Ученый из Малайзии Мейсам Табатабаи — о биотопливной энергетике и ее будущем

— Уже давно говорят о том, чтобы постепенно заменять невозобновляемые источники энергии вроде нефти и газа на возобновляемые ― например, ту же солнечную энергетику. Но в последние годы начал расти интерес и к биотопливной энергетике. Почему это произошло? И какие преимущества у биотоплива по сравнению с классическими нефтью и газом и с другими видами «зеленой» энергии?

— На самом деле проблема использования традиционных источников энергии заключается вовсе не в истощении ресурсов. Этот вопрос давно поставлен под сомнение ― и уже доказано, что в мире есть множество запасов нефти и газа, а запасов угля хватит еще на тысячу лет.

Вопрос в другом — в безопасности окружающей среды и здоровья населения, а также уровне жизни в целом. Использование традиционных источников энергии вызывает неприятные последствия, в частности выбросы парниковых газов, которые ведут к глобальному потеплению и изменению климата. Эти негативные воздействия на окружающую среду стимулировали ученых исследовать альтернативные возобновляемые источники энергии — солнечную и геотермальную энергию, энергию ветра, воды и, наконец, биотопливо.

Думаю, что в будущем мы сможем отказаться от ископаемого топлива и полностью электрифицируем транспортный сектор. Но переходный период будет небыстрым. Пока же нам понадобятся альтернативы распространенным сейчас видам топлива — дизелю и бензину. Нынешние солнечные или ветровые технологии не подходят для использования в двигателях, которые работают на нефтяном топливе, поэтому нам нужно использовать природные аналоги традиционного ископаемого топлива — биодизель и биоэтанол.

В этом как раз и заключается одно из преимуществ биотоплива в сравнении с другими источниками возобновляемой энергии — с технической точки зрения оно может заменить обычное ископаемое топливо, и в некоторых случаях даже не потребуется менять двигатель.

— В одной из последних статей вы показали, что для производства биотоплива можно использовать смесь картофельных очисток и морских водорослей. Какие вообще материалы больше всего подходят для производства биотоплива? Как вообще ученые определяют, что подходит, а что нет?

— Преобразовать в биоэнергию можно любой тип органического материала. Например, остатки древесины, включающие в себя лигноцеллюлозные материалы, можно переработать в спирт или биогаз, а источник маслянистого материала (например, свежее или отработанное растительное масло или животный жир) — в биодизель. Источниками биотоплива могут стать не только картофельные очистки и несъедобные морские водоросли, но и фруктовые отходы, солома, отходы лесозаготовок и многое другое.

Но важно отметить, что выбор сырья для производства биотоплива не должен приводить к конфликту ― то есть материалы, которые потенциально можно использовать как источник питания для людей или животных, не должны превращаться в биотопливо. Иначе это приведет к росту цен на продукты питания и корма для животных и пошатнет продовольственную безопасность. Так что идеален для переработки в биотопливо по сути любой тип несъедобной биомассы. Однако мы также должны учитывать экономическую целесообразность переработки.

— Пока это только лабораторные изыскания или есть действительно впечатляющие примеры использования в промышленности? И в каких отраслях это делают активнее?

— Многие виды биотоплива уже используются в коммерческих целях. Одни из очевидных, но далеко не единственные примеры ― биоэтанол и биодизель. Эти виды биотоплива полезны везде, где есть дизельные и бензиновые двигатели, — например, в генерации электричества и тепла, садовой и строительной технике, судах и тепловозах.

Существует разные поколения биотоплива. Они отличаются сырьем, которое используется при производстве. Например, к первому поколению относится этиловый спирт, он производится из коммерчески доступных пищевых ресурсов. В Бразилии это сахарный тростник, а в США — кукурузный крахмал. Полученный спирт смешивают с бензином в разных пропорциях и используют в качестве транспортного топлива. А маркировка продукта обозначает соотношение двух веществ. Например, «E15» значит, что количество спирта равно 15%, а бензина — остальные 85%.

Для замены дизельного топлива в соответствующем двигателе идеально подходит биодизель. Первое поколение этого вещества также производится из доступных пищевых ресурсов — например, кукурузного, канолового или пальмового масел, и маркируется в зависимости от соотношения веществ — B20, B50 и даже B100.

Биотопливо второго поколения производится из таких отходов сырья, как лигноцеллюлозные материалы, которые распространены в сельском и лесном хозяйствах. Из остатков сахарного тростника, кукурузы и древесных культур получают лигноцеллюлозный этанол и другие виды спиртов, например биобутанол. Но производство этих веществ требует больших экономических вложений, поэтому они не встречаются в продаже. И напротив биодизель, который производят из отработанного растительного масла и животного жира, создавать экономически выгодно.

И наконец, существует биотопливо третьего поколения. Оно получается из углеводов или масла, которое производят микробы и микроводоросли. Но такое масло богато, например, омега-3, и поэтому его более выгодно использовать в пищевой или фармацевтической промышленности, чем в биопереработке.

— В этом году вы принимаете участие в международной биотехнологической конференции BIOCON в Альметьевске, которую организует в том числе Передовая инженерная школа ИТМО. Почему решили принять участие и какие исследования планируете там представить?

— Я считаю, что следует открыто обмениваться и делиться научными знаниями. Верю, что все жители Земли находятся в одной лодке, в которой мы либо все плывем, либо все тонем. Поэтому задача ученых ― кооперироваться и вместе решать возникающие перед наукой глобальные вызовы. BIOCON для меня — это одна из возможностей выступить с речью и поделиться своей экспертизой, чтобы все мы в конечном счете смогли достичь общей цели — создание процветающего будущего.

На конференции я подробно расскажу о деятельности нашей научной группы, которая специализируется на биомассе, биотопливе и биоперерабатывающих заводах. В этой области мы работаем уже более 15 лет и за это время сделали всё возможное, чтобы внести свой вклад в развитие этой темы. В частности, мой доклад будет посвящен важности трансдисциплинарных исследовательских программ в области биотоплива, биоперерабатывающих заводов и продовольственной безопасности.

— Как вы считаете, какие главные тренды и перспективы развития биотопливной энергетики в ближайшие годы? И какие главные вызовы в этой направлении ученым еще предстоит решить?

— Чтобы снижать выбросы от сжигания ископаемого топлива, важно электрифицировать транспортный сектор. Этот процесс уже идет, и в течение ближайших десятилетий необходимую роль в нем будет играть биотопливная энергетика. Но чтобы полностью перейти на такой вид топлива, нужно пройти несколько этапов.

Прежде всего странам нужно выработать план по переходу на возобновляемые источники энергии и расписать этапы реализации проекта. Затем нужно исследовать ресурсы, которые можно преобразовать в биотопливо, и понять, какие технологии для этого требуются. При этом необязательно, чтобы сырье для биотоплива в разных странах совпадало. Поняв, на каких ресурсах и технологиях стоит сосредоточиться, нужно тщательно посчитать, какую экологическую выгоду принесет разработанный план.

Сложно сказать, какую объем ископаемого топлива заменит биотопливо или когда транспортный сектор удастся полностью электрифицировать, но мы активно стремимся к этому результату.

BIOCON — международная биотехнологическая конференция, которая пройдет 18–20 декабря в Альметьевске (Республика Татарстан). Она организована Передовой инженерной школой ИТМО при поддержке ПАО «Татнефть» на базе Высшей школы нефти. В течение трех дней 250 российских и зарубежных ученых обсудят тренды и вызовы в нескольких областях — сельском хозяйстве, биоэнергетике, а также в производстве продуктов питания и продовольственной безопасности, микробной и нанобиотехнологии, генетической и клеточной инженерии.