Сонным майским днем 1978 г. в кабинете одного из ученых в Кеймбридже, штат Массачусетс, зазвонил телефон. «С вами будет говорить адмирал Риковер», – сказали на другом конце линии. Мгновение спустя в трубке зазвучал голос самого адмирала. Он только что прочитал статью, написанную этим ученым, и хотел высказать свое мнение.

«Дерево – топливо будущего. Дерево! – заявил он тоном, не терпящим возражений. – Топливо будущего!» Добавив еще пару малозначимых фраз, отец атомного флота и атомной энергетики повесил трубку.

Что хотел подчеркнуть Риковер, так это потенциал биоэнергии и биомассы – энергии, извлекаемой из растительной массы и других источников, а не из ископаемого топлива или урана. Страна только пережила один нефтяной кризис и была на пороге другого, а человек, который в рекордные сроки создал атомный флот, заявлял, что в будущем топливо будут «выращивать».

Сегодня ученые, фермеры, предприниматели, аграрии и венчурные капиталисты предпочитают употреблять такие слова, как «этанол», «целлюлоза» и «биомасса», а не «дерево», но точку зрения Риковера они разделяют.

Самым известным видом агротоплива является этанол – этиловый спирт, который производят из кукурузы или сахарного тростника. Технология его изготовления практически не отличается от технологии приготовления пива или рома. Помимо этого, имеется «священный Грааль» – целлюлозный этанол, получаемый в больших количествах из сельскохозяйственных или городских отходов или специальных сельскохозяйственных культур. Еще один вид агротоплива – биодизель, который изготавливается из соевых бобов, пальмового масла или даже остатков жира в ресторанах быстрого питания. Некоторые утверждают, что более предпочтительны другие виды биотоплива, такие как бутанол. К тому же есть еще и водоросли, которые функционируют как маленькие природные перерабатывающие установки.

Какие бы подходы ни преобладали, появление биотоплива свидетельствует о возможности наступления новой эпохи, особенностью которой является использование биологии и биотехнологий, а также знаний о геноме – полной цепочке ДНК организма – в целях производства энергии. Развитие индустрии биотоплива вводит в энергетическую сферу нового участника – ученого-биолога. Биологию стали систематически применять в энергетике только в последние годы.

За это время биотопливо породило масштабное политическое движение в США, начиная, конечно же, с традиционных сторонников – фермеров и их политических союзников, которые всегда рассматривали этанол как возможность диверсифицировать сельскохозяйственные рынки, получить дополнительные доходы и внести лепту в поддержку фермеров и развитие села. Но есть и новые приверженцы – защитники окружающей среды (по крайней мере некоторые), автомобильные компании, миллиардеры из Кремниевой долины, влиятельные представители Голливуда, а также специалисты по национальной безопасности, которые хотят сократить импорт нефти из-за опасений, связанных с ситуацией на Ближнем Востоке и геополитической силой нефти. Позднее к ним присоединились два новых влиятельных игрока – ВМС и ВВС США, которые видят в биотопливе возможности повышения боеспособности и гибкости. ВВС экспериментируют с экологически чистым авиационным топливом. ВМС объявили о том, что их цель – выйти на 50 % биотоплива в структуре жидкого топлива к 2020 г., и представили свое видение под названием «великий зеленый флот».

Широкая политическая поддержка привела к появлению целого ряда программ, дотаций, стимулов, а также федеральных распоряжений и распоряжений штатов, призванных «запустить» индустрию биотоплива в США. Наиболее значимым представляется требование увеличить почти втрое количество биотоплива, добавляемого в моторное топливо, к 2022 г. – с уровня менее 1 млн баррелей в день до 2,35 млн баррелей. Это эквивалентно примерно 20 % всего моторного топлива в США, т. е. сродни включению в мировую структуру поставок еще одной Венесуэлы или Нигерии. Интерес к биотопливу глобален. Европейский союз требует, чтобы к 2020 г. доля энергии возобновляемых источников, включая биотопливо, в транспортном секторе стран-членов составляла не менее 10 %. Индия поставила амбициозную цель – 20 % биотоплива в моторном топливе к 2017 г. Но лидером в этой области является Бразилия, где 40–60 % автомобильного моторного топлива уже сегодня составляет этанол.

На получение биотоплива можно смотреть как на аналог процесса образования ископаемого топлива, т. е. превращения органических веществ в нефть при огромном давлении в недрах Земли, только не за сотни миллионов лет, а всего лишь за несколько месяцев. Все большая доля моторного топлива в мире будет выращиваться, а не выкачиваться из скважин. На смену углеводородному человеку – олицетворению XX в., века нефти – в XXI в. постепенно придет углеводный человек. Если это видение станет реальностью, и биотопливо в течение следующих нескольких десятилетий отвоюет значительную рыночную долю у традиционного топлива, мировая экономика и политика выйдут на качественно новый этап развития. А агродоллары станут конкурировать с нефтедолларами.

Уже отмечено значительное увеличение потребления этанола. Сегодня количество этанола, добавляемого в бензин, в США составляет около 900 000 баррелей в день, или почти 10 % суммарного потребления бензина (включая этанол в смеси). Однако теплота сгорания этанола на треть меньше, чем у бензина, а потому сегодняшнее потребление этанола эквивалентно 600 000 баррелей бензина в день.

Чтобы доля этанола в США росла и дальше, нужно сначала преодолеть «порог», до которого этанол можно добавлять в бензин. Специалисты опасаются, что этанол в более высокой концентрации может причинить вред двигателям, не рассчитанным на биотопливо.

Также существует топливо Е85, которое содержит 70–85 % этанола, однако его можно использовать только в автомобилях с гибким выбором топлива, которые приспособлены как к нефтяному топливу, так и к смесям, и в автомобилях, работающих на чистом этаноле. Сейчас такие автомобили составляют лишь около 3 % автомобильного парка США.

Сказанное выше может показаться чем-то новым для многих, однако это не так.

Генри Форда не особо привлекали большие города. «В городе с населением миллион человек есть что-то дикое и угрожающее, – как-то сказал он. – В полусотне километров от него счастливые и довольные деревни наблюдают со стороны за городским шумом». Но и прелестями сельской жизни он не особо обольщался. «Я прошагал ни один километр за плугом, и обо всех тяготах этого труда я знаю не понаслышке». Автомобиль должен был стать «вестником», освободителем, связывающим фермы и деревни с внешним миром, а трактор – избавить фермера от тягот сельской работы, повысить его производительность и, соответственно, позволить больше зарабатывать. «Плестись долгие часы и дни за медленной упряжкой лошадей – это абсолютно ненужная трата времени, ведь трактор за это же время может выполнить в шесть раз больше работы!»

Форд очень хотел использовать в качестве топлива этанол, производимый фермерами, чтобы связать ферму с большим городом, сделать их взаимозависимыми. «Если мы, промышленники, собираемся сделать американского фермера своим клиентом, нам нужно найти возможность стать его клиентом»¹.

Между бензином и этанолом снова развернулась битва за статус «топлива будущего».

Выполняя свои социальные обязательства перед американскими фермерами, Форд позаботился о том, чтобы его Ford Т мог работать как на этаноле, так и на бензине. Он был мультитопливным автомобилем. Позже Форд запустил в серийное производство тракторы Fordson, которые тоже могли работать и на спирте, и на бензине. Однако основным видом топлива оставался бензин, потому как он был втрое дешевле этанола.

Но ближе к концу Первой мировой войны цены на бензин резко выросли в условиях дефицита. Александр Грэм Белл, изобретатель телефона, назвал спирт «отличным полностью сгорающим топливом… которое можно изготавливать из сельскохозяйственных культур, сельскохозяйственных отходов и даже мусора». Один ученый из General Motors предостерегал, что запасы сырой нефти «быстро истощаются». Решением этой проблемы, по его словам, было топливо на основе спирта, «самый прямой путь преобразования энергии от ее источника, солнца, в субстанцию, пригодную для использования в качестве топлива».

Когда Великая депрессия вызвала обвал цен на сырьевые товары и поставила фермеров по всей Америке на грань выживания, этанол стали рассматривать как важный элемент стратегии подъема фермерства в стране. Он должен был расширить рынок сельскохозяйственной продукции и одновременно сделать фермера самодостаточным с точки зрения топлива.

Этанол снова можно было использовать в качестве топлива. К концу 1930-х гг. по меньшей мере на 2000 автозаправочных станций Среднего Запада продавалось топливо Agroblends, которое представляло собой смесь бензина со спиртом. Но оно не получило широкого распространения. Рост цен на зерновые погасил политический энтузиазм. Один из помощников Генри Форда в частной беседе признал, что спиртовое топливо не может экономически конкурировать с бензином².

После Второй мировой войны этанол снова сошел со сцены. Доходы фермерских хозяйств выросли, и политическое давление ослабло. Но нефтяные кризисы 1970-х гг. и экономические спады, которые наступали вслед за ними, сильно били по фермерам. Многие едва сводили концы с концами, некоторые вообще банкротились. В условиях экономического спада цены на сельскохозяйственную продукцию упали. В то же время цены на важные составляющие структуры себестоимости сельскохозяйственной продукции – дизельное топливо для тракторов, удобрения, изготавливаемые из углеводородов, – резко выросли.

Политическую поддержку этанола обеспечивали сенаторы и конгрессмены из сельскохозяйственных штатов. Приверженцы газохола выражали свою поддержку разными способами, в том числе при помощи уличного театра по-вашингтонски. В рамках одного такого мероприятия в 1977 г. сенатор от штата Индиана Берч Бэй в парке у Капитолия откупорил бутылку водки и торжественно вылил ее содержимое прямо в топливный бак раритетного автомобиля. Его двигатель, к огромному восторгу собравшихся, завелся сразу же. Политическая поддержка трансформировалась в поддержку законодательную – дотацию в размере 40 центов на галлон, а также дополнительные стимулы для инвестиций в производство этанола. Выработка этанола стала расти³.

Второй нефтяной кризис, разразившийся в конце 1970-х гг., усилил давление на федеральное правительство. В начале февраля 1979 г. вашингтонцы могли наблюдать необычное зрелище: колонна из 3000 тракторов, пройдя по Индепенденс-авеню, добралась до Капитолия, обогнула его и остановилась в парке National Mall. Фермеры были разгневаны, доведены до отчаяния, они хотели продемонстрировать всем, что очень нуждаются в помощи. Они были едины в своем требовании государственной поддержки этанола.

Еще больше политическое давление усилилось в декабре 1979 г. В канун Рождества 1979 г. Советский Союз вторгся в Афганистан. Помимо провозглашения Доктрины Картера, которая гарантировала безопасность Персидского залива, президент Картер также объявил о приостановке экспорта зерновых в Советский Союз, от чего пострадали прежде всего американские фермеры⁴. Но он пообещал разгневанным фермерам крупную новую программу по газохолу, предусматривающую существенные дотации и закупки кукурузы, которая теперь была в избытке. Как пояснил заместитель госсекретаря Уоррен Кристофер, «нашим фермерам лучше выращивать кукурузу для того, чтобы решать наши энергетические проблемы, а не для того, чтобы кормить скот в Советском Союзе». Затем, в разгар предвыборной президентской кампании, Картер ввел пошлину на бразильский этанол, чтобы бразильские производители этанола не могли конкурировать с американскими.

Этанол в США обретал все большую популярность. Специальная комиссия министерства энергетики, изучив ситуацию с этанолом, отметила, что скепсис в отношении этанола, преобладавший всего несколькими годами ранее, сменился энтузиазмом. Согласно оптимистичному сценарию, к 2000 г. спиртовое топливо из возобновляемого сырья могло полностью покрыть потребность Америки в моторном топливе.

Однако когда несколькими годами позже цены на нефть рухнули, этанол снова сошел со сцены. В 1986 г. министерство сельского хозяйства заявило, что дотирование газохола является «очень неэффективным» средством поддержки фермеров. В первой половине 1990-х гг. очень небольшая часть кукурузы шла на производство этанола⁵.

Однако примерно в это же время этанол получил новый импульс. Согласно Закону о чистом воздухе с поправками 1990 г. бензин должен был иметь более высокое содержание кислорода, чтобы обеспечить более полное сгорание снизить загрязнение окружающей среды. Бензин с кислородсодержащими присадками получил название «реформулированный бензин». Сначала предпочтительной присадкой был MTBE – метил-трет-бутиловый эфир, который получали из природного газа и нефти. Но в конце 1990-х гг. появились опасения, что утечка MTBE из подземных резервуаров может привести к загрязнению грунтовых вод. Некоторые штаты запретили его. Единственной доступной альтернативой был этанол. Поскольку этанол стал заменителем MTBE, спрос на него снова начал расти. Газохол теперь получил новое название – Е10 (90 % бензина, 10 % этанола).

Политическая поддержка тоже стала расти. Террористические акты 11 сентября 2001 г. придали этанолу дополнительный импульс, поскольку теперь этанол стал частичной альтернативой нефти, особенно ближневосточной нефти. Он также должен стать альтернативой традиционной системе сельскохозяйственных дотаций и регулирования и вывести фермеров на еще один рынок⁶.

Еще более существенный импульс этанол получил с принятием Закона об энергетической политике 2005 г. Во-первых, этот закон фактически запретил MTBE, удалив тем самым основного конкурента этанола с рынка. Во-вторых, он установил стандарт для топлива из возобновляемого сырья, в соответствии с которым к 2012 г. количество этанола в структуре моторного топлива должно было составить не менее 500 000 баррелей в день. В-третьих, закон утвердил весьма привлекательную налоговую льготу в размере 51 цент на галлон. При этом пошлина на бразильский этанол осталась в силе, что предотвращало поступление больших количеств бразильского этанола.

В США начался этанольный бум. В установки по переработке возобновляемого сырья инвестировали все – фермеры и фермерские кооперативы Среднего Запада, известные бизнесмены, промоутеры и застройщики, предприниматели, специализирующиеся на биотехнологиях, инвестиционные фонды.

Но наибольшую поддержку этанолу оказал Джордж Буш-младший, который начинал независимым нефтепромышленником. Осенью 2005 г., после того как ураганы «Катрина» и «Рита» парализовали добычу нефти в Мексиканском заливе, цены на бензин резко выросли. Это вызвало политическую бурю. К тому же ситуация в Ираке ухудшалась, и Буш все больше утверждался во мнении, что зависимость Америки от импортируемой нефти является ее слабым местом.

Тем временем в Капитолии энергично рекламировали достоинства этанола. Этанол как национальная стратегия стал одной из основных тем обращения Буша к нации в 2006 г. Американцы «нефтезависимы», объявил Буш в своем обращении, и этому нужно было положить конец. Буш понимал, что слово «зависимый» привлечет внимание людей. «Я несколько ошеломил свою страну, сказав в своем обращении к нации, что мы “подсели” на нефть и что нам необходимо уйти от нефтяной зависимости, – заметил он позже. – Некоторые явно не ожидали услышать такое из уст техасца»⁷.

Теперь этанол был одним из приоритетных направлений. Установки по переработке возобновляемого сырья множились по всей стране, как грибы после дождя. Фермеры объединяли свои ресурсы и сооружали местные установки. Благодаря этому в сельских общинах, где наблюдалось неуклонное сокращение численности населения, появлялись рабочие места. Доходы фермерских хозяйств возрастали, а цены на землю на Среднем Западе просто летели вверх. Углеводная экономика была видением – и мечтой – более столетия. Похоже, теперь она становилась реальностью.

Близ города Рибейро-Прето, примерно в 320 км к северо-западу от Сан-Пауло, дорога сужается до двух полос. Быстро здесь никто не ездит, потому как машинам приходится следовать за длинными, тяжелыми грузовиками с прицепами, доверху груженными сахарным тростником. Наконец грузовики поворачивают к заводу, где выстраиваются большой дугой на открытом пространстве. Они по очереди подъезжают к стене и вываливают тонны сахарного тростника на конвейерную ленту, которая подает тростник на измельчение и переработку. Полученная в результате переработки жидкость сбраживается и поступает в ректификационные колонны, а потом – в резервуары. После этого этанол автоцистернами и по трубопроводам доставляется на автозаправочные станции по всей стране.

Эта сцена, которая повторяется в бразильской глубинке снова и снова, сегодня является частью мирового энергетического рынка, что еще 10 лет назад мало кто мог себе представить. В Бразилии «спирт», как его здесь называют, стал основой национального топливного баланса, а Бразилия вышла на первый план для тех, кто ищет образец для подражания в сфере использования биотоплива. Она уже является крупнейшим мировым экспортером сахара. Географическое положение, опыт, возможности по наращиванию производства делают ее потенциальным новым поставщиком энергоресурсов на глобальные рынки. Усиливает позицию Бразилии и то, что она является наименее затратным производителем этанола в мире благодаря использованию в качестве сырья не кукурузы, а сахарного тростника, из которого получить этанол гораздо проще.

Этанол является в Бразилии важным продуктом не одну сотню лет. Но после Второй мировой войны Бразилию заполонила дешевая нефть, и этанол перестал пользоваться спросом.

В 1970-х гг. Бразилия импортировала 85 % нефти, ее экономика была на подъеме. Но нефтяной кризис 1973 г. положил конец так называемому «бразильскому экономическому чуду». Цены на нефть выросли вчетверо и нанесли сокрушительный удар по экономике страны. Военное правительство вынуждено было перевести экономику на «военное положение», чтобы устранить последствия энергетического кризиса. По общему мнению, Бразилия не имела никаких перспектив в отношении нефти. Единственным реальным энергетическим вариантом был сахарный тростник. В рамках «военного положения» правительство развернуло общенациональную программу Pro-Alcohol. Ее лозунг звучал так: «Объединяемся и производим спирт». Как дополнительный стимул автозаправочным станциям, которые ранее в выходные были закрыты, разрешили работать по субботам и воскресеньям, но продавать в эти дни они могли только этанол. Потребление этанола существенно выросло.

Поначалу этанол добавляли в бензин. Но в 1980 г., пойдя навстречу правительству, бразильские дочерние компании крупных автопроизводителей объявили о том, что запускают в серийное производство автомобили, работающие исключительно на этаноле. Правительство, в свою очередь, пообещало, что этанола на рынке будет достаточно. Это была абсолютная гарантия. Себестоимость этанола в 1980 г. втрое превышала себестоимость бензина, но для потребителей эта разница сглаживалась при помощи огромных дотаций, которые финансировались в том числе за счет налога на бензин⁸.

К 1985 г. 95 % новых машин, продаваемых в Бразилии, работали исключительно на спирте. Однако во второй половине 1990-х гг. производство этанола резко упало, возник его дефицит. Это привело в ярость владельцев автомобилей, работавших только на спирте, и подорвало доверие к этанолу. Правительство, давшее гарантию, не сдержало своего слова. В конечном итоге Бразилии, чтобы ликвидировать дефицит, пришлось импортировать этанол из США.

Но с 2000 г. спирт в Бразилии постепенно стал отвоевывать утраченные позиции благодаря трем факторам. Первый – повышение цен на нефть. Второй – 30-летний опыт и непрерывные исследования, которые позволили существенно сократить себестоимость этанола.

Третий – появление мультитопливных автомобилей, автомобилей, в которых бортовой компьютер мог определять вид топлива – бензин, смесь бензина с этанолом или этанол – и регулировать двигатель. Мультитопливные автомобили появились на бразильском рынке только во второй половине 2003 г. Жозе Голдемберг, профессор Университета Сан-Пауло, бывший правительственный чиновник и один из отцов бразильской индустрии этанола, отметил, что мультитопливные автомобили имеют неплохую перспективу. Это был тот малозатратный прорыв, который вернул водителям уверенность. Помимо прочего, всего за $100 можно было переоборудовать свою машину в мультитопливную, чтобы не зависеть от этанола. Примерно тогда же Голдемберг построил на основе анализа так называемую «кривую Голдемберга», которая показала, что бразильский этанол и без дотаций теперь дешевле бензина.

Мультитопливные автомобили обрели в Бразилии огромную популярность: если в 2003 г. в стране было продано 40 000 таких автомобилей, то в 2011 г. они составили около 83 % всего объема продаж новых автомобилей. Мультитопливный автомобиль позволяет водителю на автозаправочной станции выбирать более дешевое топливо и не беспокоиться о дефиците этанола. Хотя бразильский этанол уже не дотируется государством, он очень конкурентоспособен на внутреннем рынке. Фактически бензин стал «альтернативным» топливом. Но это соотношение нельзя назвать устоявшимся. В те годы, когда плохой урожай сахарного тростника приводит к повышению цен на сахар и этанол, рыночная доля бензина увеличивается⁹.

У сахарного тростника как сырья для топлива есть еще одно преимущество перед кукурузой. Багассу, волокнистые отходы сахарного тростника, можно сжигать на электростанциях вместо ископаемого топлива, что позволяет сократить расходы. Также фермеры, занимающиеся выращиванием сахарного тростника, имеют дополнительный стимул увеличивать производство: они не зависят от одного рынка, потому как производят и сахар, и этанол, а объемы могут регулировать в зависимости от цен на эти продукты. Тем не менее расширение индустрии этанола нестабильно с позиции инвесторов. Бразилии удалось добиться энергетической независимости, которая казалась невозможной в 1970-е гг. Из страны, зависящей от импорта энергоносителей на 85 %, она превратилась в энергетически самодостаточное государство и нетто-экспортера нефти. С учетом сказанного выше у бразильской индустрии этанола имеются неплохие перспективы. В стране много свободной земли, а потому нет необходимости вырубать тропические леса. (Сахарный тростник в условиях тропического леса не растет.) Есть потенциал для инноваций в таких сферах, как производство сахарного тростника, а также производственные мощности и логистика. Также Бразилия может играть ведущую роль в создании крупного глобального экспортного рынка.

Поскольку интерес к биотопливу вышел на первый план по всему миру, разгорелись дискуссии насчет его перспектив, суть которых можно резюмировать как «продовольствие или топливо» и «выбросы углекислого газа». На производство этанола уходит довольно много энергии. Но что мы получаем «на выходе» по сравнению с тем количеством энергии, которое вкладываем? Энергетический баланс, т. е. количество энергии, получаемой на единицу затраченной энергии, рассчитать не так непросто.

Чтобы произвести энергоресурсы, необходима энергия. Затраты энергоресурсов на производство традиционного этанола включают дизельное топливо для тракторов, которые пашут поля, нефтехимию, которая входит в состав удобрения, топливо для машин, убирающих урожай, тепло для поддержания работы перегонной установки и топливо для автоцистерн, которые перевозят этанол из небольших городков месту потребления. Изменение допущений по этим факторам приводит к получению разных ответов. Сегодня большинство сходится во мнении, что для кукурузного этанола чистый энергетический баланс умеренно положителен. Вместе с тем фактический баланс во многом зависит от того, какие виды топлива используются и какие затраты возникают при производстве и транспортировке этанола. К тому же по мере накопления опыта строительства заводов и роста масштабов баланс должен улучшаться. Также значительную часть затрат энергоресурсов составляют ненефтяные виды топлива, как то уголь и природный газ¹⁰.

Но есть ли пределы увеличения площадей, на которых можно выращивать сельскохозяйственные культуры для производства биотоплива? Основной сельскохозяйственной культурой в США, если исходить из посевных площадей, является кукуруза. Но используется эта кукуруза не так, как предполагают многие. Лишь около 1 % кукурузы непосредственно потребляется людьми. Часть кукурузы используется пищевой промышленностью, в том числе для производства кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы. Гораздо более значительная часть, примерно половина кукурузы, потребляется косвенно через откорм домашнего скота. Доля же этанола в урожае кукурузы в США с 1995 по 2009 г. увеличилась в семь раз, с 6 до 41 %. Так что в случае американской кукурузы конкурентами являются не «продовольствие и топливо», а «корм для скота и топливо»¹¹.

Повышение цен на кукурузу – хорошая новость для фермеров. Но для животноводов и производителей молока, которые кормят скот преимущественно кукурузой, это плохая новость. Увеличение стоимости кукурузы также сказывается на цене таких потребительских товаров, как безалкогольные напитки и зерновые завтраки, в состав которых входит кукурузный сироп с высоким содержанием фруктозы (а также на цене пива, поскольку сегодня все больше фермеров переходят с ячменя на кукурузу). Так как кукуруза составляет значительную часть рациона домашнего скота, рост цен на нее обуславливает рост цен на продукты питания по всему миру, что, в свою очередь, способствует росту инфляции и вызывает политическую напряженность во многих странах.

Рост цен на кукурузу вызвал кризис в Мексике, которая импортирует из США кукурузу для приготовления тортилий (маисовых лепешек). С повышением цен на американскую кукурузу выросли цены и на мексиканскую кукурузу. Как следствие, в 2007 г. подскочили цены на тортильи. «Мы – страна, которая питается тортильями и фасолью», – сказал министр энергетики Мексики в разгар кризиса. На улицы Мехико вышли 70 000 человек, чтобы выразить протест против высоких цен – цены на тортильи в некоторых районах страны выросли втрое, – что заставило правительство ввести контроль за ценами на тортильи¹².

Благодаря значительным достижениям в области агротехники урожайность кукурузы с 1950 г. выросла вчетверо. Но даже несмотря на увеличение урожайности, посевные площади могут стать ограничивающим фактором для кукурузного этанола.

Голоса против биотоплива стали раздаваться и со стороны защитников окружающей среды, обеспокоенных потреблением воды и выбросами углекислого газа при производстве биотоплива первого поколения. В Европе биотопливо также подвергается критике, особенно пальмовое масло, импортируемое из Малайзии и Индонезии, где из-за выжигания лесов для освобождения земель под плантации выделяется углекислый газ и страдают флора и фауна. Как результат, Евросоюз предпринимает меры, направленные на снижение воздействия на окружающую среду при производстве и использовании биотоплива, в частности вводит пороговые значения по выделениям углекислого газа в процессе производства биотоплива и запреты на обезлесение. Правила землепользования – вопрос более сложный, поскольку здесь необходимо также принимать во внимание так называемое непрямое изменение, вызванное землепользованием, т. е. опосредованное воздействие землепользования, проблему, которая особенно актуальна для ЕС. «Непрямое изменение» – это когда, например, сельскохозяйственная культура, из которой изготавливают биотопливо, вытесняет продовольственную культуру, для которой требуются новые пахотные земли, что приводит к обезлесению и потенциально значительным выделениям углекислого газа. Как оценить его количественно? И, кстати, кто этим должен заниматься?

В конце 2011 г. произошло нечто такое, что было немыслимо всего несколько лет назад – перестали действовать налоговые льготы для этанола и биодизеля, а также повышенные тарифы для импортного этанола. В эпоху бюджетных ограничений исчезла политическая поддержка конгресса. Непросто стало найти и обоснование для «необходимости» в условиях высоких цен на нефть и бензин и достижения целевой рыночной доли для этанола. «Мы, наверное, единственная отрасль в истории США, которая добровольно отказалась от дотирования, – сказал один из представителей этанольной индустрии. – Рынок вполне сформировался»¹³.

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.

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.

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.

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.

Эту «броню», которая защищает сахар, нужно разбить. Необходимо отделить целлюлозу и гемицеллюлозу от лигнина и извлечь из них сахара, пригодные для преобразования путем брожения в этанол (этиловый спирт). Это преобразование можно осуществить с помощью специальных ферментов.

Сырье для целлюлозного этанола недорогое. Это могут быть остатки сельскохозяйственных культур или сельскохозяйственные отходы, например остатки зеленой массы, солома, оставшаяся после сбора пшеницы, или багасса, волокнистые отходы сахарного тростника. Это могут быть другие сельскохозяйственные остатки, древесные отходы и даже некоторые виды мусора. Также целлюлозный этанол можно получать из разных видов трав, которые выращиваются на малоплодородной земле, например вышеупомянутое просо прутьевидное, мискант или сорго, двоюродный брат сахарного тростника.

Но стоимость переработки по-прежнему велика. Ее необходимо резко снизить, чтобы эта технология стала конкурентоспособной.

Существует и «забытая проблема» – логистика. По сравнению с нефтью биомасса имеет очень низкую плотность энергии. Соответственно, ее необходимо собирать в больших количествах, и затраты на ее сбор, транспортировку и хранение велики. У нефти плотность энергии такова, что транспортировать ее даже на другой конец земного шара экономически выгодно. Биомасса имеет «местный характер», из-за чего ее транспортировка ограничивается радиусом 80 км. Рассмотрим завод по производству целлюлозного этанола производительностью 6000 баррелей в день. Для обеспечения его сырьем может понадобиться до 50 000 рейсов грузовиков с полуприцепом в год.

Заводу также необходим стабильный источник поставок. Если сырье собирают раз или два в год, то его необходимо где-то хранить, что является еще одной логистической проблемой. Сырье также портится и гниет. Все это повышает стоимость. И к тому же само сырье не бесплатно¹⁷.

Индустрия не выйдет на приемлемые масштабы, если эти логистические проблемы не будут решены. Один из способов сделать это – сменить сырье, т. е. растение.

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.

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.

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.