Оценивая перспективы рынка биоэнергетики, необходимо учитывать, что основным препятствием для его дальнейшего роста является стоимость добываемой энергии, которая остается высокой по сравнению с традиционными видами топлива. В этом контексте вполне вероятно, что перспективные векторы развития этого сегмента будут реализованы в следующих областях:
- производство энергонасыщенной биомассы и высокая продуктивность на единицу площади с низким потреблением удобрений и воды при выращивании биомассы,
- внедрение новых экономичных технологий и высокоэффективных энергетических продуктов и оборудования,
- создание необходимой научной, производственной и логистической инфраструктуры.
Как известно, наибольшее количество загрязнения воздуха происходит из-за использования транспортных средств. Поэтому во многих странах сохраняется государственная поддержка производства и использования транспортного биотоплива. Потребление биотоплива, как ожидается, утроится с 1,3 до 4,1 М/б к 2040 году (согласно оценкам МЭА). Это повлияет на рост мирового рынка биомассы на основе биомассы до 150 миллиардов долларов (оценки Royal Dutch Shell). Основным препятствием для достижения этого уровня является недостаточная база биологических ресурсов для роста производства в ведущих странах мира. Во избежание использования пищевого сырья будет продолжена разработка технологий производства моторного топлива с использованием новых источников непищевой биомассы: биотопливо второго поколения (на основе целлюлозосодержащего сырья), третье поколение (на основе биомассы микроводорослей), 4-е и 5-е поколение на основе прямого синтеза биотоплива с генетически модифицированными микроорганизмами. Например, в США планируется достичь уровня производства биотоплива из микроводорослей до 5 миллионов галлонов к 2030 году, ориентировочная стоимость продукта к 2019 году составит не более 5 долларов за галлон. Стратегическая программа исследований по биоэнергетике (Редакция 5, переработанная и дополненная) Технологическая Платформа «Биоэнергетика», 2018, стр 74
Ожидается расширение производства биотоплива второго поколения, такого как биобутанол, использование которого, по мнению экспертов, должно удовлетворить растущий спрос на экологически чистые возобновляемые виды топлива для транспорта. Разработка новых, более экономичных технологий производства биобутанола может привести к тому, что биоэтанол превзойдет популярность биобутанола в ближайшие 10-15 лет. С точки зрения других видов биотоплива различные биодобавки интересны с точки зрения рыночной перспективы: биоэтилтрибутиловый эфир (био-ЭТБЭ) (био-МТБ), (биоДМЭ). Самоцелью является снижение себестоимости органических продуктов, с помощью технологий биорефайнинга для комплексной глубокой переработки биомассы.
Новые виды транспортного топлива, такие как биоводород и биометан, в скором будущем займут определенную нишу. По прогнозам, водородная энергетика будет особенно активной в ближайшем будущем не только в топливном сегменте, но и в качестве способа хранения и контролируемой «выдачи» энергии, извлекаемой из других возобновляемых источников. Новое топливо создаст дополнительные сегменты («ниши») на инновационных рынках, некоторые из которых будут заняты продуктами, полученными в результате исследований и конвергентных технологий. К ним относятся биотопливо, эффективные системы хранения энергии, произведенные с использованием экологически чистых технологий и инновационных биоматериалов, информационные технологии, обеспечивающие работу интеллектуальных сетей и т. д.
В дальнейшем эксперты прогнозируют рост существующих сегментов рынка биоэнергетики. По оценкам, мировой рынок биотехнологий достигнет 2 трил. долларов США в 2025 году. Темпы роста в отдельных сегментах рынка колеблются от 5-7 до 30% в год. Сегодня доля российского рынка биотехнологий составляет менее 0,1%, а во многих сегментах (биоразлагаемые материалы, биотопливо) практически равна нулю. На сегодняшний день почти 100% отходов деревообработки и лесозаготовок используется в Европе. Учитывая, что в Европе не ожидается значительного увеличения мощностей по производству пеллет, можно предположить, что импорт неизбежно увеличится. В области твердого биотоплива трудно ожидать каких-либо серьезных научных и технологических "прорывов" из-за объективно низкого уровня наукоемкости технологий, хотя можно с уверенностью предсказать появление усовершенствованных или новых топливных продуктов с высокой теплопередачей и экологичностью. В то же время появятся новые, более дешевые и более энергоэффективные виды оборудования для сжигания твердого биотоплива.
Сегмент по переработке отходов будет стремительно развиваться, как один из важнейших направлений повышения экологической безопасности и экономической рентабельности сельскохозяйственного производства, лесного хозяйства и деревообрабатывающей промышленности. Также, стоит рассчитывать на дальнейшее расширение использования биогазовых технологий, связанных с переработкой отходов. По мнению экспертов, к 2020 году мировой рынок биогазовых установок должен многократно вырасти, достигнув уровня в 25 миллиардов долларов. Технологии производства и использования синтез-газа, основанные на обработке твердых отходов особенно актуальны для промышленного использования.
Развитие локальных возобновляемых источников энергии послужит основой для разработки новых технологий в области мобильной биоэнергетики, а также локальных сетей для поставок, хранения и распределения энергии.
Наиболее наглядным отражением тенденций мирового технологического развития является выбор стратегических направлений Международного энергетического агентства (IEA Bioenergy), которое является признанным мировым экспертом в области традиционной и альтернативной энергетики.
Таблица 2. Стратегические направления деятельности Международного Энергетического Агентства
Динамичное развитие мирового рынка биоэнергии поддерживается из-за двух составляющих: во-первых, и-за того, что в промышленно развитых странах - импортерах энергоресурсов биоэнергетика в стратегическом плане ответственна за энергетическую безопасность, во-вторых, из-за глобальной тенденции активного формирования новой технологической структуры и нового типа экономики - биоэкономики, для которой биоэнергия является неотъемлемым фактором развития.
Таким образом, в соответствии с долгосрочными прогнозами, перспективными мировыми рынками биоэнергии наиболее вероятно будут признаны следующие:
- альтернативное моторное биотопливо;
- производство тепла и энергии на основе биомассы
- высокоэффективные установки для утилизации энергетических отходов и производства топливных продуктов на основе биогаза и синтез-газа;
- энергосберегающие устройства;
- системы дальней передачи электроэнергии и топлива; накопление электричества, тепла и холода;
- «умные» сети;
- водородная энергетика и топливные элементы
- новые продукты биотоплива на основе конвергентных исследований, природных систем и технологий.
Более подробно про внедренные и перспективные технологии биоэнергетики на мировом рынке представлены в Приложении 1
Глава 3. Потенциал развития биоэнергетики в России до 2050 года для выполнения целей Парижского климатического соглашения
3.1 Сценарии развития биотопливной индустрии в условиях декарбонизации экономики России
Долгосрочные прогнозы национальных выбросов ПГ в России весьма разнообразны. Правительственные сценарии можно найти в некоторых стратегических документах, таких, как Энергетическая стратегия 2035 года, которая предусматривает уровень выбросов ПГ к 2035 году до 78% уровня 1990 года (или около 50% по сравнению с уровнем 2017 года). Оценки выбросов ПГ к 2050 году не были опубликованы правительством, и до настоящего времени не было принято никаких политических решений в отношении целевых показателей сокращения выбросов к 2050 году.
Экспертные оценки динамики выбросов ПГ были представлены несколькими аналитическими центрами, большинство из которых (17 из 27) представили прогнозы сценариев национальных выбросов ПГ в диапазоне 70-85% к 2030 году и 60-100% к 2050 году (по сравнению с 1990 годом). Такие оценки могли бы рассматриваться в качестве сценариев, предусматривающий обычный ход событий (ОХС), без масштабных усилий по смягчению последствий и целенаправленной политики декарбонизации; и они весьма далеки от цели Парижского соглашения "обеспечить баланс между антропогенными выбросами из источников и абсорбцией поглотителями парниковых газов во второй половине этого столетия". Таким образом, альтернативные сценарии глубокой декарбонизации российской экономики были проанализированы группой ученых из Российской академии народного хозяйства и государственной службы при Президенте РФ (РАНХиГС) и Высшей школы экономики (ВШЭ) Национального научно-исследовательского университета.
Прогнозы глубокой декарбонизации в России были проанализированы до 2050 года на основе модели TIMES-Россия и долгосрочных предположений социально-экономического развития из официальных стратегий России, докладов международных организаций, и оценки промышленных экспертов. Основные предположения в отношении развития представлены в таблице 5.
Таблица 3 Основные предпосылки социально-экономического развития сценариев декарбонизации в России к 2050 году.
Центральный сценарий глубокой декарбонизации, предусматривающий 85-процентное сокращение связанных с энергией выбросов СО2 в России в период 2010-2050 годов, был смоделирован с учетом поставленной в Парижском соглашении цели "2С" (достижение 1,7 т СО2 на душу населения в год к 2050 году). Такое масштабное сокращение выбросов ПГ может быть достигнуто в том случае, если к 2050 году общий объем поставок первичной энергии (ОППЭ) сократится на 27% при значительных изменениях в структуре производства энергии (рисунок 2). Потребление угля должно сократиться до З% (и большая его часть с улавливанием и хранением углерода (УХУ)), природного газа - до 36% ОППЭ (почти половина с УХУ), доля нефти должна сократиться до 7%, доля возобновляемых источников энергии (включая твердую и жидкую биомассу) должна увеличиться до ЗЗ%, а доля атомной энергии должна достигнуть 22%. Конечное потребление энергии также должно существенно измениться: потребление угля сократится до 1,6%; потребление природного газа составит 24%; сокращение использования жидкого топлива до 9%; доля биотоплива достигнет 12%, электричества и теплоэнергия - 54% к 2050 году.
Рисунок 15. Прогноз ОППЭ и конечного потребления энергии в России в рамках сценария глубокой декарбонизации на период 2010-2050 годов.
Однако допущения относительно наличия в России к 2050 году коммерчески доступной технологии УХУ, роста производства ядерной энергии, роста ВВП и некоторых других факторов могут значительно варьироваться, поэтому альтернативные сценарии декарбонизации были смоделированы с использованием TIMES-Российская модель (рисунок З). Все сценарии декарбонизации предполагают достижение к 2050 году целевого показателя сокращения выбросов на уровне 85%, в то время как общий объем поставок первичной энергии (ОППЭ) может варьироваться в зависимости от сценария.
Прогнозируемое потребление биотоплива во всех сценариях глубокой декарбонизации составляет 3-7 ЭДж/год (или 72-167 Млн т н.э./год). Такое количество биотоплива может быть получено из лесного сектора (древесные отходы, низкосортная древесина, древесные гранулы, пеллеты и т.д.) и сельскохозяйственного сектора (органическая биомасса, отходы, и т.д.). По калорийности биотопливо, необходимое для глубокой декарбонизации, может быть эквивалентно 100-200 миллионам тонн сухой древесины в год.
Рисунок 16 - Структура энергобаланса в альтернативных сценариях глубокой декарбонизации в России к 2050 году.
В сценариях глубокой декарбонизации потребление жидкого топлива в транспорте, как ожидается, сократится в 2010-2050 годах, а доля жидкого биотоплива, как ожидается, существенно возрастет с почти нулевого уровня в 2010-2020 годах до 1 ЭДж/год (или 24 Млн т н.э./год) в 2050 году (Рисунок 4). Этот объем жидкого биотоплива может быть получен из древесной биомассы в качестве биотоплива второго поколения (с использованием экспериментальных технологий), а также из сельскохозяйственной биомассы.
К потенциальным источникам биотоплива в лесном секторе относятся древесные отходы, низкосортная древесина (заготавливаемая преднамеренно или в качестве остатка явных сокращений), плантации топливной древесины и некоторые другие. Объем производства неиспользуемой биомассы (древесных отходов в процессе лесозаготовок и переработки) составляет около 34 Мт экв. в год в России.
Рисунок 17 - Жидкое топливо для транспорта в рамках сценария глубокой декарбонизации для России к 2050 году
3.2 Оценка вклада биотоплива в сокращение эмиссии углерода
По данным BP, общие глобальные выбросы углекислого газа достигли 33,9 млрд тонн в 2018 году, увеличившись на 2,0% (максимальный темп роста за последние семь лет). С точки зрения выбросов CO2 (27,8% от общего объема выбросов в мире) Россия занимает четвертое место в мире по выбросам CO2 (4,6%), а в 2019 году произошло увеличение на 2,6% - рис. 1