Екологічно безпечне біопаливо починає загрожувати дикій природі

Заправка біодизелем в Австралії. Фото з сайту altfuelsaustralia.wordpress.com

Використання біопалива, наприклад етанолу (етилового спирту) або дизельного палива (біодизеля), отриманого зі спеціально вирощених рослин, зазвичай розглядають як важливий крок до скорочення викидів вуглекислого газу (SO₂) в атмосферу. Звичайно, при спалюванні біопалива вуглекислий газ потрапляє в атмосферу абсолютно так само, як і при спалюванні викопного палива (нафти, вугілля, газу). Різниця в тому, що утворення рослинної маси, з якої було отримано біопаливо, йшло за рахунок фотосинтезу, тобто процесу, пов’язаного зі споживанням SO₂. Відповідно, використання біопалива розглядається як «вуглець-нейтральна технологія»: спочатку атмосферний вуглець (у вигляді SO₂) зв’язується рослинами, а потім виділяється при спалюванні речовин, отриманих з цих рослин. Однак стрімко розширюється виробництво біопалива в багатьох місцях (насамперед у тропіках) веде до знищення природних екосистем і втрати біологічного розмаїття.

Кукурудза — рослина, найбільш часто використовувана для отримання етанолу. На вирощування цієї культури витрачається дуже багато енергії, тому кінцевий результат (за балансом пов’язаного SO₂) не сильно відрізняється від спалювання викопного палива. Фото з сайту www.h2oasisinc.com

Двигуни, що працюють на біопаливі, використовують енергію сонячного світла, запасену рослинами. Енергія викопного палива — це насправді теж колись давно (десятки і сотні мільйонів років тому) пов’язана енергія сонячного світла, а рослинами і ціанобактеріями, що виділяється при спалюванні викопного палива. Здавалося б, біопаливо нічим не відрізняється від звичайного викопного палива. Але різниця є, і визначається вона тимчасовою затримкою, лагом між зв’язуванням SO₂ в ході фотосинтезу і виділенням його в процесі спалювання вуглецевмісних речовин. Якщо цей лаг дуже великий (як у разі використання горючих копалин), то склад атмосфери міг за цей час істотно змінитися. Крім того, якщо зв’язування вуглекислого газу відбувалося протягом дуже тривалого часу, то вивільнення відбувається дуже швидко. У разі ж використання біопалива часовий лаг зовсім невеликий: місяці, роки, для деревних рослин — десятиліття. Тому біопаливо і називають часто «вуглець-нейтральним».

При всіх плюсах використання біопалива швидке збільшення його виробництва загрожує серйозними небезпеками для збереження дикої природи, особливо в тропіках. В останньому номері журналу Conservation Biology з’явилася оглядова стаття (поки ще тільки в попередній, онлайновій версії), присвячена шкідливим наслідкам використання біопалива. Її автори, Марта Грум (Martha A. Groom), що працює в рамках Міждисциплінарної програми наук і мистецтв Вашингтонського університету в Ботеллі (США), і її колеги Елізабет Грей і Патрісія Таунсенд, проаналізувавши великий масив літератури, запропонували ряд рекомендацій щодо того, як поєднувати отримання біопалива з мінімізацією негативного впливу на навколишнє середовище, бінорозсистія.

Так, на думку Грум і її колег, навряд чи заслуговує схвалення прийнята в багатьох країнах, і насамперед у США, практика використання кукурудзи як сировини для отримання етанолу. Культивування кукурудзи саме по собі вимагає великої кількості води, добрив і пестицидів. В результаті, якщо врахувати всі витрати на вирощування кукурудзи і виробництва з неї етанолу (адже вони теж пов’язані зі споживанням енергії, зі спалюванням палива), то виявиться, що в сумі кількість SO₂, що виділяється при виготовленні і використання такого біопалива, майже таке ж, як при використанні традиційного викопного палива! Для етанолу з кукурудзи коефіцієнт, що оцінює виділення парникових газів на певний енергетичний вихід (у кг SO₂ на мегаджоуль, 1⁰6 джоулів, отриманої енергії), дорівнює 81-85. Для порівняння, відповідний показник для бензину (з викопного палива) становить 94, а для звичайного дизельного палива — 83. При використанні цукрової тростини результат вже істотно кращий — 4-12 кг С_О2/МДж.

Просо прутьевидне Panicum virgatum — дикорослий багаторічний злак, який може використовуватися для отримання біопалива. Значна кількість органічного вуглецю ці рослини накопичують у підземних своїх частинах. Фото з сайтів www.pflanzen-vielfalt.de і i160.photobucket.com

Але справжній позитивний стрибок спостерігається при переході до використання багаторічних трав, наприклад одного з видів дикого проса — так званого проса прутьевидного (Panicum virgatum), звичайної рослини високотравних прерій Північної Америки. Завдяки тому, що значна частина зв’язаного вуглецю запасається багаторічними травами в їхніх підземних органах, а також накопичується в органічній речовині ґрунту, території, зайняті цими високими (часом вище людського зростання) травами, функціонують як місця зв’язування («стоку») атмосферного SO₂. Показник емісії парникових газів при отриманні біопалива з проса характеризується негативною величиною: — 24 кг СО₂/МДж (тобто SO₂ стає менше в атмосфері).

Ще краще утримує вуглець багатовидовий рослинний покрив прерій. Показник емісії парникових газів у цьому випадку також негативний: — 88 кг СО₂/МДж. Правда, швидкість приросту (продуктивність) таких багаторічних трав відносно низька. Тому і кількість палива (виражене в кількості бензину в літрах), яке може бути отримано з природної прерії, становить всього близько 940 л/га. Для проса ця величина досягає вже 2750-5000, для кукурудзи — 1135-1900, а для цукрової тростини — 5300-6500 л/га.

Майбутня плантація олійної пальми (Elaeis guineensis) — рослини, завезеної з Африки і використовуваної для отримання біопалива. Молоді рослини вже підготовлені для посадки. Знімок зроблено в малайзійській частині острова Борнео (Калімантан), штат Саравак. Фото з сайту www.flickr.com

Ефективним виявляється і використання швидко зростаючих дерев, наприклад різних тополь та ів. У цілому ряді районів земної кулі, насамперед у тропіках, широке впровадження культур, що використовуються для отримання біопалива, пов’язане з вирубкою лісів. В Індонезії і в Малайзії величезні території, ще недавно зайняті дощовими тропічними лісами — екосистемами, що характеризуються не тільки дуже високою первинною продукцією (див. так само: Primary production), але і максимальним видовим розмаїттям рослин і тварин, — перетворені тепер на плантації олійної пальми та інших рослин, придатних як сировина для біопалива. У Бразилії плантації цукрової тростини заміщають цікаві, також характеризуються високим видовим розмаїттям, болотні екосистеми. Особливо інтенсивно цей процес йде в останні роки після підписання угоди між Бразилією і США про великі постачання етанолу.

Дитинча орангутана. Вирубка тропічних лісів в Індонезії і Малайзії під плантації олійної пальми — рослини, яку використовують як сировину для отримання біопалива, — одна з головних загроз виживанню орангутана в природі. На багатьох друкованих матеріалах, спрямованих проти культивування олійної пальми в Південно-Східній Азії, справедливо використовуються фотографії орангутанів. Цей вид дійсно майже приречений на вимирання через знищення його природних місць. Фото з сайту www.s-ocean.net; © 2007 The Duckweed Lady. Powered by LifeType

Очевидно, що заміщаючи викопне паливо і знижуючи таким чином зростання SO₂ в атмосфері, біопаливо насправді може загрожувати багатьом природним екосистемам, насамперед тропічним. Справа, звичайно, не в самому біопаливі, а в нерозумній, «недружній по відношенню до природи» політиці його виробництва, в знищенні багатих видами природних екосистем і заміною їх вкрай спрощеними екосистемами сільськогосподарських угідь. Великі надії автори покладають на використання як сировини для біопалива маси мікроскопічних планктонних водоростей, які можна вирощувати в ставках (часом навіть з солонуватою водою) або в спеціальних біореакторах. Вихід корисної продукції на одиницю площі при цьому значно вищий, ніж у разі наземної рослинності.

Біореактори, які використовуються для вирощування мікроскопічних водоростей — мабуть, найбільш вигідної сировини для отримання біопалива. Фото з сайту www.global-greenhouse-warming.com

На закінчення статті автори формулюють ряд рекомендацій, які треба враховувати, щоб мінімізувати шкоду, що завдається природним екосистемам при отриманні біопалива. Зокрема, вони наполягають на тому, щоб у кожному конкретному випадку розраховувалися витрати і вигоди на всіх етапах виробництва і використання того чи іншого біопалива в тому чи іншому конкретному місці. Слід також мінімізувати площу, зайняту культурами, що вирощуються для отримання біопалива, намагатися використовувати для цього кинуті землі, відвали виробництва, місця звалищ тощо. Перевага повинна надаватися багаторічним місцевим рослинам. Треба побоюватися використання видів, які можуть стати інвазійними (див.: Invasive species), тобто вийдуть з-під контролю і стануть масовими в природних спільнотах.

У будь-якому випадку, необхідно оцінити той ризик, який виникає для природних екосистем при культивуванні рослин, що використовуються в якості сировини для біопалива.

Джерело: M. J. Groom, E. M. Gray, P. A. Townsend. Biofuels and biodiversity: Principles for creating better policies for biofuel production // Conservation Biology. 2008. doi:10.1111/j.1523-1739.2007.00879.x.

Див. також:

Y. Chisti. Biodiesel from microalgae // Biotechnology Advances. 2007. V. 25. P. 294-306 (повний текст — PDF, 400 Кб).

Олексій Гіляров