Мандариновый бензин

Общая масса "живого" вещества на земле (растительного, животного, бактериального) - 2500 миллиардов тонн. Ежегодно воспроизводится 400 миллиардов тонн, из которых несколько менее половины - растительность. Лишь одни леса дают прирост около 25 миллиардов тонн. Уже в 70-80-е годы человечество расходовало около одной десятой древесного прироста, а к 2000 году эта величина может вырасти вдвое. Особенно быстрыми темпами идет уничтожение влажных тропических зарослей, составляющих половину всех лесов мира. Подсчитано, что при нынешнем темпе их вырубки (30 гектаров в минуту) тропические джунгли могут исчезнуть через 100 лет.

Леса нашей страны, составляющие четверть древесного фонда планеты, расходуются более экономно.

Тревога о лесе связана не только с тем, что в тропиках на их месте возникают пустыни. Самое опасное - на наших глазах исчезают зеленые легкие планеты. Ведь леса в результате фотосинтеза усваивают наряду с фитопланктоном определенную часть выделяющегося в атмосферу углекислого газа и возвращают ей кислород.

При ежегодном сжигании 12 миллиардов тонн условного топлива в атмосферу выбрасывается около 50 миллиардов тонн углекислого газа и потребляется 30 миллиардов тонн кислорода. Это одна пятая часть кислорода, поставляемого планете фотосинтезом, и уже сейчас Северное полушарие Земли подпитывается потоком кислорода из тропиков. Тем не менее пока доля кислорода в атмосфере не уменьшается. Почему?

Во-первых, велико его общее количество в атмосфере, вес которой равен пяти триллионам тонн. А во-вторых, по-видимому, существует еще один источник кислорода, помимо фотосинтеза. Американские ученые, основываясь на спектрографических наблюдениях с космического корабля "Аполлон-16", пришли к заключению, что водяные пары в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетового излучения разлагаются на кислород и водород. Так что пока кислородное голодание нам не грозит.

Если содержание кислорода в атмосфере практически не меняется, то выброс в атмосферу углекислого газа приводит к медленному росту его содержания. По оценкам одних специалистов, увеличение его концентрации вдвое может привести к повышению средней температуры атмосферы на 2-3 градуса. Правда, другие ученые считают, что одновременное повышение запыленности атмосферы будет тормозить рост ее температуры. Однако если средняя температура повысится на 2-3 градуса, климат в ряде районов земли существенно изменится, что нанесет вред растениеводству. "Нет,- говорят оппоненты,- повышение концентрации углекислого газа' вызовет бурный рост растительности, как это бывало в истории земли в прошлые геологические эпохи, и это компенсирует ущерб, связанный с изменением климатических зон".

Иногда повышение температуры однозначно связывают и с таянием льдов Антарктиды, и с повышением уровня воды в океане. Не все разделяют и эту точку зрения. Согласно противоположному мнению при потеплении увеличится влажность воздуха над океаном и Антарктидой, а это вызовет рост осадков в виде снега. В результате снежно-ледяная шапка Антарктиды начнет расти, а не таять.

Так или иначе, ждать манны небесной от возрастания концентрации углекислого газа не следует. Стоит задуматься о том, как ограничить его поступление в атмосферу. Предлагаются различные методы связывать углекислоту, переводить ее в твердые вещества. Пока практическая их реализация не стоит на повестке дня. Но будем помнить о грозящей опасности.

Несколько сот миллионов лет назад начался интенсивный процесс образования угля, нефти, газа, в котором большую роль играла и зеленая масса планеты - продукты фотосинтеза. Этот процесс продолжается и сейчас. Однако, по мнению многих специалистов, максимальная скорость возобновления этого органического топлива в мире не превышает 10-20 миллионов тонн в год. Расходуем же мы миллиарды тонн. Нельзя ли сжать время "восполнительных" процессов, интенсифицировать сбор урожая солнечной энергии?

Углеводы, производимые в тканях растений, в основном подобны сахару, но некоторые похожи на нефть. Млечный сок, или латекс, растений-каучуконосов как раз и насыщен "нефтеподобными" молекулами*

В семействе молочаевых на первое место по насыщенности ими претендует молочай чиновидный (масличный молочай). До 10 процентов от его сухой массы составляют подобные углеводы, а это значит, что при благоприятных климатических условиях с гектара легко собирать до 4 тонн бионефти в год!

Современный нефтезавод прорабатывает 5 миллионов тонн нефти в год. Чтобы обеспечить его бионефтью, нужно отдать под выращивание молочая 15-20 тысяч квадратных километров сельскохозяйственных угодий!

Но пригодны и другие растения. В странах, где велика урожайность сахаросодержащих культур, из них можно выработать этиловый спирт и этанол, используемые как топливо в двигателях внутреннего сгорания.

Различных растительных источников бионефти предлагается великое множество. Вот небольшой перечень из обширного потока сообщений.

Австралия: "Создан новый вид картофеля, позволяющий получить с гектара до десяти тысяч литров спирта".

Южная Америка: "В лесах Амазонки растет дерево копайбу из семейства бобовых. Сок этого дерева - углеводород, очень близкий по составу к дизельному топливу. Один надрез дает 10 литров сока в час".

Европа: "Овощ тапинамбур - "земляная груша" - содержит близкие к крахмалу сахароподобные вещества. Урожайность тапинамбура - 50 тонн с гектара, что может обеспечить до 4 тонн этилового спирта".

Япония: "Японская автомобильная компания "Судзуки мотор" провела испытания бензина, произведенного из мандариновой кожуры. При сгорании выделяется сладковатый фруктовый запах. Все было бы хорошо, но высоки производственные затраты. Для получения одного литра такого бензина нужна кожура от 11 тысяч мандаринов".

Трудно удержаться, чтобы не прокомментировать последнее анекдотичное сообщение: если каждый японец съест 10 килограммов мандаринов, то Япония получит всего лишь 70 кубометров бензина!

В поле зрения ученых попали не только растения, но и бактерии. Недавно при изучении микроорганизмов, вызывающих пурпурное цветение воды в канадском озере Саскачеван, обнаружено образование "нефтеподобных" углеводородов. Главную роль играют при этом сообщества серных бактерий, живущих в озере. Цепочка превращений, осуществляемых в ходе фотосинтеза с помощью различных бактерий и приводящих к "бактериальной нефти", непроста. В ней участвуют и сероводород, и сера, и глюкоза, и даже серная кислота. В процессе преобразований возникают также различные пигменты, благодаря которым вода озера и приобретает красный цвет.

Мандариновый бензин

Исследователи подсчитали, что гектар этого водоема может дать в год больше бионефти, чем гектар суши, засеянный наиболее урожайными растениями. Кроме того, для получения бактериальной нефти не нужно занимать ценные сельскохозяйственные угодья.

По мнению французских биологов, в качестве заменителей нефти перспективны одноклеточные водоросли "ботриококк". Если их выращивать в больших баках, снабжая углекислым газом и минеральными солями, то гарантирован высокий урожай углеводородов.

Используя дизельные фракции нефти, фосфорную кислоту, аммиак и некоторые другие вещества, можно осуществить биосинтез высококачественных кормовых дрожжей - "фермозин". Одновременно получается очищенный нефтяной дистиллят - компонент дизельного топлива. Таков технологический процесс, разработанный советскими специалистами в содружестве с ученымим из ГДР.

Вернемся от бактерий к растениям. Наибольший опыт в промышленных масштабах по получению автомобильного топлива из растений имеет Бразилия. В 1975 году там была принята национальная программа по производству спирта из сахарного тростника. Уже тогда в стране таким способом производилось 600 тысяч кубометров спирта - этанола. Этаноловое топливо по многим характеристикам сближается с метанолом - спиртом, получаемым из природного газа или угля.

Их положительные свойства - высокое октановое число, обеспечивающее отсутствие детонации в двигателе, и возможность эффективного сжигания даже обедненной горючей смеси.

Недостатки - пары этанола и метанола нередко закупоривают трубопровод, у них высокая теплота парообразования, они склонны расслаиваться при малых концентрациях в смесях с бензином, и у них вдвое меньшая теплотворная способность, чем у бензина.

Проведенные в нашей стране испытания бензометанольного топлива, сообщает журнал "Автомобильный транспорт", показали, что двигатели ЗИЛ-130 при добавке 14-17 процентов метанола могут работать без переделок. Подобным образом и добавки этанола к бензину до 20 процентов также не требуют переделки и специальной регулировки. Неудивительно, что бразильские специалисты связывают с "биобензином" большие надежды.

Всего за пять лет к 1980 году производство этанола в Бразилии выросло до 4 миллионов тонн, а еще через два года достигло 6 миллионов тонн. Далее через 5-6 лет намечалось почти удвоить производство. Однако бразильская программа не была выполнена. Узким местом, как и следовало ожидать, оказалась сырьевая база - сахарный тростник.

Чтобы вводить новые дополнительные мощности, нужно было каждый год осваивать под сахарный тростник 300-350 тысяч гектаров земли. Эта программа вошла в противоречие с необходимостью иметь площади под иные сельскохозяйственные культуры. Другим тормозом является все же высокая стоимость этилового спирта. Судя по всему, пока не пришло время растительного бензина - нужно повысить урожайность "бензиновых" культур, улучшить КПД фотосинтеза.

Если час бионефти еще не пробил, то биогаз уже широко используется во многих странах. Само слово "биогаз" давно пишется без кавычек.

В сельском хозяйстве на животноводческих фермах, птицефабриках, нолях образуется большое количество органических отходов. Они могут стать хорошим удобрением, однако для этого их почти всегда следует предварительно обработать.

Оказалось, что предварительную обработку орготходов очень удобно совместить с процессом так называемой биоконверсии или анаэробной ферментации. Существуют несколько групп бактерий, ферментирующих органические отходы в биогаз и шлам.

Процесс ферментации протекает в специальных баках-метантанках, в которые подаются тепло, вода и органические отходы. Биогаз состоит из метана (50-70 процентов) и углекислого газа.

Шлам - остаток процесса биоконверсии - прекрасное обеззараженное удобрение. Одна его тонна эквивалентна 3-4 тоннам (!) азотно-фосфорных удобрений, выпускаемых промышленностью.

Поскольку процесс идет за счет жизнедеятельности бактерий, необходимо питать их углеродом и азотом, соотношение которых должно быть равно 20:30. Это соотношение в отходах животноводства в 2-3 раза меньше, а полеводства - в 2-5 раз больше. Поэтому для соблюдения нужной пропорции в животноводческие отходы нужно добавлять растительные остатки.

При анаэробной ферментации из килограмма сухого органического вещества можно получить от 0,3 до 0,7 кубометра биогаза. Оптимальная длительность процесса - от 10 до 20 суток.

Производство биогаза наиболее распространено в развивающихся странах. Однако в последние годы в ФРГ, Франции, Италии, Швейцарии вступили в эксплуатацию около 100 биогазовых установок. В КНР же их число достигает нескольких миллионов. По мнению специалистов, в европейских странах в ближайшие годы могут получить развитие только очень простые установки, не требующие специального подогрева и потому более дешевые.

Дальнейшее совершенствование установок призвано решить сразу три задачи: получить биогаз, превратить отходы в высокоэффективные удобрения и обеспечить чистоту полей и воздуха. При переработке уничтожаются различные возбудители заболеваний человека и животных.

Доктором экономических наук Н. Синяком оценен возможный вклад биогаза в топливный баланс нашей страны. Если охватить такими биоустановками 50 процентов всех отходов, то энергия биогаза составит около 20 миллионов тонн условного топлива,