Что такое биотопливная диета

июнь 2007 г.

Биотопливо: нагрузка на продовольствие?
Валери Йегер
Сегодняшний диетолог
Том. 9 № 6 С. 42

Возобновляемые источники энергии могут уменьшить зависимость США от иностранной нефти, но угрожает ли разработка биомассы устойчивому сельскому хозяйству?

Недавно переехав в новый город, я, естественно, в восторге от новых впечатлений, сопровождающих мой переезд, — яркого света, бесконечных ресторанов и музеев мирового уровня. Энергия ощутима. Тем не менее, меня, пожалуй, больше всего волнует одна вещь: общественный транспорт. Я больше не буду стоять у бензоколонки, наблюдая, как стремительно растут цифры, когда я наполняю свой поглощающий бензин бак.

Несмотря на это, я до сих пор испытываю приступ ужаса каждый раз, когда прохожу мимо заправочной станции. Цены когда-нибудь сильно упадут? Это маловероятно, но растущая популярность биотоплива, такого как биодизель и этанол, быстро набирающего обороты в качестве нетрадиционного заменителя, безусловно, поможет.

Средства массовой информации часто аплодируют биотопливу как волшебному решению энергетического кризиса, заменяющему нефть в качестве движущей силы нашей экономики. Но нельзя не задаться вопросом: как преобразование продуктов, полученных из популярных культур, таких как кукуруза и соя, в топливо, повлияет на снабжение продовольствием?

Поиск решения
На данном этапе 21-го века Соединенные Штаты столкнулись с двумя критически важными энергетическими проблемами: нашей зависимостью от иностранной нефти и парниковым эффектом, разрушающим климат. Соединенные Штаты импортируют 70% своей нефти, и «Неудобная правда» Эла Гора демонстрирует, насколько серьезными становятся проблемы климата. Мировой спрос на нефть постоянно растет, а поставки постоянно сокращаются, что ставит под угрозу политическую и экономическую стабильность нашей страны и ее окружающей среды.

По словам Дика Олда, доктора философии, с кафедры растениеводства и почвоведения Техасского технологического университета, примерно 96% источников энергии в Соединенных Штатах поступают из невозобновляемых источников, таких как следующие:

• природный газ: 25%; а также

Эти невозобновляемые ресурсы в конечном итоге закончатся, что существенно повлияет на будущие поколения, если устойчивые возобновляемые ресурсы не будут использоваться в качестве основного источника топлива. К сожалению, простого решения не существует, особенно когда менее 4% энергии в США в настоящее время производится из возобновляемых источников, таких как солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия, гидроэлектроэнергия и биомасса (материал растительного происхождения). Из них биомасса оказывает наиболее значительное влияние.

Этанол и биодизель
Кукурузные маффины. Кукурузные хлопья. Кукурузное топливо?

Ежегодно с 2000 года биомасса является крупнейшим возобновляемым источником энергии в США и представляет собой единственную возобновляемую альтернативу жидкому транспортному топливу в виде этанола и биодизеля. Кукуруза и соевые бобы являются одними из самых популярных источников биомассы, используемой для производства топлива.

Этанол, в основном полученный из сахарных и крахмальных культур, представляет собой тип спирта, полученный путем ферментации растительного сырья. Он сгорает намного чище, чем чистый бензин, поэтому его выбросы гораздо ниже. Может сочетаться с бензином любой концентрации вплоть до чистого этанола. Возможности автомобильного этанола во всем мире сильно различаются, и большинство бензиновых двигателей с искровым зажиганием хорошо работают со смесями 10% этанола.

Между тем, биодизельное топливо — это топливо, предназначенное для дизельных двигателей, которое производится путем смешивания нефтяного дизельного топлива с очищенным растительным маслом. Смесь, наиболее часто доступная для потребителей, состоит из 20% биодизеля, называемого B20. Как и этанол, биодизель выделяет значительно меньше выбросов, чем чистое нефтяное дизельное топливо.

К удивлению многих, биотопливо не совсем новая концепция. В 1892 году был разработан первый дизельный двигатель, работающий на арахисовом масле, а в 1908 году Ford Model T был разработан для работы на этаноле.

Однако только с 1990-х годов биотопливо стало более доступным для потребителей. Спрос на биотопливо, особенно со стороны фермеров и транспортных компаний, растет.Даже производитель тракторов John Deere присоединился к этой тенденции, поставляя тракторы и комбайны со своих заводов с биодизельным топливом в баках. Цена примерно такая же, как у чистого нефтяного дизельного топлива, и летом 2006 года в некоторых торговых точках он даже начал продаваться на 4 цента за галлон дешевле.

Основные процессы преобразования биомассы в биотопливо хорошо известны и используются сегодня в коммерческих целях. Для превращения биомассы в этанол должны произойти две ключевые реакции: гидролиз и ферментация.1

Гидролиз — это химическая реакция, которая превращает сложные полисахариды в сырьевом сырье в простые сахара. В процессе превращения биомассы в этанол кислоты и ферменты используются для катализа этой реакции. Ферментация представляет собой серию химических реакций, в результате которых сахар превращается в этанол. Реакция брожения вызывается дрожжами или бактериями, которые питаются сахарами. Этанол и углекислый газ образуются при потреблении сахара.1

Проблемы на горизонте
Обеспечение продовольствием
Обеспечение продовольствием беспокоит не только диетологов и диетологов, но и биологов, инженеров-экологов и фермеров. Являются ли промышленные методы, используемые в настоящее время для выращивания сельскохозяйственных культур, популярных как в пищу, так и в качестве топлива, устойчивыми? По словам Энджи Тагтоу, MS, RD, LD, консультанта по экологическому питанию и непосредственного бывшего председателя группы диетологов по борьбе с голодом и экологическим питанием Американской ассоциации диетологов, ответ — решительное «нет» по следующим причинам:

• высокие входные затраты, такие как цены на землю, технику, семена, гербициды и пестициды, удобрения, хранение и транспортировку;

• воздействие на окружающую среду агрессивных методов ведения сельского хозяйства, таких как истощение и эрозия почвы, а также сток пестицидов и удобрений, приводящий к загрязнению водотоков и источников воды; а также

• количество энергии, необходимое для выращивания, сбора урожая и транспортировки этих культур на нефтеперерабатывающие заводы, превышает количество энергии, вырабатываемой из самого топлива.

По словам Тагтоу, фермеры на Среднем Западе отводят все больше земли под выращивание кукурузы, «еще больше увековечивая монокультурную систему, уменьшая биоразнообразие и еще больше разрушая устойчивость почвы и водных путей». Хотя эти изменения могут произойти не сразу, результаты в конечном итоге приведут к ошеломляющим изменениям в том, как люди едят. «Сельское хозяйство является основой продовольственной системы, и субсидируемые сельскохозяйственные продукты повлияли на то, что мы едим, а также на питание и здоровье нашего общества. Когда монокультуры становятся нормой, а разнообразие сокращается, это напрямую отражается на нашем рационе», — добавляет она.

Очевидно, что поиск подходящего возобновляемого источника топлива имеет решающее значение, но какой ценой? По мере выращивания большего количества культур для производства этанола цена на эти культуры будет колебаться. «Поскольку спрос на кукурузу увеличивается, я ожидаю, что цена на кукурузу будет расти. По мере роста цен на кукурузу мы будем сталкиваться с увеличением затрат на продукты питания, особенно на говядину, молочные продукты, свинину, птицу и яйца (животные, которые используют кукурузу в качестве корма). На цены на продукты питания сильно повлияет одновременный рост цен на нефть и кукурузу», — говорит Тагтоу.

«Это особенно важно для семей с низким доходом, которые уже тратят от 30% до 40% своего дохода на продукты питания, и это сильно повлияет на бюджеты федеральных программ помощи в области продовольствия и питания, таких как Специальная программа дополнительного питания для женщин, младенцев, и дети; продовольственные талоны; и программы школьного питания», — продолжает она.

Генная инженерия
Генетическая инженерия сельскохозяйственных культур для обеспечения устойчивости как топлива, так и продуктов питания является вариантом, но это может нанести ущерб экосистеме. Такие методы, как ускоренное одомашнивание, делают более эффективными энергетические культуры, но генетическая модификация этих растений может принять агрессивный оборот.Одна из предлагаемых биотопливных культур, мискантус, может вырасти до 8 футов за шесть недель, действуя по существу как растение на стероидах и обгоняя окружающие культуры, которые служат источником пищи для диких животных.

Кроме того, генная инженерия культуры может изменить ее гены не только для роста. «Некоторые гены, встраиваемые в кукурузу, чтобы сделать ее лучшим источником этанола, не являются генами, которые нам нужны в пищевой цепи. И без ограничений, таких как бесплодие растений, эти гены могут попасть в кукурузу, которую мы едим», — говорит Альберт Кауш, доктор философии, генетик растений из Университета Род-Айленда. В целом, хотя генетические манипуляции могут быть быстрым решением для сохранения устойчивости, долгосрочные последствия могут быть катастрофическими.

Будущее биотоплива
Хотя это не решит проблему полностью, включение большего разнообразия биомассы, превращаемой в топливо, поможет. К счастью, в исследованиях и технологиях становится все более популярным использование альтернативных источников, помимо кукурузы и соевых бобов, в качестве источников биотоплива. Среди этих новых источников топлива — кукурузная солома и стебли пшеницы, быстрорастущие деревья, такие как тополь и ива, а также несколько многолетних энергетических культур, таких как просо просо. Просо, произрастающее в высокотравных прериях, вырастает до 12 футов в высоту за один сезон и дает до 10 тонн растительного материала с одного акра без генетической модификации.

В конце концов, одних только кукурузы и соевых бобов недостаточно, чтобы уменьшить зависимость страны от нефти. Исследователи подсчитали, что Соединенные Штаты имеют устойчивые запасы примерно 1,4 миллиарда тонн биомассы каждый год, которые могут быть использованы специально для производства жидкого топлива, которое при использовании обычных методов обеспечило бы только 30% топлива, необходимого для национальной экономики. ежегодные транспортные потребности.2

Еще одним полезным путем является растущая популярность новых методов преобразования биомассы в биотопливо.В настоящее время этанол получают только из зерен кукурузы, потому что это единственная часть початка, содержащая сахара, которые можно ферментировать и перегонять для получения этанола. Но стебли и шелуха кукурузы, которые в основном считаются отходами, могут быть более полезными в производстве биотоплива, поскольку постоянно появляются новые достижения.

Кукурузные стебли и шелуха состоят из целлюлозы, полимера, состоящего из множества молекул сахара, соединенных вместе. Если целлюлозу обработать соответствующим катализатором — ферментом, способным расщепить ее на сахара, из которых она образуется, — эти сахара затем можно ферментировать и перегонять с образованием спирта. Это изменение сделало бы процесс превращения кукурузы в этанол гораздо более эффективным, позволяя продолжать использовать зерна кукурузы в качестве пищи, избегая резкого роста цен на сельскохозяйственную продукцию, который произошел бы, если бы кукуруза стала источником топлива.

Преобразование шелухи и стеблей кукурузы в этанол является лишь одним из примеров возможности эффективного преобразования целлюлозы в биотопливо. Целлюлоза является наиболее распространенным органическим химическим веществом, и деревья, листья, трава и практически все растительные материалы содержат ее в больших количествах. Преобразование целлюлозной биомассы в этанол в настоящее время слишком дорого для использования в коммерческих масштабах, но мы надеемся, что это изменится по мере появления новых достижений.

Программа инноваций в области биотоплива
В феврале Национальная федерация дикой природы обнародовала предложение — Программу инноваций в области биотоплива — для титула Farm Bill Energy Title 2007 года, чтобы помочь фермерам перейти на выращивание нового поколения биотопливных культур. Предложение способствует производству биотоплива и биомассы посредством следующего:

• поощрение производства специализированных многолетних энергетических культур на устойчивой основе, которая защищает почву, воздух, воду и дикую природу страны; а также
• Предоставление финансовой и технической помощи владельцам и операторам для производства специализированных биоэнергетических многолетних культур и смесей культур надлежащего качества и в количествах, достаточных для поддержки и/или стимулирования развития и расширения использования культуры для следующего:

— биотопливо;
—
— производство электроэнергии или тепла для дополнения или замены небиологических источников энергии; а также

— продукты на биологической основе для дополнения или замены продуктов не на биологической основе.3

По сути, план будет охватывать до 5 миллионов акров земли для содействия устойчивому производству энергии биомассы следующего поколения, такой как просо для этанола и жожоба для биодизеля. Принимая во внимание опасения инвазивных биологов, используемые растения должны быть многолетниками, произрастающими в Соединенных Штатах, и не иметь возможности стать инвазивными.

В предложении также учтены опасения Tagtow по поводу количества энергии, необходимой для транспортировки урожая на нефтеперерабатывающие заводы. Чтобы предприятие, использующее биомассу, было экономически жизнеспособным, используемая биомасса должна выращиваться в пределах относительно концентрированной территории, чтобы обеспечить управляемые транспортные расходы. Большинство экспертов описывают этот район как находящийся в радиусе 50-70 миль от объекта. Программа инноваций в области биотоплива решает эту проблему, требуя, чтобы группы землевладельцев собирались вместе, чтобы подать заявку на финансирование в качестве проекта, а не в качестве отдельных землевладельцев. Таким образом, урожай перевозится с нескольких ферм в одном районе, а не только с одной. Участники должны коллективно представить письменное предложение по биоэнергетическому проекту секретарю Министерства сельского хозяйства США, в котором указывается количество участвующих владельцев и операторов; количество акров, предлагаемых для зачисления в программу; тип и разнообразие пригодных для выращивания культур; вероятность того, что биоэнергетические культуры, предлагаемые для выращивания в рамках этой программы, будут использованы для целей программы; и потенциал для положительного экономического воздействия на местное сообщество.3

Вывод
Наше общество сильно зависит от нескольких невозобновляемых источников энергии, таких как нефть, уголь и уран, и биотопливо само по себе не сможет заменить эти источники и удовлетворить наши нынешние потребности в высокой энергии. «Мы должны искать настоящие возобновляемые и устойчивые источники энергии, такие как солнечная, ветровая и гидроэнергетика. Это действительно возобновляемые и устойчивые источники энергии, потому что они не требуют постоянных затрат и не ухудшают окружающую среду, и их можно поддерживать сейчас и для будущих поколений. Использование этих возобновляемых источников энергии снизит конкуренцию с нашими продуктами питания», — говорит Тагтоу.

Тагтоу призывает диетологов играть «активную роль в энергосбережении и отстаивать политику в области сельского хозяйства, которая поддерживает диету, соответствующую рекомендациям по питанию для американцев». Диетологи должны критически осмыслить то, как продукты питания производятся, перерабатываются, покупаются и потребляются, и как влияние на нашу продовольственную систему влияет на наличие, доступность, количество, безопасность и питательную ценность продуктов, необходимых для здорового питания».

Хотя будущий энергетический кризис вряд ли будет решен только за счет биотоплива, оно, вероятно, окажет существенное влияние на наше энергетическое будущее, а также на будущие пищевые привычки американцев. Тагтоу добавляет: «Если будущие топливные ресурсы зависят от источников пищи, в этом диалоге должны участвовать диетологи».

— Валери Йегер — редактор и писатель-фрилансер из Филадельфии.

1. Министерство энергетики США — Программа энергоэффективности и возобновляемых источников энергии на основе биомассы. «Азбука биотоплива». Доступна здесь. По состоянию на 29 марта 2007 г.

2. Университет Пердью. «Новый процесс производства биотоплива обещает удовлетворить все транспортные потребности США». 14 марта 2007 г. Доступно здесь.

3. Программа инноваций в области биотоплива. «Предложение по энергетическому законопроекту о фермах 2007 года». Доступна здесь. По состоянию на 29 марта 2007 г.