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

Ергин Дэниел

Став кандидатом наук по молекулярной биологии, Ричард Хамилтон год проработал в Гарварде, где опробовал свои идеи по созданию при помощи биотехнологий и генной инженерии новых растений. В 1997 г. он инициировал учреждение компании под названием Ceres, которая занималась генами растений. И только в 2004 г., когда этанольный бум уже набирал обороты, он сосредоточился на создании при помощи биотехнологий растений, которые можно использовать в качестве сырья, решающего проблемы снабжения целлюлозной индустрии. Хамилтон и другие ученые, работавшие в этой сфере, открыли новые возможности для биотоплива.

«Многие сосредоточены на технологиях переработки и почти не думают о сырье, –

сказал он. – Но эта ситуация изменится с ростом масштаба. Одним из ключевых факторов, принимая во внимание логистику, является высокая урожайность. В целом целлюлозный этанол оказался более крепким орешком, чем думали многие. Самая большая проблема здесь заключается в том, что сроки определяются жизненным циклом живых организмов. Чтобы увидеть результаты своей работы, нам нужно ждать наступления определенного времени года».

«Наши культуры – не из мифического райского сада, – добавил Хамилтон. – Они выращиваются и совершенствуются человеком». Он показал ноготь на пальце. «Вот такими были первые кукурузные початки. Мы занимаемся сельским хозяйством уже 10 000 лет. До 1946 г. мы не знали, что ДНК – генетический материал. Зеленая революция в конце 1960-х гг. положила начало применению современной биологии в целях усовершенствования растений»¹⁸.

Многие из работающих в этой сфере применяют ноу-хау, появившиеся благодаря созданию карты генома человека. Обращаясь к таким новым направлениям, как биоинформатика и вычислительная биология, и занимаясь так называемым высокопроизводительным экспериментированием, они стремятся выделить конкретные гены и установить их функции. Цель – ускорить процесс эволюции, отбирая характеристики, которые позволят высоким травам вроде мисканта и проса прутьевидного расти на малоплодородных землях. Главная задача заключается в том, чтобы существенно увеличить количество «галлонов на акр».

Есть и другие подходы. Один из них предполагает нагрев биомассы до очень высокой температуры с целью получения синтетического газа, который, подобно тому, как уголь превращают в жидкость, можно трансформировать в жидкое топливо. Другой предполагает гидролизное разложение биомассы под давлением и при высокой температуре с целью превращения ее в этанол.

Технологии переработки сосредоточены в основном на «заменимых молекулах» или «зеленых молекулах». Их целью является превращение сахара с помощью катализаторов в углеводороды, которые по своим характеристикам и составу идентичны традиционному углеводородному топливу – бензину, дизельному топливу и авиационному керосину. При больших масштабах это будет означать появление продуктов, которые можно ввести в существующую систему топливоснабжения без изменения инфраструктуры. Пока же этанол необходимо транспортировать и хранить отдельно от бензина, поскольку он легко смешивается с малыми количествами воды, присутствующими в бензопроводах и резервуарах для хранения.

Водоросли: маленькие перерабатывающие установки

Еще одним потенциальным источником биотоплива являются водоросли, одноклеточные создания, находящиеся в самом низу пищевой цепочки и встречающиеся в океанах, озерах и прудах. Водоросли являются маленькими перерабатывающими установками: они поглощают солнечный свет и углекислый газ и выделяют кислород и биомасла. Эти масла по молекулярной структуре очень подходят для производства бензина, дизельного топлива и авиационного топлива. Водоросли теоретически очень эффективны. Они могут размножаться на почве, в прудах с солоноватой водой и в биореакторах и давать примерно втрое больше топлива на единицу площади, чем пальмовая плантация, и примерно в шесть

раз больше, чем кукурузная ферма.

Одни пытаются вывести подходящий вид водорослей путем отбора, а другие пробуют использовать геном и вывести суперводоросли, которые могут оказать существенное влияние на ситуацию с энергоресурсами в мире.

Основная проблема при работе с водорослями связана с поиском наиболее продуктивных разновидностей и поддержании на неизменном уровне их популяции (что, как оказалось, непросто), причем в коммерческих масштабах.

Возможности биотоплива

Когда же появятся на рынке целлюлозный этанол и другие современные виды биотоплива и каким будет их влияние? Эти вопросы сегодня активно обсуждаются. Одни говорят, что их появление не за горами, другие считают, что нужны серьезные исследования. Так, выходцы из Кремниевой долины, привыкшие к коротким жизненным циклам программного обеспечения и компьютеров, предсказывают такие же временные рамки и для биотоплива – от 24 до 36 месяцев. Если за базу взять сферу биотехнологий, то временной горизонт может составлять от 5 до 10 лет. Выходцы же из традиционной нефтегазовой индустрии с ее очень продолжительными циклами разработки и сложной и масштабной системой распределения ориентируются на 15–20 лет.

Что же является возможным? Смелую оценку на этот счет дает физик Стивен Кунин, бывший проректор Калифорнийского технологического института, бывший ведущий ученый BP, а ныне – заместитель министра энергетики по вопросам науки. Он считает, что биотопливо в перспективе может покрывать 20 % мирового спроса на моторное топливо «экологически ответственным образом»¹⁹.

Если вдуматься, это поразительно, поскольку такое видение предполагает постепенное вытеснение углеводородов углеводами и другими биологическими источниками энергии. Однако, чтобы оно стало реальностью, необходимо получить ответ на множество вопросов о технологии, цене, масштабе и окружающей среде. Лишь после этого «углеводный человек» начнет обходить «углеводородного человека» на автодорогах мира.

Глава 33

Внутреннее сгорание

Томас Эдисон в конце XIX в. был не только самым известным американцем в мире. Его многочисленные изобретения и инновации оказались настолько значительными, что его время назвали «эпохой Эдисона». Он был отцом американской электроэнергетической индустрии. Поэтому неудивительно, что при проведении годового собрания компании Edison Illuminating Companies в августе 1896 г. в Нью-Йорке почетным гостем на банкете был сам великий изобретатель.

За столом для почетных гостей обсуждался один из основных вопросов того времени – аккумуляторные батареи и автомобили. Кто-то обратил внимание присутствовавших на человека, сидевшего чуть дальше за столом, – главного инженера компании Detroit Edison Company Генри Форда. Он недавно создал «четырехколесный автомобиль», который приводился в действие бензиновым двигателем, а не электрическим от аккумуляторной батареи.

Форда попросили сесть возле тугого на ухо Эдисона. В ответ на вопросы Эдисона Форд набросал на обратной стороне меню схему. Эдисона поразило то, что транспортное средство возит запас топлива с собой – топлива, которое он называл «углеводородом». Проблема электрических автомобилей, по словам Эдисона, заключалась в том, что они «не могли уехать далеко от станции подзарядки» и что батарея слишком тяжела. Эдисон порекомендовал Форду сосредоточиться на бензине и на двигателе внутреннего сгорания. Эдисон стукнул кулаком по столу. «У вас есть вещь, – сказал он Форду. – Внедряйте же ее».