати в якості біопалива морські водорості. Це дійсно поновлюваний і колосальний резерв. Він відповідає підвищеним екологічним вимогам, його не потрібно вирощувати, витрачаючи додаткові кошти, просто підтримуй плантації в порядку та збирай врожай. Так, водорості, крім великої маси виходу з одного квадратного метра площі, дають до 50% готового палива з одиниці продукції, що значно більше, ніж у наземних рослин. Потім енергетична криза 70-х років кілька відновила інтерес до розвитку альтернативних технологій, але ненадовго. Малобюджетні програми фінансування не дозволяли активно розвивати енергетику поновлюваних паливних ресурсів. Однак майбутнє зникнення мінеральних видів енергетичних запасів і порушення екологічної рівноваги змусило вчених багатьох країн почати активні розробки з дослідження і виробництва альтернативних джерел.
Що собою являють водорості з точки зору біології? Це водний організм, який може складатися з однієї клітини розміром з мільйонну частину метра. Але існують і багатоклітинні водорості-гіганти, що досягають довжини 40 метрів. Зміст в їх складі хлорофілу зумовлює можливість вироблення речовин шляхом поглинання кисню і перетворення його в органічний вуглець, який є основною формою біологічних істот на нашій планеті. Але найбільш цінними з енергетичної точки зору, як біопаливо, є дрібні водорості, що мешкають не тільки в морі, а й в прісних водоймах. Особливо їх багато утворюється на болотах і в замкнутих системах. Оскільки водорості належать до класу рослин, то сонце, вода і повітря є основними компонентами, необхідними для росту. В результаті фотохімічної реакції синтезуються біологічно активні речовини, що акумулюють в собі енергію сонця. Для живого організму головним енергетичним компонентом, крім вуглеводів, є ліпіди, тобто карбонові кислоти. Так ось, частка їх у загальній масі рослини становить від кількох до десятків відсотків. Звідси й підвищений інтерес дослідників до водоростей, як потенційного джерела енергії.
Для більшої наочності можна показати кількісні порівняльні характеристики вмісту жирів в наземних рослинах і в їх водних родичів. З акра займаної площі можна взяти галонів рідкого палива:
– Кукурудза – 18;
– Соя – 48;
– Сафлор – 83;
– Соняшник – 108;
– Ріпак – 127;
– Пальма 635;
– Водорості (природні умови) – 1850;
– Водорості (лабораторні показники) – 5000 – 15000.
Щоб ці цифри остаточно вразили україномовного читача, можна перевести галони в літри, а англійські акри – в зручні нам квадратні метри. Один галон становить майже 3,8 літра, а акр дорівнює 4,046 кв. метрам. Тепер можна уявити наскільки більша «врожайність» морських рослин в порівнянні з сухопутними. А якщо запитати у агронома, як виснажують землю, наприклад, соняшник чи ріпак, то він скаже, що після них без внесення органічних і мінеральних добрив врожайність падає катастрофічно.
Ще більш вражаючі результати були отримані після спеціальних досліджень американськими вченими в 70-х роках XX століття. Найбільш ефективними виявилися крем’яні та зелені мікроводорості. На площі в п’ятсот тисяч акрів в пустельній зоні з водних рослин можна отримати сім з половиною мільярдів галонів бензину. Для вироблення такої ж кількості біопалива з ріпаку необхідно засіяти майже 60 млн. акрів самого родючого ґрунту.
Віджимаючи отриману масу, виробник може розраховувати на отримання 60-70% жирів. Це вже дуже серйозна заявка на лідируючі позиції в сфері отримання енергоресурсів. Такими даними зацікавилося військове відомство США і відновило раніше закриті програми зі створення рослинного гасу для військової авіації. Знамениті університети і енергетичні компанії, що фінансуються Пентагоном знову почали активно розробляти цю тематику.
Природно, в цей час нерозумно закинути нафтові і газові родовища і зайнятися розведенням настільки перспективних водоростей. Скептики тверезо попереджають про передчасність таких кроків. Причин кілька. По-перше, для вирощування біомаси створюють спеціальні резервуари, обсягів яких ще явно недостатньо для досягнення комерційного рівня, що гарантує вигідний процес і отримання прибутку. По-друге, відсутня необхідна постійність в зростанні водоростей, яка задовольнить промисловим масштабами. Поки не створено систем, здатних масово виробляти біопаливо з водної маси.
Тут велике поле діяльності фахівців з генної інженерії, які витрачають свій час і наші гроші на перетворення їстівних продуктів в неїстівні. Після чого нормальні продукти стають отрутою.
Існують три основні способи перетворення водної флори в біопаливо, які застосовуються в звичайних маслобійних цехах для отримання соняшникової олії. Перший спосіб – це віджимання за допомогою пресів, звідки продукт надходить в маслоприйомник. Другий – це відділення або витяг в надкритичних умовах. Третій спосіб – це витримка з подальшим очищенням насиченого вуглеводню класу алканів-гексану.
При всій численності відомих лабораторій США, які займаються цією проблемою, кількісні показники ретельно приховуються. Це зрозуміло. Наукові та комерційні таємниці необхідно зберігати від цікавого погляду конкурентів. Вся ця таємничість цілком має на увазі можливість появи в недалекому майбутньому промислових установок з виробництва рослинної бензину. Втім, деяка інформація просочується, і в відкритих джерелах з’явилося повідомлення з університету в штаті Міннесота. Місцева лабораторія з пошуку технологічного способу отримання бензину з водоростей займається з зеленими водоростями. Стало відомо, що її співробітники борються за збільшення швидкості росту біомаси, збільшення виходу готового продукту, а також яким чином зменшити навантаження на навколишнє середовище при виробництві та переробці органічної сировини. Особлива увага приділяється проблемі нешкідливого усунення відходів.
Головними труднощами при отриманні великого обсягу маси є неможливість протікання процесу фотосинтезу в глибині рослин, що перевищує всього кілька сантиметрів. Сонячні промені не проникають в рослинну товщу і швидкість реакції падає. Вченим лабораторії вдалося побудувати такий реакторний біорезервуар, в якому поєднуються найоптимальніші варіанти надходження світла і необхідних речовин, що прискорюють фотосинтез.
Ще одним нетривіальним виходом, придуманим вченими, стало використання звичайних очисних споруд, в яких знаходиться величезна кількість речовин, які отруюють навколишнє середовище, але допомагають створювати біопаливо. Нітриди і фосфорні сполуки, вуглекислий газ та інші органічні матеріали безпосередньо заселяють зеленими водоростями, які виконують тепер подвійну функцію. Вони очищають воду і одночасно стають речовиною, придатною для виробництва органічного бензину.
Зменшення економічних витрат – одне з важливих завдань для отримання вигідного в промислових масштабах біопалива. За підрахунками, прийнятною буде вартість за галон в межах двох доларів. Для Міністерства оборони цифра і в п’ять доларів не стане фатальним результатом, хоча більше подобається – 3 долари. Пентагон заради своїх далекосяжних глобальних претензій згоден заправляти бомбардувальники і винищувачі за цією ціною, дещо високою для звичайного громадянина Америки.
Сьогодні інтереси «зелених» і корпорацій, які виготовляють бензин, практично співпали.
