Когда пещерный человек хотел подкормить огонь, он отправлялся в лес за дровами. Древесина была главным энергоносителем вплоть до Нового времени, однако грянула промышленная революция, не заставил себя ждать первый паровой двигатель, который сменился двигателем бензиновым, человечество обратилось к ископаемым углеводородам, потом было электричество, потом мирный атом… И вот на заре XXI века Homo sapiens снова смотрит в сторону леса.

Экологическая маркировка Бензин, содержащий определенную долю этилового или метилового спирта, маркируется буквами «E» и «M», при этом число после буквы указывает на процент содержания добавленного вещества. Так, E5 содержит 5% этанола, E50 — 50%, а E100 — это чистый спирт. Точно так же смесь обычного дизельного топлива с биодизелем маркируется буквой «B», а число указывает объемную долю последнего.

Мы не откроем Америки, если скажем, что существование современного общества невозможно без энергоносителей, а добыча и распределение этих энергоносителей сопряжены с множеством проблем. Есть проблемы простые для понимания: уголь, нефть и газ неравномерно распространены в толще земли, и если государству повезло иметь хорошие месторождения и при этом оно обладает серьезной военной мощью, оно может «сидеть на трубе» и диктовать свои условия менее удачливым соседям. Если месторождения есть, а армии нет, то рано или поздно все кончится плохо. Значительная часть ближневосточных войн и революций последних десятилетий имеет отчетливый нефтяной запашок. Все это понятно, но вряд ли решаемо.

Есть проблемы менее явные для неэкономиста, но тоже остающиеся проблемами. С 1970-х годов мировую экономику регулярно трясут энергетические кризисы. Глобальный экономический кризис 2008 года тоже имеет среди своих причин энергетическую составляющую.

Кроме того, запасы углеводородного топлива конечны. Разные исследователи дают различные прогнозы относительно того, как скоро из земли будет выкачан последний баррель нефти и последний кубометр природного газа, но все сходятся в том, что рано или поздно это произойдет и что по мере исчерпания относительно легкодоступных залежей придется разрабатывать более сложные (например, шельфовые месторождения, нефтеносные пески, тяжелую нефть), а это скажется на стоимости получаемого топлива и всего, что с ним связано. То есть вообще всего.

Ну и последнее по счету, но не по важности — нельзя не отметить серьезные экологические проблемы.

Все это заставляет думать об альтернативной энергетике, основанной на дешевых, общедоступных, восполняемых и безопасных источниках. Всплеск интереса к ней произошел после кризиса 2008 года и аварии на Фукусимской АЭС. Известно довольно много нетрадиционных направлений энергетики, от сугубо гипотетических (вроде квантовых электростанций) до таких, которые активно используются десятилетиями. Одно из них — это биоэнергетика, основанная на использовании топлива биологического (растительного) происхождения.

 — Ага, — скажет догадливый читатель, — это дрова!

Не совсем дрова

Сложно представить себе автомобили, электростанции и заводы, работающие на дровах, не правда ли? На самом деле из растительного сырья (не только из древесины, но и, например, из масел) можно получить довольно много разных видов топлива, пригодного для различных нужд.

Даже если говорить о непосредственном сжигании древесины для получения тепла, сегодня существует более совершенная ее форма, нежели полено: топливные брикеты и гранулы — пеллеты. Древесину (например, отходы производства) размалывают в муку, высушивают и прессуют в формах-матрицах при повышенной температуре, отчего содержащийся в растительных клетках лигнин «цементируется». Получившиеся гранулы существенно плотнее исходного дерева (до такой степени, что тонут в воде), имеют форму и консистенцию, удобную для хранения и переноски, и, что самое главное, при сжигании выделяют в полтора раза больше тепла, чем обычные дрова. А если древесные пеллеты обжигать без доступа кислорода (этот процесс называется торрефикацией), они приобретают ряд дополнительных полезных качеств: не боятся влаги и плесени, долго хранятся, а по теплотворности приближаются к углю. Такое топливо не только эффективно, но и экологично.

Другой вид топлива, получаемого из растительного сырья, — это биодизель, который используется в дизельных автомобильных двигателях как в смеси с традиционным топливом, так и в чистом виде. Биодизель в промышленных масштабах получают с начала 1990-х годов, и с каждым годом его производство увеличивается. Впереди планеты всей по изготовлению этого вида топлива Германия, Франция, Бразилия, Аргентина и США. Кроме того, биодизель может использоваться в отопительных печах.

В качестве топлива для автомобилей годится и спирт, этиловый и метиловый, который тоже изготавливают из растительного сырья, в том числе из древесины. Правда, обычный двигатель способен «переварить» без последствий не более 10% спирта на 90% бензина, а для более крепких коктейлей нужны специальные flex-fuel-автомобили, способные работать как на чистом этаноле (или метаноле), так и на его смеси с бензином в любых пропорциях. В России такие машины в диковинку, а в Бразилии, например, к 2011 году их было уже около 15 млн, причем к 2015-му, по прогнозам, их доля в автотранспорте страны составит 70%. На втором месте по этому показателю Соединенные Штаты, крупнейший в мире потребитель автомобильного топлива всех категорий.

А еще из растительной массы получают биометан, идентичный природному газу, и биоводород, и… Список на самом деле большой. Фактически из «живой» биомассы можно извлечь все то, что производят из биомассы «мертвой» (нефть, уголь, торф, природный газ), вопрос в рентабельности. Когда-то в поисках энергии дешевле было разрабатывать недра, сейчас это становится все менее выгодным. К тому же, в отличие от полезных ископаемых, растительная масса неисчерпаема — если не рубить естественные леса, а выращивать новые.

Вырастить дерево

Несмотря на то что в пословицах и поговорках «вырастить дерево» — это метафора чего-то долгого, сопоставимого с продолжительностью человеческой жизни, на самом деле энергетический лес поднимается довольно быстро, уже на третий год после закладки можно снимать первый урожай. Да и, по правде говоря, на типичный лес он мало похож: скорее, на заросли чрезвычайно густого кустарника.

Для нужд энергетического лесоводства используют быстрорастущие, неприхотливые, живучие породы деревьев — иву, тополь, на юге — акацию, эвкалипт и бамбук. Вы видели, как обрезанный до голого ствола тополь следующей весной обрастает «свечкой» молодых побегов? Как быстро затягиваются ивняком пустыри и развалины домов? Тогда вам должна быть понятна идея.

Приведенные далее цифры могут варьироваться в зависимости от видовой принадлежности растений, климата, используемой технологии, но общие принципы таковы. Деревья сажают очень плотно, от 3 до 18 тысяч стволов на гектар. На третий-седьмой год срезают отросшие побеги, еще через три-семь лет повторяют эту операцию и т. д. Одну плантацию можно использовать 25−35 лет. Кстати, не надо думать, что владелец такой плантации имеет с нее доход лишь раз в несколько лет: обычно одновременно эксплуатируется несколько участков с разной степенью «зрелости» деревьев. С гектара снимают от 9 до 60 т биомассы. Весь процесс, от посадки до порубки, механизирован; срезанные ветви сразу же перемалываются в опилки для удобства транспортировки.

Помимо деревьев для энергетических нужд используют и травянистые растения, дающие большое количество биомассы: кукурузу, сахарный тростник (особенно для производства этанола), ятрофу, сою, рапс (для биодизеля), слоновую траву.

Наиболее показателен в плане использования как биоэнергетики, так и альтернативных источников в целом опыт Швеции. Еще в 1970-е годы шведское правительство взяло курс на постепенный отказ от использования ископаемых углеводородов. Сегодня доля «зеленых» источников энергии в общем энергетическом балансе страны сопоставима с долей нефти и газа, а к 2020 году шведы намерены полностью отказаться от последних. И это при том, что Швеция занимает одно из ведущих мест в мире по энергопотреблению на душу населения. Все больше энергетических лесов закладывают в Германии. Вообще в Европе, которая потребляет больше энергоносителей, чем добывает, слезть с нефтегазовой иглы — это актуальная проблема, и инвестиции в исследование и внедрение альтернативных энергетических технологий там делаются значительные. Принятый в 2008 году Европейской комиссией стратегический план по энергетическим технологиям предполагает, что к 2020 году минимум 20% всего вырабатываемого в Европе электричества будет поступать из источников, ныне называемых альтернативными, а в ряде государств, как считают специалисты из Европейского совета по возобновляемой энергии, эта доля будет достигать 40% и треть из них придется на биотопливо.

В том же 2008 году Конгресс США принял Акт о продовольствии, охране природы и энергетике (получивший известность как «Фермерский билль»). Этот закон помимо прочего предусматривает субсидии, покрывающие до 30% расходов на исследование и разработку новых видов биотоплива, гарантирует существенные государственные кредиты на открытие предприятий биотопливной промышленности, устанавливает новые налоговые льготы производителям целлюлозного сырья для этих предприятий, а также выделяет ежегодное финансирование на целый ряд программ, направленных на внедрение и популяризацию возобновляемых источников энергии, в частности энергетических лесов.

В Китае — что характерно, тоже в 2008 году — была начата программа «Миллион му биоэнергетических лесов» (му — это традиционная китайская единица площади, равная 1/15 га). Эту территорию собираются засадить кустарником ятрофой — несъедобной масличной культурой, самым лучшим образом пригодной для изготовления биодизеля. Вообще в Китае довольно обширная программа поддержки биоэнергетики на государственном уровне. Энергетические леса выращивают в Индии и даже в ряде стран третьего мира.

В России, богатой как естественными лесами, так и ископаемыми углеводородами, предпосылок к развитию этого направления энергетики не наблюдается. А жаль.

«Но», и не одно

Впрочем, рассказывая об энергетических лесах, нельзя делать вид, что с ними все хорошо и радужно и что этот волшебный чудо-способ непременно спасет мировую экономику от всех возможных кризисов. К сожалению, сейчас выращивание биомассы описанным образом недостаточно эффективно, чтобы удовлетворить энергетические нужды целой страны. И опыт Швеции (чье население всего 9,5 млн человек — меньше, чем в одной Москве) следует принимать к сведению с некоторыми поправками. Чтобы таким способом полностью обеспечить энергией, к примеру, Германию, по некоторым расчетам, потребуется занять под энергетический лес всю ее территорию (которая на 20% меньше шведской, при том что население — 82 млн).

Выход биомассы с единицы площади энергетических лесов со временем можно увеличить путем селекции новых пород деревьев и кустарников, более отвечающих данным конкретным нуждам. В конце концов большинство сортов современных культурных растений изрядно продуктивнее своих дикорастущих предков. Такая работа ведется, но какие результаты она даст и когда — пока предсказать невозможно.

Кроме того, следует иметь в виду, что биомасса, получаемая из измельченной древесины, не одинаково подходит для производства разных видов биотоплива. Например, биодизель добывают из масличных культур, а спирт в настоящее время гораздо рентабельнее получать из сахарного тростника и кукурузы, чем из опилок. Наконец, далеко не все экологи уверены в том, что сжигание биотоплива полезнее для экологии планеты, чем сжигание топлива из ископаемых углеводородов.

Энергетические леса и биотопливо в целом следует рассматривать не само по себе, а в комплексе с другими возобновляемыми источниками энергии. А это энергия и солнечной радиации, и ветра, и движущейся воды, и геотермальная энергия, и множество других направлений, вплоть до самых экзотических. И хочется надеяться, что за такой энергетикой — будущее.

Статья «XXI век: пора по дрова» опубликована в журнале «Популярная механика» (№12, Декабрь 2012).