Древесина и декарбонизация в условиях санкций

Сжигание лесосечных отходов в Иркутской области. Фото из архива авторов

Россия присоединилась к мировым климатическим инициативам, и лес внезапно оказался важнейшим элементом для возможности достижения климатической нейтральности российской экономики. Особенно в условиях, когда проекты по внедрению наилучших доступных технологий (НДТ) затруднены как финансово, так и в первую очередь доступностью оборудования и решений, а для реализации возможности декарбонизирующей способности лесов многого не надо – сами вырастут. С этим связан ключевой фокус на «естественное» лесовосстановление при минимальной доле искусственного восстановления и лесоразведения. Соответственно внимание российского сообщества сфокусировалось на измерении и обосновании положительного влияния леса, способности по улавливанию углерода, а не по внедрению передовых технологий лесовоспроизводства и лесопереработки. Поэтому возникают вопросы: а зачем нужны эти пеллеты и брикеты и вообще что такое биотопливо и нужно ли его использовать в ХХI веке? Для начала отметим те касающиеся биотоплива события, которые произошли на планете Земля за последние годы и месяцы:

– население нашей планеты превысило 8 млрд человек и продолжает расти – им нужно топливо, чтобы готовить пищу и отапливаться;

– Индия стала самой многочисленной страной мира, обогнав Китай. При этом Индия 1 декабря 2022 года стала на год председателем в G20, объявив, что в период своего председательства постарается организовать глобальный биотопливный альянс (кроме того, в Индии одной из крупнейших экологических проблем было названо сжигание соломы после уборки урожая: из-за дыма от него задыхаются целые города);

– ESG-повестка стала определяющей в развитии лесного сектора;

– в России разрабатывается национальная система мониторинга пулов углерода и потоков парниковых газов в наземных экосистемах России (ЦЭПЛ РАН, ИКИ РАН и др.);

– австралийское правительство заявило, что не рассматривает биотопливо как углеродно-нейтральное. При этом в Европе активно обсуждается ужесточение требований к биотопливу, в результате чего его потребление может резко снизиться;

– Европа ввела запрет на поставки биотоплива из России.

Две точки зрения

В данном формате мы попытаемся представить и свести две отличающиеся точки зрения, так как один из авторов всегда гордился своей причастностью к судьбам лесопромышленного комплекса (ЛПК) и инновациям в нем, а другой автор относился к лесному комплексу скептически, пропорционально его доле в целом в экономике и, в частности, в энергетике, считая, что комплекс нуждается в стратегической трансформации...

Оптимистично можно утверждать, что такая трансформация лесной отрасли в мире практически уже произошла и происходит сегодня, достаточно проанализировать ретроспективу и перспективы, изменения за 50 лет и специфичные лишь для лесного сектора особенности: плантации ускоренного роста (эвкалипт, сосна, черный тополь), дающие сегодня более половины всей заготавливаемой в мире древесины, и их сочетание с природными лесами – принцип мозаичности. От борьбы за землю между сельским и лесным хозяйством появился их симбиоз – агрофорестри. Появились новые древесные композиты (клееный брус, плиты CLT и др.), открывшие революционные пути многоэтажного деревянного строительства. В целлюлозно-бумажной промышленности мира произошел скачок использования вторичного волокна, который ознаменовал переход к циркулярной экономике. В биотопливе и биоэнергетике появилось биотопливо второго поколения – пеллеты и брикеты и методы их сжигания, основанные на искусственном интеллекте, цифровизации и переходу к «умному дому».

Однако если оторваться от того, как должно быть, и реалистично посмотреть на то, что есть на самом деле, то невозможно не признать, что плантации ускоренного роста, дающие производительность с гектара в среднем 40, а на отдельных делянках до 70–100 куб. м в год, что превышает в десятки раз естественный прирост российских лесов (1,4–1,5 куб. м/га/год). Это определяет пропорционально меньшие затраты на дорожную инфраструктуру. С другой стороны, переход на плантационное выращивание (и, к примеру, высаживание лесов с климатическими целями) приводит к значительному ущербу для биоразнообразия. Поэтому принцип мозаичности, равно как и агрофорестри, возможно, и является панацеей, но когда его начнут применять в Н-ском леспромхозе в далекой губернии – одному богу известно. А борьба за землю между сельским и лесным хозяйством активно продолжается и обретает крайне негативные формы: фермеры жгут леса Амазонии, чтобы посадить там больше кофе и других сельхозкультур. Может, не ведают они о таком прекрасном симбиозе, как агрофорестри.

Чудесные новые древесные композиты (клееный брус, плиты CLT и др.) открывают революционные пути многоэтажного деревянного строительства, но объемы этого по-прежнему малы. Произошедший в целлюлозно-бумажной промышленности мира скачок использования вторичного волокна способствовал закрытию многих небольших предприятий, что соответственно создало определенные социальные вопросы в моногородах, где они были расположены. Биотопливо, хотя его экологичность вызывает значительные сомнения у ряда экологов, о чем мы будем говорить дальше, явилось значительным шагом вперед, в частности как способ утилизации отходов деревопереработки, что послужило большим достижением производителей в России, но тут были введены европейские санкции. И попали под эти санкции также и компоненты, и решения автоматизации котельных и перехода к «умному дому», основанные на искусственном интеллекте, цифровизации, направленные, по сути, на экологизацию использования биотоплива.

Особенности российской лесопереработки.  Схема Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ

Авторы данной статьи рассматривают лес как системообразующую среду обитания человечества, животного и растительного мира, как биоценоз, многопланово обеспечивающий устойчивое развитие планеты Земля и ее обитателей. В связи с этим особое значение приобретают не древесные полезности леса, включая прежде всего функции сохранения генного многообразия планеты Земля в джунглях и бореальных лесах, а также рекреационные емкости и способности лесов. В то же время древесина – это великолепный природный композит, состоящий из природных полимеров (целлюлозы, лигнина и гемицеллюлоз), с прекрасными усталостными свойствами, и многокомпонентное воспроизводимое органическое сырье. Леса играют важную роль в регулировании состава атмосферы планеты Земля и в водном ее балансе, так как благодаря испарению воды с поверхности листьев и хвои обеспечивается в значительной степени баланс пресной воды на планете, а почва в лесах удерживает воду в течение длительного времени. Важнейшим регулятором водотока и крупнейшим наземным хранилищем углерода в мире являются торфяники. Площадь водно-болотных угодий в мире составляет от 7 млн до 10 млн кв. км – они занимают более 6% поверхности суши; при этом хранят в 2–3 раза больше углерода, чем все леса в мире, и в 500 раз больше, чем океаны, а скорость их исчезновения – в 3 раза выше, чем у лесов. Торфяники составляют 3% суши и содержат 30% почвенного углерода.

Зачем жечь древесину?

Анализируя весь жизненный цикл леса, древесины и другого растительного сырья, можно сделать вывод о двух вариантах заключительной стадии их жизненного цикла – биоразложение (гниение) и сжигание – с выделением в обоих случаях углекислого газа в количестве, эквивалентном содержанию углерода в исходном сырье. Разница в том, что при лесном пожаре или гниении выделение углекислого газа не сопровождается выделением и использованием полезной энергии. Идея развития биоэнергетики состоит в том, что древесное топливо должно производиться как побочный продукт деревообработки, а сжигаться – с высокой эффективностью. По данным ФАО ООН, из типичного заготовленного дерева лишь 25–30% превращается в пиломатериалы, свыше четверти остается в лесу в виде лесосечных отходов, в опилки и мелкую щепу превращается 5–12% и до 5–7% составляет кора. Принцип каскадирования заключается в последовательном использовании ресурсов, например древесины, путем их повторного использования, переработки и, возможно, конечного производства энергии, для сохранения своего материального статуса и твердого углерода, насколько это практически возможно, совместимого с рыночными механизмами и логистикой. При этом существуют технологии, позволяющие сжигать современное биотопливо – пеллеты и брикеты – с высокой эффективностью, достигающей 95–98%. Таким образом, биотопливо позволяет предотвратить биоразложение (гниение) отходов лесопереработки. Древесные отходы предоставляют непосредственный источник биоэнергии благодаря их относительно низкой стоимости и близости производства к сложившимся лесохозяйственным регионам, которые, однако, как правило, расположены далеко от рынков сбыта. Поэтому оптимизация глубины переработки для сокращения затрат по транспортировке является важнейшей задачей. В 2021 году Россия поставила на мировые рынки 2,3 млн т древесных пеллет, то есть ее доля приближалась к 5%. После закрытия европейских рынков российские производители топливных пеллет пытаются переориентироваться на Азию – Южную Корею и Японию.

В докладе ФАО ООН в Шарм-эш-Шейхе (22 ноября 2022 года) особое внимание было уделено использованию твердой биомассы, прежде всего древесного угля, для приготовления пищи. По данным Международного энергетического агентства (МЭА, 2017 год), в мире насчитывается 30 стран, в которых 90% населения, примерно 2,8 млрд человек, использует твердую биомассу для ежедневного применения в кулинарии, 23 из которых расположены в странах Африки к югу от Сахары. При этом используется прежде всего древесный уголь, технологии «производства» которого остаются настолько «первобытными», что в 2017 году ФАО ООН выпустил специальную монографию по этому вопросу. Согласно данным Программы ООН по окружающей среде, проблема пластикового загрязнения мира резко обострилась, при этом весьма перспективный путь утилизации пластика – это введение его в качестве одного из компонентов в древесные брикеты или пеллеты – биотопливо второго и третьего поколения. Таким образом, можно утилизировать не только древесные, но и пластиковые отходы.

Поднебесная – «наше все»?

Поскольку Китай является мировым лидером не только в области ветро- и солнечной энергетики, но также биоэнергетики, будучи одновременно крупнейшим потребителем энергии и, в частности, российских энергоносителей, то целесообразно рассмотреть тренды развития биоэнергетики Китая. Достижение нулевых выбросов углерода, являющееся очевидным провозглашенным приоритетом для правительства, требует кардинальных изменений в энергетическом балансе Китая.

Согласно прогнозам, в Китае к 2050 году ожидается значительное сокращение энергопотребления, при этом произойдет резкое изменение источников энергии: спрос на ископаемое топливо упадет более чем на 90%, в то время как «неископаемая» энергия увеличится в 3,4 раза. При этом ожидается, что ветер (19 ЭДж), солнечная энергия (15 ЭДж) и биомасса (13 ЭДж) станут крупнейшими первичными источниками энергии для Китая, на которые вместе будет приходиться две трети общего спроса на первичную энергию. Также ожидается развитие атомной и гидроэнергетики по сравнению с нынешним уровнем, до 5 ЭДж и 8 ЭДж соответственно. Таким образом, по прогнозам, доля биомассы в обеспечении спроса на энергию в 2050 году будет равна атомной и гидроэнергетике, вместе взятым.

По данным ФАО ООН и МЭА по производству и применению твердого биотоплива за 2019 год, Китай занимает ведущее место в мире. Так, если в 2017 году на долю Китая приходилось 40,7% мировых мощностей по производству древесных пеллет и 34,4% по их фактическому производству, то в 2018 году эти данные выросли до 43,3% мировых мощностей по производству древесных пеллет и 36% – по их фактическому производству. Шведские ученые из Университета в Зунде посвятили отдельное исследование тому, как при переводе угольных электростанций на биотопливо китайские фирмы извлекают выгоду из окна возможностей и как распространение знаний, и как происходит догоняющее развитие китайской отрасли электростанций на биомассе.

Будущее биотоплива

Министерство энергетики Индии обязало тепловые угольные станции с октября 2022 года сжигать 5% гранул биомассы, главным образом из сельскохозяйственных остатков. Это требование увеличит долю биомассы до 7% в течение двух лет. Новая политика совместного использования будет действовать в течение 25 лет или до конца срока полезного использования тепловой электростанции в зависимости от того, что наступит раньше. Чтобы помочь в развитии цепочек поставок, электростанции должны обеспечить поставку биомассы с помощью как минимум семилетних контрактов на поставку. По оценкам правительства, Индия производит 750 млн т биомассы в год, из которых 230 млн т в год являются доступными излишками для биоэнергетики, а сегодня сжигаются на полях. В Индии имеется около 200 ГВт мощностей угольной энергетики. Если бы все 200 ГВт должны были совместно сжигать 5% биомассы, это равнялось бы примерно 30–40 Мт гранул из соломы, в зависимости от коэффициента нагрузки, эффективности и теплотворной способности. Рост спроса на сельскохозяйственные остатки будет означать, что фермеры будут иметь возможность продавать свои сельскохозяйственные остатки, а не сжигать их в полевых условиях. Открытое сжигание биомассы является одной из основных причин низкого качества воздуха на севере Индии («черный углерод»).

Чтобы достичь климатической нейтральности к 2050 году, ЕС поставил перед собой цели по увеличению запасов CO2 в лесах, почве и других поглотителях углерода на суше. На протяжении последних десятилетий Европа оказалась движущей силой по развитию биоэнергетики, внедрив ряд мер поддержки, что привело к росту мощностей по производству биотоплива как в Европе, так и за рубежом, в частности в США и РФ. Согласно статистике ЕС, в настоящее время биомасса составляет 60% всей европейской возобновляемой энергии, при этом сектор отопления является крупнейшим конечным потребителем. Биоэнергетика обеспечивает 20% энергетического баланса в централизованном теплоснабжении в ЕС. С 2009 года директива ЕС по возобновляемым источникам энергии (RED) позволяет государствам-членам субсидировать энергию от сжигания биомассы для того, чтобы сократить выбросы. При этом не учитывались многие недостатки биоэнергетики: государства-члены переоборудовали угольные электростанции для сжигания древесной биомассы, вырубали собственные леса для получения топлива и даже импортировали биотопливо из США и других стран, для производства которого вырубались деревья. Это противоречит достижению низкоуглеродного энергетического перехода. Согласно новым исследованиям, проведенным некоммерческой группой «Партнерство за целостность политики» (PFPI), ЕС теряет свои поглотители углерода в лесах с тревожной скоростью, причем заготовка для получения топлива из биомассы является ключевым фактором потери. При этом, согласно оценкам ряда европейских природоохранных организаций (FERN и др.), биоэнергетика в Европе тем самым оказала катастрофическое влияние на климат, леса и здоровье людей. Таким образом, директивы ЕС по возобновляемым источникам энергии игнорируют следующие фундаментальные принципы: 1) леса являются естественным поглотителем углерода, 2) древесина является ограниченным ресурсом и 3) при сжигании древесина является источником углекислого газа. Зависимость ЕС от лесной биомассы для возобновляемых источников энергии несовместима с его целью достичь климатической нейтральности к 2050 году.

Очевидно, что планы Европейского парламента исключить некоторые виды первичной древесины из целей ЕС в области возобновляемых источников энергии и введение ограничений количества сжигаемой биомассы вызывают беспокойство у представителей отрасли, которая указывает на биоэнергетику как на неотъемлемую часть энергетической безопасности ЕС.

Лесные пожары, происходящие в последние годы на всей планете – от Австралии до Якутии и от Калифорнии до Сибири, – приводят к образованию не только углекислого газа в количествах, перекрывающих по объему всю экономию выбросов, полученную благодаря использованию новых видов биотоплива, но также и огромного количества «черного углерода» и «коричневого углерода».

Древесное топливо останется основным источником энергии для многих домохозяйств в странах с развивающейся экономикой до 2050 года, но многие сценарии предполагают, что темпы роста потребления замедлятся. Мировое потребление топливной древесины из лесов в 2050 году может составить от 2,1 до 2,7 млрд куб. м по сравнению с 1,9 млрд куб. м в 2020 году, увеличившись на 11–42%. Но скорее всего это будут быстрорастущие тропические плантационные леса. В связи с проблемами российских поставщиков на традиционных рынках ЕС и задачами развития Арктики, с другой стороны, для России стоит вопрос – переориентировать все пеллетные потоки с экспорта на Арктику и именно при этом использовать все существующие технологии и инновации, способные перевернуть биоэнергетику. В итоге страна, являющаяся ключевым производителем углеводородов, и в биоэнергетике может занять лидирующие позиции, а биотопливо – вырасти из небольшой ниши лесопереработки в полноценный сегмент энергетики.