В поисках энергии. Ресурсные войны, новые технологии и будущее энергетики - Дэниел Ергин

И все же, в США традиционный этанол и биодизель не могут достичь целевых показателей для биотоплива. Из 2,35 млн баррелей биотоплива в день, которые необходимо добавлять в моторное топливо к 2022 г., более половины должно относиться к биотопливу второго поколения. В значительной мере появление биотоплива второго поколения зависит от того, что сейчас существует в лабораториях и стартапах, но не производится в коммерческих масштабах, – от целлюлозного этанола.

Перспективный грибок

Во время Второй мировой войны одни из самых ожесточенных сражений происходили в южной части Тихого океана. Войска союзников, отвоевывая у японцев территории, остров за островом, сталкивались со сложностями, связанными с пребыванием в джунглях. Одной из наиболее загадочных и удивительных была гниль джунглей – плесневый грибок, который разъедал палатки, одежду, рюкзаки, обувь и патронташи. Его образцы (в общей сложности около 14 000 видов) отправлялись в военную лабораторию в Натике, штат Массачусетс, к западу от Бостона. Один грибок под названием Trichoderma viride был извлечен из сгнившего патронташа, привезенного из Новой Гвинеи. Биолог из Натика Лео Спано получил мутантную версию этого грибка, которую он оставил в водном растворе с измельченными листьями. Когда через 36 часов он снова взялся за раствор, то обнаружил, что мутант совершил нечто сверхъестественное – превратил листья в глюкозу, разновидность сахара. Глядя на этот сахар, Спано увидел образ нового будущего. «Я понял, что один фермент может изменить весь мир, – позже сказал он. – Если человек сможет направленно улучшать фермент, то получит субстанцию, способную поглощать ядовитые отходы и превращать их в полезные вещества».

После нефтяного кризиса 1973 г. работа Спано привлекла более широкое внимание. На конференции в Натике в 1975 г. заместитель министра сухопутных сил США Норман Огастин объявил, что «мы обращаемся к неприметным грибкам», чтобы решить проблемы энергоснабжения, обеспечения ресурсами и продовольствием. «Меня поразила, – позже сказал Огастин, – возможность сделать скачок при помощи совершенно нового подхода, который, похоже, имел под собой серьезную научную основу». И крупные компании, и стартапы начали экспериментировать с целлюлозным этанолом14.

Но в 1980-х гг., когда цены на нефть пошли вниз и затем рухнули, интерес к грибкам исчез. Финансирование долгосрочных исследований и разработок было урезано. Ряд компаний все же продолжали экспериментировать с этой технологией. Так, канадская Iogen, основанная в 1970-х гг., удержалась за счет разработки ферментов, которые, среди прочего, повышали перевариваемость корма для кур и свиней. Однако к началу XXI в. ряд факторов – возобновление поддержки и амбициозные цели по биотопливу, а также энергетическая безопасность и все большее внимание к изменению климата – создали плодородную почву для возрождения интереса к целлюлозному этанолу.

На что это похоже

До 2006 г. очень немногие слышали о просе прутьевидном. Одним из тех, кто точно знал о нем, был Дэвид Брэнсби, профессор родом из Южной Африки, который преподавал в Университете Оберна, штат Алабама. Его диссертация была посвящена сенокосным угодьям, и он в течение нескольких десятилетий изучал травы прерий, одной из которых было просо прутьевидное, растущее плотными пучками высотой 2–2,5 м. Однако его работа до поры до времени не привлекала особого внимания. Затем как-то засеянное просом поле Брэнсби посетил сенатор от штата Алабама, которого поразил потенциал этого растения как сырья для топлива. На встрече в Белом доме перед обращением президента к нации 2006 г. он рассказал о достоинствах проса прутьевидного. Президентская администрация, стремившаяся найти что-то новое в сфере энергетики, взяла его слова на заметку.

Можно не сомневаться в том, что десятки миллионов американцев, слушавших обращение к нации в 2006 г., были озадачены, когда президент Буш призвал к внедрению «передовых методов производства этанола… из древесной стружки, кукурузных стеблей и проса прутьевидного». Древесная стружка – это понятно. Но просо прутьевидное? На что это похоже? Реакция профессора Брэнсби из Университета Оберна была несколько иной. «Я чуть не упал со стула, когда смотрел это обращение в гостиной», – сказал он позднее15.

Священный грааль

Иногда целлюлозный этанол и другие современные виды биотоплива называют «священным Граалем». Если они получат практическое применение, то могут существенно изменить предложение и в то же время существенно снизить выбросы парниковых газов транспортными средствами. В отличие от электромобиля, для них не потребуется совершенно новая инфраструктура. Для конечного потребителя – водителя или авиакомпании – изменение будет практически незаметным. Жизнь не изменится. Но биотопливо трансформирует энергетическую систему с точки зрения производства энергии, ее производителей и потока доходов.

В их разработку вкладывается много усилий. На помощь энергетикам приходят ученые-биологи. Также эта деятельность, как никогда ранее, подкрепляется финансовыми ресурсами – от правительств, предпринимателей, венчурных капиталистов и инвестиционных компаний.

К тому же в последние годы значительные средства в исследования вкладывают крупные транснациональные нефтяные компании. Венчурные капиталисты, в свою очередь, профинансировали ряд стартапов.

Двигаясь разными путями, венчурные капиталисты стремятся к одной и той же цели – новому источнику моторного топлива, который будет коммерчески жизнеспособным, конкурентоспособным, доступным в больших количествах и для которого не понадобится совершенно новая инфраструктура.

Технология разложения растительных материалов и сельскохозяйственных отходов и превращения их в этанол существует. Проблема в том, как сделать ее экономически выгодной и пригодной для крупнотоннажного производства. Это большая проблема. «Мы всегда знали, что при помощи ферментов дерево можно превратить в сахар, – сказал топ-менеджер одной из первых фирм по производству целлюлозного этанола, которая функционирует с 1970-х гг. – Дело не в этом, а в стоимости и в возможности производства в промышленных масштабах»16.

Неопределенность обусловлена характером проблемы. Исследователи бросают вызов анатомии самого растения. Они пытаются извлечь из растений и других материалов то, что эти органические материалы просто так не отдают.

Основная проблема для этанола – как извлечь сахар, который можно подвергнуть брожению и затем путем перегонки преобразовать в спиртовое топливо. Из сахарного тростника его получить несложно. Кукурузу необходимо размолоть и подвергнуть соответствующей обработке. С целлюлозным этанолом все сложнее. Его получают из сахаров, которые являются составной частью длинной сложной цепочки углеводов, включающей целлюлозу и гемицеллюлозу. Но до топлива им далеко. Они слишком жестки, поскольку составляют «стены» растения. Целлюлоза и гемицеллюлоза наряду с лигнином придают растению структурную целостность. Именно благодаря им дерево стоит.