События в сфере биоэнергетики являются, пожалуй, менее обсуждаемыми, чем новые ценовые рекорды солнечной энергетики или рекорды по производству ветровой энергии. Более того, биоэнергетика часто ассоциируется с таким традиционным топливом, как дрова, которые до сих пор находят в мире широкое применение и учитываются в докладах некоторых международных организаций. Например, Международное энергетическое агентство (МЭА) включает дрова, отходы лесного хозяйства и прочие твердые отходы в группу источников энергии «биотопливо и отходы». На традиционное биотопливо, по оценкам МЭА, до сих пор приходится более трети всего мирового предложения возобновляемой энергии[1]. Его основными недостатками является низкая энергоэффективность, негативное влияние на здоровье населения (в особенности при использовании дровяных печей с открытым огнем), а также то, что методы сбора традиционных биоресурсов часто не соответствуют концепции устойчивого развития*.

США являются одним из мировых лидеров в сфере биоэнергетики. В 2016 г. Соединенные Штаты заняли второе в мире место по общей установленной мощности биоэнергетических станций (12,458 ГВт). Первое место с относительно небольшим отрывом заняла Бразилия (14,179 ГВт), третьим с еще меньшим отрывом финишировал Китай (12,140 ГВт)[2]. По объемам производства биоэтанола США являются бесспорным мировым лидером: в 2016 г. в США было произведено 58,02 млрд л. Второе место с большим отрывом заняла Бразилия (27,612 млрд л). В других странах биоэтанол производится в гораздо меньших объемах – во всем Европейском Союзе в 2016 г. было произведено лишь 5,212 млрд л, в Китае – 3,198 млрд л, в Канаде – 1,650 млрд л[3].

История развития американской политики в сфере биоэнергетики

Интересно, что первые попытки использовать этанол в качестве автомобильного топлива были предприняты еще на заре автомобильной эры. Так, в 1896 г. Генри Форд создал свой первый автомобиль, который работал на этаноле. В начале ХХ века, когда американский автомобильный рынок стал активно развиваться и расти, увеличивая спрос на жидкое топливо, нефтепродукты активно конкурировали с биоэтанолом. Несмотря на то, что бензин достаточно быстро стал ключевым автомобильным топливом, к 1930 г. многие автозаправочные станции в штатах, где выращивалась кукуруза, продавали спиртосодержащий бензин с долей этанола 6–12%. В штатах с развитой нефтедобычей этанол в качестве топлива практически не продавался[4].

Американская энергетическая политика до Второй мировой войны была сосредоточена на увеличении внутренней добычи нефти для развития автомобильного транспорта. В этот период был внедрен ряд льгот для нефтедобывающей отрасли, которые снизили расходы американских компаний на поиск месторождений, а также непосредственно на добычу и переработку нефти. Поскольку объемы добычи нефти быстро росли и отрасль получала щедрые государственные субсидии, инфраструктура развивалась преимущественно вслед за нефтедобычей. Биоэтанол в таких условиях оказался недостаточно конкурентоспособным. До 1970-х годов ни производители кукурузы, ни иные потенциальные игроки не имели существенных стимулов инвестировать средства в производство биотоплива[5].

Серьезная государственная поддержка биоэнергетики, включая НИОКР в этой сфере, началась лишь в 1970-е гг. Именно в то время на фоне жесточайшего энергетического кризиса США и некоторые другие страны начали проводить активную государственную политику по стимулированию развития сектора возобновляемой энергетики[6]. Первоначально поддержкой биоэнергетики в США занимался Национальный научный фонд. Позже эта задача была закреплена за созданным в 1977 г. Министерством энергетики США.

Ключевой целью субсидирования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) стало укрепление национальной энергетической безопасности через диверсификацию источников энергии и географии их поставок. В 1978 г. в США было введено освобождение от уплаты акцизного налога в размере 4 цента на галлон топлива с 10%-м содержанием этанола. Также был введен налоговый кредит, который уменьшал налог на доходы. В 1980 г. был установлен тариф на импорт топливного этанола в целях защиты внутреннего рынка от иностранной конкуренции[7]. Данный тариф действовал 30 лет и был отменен лишь в 2011 г.

Несмотря на большое число действий, предпринятых в целях стимулирования биоэнергетики и ВИЭ в целом, энтузиазм в отношении перспектив возобновляемой энергетики достаточно быстро прошел, особенно после снижения цен на ископаемое топливо. Ввиду наличия сильного нефтегазового лобби в стране американская энергетическая политика долгое время оставалась консервативной и инерционной, и это касалось даже поддержки НИОКР и инноваций. Так, в период с 1948 по 2015 гг. в структуре расходов Министерства энергетики США на развитие энергетических технологий почти половина расходов пришлась на атомную энергетику (48,5%), еще около четверти – на ископаемое топливо (24,5%) и лишь 12,3% – на ВИЭ[8].

Ключевые тенденции последних лет

В настоящее время большинство автомобильных заправок в США продают бензин с содержанием этанола 10% (стандарт Е10), 15% (стандарт Е15) или до 85% (стандарт Е85, фактически в США Е85 в среднем содержит 70% этанола). Чаще всего встречается бензин с 10%-м содержанием этанола, поскольку его могут использовать все автомобили, в то время как стандарт Е15 используют автомобили, произведенные после 2001 года. Стандарт Е85 предназначен для автомобилей на гибком топливе. По оценкам Управления энергетической информации США, в 2016 г. страна потребила в общей сложности 542,8 млрд л автомобильного топлива, из них около 10% (54,5 млрд л) пришлось на этанол. Как следует из представленного ниже рисунка (рис. 1), активное увеличение объемов производства и потребления биоэтанола в США началось лишь в 2000-е годы; особенно высокие темпы роста наблюдались в 2005–2010 годы.

Кумулятивная установленная мощность американских электростанций на биомассе за последнее десятилетие увеличилась, однако прирост не был значительным; более того, после 2013 г. значение данного показателя стабилизировалось (рис. 5). Лидерами по увеличению производства электроэнергии за счет биомассы в последние годы ожидаемо являются южные штаты, в особенности Вирджиния, Флорида и Джорджия. Также значительный прирост наблюдался в Калифорнии. В некоторых штатах, например в Вирджинии, действует программа по переводу угольных электростанций на использование биомассы. Во всей стране за счет биомассы в 2016 г. было произведено 1,6% электроэнергии, или 64 ТВт*ч. Приблизительно половина этого объема была сгенерирована на промышленных предприятиях, не имеющих отношения к электроэнергетическому сектору[9].

Серьезная дискуссия вокруг кривой обучения в сфере производства электроэнергии за счет биомассы и отходов в настоящее время отсутствует, в отличие от солнечной и ветровой энергетики. Это объясняется тем, что перечень технологий производства электроэнергии за счет биомассы и отходов достаточно велик. Кроме того, эти технологии находятся на разных стадиях процесса коммерциализации, а надежные данные за более или менее длительный период времени отсутствуют7. Согласно последнему отчету инвестиционного банка Lazard, который уже около десяти лет проводит ежегодный мониторинг приведенной стоимости электроэнергии, в 2016 г. приведенная стоимость электроэнергии, произведенной за счет прямого сжигания биомассы, составила 77-110 долл. США в расчете на МВт*ч, без учета субсидирования. Это намного дороже ветровой энергии (32-62 долл. США за МВт*ч), которая была признана самым дешевым источником энергии, дороже электроэнергии, произведенной с помощью кристаллических (49-61 долл. США за МВт*ч) и тонкопленочных (46-56 долл. США за МВт*ч) солнечных панелей в промышленных масштабах, и сопоставимо с геотермальной энергией (79-117 долл. США за МВт*ч). Для сравнения, электроэнергия, произведенная на парогазовой турбине, обойдется в 48-78 долл. США за МВт*ч. Приведенная стоимость угольной электроэнергии составит 60-143 долл. США за МВт*ч, дизельной – 212-281 долл. США за МВт*ч[10]. Таким образом, прямое сжигание биомассы является не самой дешевой, но и не самой дорогой технологией производства электроэнергии.

Современные черты биоэнергетической политики США

В 2005 г. в рамках закона «Об энергетической политике» в США был принят стандарт возобновляемых видов топлива. Уже в 2007 г. он был дополнен и скорректирован в законе «Об энергетической независимости и безопасности». Данный стандарт требует производства определенного объема возобновляемого топлива в целях замещения или снижения потребления ископаемого топлива в транспортном и отопительном секторах. В соответствии с обновленным в 2007 г. стандартом, к 2022 г. в США должно производиться 36 млрд галлонов (136,3 млрд л) биотоплива в год[11]. Контроль за выполнением стандарта возобновляемых видов топлива осуществляет Агентство по защите окружающей среды (EPA) совместно с Министерством сельского хозяйства и Министерством энергетики.

Не менее важную роль в развитии биоэнергетической отрасли в США играют налоговые льготы. Налоговые кредиты для этанола в том или ином виде действовали начиная с 1978 г., когда был принят закон «Об энергетической политике». До 2005 г. налоговые льготы предлагались напрямую производителям этанола, после 2005 г. – тем участникам рынка, которые осуществляли смешивание биотоплива с бензином. Кредиты для биотоплива являются временной мерой поддержки, то есть Конгресс переутверждает их с определенной периодичностью, и при этом каждый раз есть риск, что льготы не будут продлены. Так, например, для этанола они не были продлены в 2011 году. До этого налоговый кредит предлагался за смешивание каждого галлона этанола с бензином; в 2011 г. он составлял 45 центов за галлон[12]. Малым предприятиям предоставлялись дополнительные налоговые льготы.

США уделяют много внимания поддержке технологического лидерства США в сфере биоэнергетики. Начиная с 2002 г. в структуре американского Министерства энергетики работает Управление биоэнергетических технологий (BioEnergy Technologies Office, BETO). Его основными задачами являются продвижение биоэнергетических технологий, повышение их конкурентоспособности и, как следствие, снижение зависимости США от импортной нефти. Для выполнения этих задач ВЕТО проводит отбор научно-исследовательских и иных проектов через открытые конкурсные закупки, стимулирует сотрудничество компаний, университетов, национальных лабораторий, федеральных, региональных и локальных правительств, а также неправительственных организаций[13].

Министерство энергетики США осуществляет активное сотрудничество с другими министерствами, в том числе научно-исследовательское. В 2011 г. Министерство энергетики подписало Меморандум о взаимопонимании с департаментом ВМС Министерства обороны и Министерством сельского хозяйства для поддержки научных исследований по применению современного биотоплива в оборонном секторе. Его итогом стали федеральные инвестиции в три биоэнергетических проекта промышленных масштабов[14]:

• Emerald Biofuels – строительство завода по переработке непродовольственного биосырья в топливо для транспортного сектора (автомобильные, железнодорожные, морские и авиационные перевозки);
• Fulcrum BioEnergy - переработка твердых коммунальных отходов в авиатопливо и дизельное топливо;
• Red Rock Biofuels - переработка лесной биомассы и отходов в топливо для нужд оборонного сектора.

Существенные инвестиции в биоэнергетику в США также были сделаны в рамках антикризисной политики (закон «О восстановлении американской экономики и реинвестировании» – ARRA) – почти 800 млн долл. США. Эти средства были потрачены на гранты в целях ускорения процесса коммерциализации современных биоэнергетических технологий, на проведение НИОКР, а также на реализацию пилотных и демонстрационных проектов в биоэнергетике. Всего в рамках ARRA в американский сектор ВИЭ было инвестировано 32,78 млрд долл. США, общий объем антикризисной поддержки экономики составил 976,9 млрд долл. США[15]. Биоэнергетика не была приоритетным сектором антикризисной политики даже среди отраслей возобновляемой энергетики; тем не менее на ее развитие был направлен достаточно большой объем средств.

Всего в период с 2002 г. Министерство энергетики США инвестировало более 3 млрд. долл. США в различные биоэнергетические научно-исследовательские и демонстрационные проекты[16], которые охватывали развитие различных видов биотоплива, технологий производства электроэнергии за счет биотоплива, технологий получения сырья и т.д.

Поддержка наиболее перспективных технологий

США уделяют много внимания развитию технологий производства «продвинутого» биотоплива (advanced biofuels), к которому обычно относят биотопливо второго и третьего поколений. В 2008 г. в одном из своих докладов Конференция ООН по торговле и развитию (ЮНКТАД) дала определение первому и второму поколениям биотоплива, основываясь на характеристиках сырья. В основе производства биотоплива первого поколения лежат злаки или сахар, т.е. продукты питания, в основе биотоплива второго поколения – не употребляемые в пищу сельскохозяйственные культуры или лигноцеллюлозная биомасса, в частности, растительные остатки после уборки сельскохозяйственных культур, специально выращенные древесные посадки и травы[17].

Для поддержки развития производства «продвинутого» биотоплива США в 2008 г. начали программу выплат производителям такого топлива (Advanced Biofuel Payment Program). «Продвинутым» в рамках программы считается топливо, произведенное за счет любого сырья кроме кукурузы (например, сельскохозяйственные и бытовые отходы, растительные масла и животный жир). Ответственность за реализацию этой программы возложена на Министерство сельского хозяйства. В период по сентябрь 2016 г. выплаты получили 382 производителя из 47 штатов. Общий объем финансирования составил 308 млн долл. США. Выделенные средства помогли произвести объем биотоплива, эквивалентный 391 млрд кВт*ч электроэнергии[18].

США оказывали существенную поддержку развитию производства биотоплива на основе водорослей. Значимый объем средств был инвестирован в эту отрасль в рамках Закона «О восстановлении и реинвестировании американской экономики» (ARRA) после 2009 г. В частности, в 2009 г. Национальный альянс топлива на основе водорослей и биопродуктов (NAABB) получил финансирование в размере 44 млн долл. США. На эти средства организации удалось сделать ряд разработок. Три демонстрационных завода по производству биотоплива – Solazyme, Algenol и Sapphire – получили 97 млн долл. США. Консорциум по коммерциализации биотоплива из водорослей (CAB-Comm), возглавляемый Университетом Калифорнии в Сан-Диего, получил финансирование на четыре года (2011-2015 гг.) в размере 11 млн долл. США. Также финансирование было выделено Консорциуму устойчивого развития биотоплива на основе водорослей (SABC, 6 млн долл. США на три года), Консорциуму по развитию биотоплива на основе морских водорослей во главе с Корнеллским университетом (9 млн долл. США на 5 лет). Помимо этого, в 2012 г. были вложены средства в проекты, основной целью которых является создание инфраструктуры и условий для проведения испытаний в сфере биотоплива на основе водорослей. Так, средства получили Частно-государственное партнерство – испытательная лаборатория в сфере водорослей (ATP, 15 млн долл. США на 5 лет) и Региональная испытательная лаборатория в сфере водорослей (RAFT, 5 млн долл. США.). Лаборатории RAFT находятся в штатах Техас, Нью-Мексико, Вашингтон и Аризона[19].

Авиационное биотопливо также можно отнести к «продвинутому» биотопливу, поскольку оно чаще всего производится из растительных или животных жиров, и к нему предъявляются жесткие требования безопасности и качества. Одним из основных препятствий развития биоавиатоплива остается его высокая стоимость; при этом на топливо приходится около 30% всех издержек авиалиний. В частности, даже сырье для производства биоавиатоплива стоит дороже, чем авиатопливо, производимое из ископаемых энергоносителей. Для примера, в январе 2016 г. стоимость одного литра пальмового масла – самого дешевого растительного масла – составляла 0,45 долл. США за литр, в то время как стоимость обычного авиатоплива – 0,25 долл. США за литр[20]. По оценкам Международной организации воздушного транспорта (ИАТА), в 2015 г. биоавиатопливо стоило в 2-7 раз дороже, чем авиатопливо из традиционных источников[21], согласно другим оценкам – в 3-16 раз, если сравнивать минимальную продажную цену биоавиатоплива со стоимостью ископаемого авиатоплива в апреле 2016 г., когда последняя, по данным ИАТА, составляла около 400 долл. США за тонну.

Тем не менее биоавиатопливо используется в США в военной авиации. Управление перспективных оборонных исследований (DARPA) Министерства обороны США выделяло гранты на разработку авиационного биотоплива. В период с 2007 по 2012 гг. американские военные силы закупили 1,9 млн галлонов биоавиатоплива[22]. В 2016 г. в США было успешно протестировано 100-процентное биоавиатопливо[23]. Авиационное биотопливо также начинает использоваться в гражданской авиации. В 2016 г. его стала использовать компания United Airlines на маршруте Лос-Анджелес – Сан-Франциско.

Заключение

Государство в США играло крайне активную роль в развитии биоэнергетики. Это проявлялось как на федеральном, так и на региональном уровнях. Особенно сильная федеральная поддержка производства этанола и биодизельного топлива началась в 2005 г., и, как следует из представленных в статье рисунков (рис. 1, рис. 2), именно после 2005 г. наблюдалось существенное ускорение темпов роста производства и потребления этих видов топлива.