Ми любимо й високо цінуємо усе «біо», хіба ж ні? Поруч з «еко», це, мабуть, найвідоміший префікс в індоєвропейських мовах, який сьогодні не вимагає додаткового маркетингу – він сам по собі є маркетинговим фундаментом. Після нього йдуть усі інші. Це нам уже продали, не треба його ще більше рекламувати, бо і так вже вишикувалася черга. З іншого боку, протягом щонайменше двох десятиліть у межах вищезгаданого «еко» відбулася енергетична трансформація, у якій – як спасіння для всього людства до моменту, поки нас не порятують вітряки, сонячні панелі та теплові насоси – в усіх можливих відмінках вживалося слово «газ».

Звичайно, лютий 2022 року багато чого змінив у цій площині, та все ж газ не потрапив в опалу. Просто треба навчитися здобувати його з інших джерел, окрім Російської Федерації. Також важливо подбати, щоб ці джерела були якомога диверсифікованішими. Тож як так сталося, що «біогаз» ні раніше, ні сьогодні не є хітом?

Підписуйтесь на наш фейсбук Коли людина дуже молода, у неї є мрії. У мене – людини, яка закінчила школу у 1990 році, – було повно розмаїтих мрій, бо світ раптом розвернувся у правильному напрямку, а в Польщі з'явилася біотехнологія (від цього слова у мене все всередині тремтіло). Вона з'явилася на разі як можливий напрям навчання в декількох університетах Польщі, у тому числі у Вроцлаві. Якщо ти був фіналістом олімпіади з біології, перед тобою відчинялися усі двері. А мені так хотілося... долучитися до створення біогазу (лише другим варіантом, як можна присвятити життя чомусь дуже цінному, була боротьба з раком).

Цей текст саме про біогаз. Хіба не красиво і не добре перетворювати органічні відходи, смердючі рибні тельбухи, відходи деревообробки, коров’ячий, свинячий і пташиний послід чи сміття з очисних споруд, якого і так занадто багато і від якого тхне, на щось корисне? Щось, що дарує тепло, світло, життя? На корисну, енергодайну і... потенційно дешеву (як я гадала) субстанцію?

Якуб Вєх, фахівець з веб-сайту «Energetyka 24», повідомив мені, що «відставання Польщі у питанні енергетичної трансформації помітні також у сфері біогазу. Тут ми маємо справу з ситуацією, коли країна, яка входить до двадцятки найбільших експортерів агропродовольчої продукції, з 10% фермерів серед усіх працевлаштованих громадян, практично не має біогазового сектору.

У Польщі діє близько 300 біогазових установок. Для порівняння, у Німеччині – близько 10 000, в Італії – приблизно 1600, а у Франції – близько 1100. Тому частка біоенергіїї в польському міксі незначна і досягає 1 ГВт. Приблизно стільки ж електроенергії виробляють в Польщі гідроелектростанції. Водночас потенціал виробництва біометану польським сільськогосподарським сектором відносно великий – його оцінюють приблизно в 4 мільярди кубометрів на рік. Завдяки цьому поляки могли б подвоїти свої можливості внутрішнього газопостачання».

Тому справа серйозна і зовсім незрозуміла. Сам біогаз є джерелом неабияких наукових відкриттів. Наприклад, зовсім нещодавно на «біогазовій фабриці» було відкрито цілий новий ряд анаеробних бактерій (ряд є ширшим поняттям, ніж родина, рід і вид), які могли б підвищити ефективність виробництва біогазу. Першовідкривачі запропонували назвати їх Darwinibiotices. Виявилося, що серед бактерій, які живуть на біогазових установках, тобто беруть участь у безкисневій ферментації, необхідній для отримання метану з розкладання органічної речовини, Darwinibiotices є одними з найчисленніших мікроорганізмів взагалі. І ніхто раніше цього не помічав... Бо й не шукав.

Якщо хтось хоче відкрити нові бактерії, він повинен піти туди, де відбуваються дивовижні біохімічні процеси. Такі, яких жоден з нас, одноманітних і метаболічно нудних, як манна каша на воді, еукаріотів (істот, клітини яких мають ядро), ніколи не зміг би провести. Усі бактерії липкі, крихітні та в основному округлі, але метаболізм у них дуже різний. Вони відрізняються одна від одної, так би мовити, серединою, а не поверхнею. Зовсім не так, як ми.

Європейські спеціалісти, переважно з Дрезденської політехніки, завдяки фінансуванню проєкту Micro4Biogas проаналізували 80 зразків із 45 біогазових установок, розкиданих по всій Європі, і знайшли цей мікроскопічний святий Грааль. Представники Darwinibiotices були присутні в усіх зразках, незважаючи на відмінності та відстані між біогазовими установками, на яких вони були взяті. Висновок – не буває біогазу без цих бактерій, а якби над ними трохи попрацювали, то його могло б бути більше з тієї ж маси біовідходів.

Тепер потрібно швиденько розібратися, що таке біогаз і як він утворюється. Наукою цей процес досліджений слабо, це така собі чорна скринька, адже роль і динаміка більшості залучених у нього мікроорганізмів залишаються невідомими. А оскільки їх метаболізм настільки різноманітний, продукт безкисневої ферментації, що виробляється бактеріями X, може бути їжею для бактерій Y, у результаті чого остання створить сполуку, з якої вже бактерії Z зроблять метан. У випадку проаналізованих європейських біогазових установок, найімовірніше одна конкретна родина бактерій в межах цього нового ряду (тобто родина Darwinibacteriaceae) співпрацює вищевказаним чином з археями, присутніми у ферментері. Археї – це третя гілка дерева життя, поряд з бактеріями та еукаріотами. Як і бактеріальна гілка, вона складається тільки з без'ядерних мікроорганізмів. Таким чином, бактерії мали б виробляти метаболічні сполуки (не зовсім чітко зрозуміло, які саме та в яких пропорціях), які археї потім використають для виробництва метану.

Метою відкривачів Darwinibiotices є зробити біогазові установки стійкими до умов і біомаси, що використовуються для виробництва, і, перш за все, «менш залежними від дотацій для комерційної діяльності, що дасть поштовх відновлюваній енергії в усьому світі». Тобто біогаз отримує дотації? Сьогодні бактерії роблять його безкоштовно зі сміття (транспортування практично відсутнє, адже це має бути місцеве виробництво)? Чи справді дешевше видобувати нафту, яку подібні бактерії та геологічні процеси створили кількасот мільйонів років тому?

Як експериментально підтвердили в 2018 році науковці з Гентського університету у провідному журналі «Energy & Environmental Sciences», «біогаз не потребує дотацій». Якщо ми не будемо його спалювати, що також має погані наслідки: немає такого метану, який після спалювання не став би вуглекислим газом, а сам метан також є парниковим газом. Тож біогаз не такий вже й зелений, як його малюють, але до цієї проблеми я ще повернуся.

У своїх розрахунках фахівці з Гента використовували дані, згідно з якими у 2018 році процес спалювання біогазу давав приблизно 10 відсотків «зеленої енергії» у ЄС. А дотації на це спалювання тоді коливалися від 20 до 276 євро за мегават-годину. Тоді це становило від половини до шестикратної ціни за цю мегават-годину на ринку. В ЄС спалювання біогазу та виробництво з нього електроенергії досі дотується, відтоді нічого не змінилося. Бельгійські спеціалісти натомість запропонували зробити його радше «сировиною для виробництва хімічних речовин, що принесе вигоду підприємствам, урядам і довкіллю». Що мається на увазі?

Отже, біогаз – це, по суті, видозмінений вуглець. Якщо ми хочемо синтезувати органічні сполуки, то енергетично дешевше синтезувати їх з уже видозмінених сполук, бо і так перед синтезом їх потрібно хімічно видозмінювати. Більше того, лише одну третину енергії, що міститься в біогазі, можна перетворити в електроенергію. Інші дві третини втрачаються у вигляді так званого залишкового тепла. А вуглець, замкнений у стабільних хімічних сполуках, не створює парникових газів, доки ці хімічні сполуки не почнуть розпадатися, як правило, через окислення. Таким чином, відбувається важлива секвестрація вуглецю – його відрізають від легкого окислення та перенесення в атмосферу.

Центр екології та мікробіологічних технологій і Лабораторія хімічних технологій Гентського університету вважають, що хімічні компанії могли б перетворювали біогаз, взятий безпосередньо з мережі, на окис вуглецю, простіше кажучи, на чадний газ, який є одним з основних сировинних матеріалів у хімічній промисловості, що базується на органічному синтезі. Іншим інгредієнтом для органічного синтезу має бути метанол. При цьому вчені припускають, що, хоча біомаса переробляється локально, її продукт доступний всюди, без необхідності транспортування, як газ, що закачується в мережу, наче природний газ. «Вуглецевий слід» тут було б зменшено, адже частина викопного газу (тобто біоматерії, яка налічує сотні мільйонів років та була ув’язнена в земній корі до моменту видобутку) замінюється біогазом, який є переробленою органічною речовиною сьогодення.

«Ми можемо учетверо покрити світовий попит на метанол завдяки біогазу з ЄС. Реально це буде суміш різних продуктів: за нашими оцінками, ми можемо секвеструвати більше половини світових промислових викидів вуглекислого газу за рахунок використання «природного біогазу», тобто за рахунок розумного використання біомаси», – стверджують біотехнологи з Гента, які розробили необхідну для цього технологію. Однак чи є можливою «глибока декарбонізація» за допомогою виробництва та транспортування біогазу як домішки до природного газу, який потім використовуватиметься для органічного синтезу? А це вже залежить від тих, хто приймає рішення про дотації на спалювання.

Як стверджує Якуб Вєх, «навколо біоенергії змінюється політичний клімат. У кліматичній політиці Європейського Союзу біогаз зараховується до відновлюваних джерел. Це пояснюється простим розрахунком, який передбачає безперервне виробництво. Щоб генерувати біогаз, потрібно мати певну кількість біомаси, яка під час свого зростання поглинала вуглекислий газ. Однак пізніше, коли її спалюють, відповідна кількість парникових газів викидається в атмосферу. Це означає, що біогаз все більше вважається так званою сірою технологією, яку потрібно викорінювати, а не підтримувати».

Варто зауважити, що оцінка того, що таке «еко» у питанні біогазу, змінюється вже протягом кількох років, що може розчарувати любителів т.зв. біопалива, тобто вирощування олійних рослин лише для виготовлення з них речовин, які заливаються в двигуни транспортних засобів. Я не торкатимусь автомобільних питань, у яких я не розуміюся, але у площині самої лише окупності процесів не стільки для гаманця, скільки для довкілля, на сторінках «Global Change Biology Bioenergy» у 2015 році висловилися вчені з Університету Бангора та Інституту Тюнена в Німеччині. З їхніх розрахунків випливає, що біогаз, отриманий із відходів, принаймні в десять разів ефективніший, ніж біогаз із сільськогосподарських культур, якщо мова йде про скорочення викидів парникових газів на гектар оброблюваної землі.

Бо як тоді, так і зараз в багатьох країнах ЄС згадані вище дотації на спалювання біогазу, які називають гарантованими тарифами на біоелектрику, заохочують використовувати сільськогосподарські культури не для харчування людей і тварин, а для виробництва біогазу у великих заводах безкисневої ферментації. Крім того, обов’язкові «цілі щодо сумішей біопалива» стимулюють виробництво рідкого біопалива з продовольчих культур.

Говорячи мовою, яка з надміром використовується в документах європейських інституцій, хоча й підсуваючи цього разу істини, що не дуже там прийнятні: політичні заходи тут не спрямовані на найбільш стійкі варіанти біоенергії, щоб зменшити залежність від забруднюючого викопного палива та скоротити викиди парникових газів. Так звана екологічна ефективність, а тим більше стійкість довкілля – це складна тема, яка вартує не однієї статті. Проте я легко можу уявити, що менш образливим для здорового глузду та матінки Землі, де голодними ходить 9% населення, є виробництво електроенергії та тепла на домашніх біогазових установках із свинячих екскрементів та харчових відходів, а не з кукурудзи. Як зазначають автори цього дослідження, «безкиснева ферментація гною та харчових відходів дозволяє уникнути викидів, що виникають у результаті зберігання гною та компостування харчових відходів. [...] Однак слід бути обережним, щоб мінімізувати викиди аміаку під час зберігання та застосування у ґрунтах «біодобрива» з дигестату, виробленого разом із біогазом на установках безкисневого бродіння».

Мікроорганізми, які виробляють біогаз в анаеробних ферменторах, як виявилося, живуть у високоорганізованих біомах, де добробут одного, нещодавно відкритого типу бактерій визначає ефективність дії інших. Так вже ведеться в органічному світі – неможливо маніпулювати лише одним елементом, як і неможливо маніпулювати лише однією шестернею в механізмі, бо рухається все. Біоінженерія – це один вид маніпуляції, система дотацій – не менший. Варто зрозуміти, що біогаз утворюється складним і досі не до кінця вивченим способом, і, мабуть, у нього було б краще майбутнє, якби до вчених прислухалися та ретельно перевіряли їхні розрахунки. Може виявитися, що вони зекономлять нам купу грошей і збережуть планету, а «біо» буде реально зеленим, а не сірим.

– Магдалена Кавалєц-Сегонд

TVP ТИЖНЕВИК.  Редактори та автори

– переклала Марія Шевчук Джерела:

• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556800v1
• https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.09.08.556802v1
• https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/EE/C8EE01059E
• https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcbb.12246