Kas nutiko biodegalams?

Paaiškėjo, kad iš organinių medžiagų gaminti didelį kiekį degalų sunkiau ir brangiau, nei manyta.

Mokslininkai jau seniai žino, kaip įvairių rūšių organines medžiagas paversti skystaisiais degalais. Medžiai, krū­mai, žo­lė, sėklos, grybai, jūržolės, dumbliai ir gyvuliniai riebalai – visa tai verčiama biodegalais, kurie varo au­to­mo­bi­lius, laivus ir net lėktuvus. Biodegalai ne tik puiki išeitis bitumingojo smėlio, skalūnų ar naftos telkinių neturinčioms šalims, bet ir gali padėti sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų kiekį tapę alter­na­ty­va iškastiniam kurui. Tačiau tenka nusivilti, nes kol kas biodegalus gaminti dideliais kiekiais brangiau ir ne taip patogu, kaip tiesiog pagręžus šiek tiek giliau rasti naftos.

Antai etanolis – tai alkoholiniai biodegalai, be vargo distiliuojami iš cukringų arba krakmolingų augalų. Au­tomobiliai juo varomi nuo „Ford Model T“ pasirodymo, o įmaišytas į įprastą benziną JAV jis dabar sudaro apie 10 proc. transporto priemonių sunaudojamų degalų. Europoje į įprastus dyzelinius degalus panašiai mai­šo­mas iš augalinių riebalų gaminamas biodyzelinas (tik proporcija mažesnė – 5 proc.). Tačiau šie pirmos kar­tos biodegalai turi trūkumų. Jie gaminami iš daug cukraus, krakmolo arba aliejaus turinčių augalų, ku­riuos galėtų valgyti žmonės arba ėsti gyvuliai. Etanoliui jau surenkama 40 proc. JAV kukurūzų derliaus, o nauja etanolio gamykla Hale pati viena netrukus taps stambiausia kviečių pirkėja Jungtinėje Karalystėje, per metus sunaudojančia 1,1 mln. tonų. Kaip degalai transporto priemonėms etanolis ir biodyzelinas taip pat turi trūkumų: jie prastai pritaikyti šalčiams ir gali pakenkti nemodifikuotiems varikliams.

Siekiant šiuos minusus pašalinti, per pastarąjį dešimtmetį pridygo tuzinai įmonių, pasiryžusių kurti an­tro­s kartos biodegalus. Diskusijų „maistas prieš degalus“ jos vylėsi išvengti, degalų gamybai naudodamos maistinės vertės neturinčią biomasę, kaip antai žemės ūkio atliekas arba sparčiai augančius medžius ir žolę, auginamus niekam kitam netinkamuose sklypuose. Kitos bendrovės planavo gaminti pakaitinius (drop in) biodegalus, tradicinį iškastinį kurą galinčius pakeisti tiesiogiai, o ne įmaišant.

Vyriausybės irgi prisijungė prie biodegalų karštinės. George’as Bushas biodegalus laikė būdu siekti ener­ge­ti­nės nepriklausomybės, įstatymu patvirtindamas taisykles, kurios nustato minimalias kainas ir rei­ka­lau­ja, kad perdirbėjai ir importuotojai kasmet parduotų vis daugiau biodegalų. Jau 2013 m. JAV turėjo per metus sunaudoti beveik 3,8 mlrd. litrų vadinamųjų celiuliozinių biodegalų, pagamintų iš sumedėjusių augalų.

Darbai ir vargai

Tačiau, užuot suklestėjusi, biodegalų pramonė užspringo. Vienos bankrutavo, išgyvenusios įmonės apkarpė planus, o kylant pirmos kartos biodegalų kainoms išblėso ir vartotojų susidomėjimas. Plintant hidrauliniam skaldymui atsirado naujų naftos ir dujų rezervų, kurie atvėrė alternatyvų kelią į energetinę nepriklausomybę. Jau 2012 m. JAV aplinkos apsaugos agentūra 2013-iesiems numatytą celiuliozinių biodegalų tikslą sumažino iki vos 53 mln. litrų. Kas nutiko?

Norint gaminti antros kartos biodegalus reikia įveikti tris sunkumus. Pirmiausia, sumedėjusios ce­liu­lio­zės ir lig­nino polimerus reikia suskaidyti į paprastą augalinį cukrų. Antra, iš cukraus būtina pagaminti esa­mo­ms transporto priemonėms tinkamus pakaitinius de­ga­lus, o tam reikalingas termocheminis (su katalizatoriais, itin aukšta temperatūra ir aukštu slėgiu) arba biocheminis procesas (su fermentais, natūraliomis arba sintetinėmis bakterijomis ar dumbliais). Trečias ir rimčiausias sunkumas – rasti būdų tai daryti pigiai ir dideliu mastu.

2008 m. energetikos milžinė „Shell“ vykdė dešimt pažangių biodegalų projektų. Šiandien beveik visi nutraukti, o iš likusių nė vienas neparuoštas komercializuoti. „Visos mūsų nagrinėtos technologijos veikė, – teigia Matthew Tipperis, „Shell“ viceprezidentas alternatyviajai energijai. – Bet kuri būtų leidusi gaminti degalus laboratorijos ir demonstraciniu mastu.“ Tačiau paaiškėjo, kad biodegalų pristatyti rinkai nepavyks taip gretai, kaip tikėtasi, ir tai atsieina daugiau, nei manyta.

Prieš penkerius metus regėtas optimizmas gal ir išblėso, tačiau antros kartos biodegalus bandoma kurti toliau. Pustuzinis įmonių baigia įrengti pramonines gamyklas, o kelios jau gamina nedidelį antros kartos biodegalų kiekį. Net yra teigiančių, kad iš to užsidirba.

2008 m. energetikos milžinė „Shell“ vykdė dešimt pažangių biodegalų projektų. Šiandien beveik visi nutraukti, o iš likusių nė vienas neparuoštas komercializuoti.

Štai „Shell“. Su brazilų „Cosan“ ji įsteigė įmonę „Raizen“, kuri kasmet iš cukranendrių sulčių pagamina per 2 mlrd. litrų pirmos kartos etanolio. Nereikalingi skaidulingi stiebai paprastai sudeginami energijai gauti arba perdirbami į popierių, tačiau kitais metais „Raizen“ pradės iš jų gaminti antros kartos bioetanolį, naudodama mišinį iš specialių fermentų, kurie pagaminti Kanados biotechnologijų bendrovės „Iogen“. „Raizen“ tikisi paruošti po 40 mln. litrų celiuliozinio etanolio per metus, o sąnaudas ketina mažinti ir išeigą didinti celiuliozinę gamybą derindama su tradiciniu etanolio gamybos kompleksu. Naudojant tokį modelį antros kartos biodegalai papildo ir išplečia pirmos kartos procesus, užuot visiškai išstūmę.

Tikimasi, kad JAV 2014 m. celiuliozinį etanolį iš kukurūzų atliekų (kotų, lapų ir lukštų) pradės gaminti trys gamyklos: Ajovoje „POET-DSM Advanced Biofuels“ (75 mln. litrų) ir „Dupont“ (110 mln. litrų), o Kanzase – „Abengoa“ (95 mln. litrų). Tačiau pirmoji gaminti etanolį su fermentais pramoniniu mastu ėmėsi „Beta Renewables“, atskilusi nuo italų chemijos pramonės milžinės „Chemtex“. Vasarą Krešentine (prie Turino) įsikūrusi celiuliozinio etanolio gamykla veikė puse pajėgumo (visas – 80 mln. litrų), naudodama šiaudus iš gretimų ūkių. Rudenį žaliava bus kukurūzų atliekos, žiemą ryžių šiaudai, o pavasarį daugiamečiai eukaliptai. Išdavusi licencijas, „Beta Renewables“ jau leido savo technologiją naudoti Brazilijoje ir Malaizijoje, o iki metų pabaigos tikisi parduoti dar kelias. Visos grupės „Beta“ įmonės biodegalus jau gali gaminti pelningai, nors tik ten, kur įmanoma gauti itin pigių žaliavų, kaip teigia bendrovės vadovas Guido Ghisolfi.

Tačiau kaip tik dabar, kai celiuliozinis etanolis pasirodė rinkoje, degalų paklausa daugelyje išsivysčiusių šalių menksta, nes jie naudojami efektyviau, o ūkiai tebėra ekonomiškai silpni. Tad mažėja ir maišyti skirto etanolio paklausa. JAV degalinėse retai išvysi benzino, kuriame yra iki 15 proc. etanolio, nors jis ir leidžiamas Aplinkos apsaugos agentūros, o etanolio gamintojai negaili pinigų reklamai.

Kitos biodegalų įmonės ir toliau siekia gaminti pakaitinius degalus. Šiems patrauklumo suteikia tai, kad jie mažiau priklauso nuo kintančių politinių įgeidžių, skirtingai nei etanolis, kurio paklausą nemenkai lemia valdžios nurodymai įmaišyti jo į tradicinius degalus. Be to, pakaitinių degalų gamyboje kaip žaliava paprastai naudojamas cukrus (gautas tradiciniu būdu arba celiuliozinis), o jo pasiūla didžiulė ir jį paprasta transportuoti.

Daugiau apsukų

Pasitelkusi genetinę inžineriją, Kalifornijoje įsikūrusi „Amyris“ modifikuoja mieles ir kitus mikrobus, kad fer­men­tuo­jant cukrų susidarytų ilgos grandinės angliavandenilio molekulė, vadinama farnezenu, kurį perdirbant ga­li­ma gauti įvairiausių cheminių medžiagų ir degalų. Po kelerių nelengvų metų, kai buvo žadama per daug, o padaroma per mažai, šiandien „Amyris“ gamina nedidelį dyzelinių degalų iš atsinaujinančių išteklių kiekį Brazilijos visuomeniniams autobusams ir siekia, kad prekybai būtų sertifikuoti jos gaminami aviaciniai degalai iš atsinaujinančių išteklių.

Pagrindinis kitos Kalifornijos bendrovės „Solazyme“ taikinys – taip pat dyzeliniai ir aviaciniai degalai iš at­si­nau­jinančių išteklių, tik jos atveju iš dumblių. Lauko tvenkiniuose auginami mikroskopiniai dumbliai geba ga­min­ti aliejus, naudodami natūralią saulės šviesą ir anglies dioksidą iš atmosferos ar išmetamą pra­mo­nės. Tačiau degalų pagaminama labai mažai, tad juos surinkti brangu ir sunku. Taigi „Solazyme“ dum­blius augina hermetiškuose fermentacijos induose, o energijos šaltinis – cukrus. JAV karinis jūrų laivynas pratybose jau sunaudojo dešimtis tūkstančių litrų šios bendrovės degalų iš dumblių, o neseniai pirmasis tokius dyzelinius degalus pradėjo siūlyti JAV degalinių tinklas „Propel“. Nors technologija išties pa­si­tei­sino, „Solazyme“ kol kas nutyli ekonominius aspektus. Jos komercinis potencialas gali paaiškėti, kai Bra­zi­lijoje pradės veikti degalų iš dumblių gamykla (pajėgumas – 110 mln. litrų), kuri turėtų būti atidaryta iki metų pabaigos.

Norint, kad pakaitinių biodegalų svarba išaugtų visame pasaulyje, jie turi būti pelningi ne tik Pie­tų Amerikos atogrąžų juostose, kur cukringus augalus auginti pigu. Vienintelė komercinė gamykla, pakaitinius degalus gaminanti tiesiai iš sumedėjusios biomasės, priklauso „KiOR“, kurios 50 mln. litrų pajėgumo ga­myk­la Kolambuse (JAV, Misisipės valstija) pakaitinį benziną ir dyzelinius degalus iš pušų skiedrų gamina tokiems klientams kaip logistikos bendrovė „FedEx“ ir naftos pramonės milžinė „Chevron“. „KiOR“ naudoja termocheminį procesą, vadinamą kataliziniu krekingu, kuriam nemažai technologijų pasiskolinta iš įprastų naftos perdirbimo įmonių, ir, skir­tin­gai nei įnoringesnės biocheminės sistemos, mastą jai didinti neturėtų būti sunku. „KiOR“ planuoja statyti 150 mln. litrų pajėgumo gamyklą netolimame Načeze. Tačiau Kolambuso gamykla anaiptol dar nedirba visu pajėgumu, o „KiOR“ turi didžiulę skolą ir tebeveikia nuostolingai. Rugpjūtį nepatenkinti investuotojai pateikė kolektyvinį ieškinį.

Dalis stebėtojų abejoja, ar artimiausioje ateityje net ir aukščiausio lygio biodegalams pavyks varžytis su iš­kastiniu kuru. Mokslininkas Danielis Kleinas-Marcuschameris iš Australijos bioinžinerijos ir nano­tech­no­lo­gi­jų instituto atliko išsamią aviacinių degalų iš atsinaujinančių išteklių analizę. Jo išvada, kad iš cukranendrių gaminami pirmos kartos aviaciniai biodegalai su nafta gali konkuruoti tik tuo atveju, jei šioji kainuos bent 168 JAV dolerius už barelį, o kai kurių antros kartos dumblių technologijų atveju žaliavinė nafta turėtų atsieiti per 1 tūkst. JAV dolerių už barelį, kad kainos išsilygintų (dabar kainuoja apie 110 dolerių). Siekdamas padėti šiam sektoriui rasti būdų didinti biodegalų konkurencingumą, D. Kleinas-Marcuschameris modelį leidžia naudoti atvirojo kodo pagrindais.

Net jeigu ekonomiškai antros kartos procesų mastą didinti įmanoma, gali kilti nauja problema. Norint nuo JAV naftos bendrovių, per dieną perdirbančių 2,5 mlrd. litrų tradicinės naftos, at­si­riekti rimtesnę rinkos dalį, biodegalų gamykloms tektų ieškoti, iš kur gauti milžinišką kiekį žaliavų. G. Ghisolfi iš „Beta Renewables“ pabrėžia, kad gamyklai, kurios metinė produkcijos apimtis yra 140 mln. litrų, metams reikia 350 tūkst. tonų biomasės. „Tik kai kuriuose kraštuose, kaip antai Brazilija ir dalis JAV bei Azijos teritorijų, galima nesunkiai rasti šitiek biomasės, – sako G. Ghisolfi. – Galimybes gamybą padidinti dešimtgubai vertinu skeptiškai, nes viename punkte surinkti 3,5 mln. tonų biomasės bus labai rimta užduotis.“

Pasaulyje kasmet susidaro milijardai tonų žemės ūkio atliekų, tačiau šios medžiagos plačiai pasklidusios, tad jas rinkti ir pristatyti brangu. Negana to, ūkininkai šias atliekas naudoja dirvai ruošti, gyvuliams šerti arba degina energijai gauti. Biodegalų gamybai nusitaikius į esamus medienos šaltinius, pasipiktintų statytojai ir popieriaus gamintojai. O pasėlius degalams augindamas nekultivuojamuose sklypuose irgi vargu ar išsisuksi nuo kontroversijų: kas vienam dykynė – kitam nelytėta ekosistema. Kai Aplinkos apsaugos agentūra neseniai nusprendė leisti ruošti plantacijas sparčiai augančioms didžiosioms nendrėms, iš kurių bus gaminami biodegalai, protestuoti pakilo tuzinai aplinkosaugos grupių ir šiuos augalus vadino kenksmingomis ir itin invazinėmis piktžolėmis. Šiandien biodegalų sektoriuje kontroversijos supa diskusijas „maistas prieš degalus“, o rytoj ne mažiau rimtų sunkumų gali kilti degalams susirėmus su flora.