В-третьих, производство продовольствия лимитируется невысокой способностью растений (в том числе и планктонных водорослей) усваивать солнечную энергию. Для фотосинтеза используется 0,5-1 (реже 2) процента от солнечной энергии, поступающей на поверхность планеты. Это ограничивает продукционный потенциал культурных растений и продуктивность «морских пастбищ».
В-четвертых, количество продовольствия ограничивается долей полезных фракций урожая в фитомассе культурных растений (зерна злаков, корнеплодов, клубней, семян подсолнечника и т. д.). Попытки увеличить долю полезных фракций в фитомассе культурных растений ведет к резкому увеличению расхода энергии на их возделывание (повышению доз минеральных удобрений и пестицидов, норм полива).
В-пятых, на производство животного белка влияет низкий коэффициент перехода первичной биологической продукции во вторичную (это тоже отражение законов термодинамики!). Если выразить корм в зерновом эквиваленте, то его затраты на получение 1 кг говядины, свинины и мяса бройлера составят соответственно 6, 4 и 2 кг. Но ситуация, при которой из 1 кг зерна будет получен 1 кг мяса, исключается.
Несмотря на все ограничения, пока продовольственная безопасность человечества в среднем обеспечивается. С удвоением народонаселения производство зерна за счет повышения урожайности увеличилось в 3 раза, а мяса – в 4 раза. Сегодня на одного «едока» в среднем производится 300 кг зерна, что соответствует нормативу продовольственной безопасности (для «вегетарианских стран» норматив составляет 200 кг). Снижение улова морской рыбы вследствие истощения ресурсов «естественных пастбищ» пока компенсируется развитием аквакультуры.
Впрочем, усредненная картина производства зерна в мире плохо отражает реальное состояние продовольственной безопасности: в то время как в США, Канаде и России сегодня производится 700-900 кг зерна в год на одного жителя, в бедных странах, таких как Кения, Танзания или Гаити, производится менее 150 кг зерна на душу населения в год. По этой причине их население голодает и нуждается в постоянной продовольственной помощи. По данным ФАО, в мире голодают 0,5 млрд человек, однако этот показатель, видимо, чрезмерно занижен – представители Французского комитета против голода считают, что число голодающих составляет 1,2 млрд человек.
Обеспечение продовольственной безопасности населения планеты численностью 8-12 млрд человек – задача сложная (если учитывать, что исчерпаны ресурсы для расширения пашни и урожайность основных сельскохозяйственных культур приблизилась к физиологическому порогу), но выполнимая. Для ее решения необходим целый комплекс мер: развитие сухого земледелия, режим строжайшей экономии продовольствия, увеличение доли растительного белка в пищевом рационе (для его производства требуется меньше энергии), полное использование отходов растениеводства в качестве кормов.
Биотопливо и продовольственная безопасность
Обеспечение рассмотренными видами ресурсов (минеральными, энергетическими, продовольственными) тесно связано: рециклинг минеральных веществ ведет к неизбежному росту энергопотребления; производство биотоплива из продовольственного сырья ослабит продовольственную безопасность.
Л. Браун в своих ранних работах считал элементом продовольственной безопасности прекращение использования продовольствия в качестве сырья для производства топлива и биодеградабельных пластиков. В более поздних работах он, к сожалению, об этом не пишет, так как перешел в лагерь ярых противников атомной энергетики и потому смирился с «перетоком» огромной массы кукурузы из кормушек для скота в бензобаки автомобилей как альтернативе строительства новых АЭС.
Использование биотоплива – это биологический вариант гелиоэнергетики, при котором уловителем солнечной энергии является хлорофилл, а ее накопителем – органическое вещество. В седой древности биотопливо согревало пещеры, в которых жили наши пращуры, на кострах они готовили и «палеолитические деликатесы» – запеченные мясо, плоды, клубни и корневища растений… И сегодня древесина служит основным топливом в очагах жителей многих бедных стран, а также каминах состоятельной части общества. Сжигание древесины оказывает негативное влияние на продовольственную безопасность только опосредованно – вследствие сокращения площади лесов и соответственно уменьшения стока избытка диоксида углерода из атмосферы.
Рассмотрим, как влияют на продовольственную безопасность другие, более современные варианты биотоплива.
Биогаз. Этот продукт микробиологической переработки органических отходов, включая органическую фракцию твердых бытовых отходов, навоз и фекалии человека, является полностью экологичным, так как для производства биогаза не используется продовольственное сырье. Небольшие установки для получения биогаза распространены в теплых странах. Рекордсменом по использованию биогаза является Китай, в котором работает более 10 млн небольших установок, вырабатывающих биогаз, что улучшает условия жизни сельского населения. Кроме того, 64 тыс. биогазовых станций обеспечивают работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка, работающего на сжиженном биогазе [1]. Отходы производства биогаза являются хорошим органическим удобрением. В нашем климате возможности получения биогаза невелики, так как для того чтобы успешно протекал биохимический процесс, метантенк нужно подогревать.
Близок к биогазу свалочный газ, который вырабатывается в толщах гигантских «метантенков» старых городских свалок и добывается оттуда через скважины примерно так же, как природный газ.
Бионефть. Новый вариант биотоплива, который только начал получать распространение, но, видимо, имеет большие перспективы [1]. Бионефть получается путем глубокой химической переработки (на основе пиролиза) самого разнообразного сырья. В канадской провинции Онтарио работает предприятие, перерабатывающее в сутки 200 т самого разнообразного сырья (древесину, солому, кукурузные отходы, ТБО и др.). Из 1 т отходов получается 600-800 кг бионефти. В США (штат Миссури) спроектирована установка по получению бионефти из автомобильных шин, пластмасс, канализационных стоков, тяжелых нефтепродуктов. Бионефть является промежуточным продуктом для производства разных видов автомобильного топлива. Производство бионефти не связано с решением задачи обеспечения продовольственной безопасности.
Биоэтанол. Это биотопливо XXI века. Бензин с добавлением 10% биоэтанола (топливо Э-10) может использоваться в любом автомобиле. При более высокой доле биоэтанола или на чистом биоэтаноле могут работать только специальные автомобили, производство которых уже начато. Использование биоэтанола значительно снижает уровень загрязнения атмосферы. Прогресс производства биоэтанола поражает своими масштабами, и есть основания говорить о «биоэтаноловой эйфории» (см. [2]).
Несмотря на то что биоэтанол можно получать из древесины и любых органических отходов, сегодня основная его часть производится из продовольственного сырья – сахарного тростника в Бразилии, кукурузы в США, кукурузы и пшеницы в странах ЕС («тростниковый» биоэтанол вдвое дешевле «кукурузного»). В Бразилии на биоэтанол расходуется уже 50% сахарного тростника, в США – 20% кукурузы.
Впрочем, на производство биоэтанола требуются значительные затраты энергии из исчерпаемых источников – газа, угля, нефти. М. Уорлд [3] приводит данные о том, что на 1 мегаджоуль (МДж) биоэтанола затрачивается 0,77 МДж энергии из исчерпаемых источников (впрочем, на производство 1 мегаджоуля бензиновой энергии затрачивается «исчерпаемых» 1,19 МДж!).
Рост цен на нефть повышает и цену на продовольственное сырье для производства горючего, что стимулирует расширение пахотного клина. В Бразилии «под биоэтанол» массированно осваиваются ксерофитные тропические леса и саванны. Ежегодно площадь биоэтаноловых плантаций возрастает на 325 тыс. га. Сегодня эта площадь уже равна территории Нидерландов, Бельгии, Люксембурга и Великобритании вместе взятых. К 2025 г. площадь «биоэтаноловых плантаций» должна возрасти в 5 раз.
В Бразилии вклад биоэтанола в энергобаланс уже достиг 40%, им заправляют не только автомобили, но и самолеты. В амбициозных планах США достижение к 2025 г. замены каждого четвертого литра бензина биоэтанолом, что позволит резко снизить зависимость страны от импорта нефти и укрепить ее экономику. Сейчас доля биоэтанола в автомобильном горючем страны составляет менее 4%, но на его производство затрачивается 20% урожая кукурузы. Крупный американский агроэколог Д. Пиментал считает, что весь урожай кукурузы, который сегодня получают США, может обеспечить только 17% потребности для производства автомобильного топлива. Очевидно, что поскольку значительная часть кукурузы по-прежнему будет использоваться как продовольственный ресурс, то резко возрастет доля импорта биоэтанола, в первую очередь из Бразилии. Дж. Буш надеется на основе альянса с Бразилией создать «биотопливный ОПЕК».
