Зеленая революция

Земельный вопрос имеет и огромное политическое значение. Борьба за пахотные земли идет полным ходом. Новой формой этой борьбы в мире стал захват земель (land grabbing). Этим понятием обозначается покупка или аренда больших посевных площадей в развивающихся странах при помощи частных или подконтрольных государству инвестиций из богатых стран. Согласно данным организации Oxfam, с 2001 г. в Африке, Латинской Америке и Азии таким способом были захвачены земли, равные по площади Западной Европе[149]. Причина появления этой новой формы аграрного колониализма состоит прежде всего в стремлении обеспечить себя урожайными землями для производства продуктов питания и агротоплива. И здесь мы видим серьезный конфликт между глобальной биоэкономикой и производством продуктов питания для собственных нужд. Особенно расширились площади для выращивания энергетических культур — сахарного тростника, кукурузы, пальм, рапса. Около 7 % всех зерновых перерабатывается сегодня в этанол. Но даже вне зависимости от потребности промышленности в новых ресурсах спрос на сельскохозяйственные площади повышается уже в зависимости от потребности растущего мирового населения в продовольствии. Этот эффект будет усиливаться вместе с изменением пищевых привычек. С ростом благосостояния растет и потребление мяса. Особенно заметно это в пороговых странах. По этой причине огромными темпами растет и спрос на корма. Их производство начинает конкурировать с производством растительных продовольственных продуктов. И поэтому даже независимо от спроса на биомассу в других отраслях в долгосрочной перспективе следует исходить из повышения цен на землю и аграрную продукцию. Становится выгодно вкладывать капитал в землю. Особенно это касается беднейших слоев населения.

Действенная стратегия против сокращения и удорожания аграрной продукции состоит в том, чтобы повышать инвестиции в аграрные исследования и тем самым увеличивать производительность сельского хозяйства. Статистика утверждает, что затраты на исследования прямо пропорциональны сельскохозяйственным урожаям. А повышение урожаев в свою очередь понижает цены. Политические решения (земельная реформа, образование, инвестиции в аграрную инфраструктуру, микрокредиты) и усовершенствование земельного регулирования могут значительно усилить этот эффект. С целью противостояния растущей волатильности цен нужно также увеличивать площадь частных и (или) государственных хранилищ аграрной продукции. В период повышенного предложения запасы можно придержать, в период резкого роста цен — расширить предложение на рынке. Это позволит стабилизировать цены и доходы аграрного сектора. Наконец, КПД аграрной продукции можно существенно повысить, утилизируя ее более эффективно. Близость или отдаленность пределов роста во многом определяется и эффективностью ресурсопотребления. Ее критерием может служить наличие комплексных комбинированных цепочек в процессе утилизации растений (и животных). И все же использование аграрной продукции в качестве сырья или источника энергии не столь важно, как продовольственная безопасность растущего мирового населения. Сначала пища, потом биоэкономика — этот принцип должен остаться незыблемым.

Помимо сельскохозяйственных угодий леса остаются важнейшим ресурсом биологической экономики. В Германии площадь, занимаемая лесами, ежегодно увеличивается примерно на 20 000 га. Примерно 43 % добытой древесины идет на производство энергии. Древесина, плоды, растения, грибы, целебные травы, смола — лес неисчерпаем, пока лесная экосистема в состоянии регенерироваться. Именно в этом и заключается проблема. В феврале 2011 г. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций представила отчет о состоянии лесов в мире, результаты которого вызывают тревогу. Несмотря на все международные декларации, территория лесов на земном шаре ежегодно сокращается в размерах, по площади равных Великобритании. Их вырубают или сжигают, удовлетворяя возрастающие потребности в площадях, энергии, сырье, кормах и мясе. При этом сильным стимулом является спрос в Европе, Северной Америке, Японии и быстро поднимающихся пороговых странах. Заметна, правда, и противоположная тенденция, что обнадеживает. Площади, занимаемые лесами, растут не только в Европе, но и в Азии. В Китае ежегодно прибавляется 1 млн га лесонасаждений. Отдыхают леса и на Филиппинах, где темпы роста населения еще высоки. В Коста-Рике площадь, занятая лесами, сократилась на 21 %, но сегодня составляет уже 45 %[150]. Однако размеры уничтожаемых лесов по-прежнему ежегодно превышают площади лесонасаждений примерно на 5 млн га, в 1990-е гг. мы теряли даже до 8 млн га в год. Не в последнюю очередь это происходит из-за расширения посевных площадей для выращивания сои и масличной пальмы. Вырубка лесов ради производства кормов и энергии: так биоэкономика может превратиться в фарс.

Экскурс: пальмовое масло

Пальмовое масло добывается из плодов тропической масличной пальмы. Основными его производителями являются Индонезия и Малайзия. Растущий спрос на дешевые растительные масла вызвал настоящий бум пальмового масла. Сегодня это многофункциональное сырье содержится в каждом втором товаре из супермаркета — от губной помады и мороженых пицц до зубной пасты, моющих средств и шоколада. Использование пальмового масла для производства биотоплива и горючего для ТЭС также повысило спрос, за последние 10 лет удвоив его производство. Соответственно, увеличились и посевные площади — за счет влажных тропических лесов Юго-Восточной Азии. Экологический итог при таком способе добычи сырья в целом отрицательный. Тропические леса в основном растут на торфяных почвах, содержащих огромное количество углерода. Если они начинают гореть или высыхать, в атмосферу попадает огромное количество CO₂. Многообразную растительность сменяет монокультура, обрабатываемая тоннами удобрений и пестицидов. Права местного населения на землю нередко попираются.

Между тем число инициатив, имеющих целью организацию более устойчивого производства пальмового масла, возрастает. Экологическая организация Всемирный фонд дикой природы в 2004 г. провела круглый стол по вопросам устойчивого производства пальмового масла «Roundtable on Sustainable Palm Oil» (RSPO), в котором приняли участие производители пальмового масла, торговцы, производители потребительских товаров и неправительственные организации[151]. Своей целью инициаторы проекта объявили принятие производителями и импортерами минимальных экологических и социальных стандартов: запрет на истребление коренных лесов, охрана водоемов, почв и лесов, соблюдение прав на землю местных сообществ, запрет на детский труд, поддержка мелкого крестьянства, контроль со стороны независимых наблюдателей. Эта инициатива подверглась критике со стороны других организаций по охране окружающей среды и развитию: критерии, дескать, слишком расплывчаты, соблюдение их не обеспечено, а сертификат RSPO лишь дает санкцию на дальнейшее разграбление лесов. Информация этой «инициативы сообщества акционеров» о самой себе и впрямь подозрительно радужная. Но здесь хотя бы предпринята попытка, как это ни трудно, выровнять баланс экологических, социальных и экономических интересов. Импортеры и производители потребительских товаров могут сделать немало полезного, если будут приобретать проверенное пальмовое масло, удовлетворяющее экологическим и социальным требованиям. Аналогичным образом Европейский союз, как и правительство ФРГ, должен ввести более строгие критерии для импортируемого аграрного сырья. В противном случае намерения Евросоюза к 2020 г. добиться производства по меньшей мере 10 % транспортного топлива из воспроизводимого сырья останутся на бумаге.

Энергия прямо с поля?

Не все, что помечено символом «био», работает на охрану окружающей среды. Если это справедливо по отношению к продукции из супермаркетов, то уж тем более применительно к биогенному топливу, которое завоевывает мир под названием «биобензин». Самые распространенные его варианты — биоэтанол, получаемый в процессе брожения органических продуктов и последующей дистилляции, и биодизель, производимый из растительных масел. Биотопливо поднимает по меньшей мере три экологические проблемы. Во-первых, оно отбирает площади у производителей продуктов питания. Во-вторых, ради разведения энергетических культур (вспомним пальмовое масло) нередко жертвуют экологически ценными территориями. В-третьих, кукуруза и семена растений, из которых добывается масло, — это монокультуры, выращиваемые с применением большого количества искусственных удобрений и пестицидов. И баланс производства агротоплива часто оказывается отрицательным.

Биологические энергоносители играют все более важную роль в смешанном энергообеспечении. Прежде всего расширяется сфера применения агротоплива (этанол, агродизель). В процессе перехода с топлива на агробензин лидирует Бразилия. Более 90 % новых автомобилей, купленных в этой стране, ездят на смеси из бензина и этанола. Вторым после нефти важнейшим источником энергии этого крупнейшего южноамериканского государства, ставшего сырьевым гигантом, является топливо из сахарного тростника. 10 % этанола идет на экспорт. Все бо́льшую роль играет и производство агродизеля из бобов сои, которое планируется расширять. Европейскому союзу в этом вопросе выпала роль выгодного экспортного рынка. На первый взгляд все хорошо, но в реальности немало проблем. Хотя сахарный тростник выращивают не в районе Амазонки, но, поскольку тростниковые плантации все больше вытесняют пастбища, производство агротоплива приводит к вытеснению племенного скотоводства в сторону Амазонки, где ради производства мяса массовым порядком вырубаются тропические леса.

Учитывая далекоидущие планы бразильского правительства по увеличению производства агробензина, реальна опасность усугубления проблем. Группа немецких ученых и экспертов Программы ООН по окружающей среде в Найроби подсчитала, что для производства запланированных объемов биогенного топлива необходима дополнительная площадь, равная половине ФРГ. Особенно много места требуется для разведения сои. Ради этого просто вырубаются леса. А в результате истребления 1 га влажного тропического леса в атмосферу попадает примерно в 300 раз больше углекислого газа в год, чем предположительно экономит произведенный благодаря этому процессу биобензин в сравнении с производством традиционного топлива. Так что положительный эффект мы получим лет через 300, а нагрузкам (да еще каким!) климат подвергается уже сейчас. Чтобы несколько выправить ситуацию, ученые предлагают производить биодизель не из сои, а из пальмового масла, содержащего больше необходимых для этого веществ. Для производства одинакового количества топлива масличным пальмам по сравнению с соей требуется в 25 раз меньше площади[152]. Но, как мы уже видели, экологический баланс при производстве пальмового масла в решающей степени зависит от выбора почвы и земледельческих методов. Производство этанола из сахарного тростника можно повысить, не увеличивая посевных площадей. До сих пор для производства топлива использовали только сок растения. Однако, если рассматривать в качестве энергоносителя всю растительную массу, производственные показатели существенно возрастут. В настоящее время интенсивно разрабатываются методы создания «биотоплива второго поколения».

Если биобензин вызывает немало вопросов даже в Бразилии, где условия для производства агротоплива благоприятны, то что уж говорить о Европе и США. В 2010 г. в США было произведено 45 млрд л этанола — больше, чем в Бразилии. Биобензиновый бум начался при президенте Буше-младшем, администрация Обамы пока придерживается этого курса. Американское управление по охране окружающей среды (Environmental Protection Agency, EPA) допускает до 15 % примесей биотоплива (Е15) в бензине, который продается на заправочных станциях. Основой для производства этанола в США служит прежде всего кукуруза. По сравнению с бразильским сахарным тростником (особенно если под кукурузу идут залежные поля) экологический баланс в данном случае значительно менее стабилен, тем более если гигантские площади оказываются заняты монокультурой, что часто происходит на Среднем Западе США. Сегодня 40 % американских урожаев кукурузы идет на производство бензина, на производство кормов — значительно меньше. Тем самым утрачивается важный элемент мирового зернообеспечения. Если из-за длительной засухи в Америке случится неурожай, как это было летом 2012 г., в Латинской Америке и Африке взлетят цены на зерно, как результат — вырастет число голодающих. Укрепление энергетической независимости США обостряет продовольственный кризис в других странах. Поэтому глава Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций Жозе Грациано да Силва в передовой статье Financial Times потребовал, чтобы американское правительство отказалось от производства этанола, поскольку в условиях нехватки продовольствия и кормов абсурдно производить из зерна топливо в промышленных объемах. Но сотни тысяч фермеров и крупная перерабатывающая отрасль уже слишком зависимы от производства биобензина, и в короткие сроки ситуацию изменить трудно. Тем не менее ввиду засухи в США также возобновились дебаты о целесообразности производства агротоплива. Нецелевое использование зерновых критиковали не только «традиционные подозреваемые» — представители социальных движений; с учетом острого дефицита и удорожания кормов летом 2012 г. широкая коалиция фермеров молочных хозяйств, скотоводов, птицеводов призвала отказаться от добавления биоэтанола в бензин.

В Германии ежегодно с полей и лугов снимается 53 млн т биомассы. Более 90 % ее используется для производства продуктов питания, кормов и промышленной продукции.

В настоящее время биогенные энергоносители составляют около 8,5 % сельскохозяйственной продукции, обеспечивая менее 1,5 % необработанной энергии[153]. Тем не менее выращивание энергетических культур для производства топлива и биогаза в последние годы набирало обороты. По оценкам специализированного агентства «Воспроизводимое сырье» (Nachwachsende Rohstoffe), в 2011 г. площади, занимаемые энергетическими растениями, составляли 2,28 млн га, что на 6 % больше, чем в предыдущем году. Согласно энергетическому сценарию правительства ФРГ, к 2050 г. биомасса может дать 23 % необработанной энергии[154]. Главный аргумент в пользу биогенных энергоносителей заключается в том, что при их сжигании высвобождается углекислого газа не больше, чем связывается при образовании биомассы. При этом, однако, не учитываются расход энергии и выбросы, связанные с выращиванием и переработкой аграрного сырья. Сторонники биотоплива ссылаются также на меньшую зависимость от импорта энергии и новые источники доходов отечественного сельского хозяйства и промышленности. Разработанный Евросоюзом в 2009 г. план производства биотоплива ставит цель повысить к 2020 г. долю энергии из возобновляемых источников в транспортном секторе до 10 %. В настоящее время в ФРГ доля биотоплива на топливном рынке составляет 6,25 %. Сюда относятся как добавки биотоплива, так и его использование в чистом виде. Чтобы повысить эти показатели, в 2011 г. был принят закон, согласно которому к ископаемому топливу необходимо подмешивать 10 % биогенного горючего (учитывается объем энергии топлива).

Около 60 % на немецком рынке биотоплива приходится на долю биодизеля. Его производят главным образом из рапсового масла. Все большую роль играет импорт пальмового и соевого масел. Аргентина, где в больших количествах выращивается генно-модифицированная соя, планирует экспортировать агродизель в Европу. Индонезия стремится к экспорту пальмового масла, причем не только в виде сырья, но и рафинированного, как более качественного продукта. В 2012 г. немецкая биодизельная отрасль понесла значительные убытки из-за давления дешевого импорта. 22 немецких производителя биодизеля понизили свой коэффициент нагрузки с 75 до 58 %, поскольку европейские нефтяные концерны крупными партиями закупают аргентинский биодизель. Отрасль пытается с этим бороться, ссылаясь на то, что производство аргентинского биотоплива в основном не сертифицировано, а все виды поступающего в Германию биотоплива должны иметь сертификаты устойчивого развития[155].

Но экологический баланс германского агробензина тоже оставляет желать лучшего. Лауреат Нобелевской премии по химии Пауль Крутцен пришел к выводу, что биодизель на основе рапса в 1,7 раза вреднее для климата, чем обычное горючее, биоэтанол на основе кукурузы — в 1,5 раза. Решающее значение при этом имеет высвобождение оксида азота вследствие применения азотистых удобрений. Оксид азота нагревает атмосферу в 300 раз сильнее углекислого газа[156]. Экспертиза, выполненная по поручению Еврокомиссии, пришла к более утешительным выводам, однако ее оценка тоже негативна: при производстве топлива на основе рапса выделяется на 4,5 % больше CO₂, чем при производстве обычного бензина, при производстве топлива на основе сои данный показатель еще выше — 11,7 %[157]. Это рушит весь план Евросоюза 2009 г. по использованию возобновляемых источников энергии, согласно которому применение биобензина может быть засчитано в качестве понижения выбросов CO₂ лишь странам — членам Евросоюза и только в случае понижения эмиссии углекислого газа минимум на 35 % по сравнению с традиционными видами топлива. Это правило, включенное в принятый в апреле 2009 г. план по использованию возобновляемых источников энергии, действует вне зависимости от того, выращивается ли аграрное сырье в самом Евросоюзе или за его пределами. Утилизировать можно только сырье, поставляемое устойчивыми хозяйствами, для чего разработаны специальные критерии. Так, сырье из коренных лесов (например, влажных тропических лесов) запрещено[158]. Однако подобные расчеты не учитывают побочные последствия для климата. Когда прибыльное выращивание энергетических культур вытесняет скотоводство и земледелие с их законной территории и ради этого вырубаются леса, косвенный эффект от землепользования (indirect land use effect) в результате использования агротоплива отбрасывает экологический баланс в минус. Под сильным давлением Еврокомиссия подала назад. Комиссар ЕС по энергетике Гюнтер Эттингер и его коллега комиссар по климатической политике Конни Хедегорд предложили новые правила, согласно которым доля биотоплива в ЕС ограничивается существующими 5 %, если это биотопливо произведено из продуктов, относящихся к продовольственным, — сахарного тростника, зерновых или рапса. Рост (до 10 %) должен происходить за счет биотоплива второго поколения, производимого из водорослей, сельскохозяйственных отходов и осадков сточных вод[159].

Производство биогаза на растительной основе также вызывает вопросы. В Германии благодаря Закону о возобновляемых источниках энергии было введено в строй около 7300 установок по производству биогаза. Большинство из них работает на основе кукурузы, которая преобразуется микроорганизмами в газ. Соответственно, значительно возросло производство кукурузы. Около 6 % немецких пахотных земель сегодня заняты «энергетической кукурузой». В Нижней Саксонии на каждом третьем гектаре растет кукуруза, что приводит в ужас защитников природы. На наших широтах кукуруза требует большого количества удобрений, азотные удобрения высвобождают очень вредные парниковые газы, нитраты наносят вред почве и грунтовым водам. Кукуруза выращивается преимущественно как монокультура, отнимая жизненное пространство у других растений и животных[160].

Кроме того, агротопливо вызвало нарекания как косвенный катализатор повышения цен на продовольственные продукты. В какой степени разведение энергетических культур способствует повышению цен на продукты питания, вопрос спорный. Но никаких сомнений, что выделение пахотных земель под продукцию для биобензина сокращает объемы производства продовольственных продуктов, особенно в неурожайные годы, что влечет за собой повышение цен. Именно это и случилось в 2012 г. По данным Детлефа Вихрова, руководителя Центра продовольственной безопасности при Университете Хоэнхайма, потребление зерновых в производстве агротоплива с 2006 г. возросло более чем вдвое. В 2010 г. на производство топлива пошло около 6 % мирового урожая зерновых[161]. По другим источникам, примерно 2 % мировых пахотных земель занято энергетическими культурами. С учетом растущего дефицита земель и повышающегося спроса на продукты питания это заметная величина. Всемирный банк даже объясняет повышение цен на продукты питания как раз производством агробензина. Так что биобензин невольно стал примером того, как чаемое благословение может обернуться проклятием. А ведь казалось, что агротопливо будет выгодно всем — аграриям, инвесторам, строителям, да еще и полезно для окружающей среды.

В июле 2012 г. ученые немецкой Академии Leopoldina представили негативный отчет о биоэнергии, придя к выводу, что «за исключением утилизации биогенных отходов использование биомассы в качестве источника энергии в промышленных масштабах не лучшее решение для такой страны, как Германия»[162]. Рекомендация основана на всестороннем изучении экологических и климатических издержек использования биомассы в энергетике, учитывавшем прямые и косвенные последствия ее производства и переработки. В частности: энергопотребление и высвобождение агрессивных парниковых газов, связанных с применением азотных удобрений; загрязнение почв и грунтовых вод фосфатными удобрениями; орошение энергетических культур; трудоемкость сева, вспашки, жатвы и перевозок; энергопотребление и выбросы, сопровождающие технологический процесс преобразования биомассы в газообразные и жидкие энергоносители; вытеснение производства продовольственных продуктов, кормов и промышленного сырья.

Эксперты полагают, что с учетом растущего спроса на продукты питания борьба за земли обострится. По этой причине в Китае запрещено производство этанола и бутанола из продовольственных растений, содержащих сахар и крахмал.

Трезвая оценка потенциала биогенных энергоносителей подводит к выводу, что задача к 2050 г. покрыть в Германии потребность в необработанной энергии биологическими ресурсами на 23 %, не нанеся при этом вред окружающей среде, невыполнима. В качестве альтернативы эксперты предлагают форсированное освоение возобновляемых источников энергии, что требует меньше площадей при более высокой отдаче. Однако они считают целесообразным комбинировать производство продовольственных продуктов, промышленную переработку растительных отходов и их применение в энергетической сфере.

И все-таки вегетарианство способно значительно больше понизить экологические нагрузки, чем биогенные источники энергии: «Уменьшение доли продуктов животного происхождения в рационе человека, видимо, потребует меньше биомассы для производства кормов и разгрузит сельское хозяйство. Выбросы парниковых газов в секторе сельского хозяйства, судя по всему, сократятся. Это, по всей вероятности, будет способствовать охране климата в большей степени, чем основные способы производства биоэнергии». Несколько смущает осторожность данной рекомендации — «видимо», «судя по всему», «по всей вероятности». Существует сотня убедительных причин, чтобы есть меньше мяса, и среди представителей молодого поколения число вегетарианцев растет. Однако исходить нужно все же из того, что в ближайшие десятилетия спрос на мясо будет повышаться. Также маловероятно, что крупные производители биомассы, такие как Бразилия, США и южноазиатские экспортеры пальмового масла приостановят производство агробензина. Поэтому в обозримом будущем биоэнергия неизбежно будет порождать неразрешимые конфликты интересов. Полный отказ от добычи газа, электричества и топлива из биомассы невозможен. Однако нужно попытаться разрядить конфликтную ситуацию в сфере продовольственной безопасности и улучшить экологический баланс производства агротоплива. Для этого необходимы технологические инновации, законодательная база для введения соответствующих стандартов и международные конвенции. Межправительственная группа экспертов по изменению климата оценивает глобальную перспективу биоэнергии намного выше. В начале 2012 г. она представила объемный «Специальный доклад о возобновляемых источниках энергии и ослаблении глобальных климатических изменений» («Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation»), который ученые из Академии Leopoldina назвали «слишком оптимистическим»[163].

Итак, несмотря на все претензии к нынешнему состоянию производства энергии из аграрного сырья, не следует принципиально его отвергать. Здесь важнее всего, какое сырье используется в качестве энергоносителей, как оно производится, каковы расходы на переработку? Нужно поставить перед собой цель не использовать для энергодобычи продукты, которые могут служить продовольствием или кормами. Субсидирование производства биобензина и биогаза из злаков — это западня. На пахотных землях нужно в первую очередь выращивать сельскохозяйственные растения, из которых производится продовольственная продукция. На втором месте — растительное сырье для фармацевтической, химической и текстильной отраслей. Производство энергии из биомассы нужно поместить лишь в самый конец комплексной перерабатывающей цепочки. Общий экологический баланс в итоге должен быть положительным. Под таким углом зрения сегодня многие способы производства биоэнергии нельзя назвать устойчивыми. Но последнее слово еще не сказано. Если мы, чтобы понизить выбросы CO₂, хотим как можно скорее вытеснить ископаемые источники энергии из процесса производства электричества, отопления и транспортного сектора, было бы рискованно полагаться исключительно на солнечную и ветровую энергию. Энергию из биомассы несложно хранить, в каком бы агрегатном состоянии она ни находилась — твердом, жидком или газообразном. Децентрализованные электростанции, работающие на биомассе или биогазе, тоже просты в эксплуатации. В этом смысле они идеально дополняют солнечные батареи и ветрогенераторы, которые вырабатывают электричество непостоянно и стабилизируют электроснабжение и состояние распределительных сетей. Это преимущество может сохраняться по крайней мере при наличии надежных технологий, позволяющих аккумулировать экоэлектричество, и в комплексной системе электроснабжения, поступающего из разветвленных сетей возобновляемых источников энергии.

Биотопливо может способствовать сокращению выбросов углекислого газа и в авиации. С учетом стремительного роста числа воздушных перевозок (авиатранспорт уже долгое время расширяется в среднем примерно на 5 % в год в мировом масштабе) этот вопрос имеет большое значение для климатической политики. Биокеросин должен заменить ископаемое горючее. Основой для него могут служить гидрированные растительные масла — рапсовое, пальмовое, ятрофное. Ятрофу можно выращивать и в засушливых саваннах. Она не требует много воды, а поскольку растение еще и ядовито, химическая защита ей тоже не нужна. Можно подумать и о том, чтобы добывать керосин из богатых жирами водорослей. Специалисты полагают, что биокеросин может добиться первенства на рынке не раньше 2015 г.; первый пробный полет на биодизеле осуществила авиакомпания Air New Zealand в январе 2009 г. Авиакомпании Lufthansa и KLM на некоторых пассажирских рейсах добавляют в горючее 50 % биокеросина. Бразильский самолетостроительный завод Embraer предлагает самолеты, летающие на алкоисе (биоэтаноле второго поколения)[164]. Airbus, ведущие европейские авиакомпании, Еврокомиссия и европейские производители биотоплива договорились начиная с 2020 г. производить 2 млн т биотоплива в год для воздушного флота[165]. Важнейшую роль при производстве этих видов горючего также играет экологический баланс. Истребление влажных тропических лесов или агропромышленное разведение сои и кукурузы ради производства авиабензина равнозначно тушению пожара при помощи бензина. Ввиду ограниченного потенциала для устойчивого производства агротоплива в среднесрочной перспективе было бы разумно зарезервировать его за авиацией, в то время как наземный транспорт продолжать переводить на электричество.

Во избежание разного рода негативных последствий производства топлива и биогаза из сельскохозяйственных растений ученые в настоящее время активно экспериментируют с биотопливом второго поколения. Сюда относятся целлюлозный этанол, биометан и биокеросин. Если при производстве агротоплива первого поколения используется небольшая часть растительной массы (плоды или семена), то при производстве агротоплива второго поколения она перерабатывается уже почти целиком, что делает процесс намного эффективнее. Для производства одного и того же количества биотоплива требуется значительно меньше земли, воды, удобрений и т. д. Еще одно преимущество заключается в том, что необходимая биомасса либо поступает из отходов сельского хозяйства и промышленности, либо для ее выращивания можно использовать не самую плодородную почву, не вытесняя, таким образом, продовольственную отрасль. Сырьем для целлюлозного этанола могут служить лесная тонкомерная древесина, отходы деревоперерабатывающей промышленности, быстрорастущие плантационные деревья, такие как тополь и эвкалипт, а также солома и камыш. Целлюлоза составляет бо́льшую часть растительной биомассы, однако процесс ее получения при помощи специального коктейля из микроорганизмов и ферментов достаточно дорогостоящий. Если удастся наладить этот процесс в промышленных масштабах, топливо на основе целлюлозы по сравнению с его предшественником, агротопливом, сможет на порядок улучшить климатические показатели[166]. Соответствующие опыты уже проводятся на экспериментальном оборудовании. Сырьевой основой служат органические отходы, отходы сельского хозяйства и лесоводства, а также травы, выращиваемые на неплодородных землях. Так человечество пытается уладить конфликт между «тарелкой» и «баком».

Третий, еще более футуристический вариант — производство топлива, биогаза и водорода на основе водорослей. Биомасса водорослей на единицу площади значительно выше, чем у наземных растительных энергоносителей. Их можно выращивать в открытых водоемах или закрытых биореакторах; необходимый для этого CO₂ можно отводить с электростанций или промышленных предприятий. Солидные компании уже инвестируют в разработки топлива на основе водорослей. Так, например, ExxonMobil совместно с Synthetic Genomics Incorporated вложили в проект по производству топлива из водорослей 600 млн долларов. А американская авиакомпания Boeing уже заявила о намерении провести ряд пробных полетов на данном виде горючего. Концерн RWE на экспериментальном оборудовании одной из угольных ТЭС в Нижней Саксонии исследует возможность очищения газообразных отходов при помощи микроводорослей. После десульфуризации при помощи дымовых газов установку размером 600 м2, в которой плавают водоросли, наполняют соленой водой. Под воздействием фотосинтеза микроводоросли растут, преобразуя CO₂ в кислород[167]. Содержащиеся в водорослях углеводы при помощи микробов перерабатываются в этанол или нефть. До сих пор, однако, не было разработано ни одной промышленной установки. Слишком высоки затраты, особенно на очистку топлива.

Бионика: учиться у природы

Зачем эволюция одела зебру африканских саванн в черно-белую шкуру? Едва ли это было эстетической прихотью природы. И в самом деле, мы видим сколь простую, столь и эффективную систему охлаждения: темные полосы абсорбируют солнечный свет, а белые его отражают. Вследствие разницы температур (до 20 °C) воздух циркулирует, обеспечивая охлаждающий эффект. Помимо этого полосатая раскраска служит для маскировки и защиты от насекомых. Но здесь нам интересен принцип пассивного охлаждения воздуха. Шведский архитектор Андерс Нюквист, первопроходец в области экологической архитектуры, использовал черно-белую раскраску внешних фасадов и крыш при строительстве зданий, не нуждающихся в искусственном отоплении и охлаждении, а регулирующих температурный режим самостоятельно, что позволяет экономить значительный объем энергии и средств в сфере эксплуатации зданий. Это всего лишь один пример «обучения у природы», главного принципа бионики. У истоков этой дисциплины стоит Леонардо да Винчи, попытавшийся применить полученные при изучении полета птиц знания для конструкции летательных аппаратов. Мощный толчок бионике придали компьютерные расчеты и междисциплинарное взаимодействие. Ее успехи уже давно вошли в нашу жизнь: застежки-липучки, самоочищающиеся поверхности и покрытия, аэродинамические кузова, облегченные конструкции самолетов и поездов, несущие конструкции, имитирующие костные структуры, — всему этому мы научились у природы.

Бионика — сочетание биологии и технологии. Полуофициальное определение, данное в 1993 г. Союзом немецких инженеров, звучит так: «Бионика как научная дисциплина занимается технической реализацией конструктивных, методологических и эволюционных принципов, на которых базируются биологические системы». Все больше институтов и компаний работают над вопросом, как перевести на язык новых технологий и продукции, решения, предложенные биологией. Только в Германии исследовательское сообщество Biokon объединяет более 70 университетов и научно-исследовательских институтов, а также ученых, работающих в этой сфере[168]. Мы стоим в начале пути, где нас ждут открытия, которые могут быть сделаны при условии лучшего понимания биологических организмов и систем. В этом отношении бионика соревнуется с массовым исчезновением животных и растений под воздействием грубого вмешательства человека в природу — кто кого. Подсчитано, что ежедневно вымирает более 100 по большей части неизученных видов. При этом мы теряем не поддающийся точному исчислению потенциал, который можно было бы использовать в медицине, продовольственной отрасли, при производстве биологического сырья и т. д. На сегодня изучена лишь малая часть биологического богатства Земли. В этом многообразии таится неисчерпаемый потенциал для разработки близких к природе способов производства будущего, опирающихся на синергию человека и природы. За миллиарды лет эволюция создала вещества, структуры, процессы обмена веществ, которые в соответствующих экологических условиях функционируют безупречно. При этом речь идет не об изолированном рассмотрении отдельных организмов, а о более глубоком понимании системных процессов в биологическом мире: оптимальное соотношение затрат и приобретений, высокая приспособляемость к меняющимся условиям окружающей среды, самоорганизация сложных систем и симбиотические связи между отдельными живыми существами и средой их обитания.

Люди всегда что-то заимствовали у природы. Классический пример — меховая одежда, защищающая от мороза. Современная бионика систематизирует процесс обучения у природы, исследуя, как результаты биологической эволюции можно перевести на язык технологий. При этом речь идет не о простом копировании с натуры, а о понимании функциональных аналогий. Все начинается с вопроса «Что дает возможность животным и растениям показывать свои невероятные достижения?». Несколько примеров:

В 1976 г. биологу Вильгельму Бартлотту бросилось в глаза, что листья некоторых растений не бывают грязными. Объяснение этому явлению он нашел под микроскопом: вода на шероховатой поверхности собирается в капли и, захватывая частички грязи, просто скатывается с листа. Так был открыт «эффект лотоса». По этому принципу были созданы краски и кровельные материалы для самоочищающихся поверхностей, которые давно уже вошли в обиход. К настоящему времени это революционное открытие, считающееся родоначальником современной бионики, позволило разработать более 200 вариантов применения[169].

Как мухи ползают по гладким стенам? Оказывается, у них на лапках множество крохотных волосков, подчиняющихся закону молекулярного притяжения. Поэтому они могут противостоять гравитации. Невероятный пример цепкости демонстрирует геккон: уцепившись за поверхность всего одним пальцем, он может удерживать ведро воды. Использование этих механизмов открывает новые возможности для технологии изготовления материалов и креплений.

Транспортные суда, имеющие в носовой части утолщение, похожее на нос дельфина, экономят до 10 % топлива. Благодаря особым изгибам судам проще преодолевать сопротивление воды.

Плакоидная чешуя акул может служить образцом для покрытия корпуса судов. Она предотвращает налипание ракушек и морских растений и понижает сопротивление воды, что существенно сокращает не только расходы на топливо (экономия до 30 000 долларов в день), но и выбросы CO₂ и других вредных веществ.

Авиация тоже многое позаимствовала у природы. Уже сам факт, что человек научился летать, классический пример бионики. Так называемые винглеты, загнутые законцовки крыла самолета, сокращают расход керосина. И здесь экономичность соседствует с экологичностью.

Шерстинки у белого медведя полые, благодаря чему солнечный свет легче проникает к коже. Такое строение шерсти позволяет долго удерживать тепло. Применяя этот принцип при теплоизоляции зданий, можно эффективнее использовать пассивную солнечную энергию.

Несмотря на то, что пористые, полые кости сами по себе весят очень немного, по структуре они очень крепкие. Опираясь на этот принцип, можно создавать высокопрочные и одновременно легкие материалы.

В сельском хозяйстве применение химических инсектицидов могут заменить биологические методы защиты растений. При помощи репеллентов можно не подпускать вредных насекомых к полям (так называемая техника отпугивания). В виноделии применяют особо изощренный (даже коварный) способ, чтобы предотвратить размножение листоверток: при помощи специальных дозаторов на виноградник наносится искусственный половой аттрактант самок, при этом самцы теряются и не могут найти настоящих самок. Спаривание прерывается. Швейцарцы защищают до 60 % своих виноградников и фруктовых плантаций от вредных насекомых именно при помощи этой техники «сбивания с толку»[170].

И в энергетике будущего перевод биологических процессов на язык технологических методов сулит большие перспективы. О фотосинтезе мы поговорим чуть ниже. Еще один пример — производство водорода из целлюлозы. Нашими учителями в данном случае стали термиты, питающиеся преимущественно целлюлозой. В процессе пищеварения под воздействием симбиотических микроорганизмов образуется водород. По расчетам профессора Андреаса Винцинскаса, руководителя проекта «Биоресурсы» при Институте им. Фраунгофера, из целлюлозы, содержащейся в обычном листе бумаги формата А4, термиты могут произвести примерно 2 л водорода, на котором автомобиль с топливным элементом может проехать до 10 км — без выхлопных газов и выбросов CO₂[171]. Если удастся поставить этот процесс на промышленную основу, технология топливных элементов станет намного эффективнее.

Биороботы

Новое направление в бионике — биоробототехника — использует технологии, полученные благодаря биологическим разработкам в деле создания роботов. Ученым Калифорнийского университета удалось сконструировать шестиногого робота, который умеет ходить, взбираться по вертикальным поверхностям и огибать выступы, возникающие при обрушении различных построек, — бесценное качество для роботов-спасателей. В основу разработки легли феноменальные свойства тараканов. Эти насекомые, конечно, не самые приятные соседи, но они обладают удивительной способностью бегать со скоростью, в 50 раз превышающей длину их тела в секунду, передвигаясь при этом вверх ногами. Высокоскоростные камеры наконец-то позволили объяснить этот акробатический трюк. На видеозаписи видно, как таракан крошечной загогулиной на задних лапках цепляется за край поверхности, после чего разворачивается на 180° и перебрасывает себя на нижнюю плоскость. При этом насекомое подвергается давлению, в 3–5 раз превышающему силу гравитации. Другие животные-акробаты, использующие этот фокус, — ящерицы из семейства гекконов. Они могут в долю секунды исчезнуть под крупными листьями. Совместно со специалистами по производству роботов ученые попытались создать крылатого шестиногого робота-таракана, обладающего такими способностями (dynamic autonomous sprawled hexapod), снабдив его задние конечности приспособлением, похожим на застежку-липучку, а движения запрограммировав по аналогии с его природными прототипами[172]. Сходное изобретение создали ученые Университета Осаки: их механический паук умеет взбираться по наклонным плоскостям, лестницам, подлезать под низкие препятствия. «Арахнобота» можно использовать, например, в ходе поисковых работ после землетрясений. Созданием подобных роботов-пауков занимается и Институт производственных технологий и автоматики им. Фраунгофера[173].

Благодаря успехам сенсорики и обработки информации новой отрасли все успешнее удается конструировать роботов по образцу живых существ. Они различают цвета, запахи, обрабатывают химическую информацию, ориентируются в условиях бездорожья. Роботы применяются в самых разных сферах — от промышленного производства и домашнего хозяйства до военной техники. Они могут, например, исследовать зараженные промышленные объекты или искать затонувшие корабли. Так, ученые Эссекского университета сконструировали плавающего робота с хвостом и плавниками, имитирующего рыбу. Он намного маневреннее обычного плавсредства, приводимого в движение гребным винтом. Роботы-рыбы, имеющие химические сенсоры, могут проверять воды или потерпевшие крушение суда на наличие вредных веществ.

Последнее достижение — роботы, которые благодаря сложной системе перцепции могут действовать самостоятельно, т. е. решать, что предпринять в той или иной ситуации. Как часто бывает, военная техника и здесь оказалась в авангарде развития, которое ставит новый этический и правовой вопрос: можно ли, например, предоставить право роботам-воинам принимать решение, когда и в каком направлении открывать огонь? И кто будет нести юридическую ответственность за ошибочные действия подобных машин? Существующие сегодня боевые системы, не требующие контроля человека, программируют на конкретную цель. Если в будущем беспилотные средства нападения и вооруженные роботы будут определять такие цели самостоятельно, мы перейдем на качественно новый уровень. Как бы восхитительна ни была чудо-страна биороботов, наступит время, когда науке, политике, общественности придется искать ответы на вопрос, как нужно (и можно) регулировать системы искусственного интеллекта, обладающие возможностями самостоятельного принятия решений.

Биотехнология

Греческое слово «Bios» означает «жизнь». Биотехнология представляет собой технологическое использование биологических субстанций и процессов человеком. В последнее время как теория, так и практика биотехнологии подверглись дальнейшей диверсификации. Различают три основных направления:

• Красная биотехнология получила свое название по цвету крови. Область ее применения — медицинская диагностика и терапия. Сюда относится, например, выращивание тканей для трансплантации кожи или создание препаратов целевого воздействия, на которые реагируют лишь больные органы. По разряду красной генной инженерии проходит также производство медикаментов на биотехнологической основе. Известный пример — производство инсулина при помощи генно-модифицированных бактерий (раньше необходимый гормон добывался из поджелудочной железы свиньи). Антибиотики, вакцины, протеины и витамины также производятся на основе биотехнологических методов.

• Белая биотехнология — общее понятие для биотехнологических методов, используемых в промышленности, особенно в сфере производственных технологий. Старинный биотехнологический промышленный метод — пивоварение, более новый — использование ферментов в качестве биокатализаторов в химической, фармацевтической и продовольственной отраслях. Катализаторы могут замедлять или ускорять биохимические реакции. Благодаря им процессы, которые традиционно протекают под высоким давлением или при высоких температурах, могут происходить со значительно меньшими энергозатратами. В эту категорию также входит преобразование биомассы в химическое сырье, промышленное волокно или топливо.

• Зеленая биотехнология ставит своей целью улучшение качеств растений. Под этим знаменем шествует и зеленая генная инженерия, которая из всех членов большого биотехнологического семейства вызывает самые ожесточенные споры.

Тем временем диверсификация биотехнологических направлений продолжается. Так, голубая биотехнология занимается морскими организмами, например морскими бактериями и водорослями, которые богаты полезными веществами. Серая биотехнология разрабатывает методы санации почв, очистки сточных вод, переработки мусора. Использование микроорганизмов для деконтаминации почв или очищения сточных вод имеет относительно долгую историю. В очистных сооружениях бактерии использовались еще задолго до того, как появилось понятие «биотехнология». Микроорганизмы применяются для санации зараженных почв вокруг нефтеперерабатывающих и химических заводов тоже не со вчерашнего дня. В ФРГ действует более 70 установок для биологический обработки почв, которые в состоянии очищать до 4 млн т земли в год. Суть в том, что токсичные вещества, поступая в пищу микробам, преобразуются в углекислый газ и воду. Различные способы и сферы их применения описаны в сборнике «Старые грехи и эволюция земель. 2004–2005», изданном Экологическим департаментом земли Северный Рейн — Вестфалия[174].

Зараженные сточные воды промышленных предприятий и хранилищ отходов также можно очищать микробиологическими методами. В Саксонии проводится эксперимент, целью которого является обеззараживание контаминированного ила в русле Белого Эльстера при помощи микроорганизмов и растений, абсорбирующих тяжелые металлы. Ил в данном случае предполагается использовать как естественно-растительный грунт[175].

Серая биотехнология — это классическая технология по установке природоочистных сооружений в конце экологически небезопасного производственного процесса (end of the pipe). Не самое элегантное решение, но необходимое для покрытия старых долгов индустриального общества. Девиз будущего: «Вредные вещества не должны попадать в биосферу». Для этого лучше всего заменять их экологически чистыми веществами и применять соответствующие производственные способы. Именно здесь очень важную роль играет биотехнология, которая позволяет сокращать расход материалов и энергии, заменять ископаемые ресурсы воспроизводимыми, а традиционную триаду (сырье — переработка — отходы) по возможности биологическими безотходными циклами.

Биогенетика

Медицинская бионика исследует воздействие биологических веществ и процессов на человеческий организм. Так, например, порванный нерв можно сшить нитью паутины. Она служит мостиком, опираясь на который нервные клетки вновь срастаются. Паутина обладает бактерицидным действием и не отторгается человеческим организмом. В хирургии ее можно использовать для наложения швов на рану. Паутинный шелк можно также применять для создания искусственных связок и жил. В Медицинском институте Ганновера удалось нарастить клетки человеческой кожи на паутинную сеть. Собственная кожа требуется, например, при лечении обширных повреждений или ожогов[176].

Паутинная нить обладает удивительными свойствами, которые вызывают интерес не только у медиков. Она прочная и одновременно гибкая, прочнее стали и эластичнее резины. Секрет этого чудо-материала в сложном строении белковых молекул. Длинные цепочки прочно сцепленных белков чередуются с отрезками, где фрагменты соединены слабо, что обеспечивает высокую эластичность ткани. Компьютерные расчеты показали, что по этому принципу можно создавать даже аэродромные сети для самолетов, съехавших со взлетной полосы. Во многих случаях паутина в состоянии заменить сталь или искусственное волокно. Но где взять столько паутины? В отличие от гусеницы-шелкопряда пауков нельзя разводить в огромном количестве. Защищая свою территорию, они уничтожают друг друга. Здесь-то и приходит на помощь биогенетика. Ученым из группы Флоранс Тёле при Университете Вайоминга удалось так изменить геном шелкопряда, что его нити по свойствам могут напоминать паутинный шелк. Шелкоотделительной железе гусеницы ученые дали «приказ» выделять нить золотого кругопряда (nephila clavipes). После этого в шелковых нитях гусениц появились частицы протеинового волокна пауков. Прочность этих нитей не уступает паутинным[177]. Параллельно ученые разрабатывают искусственный паутинный аппарат, воспроизводящий весь комплекс биохимических процессов создания паутинного шелка.

Человек, принципиально отвергающий генетические манипуляции с животными и растениями, может содрогнуться от мысли, что люди подобным образом вторгаются в эволюцию. Однако, по мнению многих ученых, между лабораторными экспериментами, которые также преследуют цель изменить свойства биологических организмов, и биогенетикой, которая напрямую осуществляет изменения в ДНК, нет четкой грани. Это касается даже опытов перепрограммирования отдельных сегментов, не говоря уже о встраивании в геном чужеродных генов. Человек вторгается в биологическую эволюцию не первый день. И критики биогенетических манипуляций должны считаться с тем, что мы несем ответственность не только за то, что делаем, но и за то, что не сделали, хотя могли бы. Учитывая потребность растущего населения Земли в ресурсах, нельзя скоропалительно отвечать на вопрос, какой выбор этически оправдан: использование биогенетических методов или отказ от них.

На новую ступень биотехнологию вывела синтетическая биология. Она занимается созданием новых организмов. Правда, создание сложного живого существа в лаборатории — пока еще научная фантастика. В данный момент ученые работают над пересадкой синтетически созданных генов в имеющееся живое существо, наделяя его таким образом новыми свойствами или способностями. Наука тем самым становится настоящим демиургом, создателем жизни. Она не только, как зеленая генная инженерия, изменяет сочетания уже имеющихся генов, но и создает новые формы жизни. Эти существа, как и все остальные, подвержены мутациям, но, как нас уверяют, «в них должна быть заложена определенная „сопротивляемость к мутациям“»[178]. Синтетическая биология находится пока в экспериментальной стадии. Пока не совсем ясны ее этические, общественные и политические последствия. Критики говорят об опасности биотерроризма, о праве на владение живыми организмами, некоторые отвергают отрасль полностью. В 2007 г. Евросоюз запустил проект SYNBIOSAFE (Safety and Ethical Aspects of Synthetic Biology), занимающийся вопросами, связанными с этическими аспектами и безопасностью синтетической биологии[179].

Искусственный фотосинтез

Утверждение, что на ограниченной планете не может быть неограниченного роста, стало почти общим местом. Но Земля ограничена лишь размерами. С термодинамической точки зрения она представляет собой открытую систему[180]. Источником всей земной жизни в конечном счете является постоянный приток энергии Солнца. Количества энергии, которое за 1 час поступает на Землю в виде солнечного света, достаточно для удовлетворения почти годовой потребности человечества. Солнечный свет — источник постоянного обновления органической жизни на планете. В начале всех биологических созидательных процессов стоит фотосинтез: преобразование солнечного света и воды в богатые энергией углеродные соединения. Фотосинтез состоит из двух этапов. Солнечный свет дает энергию для расщепления воды на составные элементы — кислород и водород. Затем из водорода и абсорбируемого из воздуха углекислого газа образуются сложные углеводородные соединения. Процесс имеет дневную и ночную фазы. Днем солнечный свет и вода преобразуются в богатые энергией химические соединения, ночью растения забирают из воздуха углекислый газ, создавая из него молекулы сахара. Благодаря фотосинтезу не только образуются питательные вещества для растений и микроорганизмов; одновременно воздух очищается от углекислого газа и обогащается кислородом. Так что без фотосинтеза жизнь человека на Земле невозможна.

Процесс фотосинтеза протекает не только в наземных растениях, но и в водорослях, бактериях и морских микробах. В 1 л морской воды живет примерно 100 млн таких одноклеточных. Это самый мелкий из известных организмов, освоивших процесс фотосинтеза. Из солнечного света, воды и углекислого газа они производят примерно четверть кислорода, которым мы дышим[181]. Эта гигантская солнечная электростанция, состоящая из живых организмов, ежегодно преобразует примерно 1350 ТВт солнечной энергии в биомассу. Человечеству же требуется примерно 16 ТВт энергии в год. Какой бы внушительной ни казалась эта цифра, по сравнению с потенциалом солнечного излучения она не так уж и велика. «Так что искусственный фотосинтез способен несколько ослабить нашу обеспокоенность по поводу энергии»[182]. В конечном счете ископаемые энергоносители тоже не что иное, как конденсированная солнечная энергия. За миллионы лет они образовались из растительных веществ.

Искусственный фотосинтез — собирательное понятие для целого ряда методов преобразования солнечной энергии в такие энергоносители, как метан, этанол и водород. В отличие от солнечного электричества они используются в химической промышленности как основное сырье, кроме того, их легко хранить. Метан можно транспортировать по газопроводам; для этанола можно использовать инфраструктуры, созданные для жидких видов топлива; энергетическая плотность водорода в три раза выше, чем у бензина. Его можно использовать либо как непосредственный источник энергии, либо преобразовывать в электричество при помощи топливных элементов. В этом направлении работает уже множество исследовательских проектов по всему миру. Соответствующая программа разработана в Великобритании, несколько японских групп проектируют солнечные батареи нового образца, Министерство энергетики США за 5 лет инвестировало в калифорнийский Центр искусственного фотосинтеза 122 млн долларов[183].

В Массачусетском технологическом институте группа исследователей под руководством Дэниэла Ночеры создала искусственный лист, который обладает способностью расщеплять воду на водород и кислород. Лист размером с игральную карту состоит из кремния; катализатором для ускорения фотохимического процесса служит фосфат кобальта. Расход электричества при электролизе очень невелик. Если нанести катализатор на оборотную сторону обычной солнечной батареи и поместить плоский модуль в сосуд с водой, то дополнительный источник электричества для выделения водорода не нужен. В дальнейшем Ночера намерен создать такую автономную систему, при помощи которой энергию, необходимую в домохозяйстве, можно было бы получать самостоятельно из солнечного света и нескольких литров воды. Эта технология представляет интерес прежде всего для сельской местности, где еще не все дома подключены к федеральной системе электроснабжения. До коммерческого использования открытия Ночеры пока далеко, но то же самое можно было сказать и о первых фотогальванических установках.

Бременская стартап-компания Sunfire разработала метод производства синтетического топлива из углекислого газа и воды. При помощи электролиза воду расщепляют на кислород и водород. Водород вступает в реакцию с CO₂ и в несколько этапов преобразуется в бензин, дизель, керосин или метан. Углекислый газ поступает из воздуха через фильтр. При высокотемпературном паровом электролизе КПД процесса достигает 70 %. Эта часть использованной электроэнергии как тепловой эквивалент аккумулируется в топливе. Именно поэтому данный метод наиболее подходит для хранения избыточной ветровой и солнечной энергии. В 2010 г. была введена в строй первая опытная лабораторная установка, а уже к 2016 г. планируется ввести в строй первые допромышленные образцы. Особый интерес этот метод представляет для самолетостроения и грузового автомобильного транспорта, где из-за невысокой энергоемкости электробатарей невозможно использовать электромоторы[184].

Американский физик Фриман Дайсон, известный своим нестандартным мышлением, видит ключ к развитию сельских регионов во всем мире в сочетании солнечной энергии, фотосинтеза и Интернета: солнечная энергия дает необходимое электричество, фотосинтез поставляет энергию для транспорта, Интернет призван покончить с изоляцией деревенских общин, открыв им доступ к информации и рынкам[185].

Второе главное направление исследований в области фотосинтеза касается способности природных организмов преобразовывать солнечный свет и углекислый газ в углеродные соединения. Выращенные в биореакторах водоросли и бактерии способны впитывать углекислый газ и создавать из него вещества, из которых можно синтезировать биодизель и этанол. Один пример: «Перспективный метод, при помощи которого из углекислого газа… можно производить бутанол, разработали ученые Калифорнийского университета. Джеймс Льяо и его коллеги культивировали генно-модифицированный вариант бактерии ralstonia eutropha, насыщая воду углекислым газом. При подаче электричества из обычной солнечной батареи углекислый газ вступает в реакцию с водой, образуя муравьиную кислоту. Микробы поглощают муравьиную кислоту, преобразовывая ее в бутанол. Для синтеза биотоплива можно использовать алкоголь, имеющий относительно высокую энергетическую плотность. Правда, процесс еще недостаточно эффективен, но движется в нужном направлении, поскольку в будущем таким способом можно будет аккумулировать солнечное электричество в углеводородах»[186]. Подобные методы уже можно применять в промышленных масштабах. Лидируют в производстве топлива при помощи биологических организмов американские военные. И дело вовсе не в заботе о климате, скорее их интересует возможность достижения независимости от импорта нефти и сокращения длинных транспортных цепочек. Уже прошли первые пробные полеты на биокеросине[187].

Третье направление — оптимизация протекающего в растениях фотосинтеза с целью стимуляции их роста и повышения урожайности. Оптимизация природы означает в данном случае более эффективное использование солнечной энергии для производства питательных веществ, поскольку количество солнечной энергии, впитываемой растениями и преобразуемой в углеродные соединения, в значительной степени определяет скорость роста и размеры листьев, корней, плодов и семян. Как правило, зеленые растения используют от силы 3 % поступающего солнечного света. Скорость фотосинтеза зависит от вида растений. Например, у кукурузы, пшена, сахарного тростника, китайского камыша есть специальный клеточный аппарат для преобразования солнечного света в водород и создания сахаристых веществ при участии CO₂, благодаря чему в этих растениях фотосинтез протекает намного быстрее, чем, скажем, в рисе, у которого подобный механизм не развит, хотя и заложен генетически. Если при помощи целенаправленных генетических модификаций его удастся запустить, урожайность риса можно будет значительно повысить. Над этим работает филиппинский международный исследовательский консорциум, координируемый Международным институтом исследования риса (International Rice Research Institute, IRRI)[188]. Финансирует проект Фонд Билла и Мелинды Гейтсов. С немецкой стороны в этом объединении участвует Институт эволюционной и молекулярной биологии растений при Университете Дюссельдорфа. Развитие у риса механизма высокоэффективного фотосинтеза (фотосинтез-С4) не только повысит его урожайность примерно на 50 %, но и позволит существенно понизить потребление воды в процессе выращивания.

Нельзя забывать, что рис служит основой питания примерно половины населения Земли. В настоящее время 1 га рисового поля в Азии кормит около 27 человек. К 2050 г. риса с 1 га предположительно должно хватать на 43 человека. Потребность в земле и воде растет вместе с населением. Рис относится к злакам, требующим интенсивного орошения. Около 30 % всей пресной воды на Земле идет на выращивание риса[189]. Ожидаемые последствия изменения климата повлекут за собой дополнительную нагрузку на сельское хозяйство. Повышение урожайности и засухо- и жароустойчивости риса имеет важнейшее значение для продовольственной безопасности в Азии. Ответ на вопрос, какие методы и пути напрямую ведут к этой цели, должна дать практика. В своей книге «Фактор пять» Эрнст Ульрих фон Вайцзеккер рассказывает о новом сорте риса, который получил название «Закаленный» (Hardy) и, как утверждается, дает высокие урожаи даже в условиях засухи. Ученые из Института биоинформатики в Вирджинии встроили в рис ген кардаминопсиса, который отвечает за высокоэффективное использование воды, вследствие чего у растений активизировался процесс фотосинтеза и сократилась потребность в воде. В итоге новый сорт риса в засуху дал на 50 % больше урожая[190].

Рост биопроизводства при помощи фотосинтеза повышает и потенциал биомассы в качестве энергоносителя и сырья, дополнительный эффект — очищение атмосферы от CO₂. Шансы и риски, связанные с этими процессами, должны всесторонне обсудить политики, ученые, промышленники и представители гражданского общества.

CO₂: убийца климата как сырье

Двуокись углерода, химическое соединение углерода и кислорода, — это газ, который не горит, не имеет цвета и запаха. Он возникает в процессе клеточного дыхания живых существ и при брожении органической материи. В этом смысле углекислый газ является естественной составной частью воздуха. В атмосфере углекислый газ абсорбирует часть отражаемого Землей солнечного излучения и тем самым способствует созданию знаменитого парникового эффекта, который поднимает среднюю температуру на Земле с –18 до +15 °C, благодаря чему только и возможна органическая жизнь. Свою репутацию убийцы климата он приобрел лишь с момента начала сжигания угля и нефти в промышленных масштабах, в результате чего в атмосфере стало накапливаться дополнительное количество углекислого газа. Если в атмосфере повышается концентрация абсорбентов тепла, то парниковый эффект усиливается. Средняя температура поверхности Земли повышается. Природные явления, такие как циклические колебания солнечного излучения, могут усилить или ослабить этот эффект, тем не менее в долгосрочной перспективе он оказывает влияние на климат Земли. С начала индустриализации концентрация CO₂ в атмосфере повысилась с 280 до 380 ppm, с 1880 по 2010 г. средняя температура поверхности Земли выросла на 0,9 °C, причем скорость увеличения этого показателя растет. 2000–2009-е гг. стали с большим отрывом самым теплым десятилетием с начала измерений, на втором месте — 1990-е гг. Если тенденция продолжится, ситуация может выйти из-под контроля, поскольку глобальное потепление не линейный и не равномерный процесс. Если температура повысится на 2 °C, может начаться экспоненциальный рост. Ученые говорят о переломных моментах в процессе изменения климата. Сюда относится, например, высвобождение гигантских масс метана вследствие таяния вечномерзлых грунтов в Канаде и России или таяние льдов в Заполярье и на Гималаях. Тогда Земля начнет абсорбировать больше солнечного тепла. Кроме того, исчезновение ледяного покрова Гренландии или Антарктиды грозит повышением уровня моря на несколько метров[191].

Поэтому стабилизация климата подразумевает сокращение выбросов углекислого газа до объемов, которые в состоянии абсорбировать биосфера. Во избежание хаотизации климатических процессов наш экономический уклад должен стать углеродно нейтральным не позднее 2050 г. Самый перспективный путь — замена ископаемых источников энергии возобновляемыми: солнце, ветер и биоэнергия вместо угля и нефти. Поскольку сейчас уровень выбросов парниковых газов стремительно повышается, мы должны найти возможности уменьшить концентрацию CO₂ в атмосфере. Наиболее эффективным на этом пути будет повышение абсорбирующей способности природных поглотителей углерода, иными словами, необходимо высаживать леса и рекультивировать земли. В последние годы ведутся интенсивные работы в области вторичной переработки CO₂ и его использования в качестве сырья. Если таким способом удастся на стабильной основе вытягивать CO₂ из атмосферы или заменить ископаемые источники энергии углекислым газом, нагрузка на климат уменьшится. Это может послужить интересной альтернативой технологии геологического секвестра углерода (Carbon Capture and Storage, CCS): зачем с таким трудом загонять углекислый газ в подземные накопители, если его можно использовать как полезное вещество? Журнал Wirtschaftswoche поместил публикацию о нескольких проектах, в настоящий момент находящихся в разработке[192]. Это не пустые слова, особенно если принять во внимание «игроков». Министерство энергетики США с 2010 г. инвестировало более 100 млн долларов в исследование и разработку проектов по использованию CO₂. Министерство научных исследований ФРГ вложило 100 млн евро. Среди участников и такие химические и технологические компании, как Bayer, Evonik, Siemens и BASF, энергетические компании RWE и EnBW. Заведующая кафедрой устойчивого развития Лионского университета Алессандра Квадрелли считает, что на этом пути можно сократить выбросы парниковых газов до 10 %. Это серьезные цифры, которые, однако, говорят о том, что вторичная переработка CO₂ не альтернатива отказу от выбросов углерода. Утверждая, что вторичная переработка углекислого газа «может избавить нас от страха перед убийцей климата», авторы журнала безмерно преувеличивают. Отказ от выбросов важнее вторичной переработки. Использование CO₂ в качестве полезного вещества лишь дополнительная мера.

Углерод — краеугольный камень химической промышленности. Поэтому двуокись углерода представляет такой интерес в качестве сырья. Уже сегодня она в промышленных масштабах используется для синтеза основного химического сырья. Только на производство мочевины, необходимой для синтеза удобрений и искусственных смол, требуется 50 млн т[193]. Растворитель на основе CO₂ используется также при удалении кофеина из кофе. Более широкому применению пока мешает высокий расход энергии: в двуокиси углерода мало энергии, он неохотно вступает в химические реакции. Их можно проводить лишь при высоких температурах и под высоким давлением. Поэтому важно разрабатывать биохимические катализаторы и процессы, которые ускорят реакцию двуокиси углерода с другими веществами, что позволит понизить энергопотребление и затраты. Углекислый газ может служить исходным веществом для производства извести, соды, строительных материалов, широко распространенных химикатов, лекарственных препаратов, искусственных покрытий, пенопласта и упаковок, пригодных для компоста. При этом углекислый газ заменяет нефть и газ. Некоторые методы уже нашли широкое промышленное применение. Ученые Фрайбургского центра изучения материалов разработали метод, позволяющий при помощи синтеза водорода и двуокиси углерода получать чистый метан. Используя специальные катализаторы, можно повысить реактивность CO₂ и сократить энергопотребление. 10 % сегодняшнего объема выбросов углекислого газа в ФРГ могут удовлетворить годовую потребность страны в топливе[194].

Еще одна возможность — использование углекислого газа в качестве удобрений в теплицах. CO₂ необходим для роста растений: при помощи солнечного света и воды растения синтезируют из него молекулы сахара, являющиеся энергоносителями и стройматериалом. В плотно «населенных» теплицах концентрация CO₂ в воздухе часто бывает недостаточной. Его дополнительное количество ускорит рост растений, при условии что в их распоряжении будет достаточно света.

Интерес также вызывает возможность использования углекислого газа в качестве питательного вещества при выращивании водорослей. Таким образом можно получить до 100 т сухой субстанции на 1 га в год. При этом поглощается до 200 т CO₂ — почти в 20 раз больше, чем, например, при выращивании на той же площади рапса. Иными словами, водоросли — эффективные «переработчики» CO₂. Сегодня они уже используются как богатая протеином добавка к кормам, основное сырье в химической и фармацевтической отраслях, а также при производстве биотоплива. Компания по производству оборудования GEA разрабатывает метод, при котором CO₂ можно будет использовать в качестве исходного материала производственной цепочки. Сначала с помощью углекислого газа выращивают крупные партии водорослей. Дрожжевые клетки преобразуют содержащийся в субстрате водорослей сахар в алкоголь, затем алкоголь отделяют и перерабатывают в биотопливо. В дальнейшем дрожжевые клетки, как и водорослевая масса, могут быть использованы в качестве кормов или удобрений. По сути это практически безотходный производственный цикл. В настоящее время идет эксперимент в Испании, в ходе которого утилизуют выбросы CO₂ одного цементного завода. Окажется ли этот метод экономически рентабельным, зависит, во-первых, от стоимости конечного продукта и, во-вторых, от платы за выбросы CO₂. Чем она будет выше, тем выгоднее будут инвестиции во вторичную переработку углерода[195].

Как это часто бывает, на этом пути нас тоже подстерегает опасность, что новая, многообещающая технология будет использована для того, чтобы прикрыть старую, экологически вредную промышленность зеленым фиговым листком. Если энергетические концерны вроде RWE или Vattenfall устанавливают на угольных ТЭС экспериментальные хранилища, используя лишь мизерную часть выбросов углекислого газа для выращивания водорослей, это еще не есть экологическое преобразование угля в электричество. Вторичная переработка CO₂ может стать выходом для промышленных предприятий, которые пока еще нуждаются в ископаемых источниках энергии. В сочетании с ТЭС, работающими на биомассе, и биогазовыми установками вторичная переработка CO₂ способна даже несколько понизить уровень выбросов углекислого газа, но никак не может служить санкцией на строительство угольных ТЭС.

6. Будущее сельского хозяйства

Если вы ознакомитесь со стилистикой экспертизы Совета по биоэкономике, у вас исчезнут всякие романтические представления о крестьянском сельском хозяйстве и его единении с природой. Несмотря на упоминание многообразия мировых сельскохозяйственных структур и методов, сельское хозяйство последовательно трактуется здесь как агропромышленность, развивающаяся на строго научной основе. Речь идет о поставках максимального количества «биомассы», получаемой благодаря максимально эффективному хозяйствованию в области земледелия, растение- и животноводства и рассматриваемой исключительно как ресурс. Биологический мир считается просто-напросто средством для достижения цели: материя должна приносить максимальную пользу в сфере производства продовольствия, промышленности и энергоснабжения. Самоценность этого мира больше не имеет значения. Правда, в экспертизе вполне разумно говорится о большом потенциале экологического сельского хозяйства, в частности скотоводства, учитывающего особенности животных, но сути дела это не меняет: растения и животные — биомашины, производительность которых по всем правилам современной биотехнологии нужно повысить до предела. Все нацелено на высокие показатели: урожайность почв, растений, надои молока, мясопроизводство.

При современном аграрном хозяйствовании все выглядит логично, поскольку, по всем прогнозам, потребность в любого рода аграрной продукции будет только расти. А земли мало. Если разделить освоенные сельскохозяйственные площади на количество людей в мире, то в 1970 г. на пропитание одного человека приходилось 3800 м2 земли. К 2005 г. эта цифра понизилась до 2500 м2. А к 2050 г. она составит примерно 1800 м2[196]. Кажется, что решение тут может быть только одно: сельское хозяйство должно стать более продуктивным и неуклонно повышать урожайность. Логика, однако, не столь безупречна, какой кажется на первый взгляд. В мире производится достаточно продуктов питания, чтобы в будущем прокормить хоть 9 млрд человек. Сегодня на человека в день приходится примерно 4600 ккал. Однако около трети продуктов питания (а по некоторым оценкам, до половины) теряется в пути от поля до потребителя — продукты гниют на полях, портятся при транспортировке, выбрасываются на помойку. Примерно 800 ккал идут на корма. Какие последствия высокое потребление мяса имеет для снабжения мирового населения продуктами питания, можно увидеть на примере США. В силу высокой потребности в кормах 5 % населения Земли потребляет почти треть мирового урожая кукурузы и пятую часть урожая сои. Прибавьте сюда еще использование злаков при производстве биобензина. В итоге 80 % урожая кукурузы уходят в США на корма и производство агротоплива. И всего 11 % используется непосредственно как продукт питания[197]. В Германии только 28 % сельскохозяйственных площадей служат для производства продовольственных продуктов, 12 % используется для производства биоэнергии. Зато под корма отведено 57 %. Остальное попадает в графу «Прочее». Таким образом, сокращение потерь урожая и изменение наших пищевых привычек могут существенно улучшить продовольственную ситуацию в мире.

Из этого, однако, не следует, что положение в сельском хозяйстве не поддается улучшению. Во-первых, метод интенсивного сельского хозяйства, господствующий сегодня в США и Европе, не имеет будущего, во-вторых, мелкие крестьянские хозяйства в развивающихся странах не в силах удовлетворить растущие потребности растущего населения. Человек, который выбился из жестокой нищеты к скромному благосостоянию, не захочет довольствоваться миской риса или горсткой пшена. Питание становится более сытным и разнообразным, в рационе появляются мясо и рыба. Одновременно растет спрос на разного рода аграрное сырье: хлопок, растительные масла, крахмал, растительные волокна, древесину и т. д. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, к 2050 г. производство продовольственных продуктов вырастет на 70 %. В цифрах позволительно усомниться, но все-таки, если хотя бы сократить потери урожая и выбрасывать меньше продуктов, эффективность сельского хозяйства повысится. Сегодня споры идут о методах достижения данной цели. И здесь тоже главный вопрос не в том, увеличится ли аграрная продукция, а о том, каким способом мы собираемся ее увеличивать.

В зеленом движении у аграрной индустрии плохая репутация. Она потребляет много энергии, загрязняет грунтовые воды, выщелачивает почву, способствует эрозии, превращает животных в производственные машины, сокращает многообразие видов и превращает природные ландшафты в бескрайние пустыни. Все это верно. И тем не менее эволюцию современного сельского хозяйства нельзя считать беспрерывным грехопадением. Реальность сложнее. Первая великая научно-техническая революция в сельском хозяйстве покоилась на четырех китах: удобрение почвы промышленным азотом, химическая защита растений, разведение растений и животных более высокой продуктивности и внедрение современного сельскохозяйственного оборудования. Лишь наука и техника в сочетании с практическим сельским хозяйством позволили добиться невероятного повышения урожайности, необходимого для пропитания резко увеличившегося населения Земли. Если бы при производительности уровня 1961 г. нужно было насытить продовольственный рынок количеством продуктов питания, произведенным в 1998 г., понадобилось бы 82 % площади земного шара (в реальности эта цифра составила 38 %)[198]. Стремительный рост производительности сопровождался заметной концентрацией хозяйств: их количество становилось все меньше, а сами они все крупнее и производительнее. В Германии в 1949–2010 гг. количество хозяйств сократилось с 1,65 млн до 300 000, число занятых в сельском хозяйстве — с 4,8 млн до 648 000. Одновременно число человек, которых кормит один фермер, выросло с 10 до 132[199].

Однако вместе с увеличением урожайности земледелия и производительности скотоводства невероятно повысилось и потребление ресурсов и энергии: больше затрат = больше продукции. На таком уравнении будущего не построить. Сельское хозяйство тоже нуждается в революции эффективности. Его превращение в промышленную отрасль стало возможным благодаря дешевой доступной нефти, необходимой для производства удобрений и эксплуатации увеличивающегося парка машин. Фосфорные и азотные удобрения, дизель только дорожают, а растущее энергопотребление повлекло за собой и повышение уровня выбросов CO₂ в сельском хозяйстве. Если к выбросам углекислого газа, метана, оксида азота в сельском хозяйстве и смежных промышленных отраслях приплюсовать эффект от увеличения сельскохозяйственных площадей за счет утраты лесов и водно-болотных угодий, то на балансе аграрного сектора останется почти треть мировых выбросов парниковых газов[200]. Большая часть производства (и связанного с этим потребления энергии) перешла в смежные отрасли: производство удобрений и семенного материала, защита растений, сельскохозяйственное оборудование. Сюда же стоит прибавить гигантскую мировую транспортную сеть, обеспечивающую перевозку кормов, сырья и готовых продуктов. Низкие тарифы на грузоперевозки удлинили путь от поля и места переработки к потребителю. Только за 5 лет, в 1995–2000 гг., перевозки кормов и продовольственных продуктов выросли в Германии на 30 %. Печальную известность приобрел пример с креветками, которых для очистки возят на грузовиках с берегов Северного моря в Марокко, — это 2500 км туда и столько же обратно. К подобному абсурду приводит ситуация, когда оплата труда значительно ниже транспортных расходов. Более 95 % продуктов, которыми покупатели сегодня наполняют свои корзины в супермаркетах, проделали путь не менее 100 км, а многие объехали половину земного шара[201].

Сельское хозяйство является крупнейшим мировым потребителем пресной воды — ему необходимо до 70 % мировых запасов. Это крайне негативно влияет на стабильность климата, изменения которого во многих регионах мира связаны с повышением температуры и засухами. Сельскохозяйственные монокультуры выщелачивают почвы и способствуют эрозии. У них слабее иммунитет против вредителей, а потому они нуждаются в большом количестве химических средств защиты. Жара, засухи особенно негативно сказываются в регионах, где на бесконечных пространствах растет кукуруза, соя, хлопок и ничего больше. Помимо этого вследствие сосредоточения на высокоурожайных сортах сильно пострадало разнообразие культурных растений. В Индии число сортов риса с 50 000 в 1960-х гг. сократилось до 50 в конце 1990-х. Правда, индустриализированное сельское хозяйство существенно повысило урожаи, но цена оказалась слишком высока: примерно 2 млрд га почвы подверглись деградации, а это почти 40 % мировых сельскохозяйственных площадей. Индустриализированное сельское хозяйство рубит сук, на котором сидит. Список грехов можно продолжить. Потребность в переменах очевидна. Однако направления, в которых движется мировое сельское хозяйство, дифференцируются.

Экологическое земледелие

Альтернативой традиционному сельскому хозяйству, потребляющему много энергии и воды, является экологическое земледелие, сочетающее старинные и современные методы, опытное знание и научные открытия. Такое теоретически-практическое направление рассматривает природу как живую систему, а не просто «ресурс», из которого надо выжать максимальное количество продукции. Его методы, ориентированные на замкнутые циклы хозяйствования, имеют целью повышение плодородия почв и использование принципов биологической синергии. К ним относятся: отказ от таких химически синтезированных продуктов, как фунгициды, гербициды, искусственные удобрения и антибиотики; использование в качестве удобрений животных и растительных отходов, а также природных минералов; возврат к севообороту для регенерации почв; промежуточное выращивание зеленых удобрений, которые разрыхляют почву и одновременно обогащают ее питательными веществами; биологическая защита растений (борьба с вредителями при помощи микроорганизмов и растительных и минеральных веществ); бережная обработка почв, не уплотняющая пахотные земли и сохраняющая органическую жизнь в грунте; объединение земледелия и скотоводства по принципу замкнутого цикла (с полей идет корм для скота, животные поставляют удобрения для полей); сочетание земледелия и лесоводства (агролесоводство): деревья улучшают микроклимат и дают тень, защищают от эрозии, задерживают в почве воду и удобряют землю листвой.

Экологическое (или биологическое) сельское хозяйство хочет работать в тесной взаимосвязи с природой. Химические средства защиты растений, минеральные удобрения, зеленая генная инженерия для него табу. Скотоводство — экстенсивно, приобретение дополнительных кормов — регламентировано, животные должны содержаться в соответствии со своими видовыми особенностями, причем необходимо учитывать их потребность в движении. По сравнению с массовым содержанием животных в промышленных масштабах и обычными формами земледелия, широко использующими удобрения и пестициды, биологическое сельское хозяйство более благоприятно для климата. Берлинский Институт изучения экологических методов хозяйствования пришел к выводу, что распространение биологической агрокультуры может сократить общемировые выбросы парниковых газов на 15–20 %[202]. В то время как для зеленой генной инженерии на первом плане стоит оптимизация свойств растений, экологическое земледелие видит свою задачу в улучшении почвы. Целенаправленно обогащая органический состав почвы, можно аккумулировать больше углерода — заманчивая перспектива в плане сокращения концентрации CO₂ в атмосфере. Многие методы экологического сельского хозяйства пригодны и для успешного применения в традиционном земледелии, например, люпин, люцерну, определенные сорта клевера можно использовать в качестве промежуточных удобрений, которые обогащают почву азотом и оказывают положительное воздействие на почвенную среду. Люпин применяется при производстве продуктов питания и кормов, его семена перерабатываются в растительное молоко и тофу. В нем есть все важные аминокислоты и нет холестерина. Из богатых белком семян сладкого люпина можно изготовлять безглютеновую муку с высоким содержанием балластных веществ. И в области защиты растений существуют биологические альтернативы пестицидам. Метод привлечения и отпугивания (pushandpull) используется для защиты от вредителей. К примеру, десмодиум отгоняет вредителей от кукурузных полей, а слоновая трава, высаженная по краю поля или между грядками, выделяет клейкое вещество, привлекающее моль, личинки которой прилипают к листьям и гибнут.

По данным Института изучения биологического земледелия (Forschungsinstitut für biologischen Landbau, FiBL), в 2010 г. на мировом рынке было представлено биологических продуктов питания на сумму 59,1 млрд долларов (49 млрд евро), из них на 28 млрд долларов — в Европе. Крупнейшие биорынки — США (20,2 млрд долларов) и Германия (почти 6 млрд долларов)[203]. А ведь многие достижения «полифункционального» биологического сельского хозяйства нельзя выразить лишь в денежном эквиваленте, особенно их вклад в дело сохранения многообразия видов и крестьянских культурных ландшафтов.

Даже если спрос на биологическое земледелие сегодня растет, в глобальном масштабе оно сохраняет маргинальные позиции. В 2008 г. силами 1,4 млн человек в мире было возделано 35,1 млн га земли по экологическим принципам. Примерно две трети этой площади заняли пастбища. Доля биологического сельского хозяйства в мире при учете всех сельскохозяйственных земель (пастбищных и пахотных) составляет 0,3 %. Правда, миллионы крестьян в развивающихся странах ведут натуральное сельское хозяйство не ради соблюдения биоэтикета. Самый перспективный путь преодоления нищеты и голода — поддержать их в стремлении повысить урожаи методами биологического земледелия. В Германии доля биологического сельского хозяйства примерно 6 %, в Австрии — почти 16 %. И прослеживается тенденция на повышение, так как экологические аграрные продукты находят растущий спрос у городских средних слоев.

Главный аргумент противников биологического земледелия и сторонников индустриализированного сельского хозяйства — его невысокая урожайность. По последним данным, опубликованным учеными голландского Университета Вагенингена, которые сравнили биологические и традиционные методы земледелия по 362 критериям, при следовании традиционным методам урожайность выше в среднем на 20 % на 1 га. Основной причиной этого, помимо ограниченного использования средств защиты растений, стал отказ от минеральных удобрений[204]. Учитывая повышенные потребности биологического сельского хозяйства в площадях, в его преимуществах с точки зрения экологии вроде бы можно усомниться. К сходным выводам пришли и американские ученые, результаты их исследования были опубликованы в начале 2012 г. в научном журнале Nature[205]. В статье утверждается, что разница заметна прежде всего при возделывании зерновых культур, урожаи же овощей, фруктов и бобовых в биологическом и индустриализированном сельском хозяйстве примерно одинаковы. К таким обобщениям лучше относиться с осторожностью, так как урожайность может варьироваться в зависимости от сорта продукта, свойств почвы, климата, технологии орошения и т. д. Исследование 2007 г., в котором сравнивалось большое количество конкретных показателей, рассмотрев данные из разных регионов, пришло к более утешительному выводу: при сопоставлении традиционного сельского хозяйства, использующего большое количество химикатов, с биологическим оказалось, что в промышленных странах урожайность биоземледелия ниже на 9 %. Однако в странах Юга показатели урожайности при экологических методах земледелия на 74 % выше[206].

Многое говорит о том, что биологическое земледелие выгодно мелким крестьянским хозяйствам в Африке, Азии и Латинской Америке: оно менее затратно, предлагает разнообразие продуктов на небольших площадях и позволяет организовать замкнутые циклы, возвращающие органические вещества в почву. Сочетая традиционный опыт и результаты современных научных исследований, можно существенно повысить производительность натурального сельского хозяйства. До сих пор в большинстве стран мелким крестьянским хозяйствам не уделяется должного внимания, в то время как крупные фермы, часто работающие на экспорт, получают дотации. Земельные реформы, повышение образования, консультирование, более эффективные оросительные системы, складские инфраструктуры, доступ к рынкам могут значительно повысить производительность мелких крестьянских хозяйств. Пока для повышения продуктивности исчерпаны далеко не все возможности обработки почв, отбора сортов, защиты растений, удобрения земли, а также выращивания более урожайных и стойких растений. С учетом того, что в мире недоедает и хронически голодает почти 1 млрд человек, население растет и требования к питанию повышаются, ФАО и Международный фонд сельскохозяйственного развития (МФСР) полагают, что к 2030 г. в развивающихся странах производство продуктов питания должно вырасти на треть (!). Главное внимание должно быть уделено уменьшению потерь: во многих развивающихся странах по причине нехватки складов, транспортных средств и возможностей переработки теряется до трети урожая.

Споры вокруг зеленой генной инженерии

Зеленая генная инженерия делит людей на два лагеря. Подавляющее большинство населения Германии традиционно не приветствует генно-модифицированные продукты. Ему противостоит незначительная группа их сторонников, которые неустанно твердят о том, что в области генной инженерии страна может отстать от мирового развития. Прилагательное «зеленый» обозначает здесь применение методов современной генетики именно в растениеводстве. Встраивание специальных генов в геном растений должно повышать их сопротивляемость, засухоустойчивость и повышать урожайность. До сих пор, однако, мы слышали только обещания зеленой генной инженерии внести достойный вклад в продовольственную безопасность в условиях изменения климата, убедительных результатов пока нет. Создание при помощи генной инженерии устойчивых растений, которые можно было бы выращивать на сухой или засоленной почве, тоже пока находится на экспериментальной стадии. Компания Monsanto объявила, что в 2012 г. она засеет 250 опытных полей в США засухоустойчивым сортом кукурузы (Mon 87 460). К тому же зеленая генная инженерия конкурирует с альтернативным методом «умной селекции» (smart breeding), которая также стремится к созданию более урожайных и устойчивых сортов. Так, компания Pioneer вывела кукурузу, которая под воздействием жары должна давать на 7 % больше урожая[207]. А Институту риса IRRI удалось вывести сорт, который способен несколько недель выживать в условиях наводнения.

Если растениеводство, опирающееся на селекцию и скрещивание, форсирует естественные процессы мутации и генетических рекомбинаций с целью выведения новых сортов, зеленая генная инженерия до сих пор занималась встраиванием чужеродных генов. При этом видовые трансформации граничат с пределом допустимого. Многим в смешении различных видов видится надругательство над природой. Уже тысячелетиями мифологию — коллективное бессознательное человечества — населяют отвратительные, наводящие ужас или сострадание химеры и монстры. Нельзя также сбрасывать со счетов легко объяснимую подозрительность и по отношению к генетическому редукционизму, который проводит прямую связь между генетической предрасположенностью и определенными качествами. Даже дилетанту понятно, что признаки и свойства организмов — «это не простой перевод генетической информации в протеины, анатомические структуры и характеристики», как пишет научный журналист Бернхард Кегель, ссылаясь на биологов Скотта Джилберта и Дэвида Ипела: «Фенотип — это не просто разматывание генотипа»[208]. Фрагменты ДНК находятся в сложных взаимоотношениях с другой наследственной информацией; кроме того, раскрытие генетических признаков в конкретных свойствах очень сильно зависит от влияния среды. Пока неясно, какие непредвиденные изменения в обмене веществ может вызвать встраивание чужих генов, к тому же существующие методы трансплантации генов пока далеки от совершенства: у первых поколений трансгенных растений гены вводили в геном, точно не зная, с каким отрезком ДНК они состыкуются[209]. При этом повышается риск нежелательных побочных последствий, например сопротивляемости к антибиотикам или появление аллергии.

Но генная инженерия не стояла на месте. При помощи синтетических аминокислот теперь можно оказывать воздействие на любой фрагмент генома. При помощи так называемых генетических ножниц (нуклеазов) можно встраивать или удалять из ДНК отдельные базовые пары, активировать или замораживать гены. «Добавление, вырезание, изменение, редактирование генетического текста превращается тем самым чуть ли не в детскую игру»[210]. То, что нам видится научной фантастикой, уже практикуют во многих лабораториях по всему миру. Развитие стремительно. Новые технологии открывают возможность не просто встраивать чужие гены — носители определенных качеств, а изнутри целенаправленно менять наследственную информацию. Методом TALEN (Transcriptional Activator Like Effector Nucleases, Эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции) можно выводить организмы, ДНК которых не отличается от растений, возникших в результате скрещивания или мутации. Пищевые продукты, произведенные из такого материала, нельзя назвать трансгенными. Первые опытные растения, на которых были применены неинвазивные методы, уже подрастают в теплицах компаний, заготавливающих семенной материал. Для разрешительных органов эта terra incognita ставит вопрос: должны ли цисгенные растения, возникшие в результате точечных генных модификаций, соответствовать тем же нормам, что и трансгенные организмы? Так что дебатам вокруг генной инженерии предстоит новый этап.

Пока зеленая генная инженерия сосредоточена на четырех видах аграрных растений: доля генетически модифицированной сои в мире составляет сегодня 77 %, хлопка — 49 %, кукурузы — 26 %, рапса — 21 %. В Северной Америке к этому нужно добавить генно-модифицированную сахарную свеклу (95 %)[211]. Речь при этом идет прежде всего о двух модифицированных свойствах: устойчивости к гербицидам и насекомым. Иммунизация сои, кукурузы и хлопка против гербицидов вызывает споры. Она предлагает использование гербицидов сплошного действия, которые убивают все остальные растения и отравляют животных. Именно в этом заключается стратегия гиганта Monsanto, который продает трансгенный семенной материал в одном пакете с супергербицидом глифосатом (Roundup). Сторонники этого метода утверждают, что выращивание гербицидно устойчивых растений в США и Бразилии привело к более широкому применению бесплугового метода. Тем самым уменьшается эрозия почвы, потребление топлива и выбросы парниковых газов. Вопрос о том, приводит ли выращивание трансгенных сельскохозяйственных растений к устойчивому повышению урожаев при редуцированном применении пестицидов, остается открытым. Результаты разнятся в зависимости от методов земледелия, климата и других условий окружающей среды.

К негативным явлениям, сопутствующим зеленой генной инженерии, относится тот факт, что, сосредоточившись на нескольких массовых продуктах, она содействует распространению монокультур. Устойчивое же сельское хозяйство придерживается принципа разнообразия сортов и методов земледелия, соответствующих тем или иным почвенным и климатическим условиям. Поскольку климат в различных регионах изменяется по-разному, глобальная стандартизация семенного материала и земледельческих методов контрпродуктивна. Куда перспективнее региональная дифференциация[212]. В силу затратности исследований и экспериментальной стадии на рынке генно-модифицированного семенного материала доминируют крупные концерны. Они концентрируются на нескольких линиях продуктов, которые затем продаются по всему миру. Поэтому главный аргумент критиков состоит в том, что зеленая генная инженерия сокращает разнообразие сортов. Протесты вызывает и предпринимательская стратегия этих компаний. Особенно плохая репутация у лидера рынка, концерна Monsanto, который жестко отстаивает свои патентные права и в спорных случаях применяет по отношению к фермерам грубое насилие, обвиняя их в нарушении договоров. Лицензионные договоры и маркетинг гибридных сортов обеспечивают беспрерывный сбыт семян и препятствуют традиционной крестьянской практике использования части урожая в качестве посевного материала. Тем самым создается структурная зависимость, которая может просто-напросто погубить мелкого крестьянина. В октябре 2012 г. индийское правительство объявило десятилетний мораторий на использование генно-модифицированного семенного материала с целью защитить мелкие крестьянские хозяйства от сверхзадолженности. Поводом для этого послужило наблюдение, что выращивание генно-модифицированных растений способствует концентрации сельского хозяйства; устрашающее число самоубийств среди разорившихся крестьян также нередко связывают с предпринимательской моделью индустрии генной инженерии.

В Европе сопротивление активистов-экологов и потребителей, пытающихся остановить зеленую генную инженерию, до сих пор было успешным. В других регионах отношение к ней, напротив, куда более благосклонно. Поэтому компании BASF и Bayer не закрыли свои отделы генной инженерии, а перенесли их в Америку и Азию. В 2010 г. примерно 15 млн фермеров (из них 90 % в развивающихся и пороговых странах) посеяли генно-модифицированные семена на 148 млн га — это приблизительно 10,7 % общемировых пахотных площадей. В Аргентине эта доля составила целых 72 % (соя, кукуруза и хлопок), в Бразилии — 42 %, в США — 39 %. А вот в Китае, напротив, трансгенные растения заняли всего 3 % пахотных земель, при этом продуктивность китайского сельского хозяйства выше среднестатистической. В Китае 1 га аграрной земли кормит около 10 человек, что в два раза больше, чем в среднем по миру. Секрет успеха в интенсивном орошении, труде и активном использовании удобрений. Уже один этот пример доказывает, что высокопроизводительное сельское хозяйство возможно и без генно-модифицированных организмов.

Но и сама генная инженерия в современной агрикультуре все больше пользуется научно-промышленными методами. Так, лабораторные опыты по «умной селекции» уже не имеют почти ничего общего с традиционными методами выведения новых сортов. Изменение генома методом воспроизведения и естественной мутации ускоряется и регулируется технологическими средствами. Результатом мутаций, вызванных радиоактивным облучением генома, стали многочисленные сорта. Этот метод был широко распространен в 1970-е гг. Сегодня генетические маркеры анализируют геном растений и вычисляют оптимальные варианты скрещивания. Также выводят новые сорта и изменяют генетические свойства, правда, с той разницей, что в ДНК новых организмов не вводят чужеродные гены. Чтобы желаемые свойства можно было привить растению путем скрещивания, они должны наличествовать в геноме другого организма[213].

Современное сельское хозяйство — гигантская, глобальная промышленная отрасль. Оборот производства только семенного материала в 2009 г. составил 36,5 млрд долларов, оборот производства средств защиты растений — 40,5 млрд, удобрений — 85 млрд. Во всех этих трех сегментах ведутся интенсивные исследования. Так, оба немецких гиганта в области защиты растений — Bayer и BASF — ежегодно инвестируют в научные исследования и опытно-конструкторские разработки по 1 млрд евро. В 2009 г. в мире на продукты питания было потрачено примерно 4000 млрд долларов. Спрос в ближайшие десятилетия будет стремительно расти. Поскольку сельскохозяйственные площади нельзя увеличить по желанию, приходится добиваться максимальной продуктивности каждого гектара земли и каждой скотины. По крайней мере до тех пор, пока производство растительных продуктов питания не превысит производство кормов. Современное, научное растение- и животноводство — лишь эвфемизм для широкого применения разнообразных биотехнологических методов. Стремительный прогресс в сфере расшифровки и рекомбинации геномов предлагает для этого все новые возможности.

Сначала харч?

Сначала харч, а нравственность — потом.

Бертольт Брехт. Трехгрошовая опера

Как далеко зайдет интенсификация сельского хозяйства, не в последнюю очередь зависит от пищевых привычек растущего мирового населения. Чем выше потребление мяса, тем больше нагрузки на сельскохозяйственные земли. В настоящее время уже 50 % мировой растительной продукции используется для производства мясных и молочных продуктов. По всей видимости, эта цифра будет расти. По прогнозам ФАО 2009 г., спрос на продовольственные продукты животного происхождения к 2050 г. повысится на 70 %, т. е. более чем вдвое по сравнению с ростом населения. Причина ясна как день: с растущими доходами растет и потребление мяса, рыбы, молочных продуктов, по крайней мере до определенной степени насыщения. Поскольку в целом экологическое сознание растет вместе с уровнем благосостояния, чрезмерное потребление мяса в образованных классах высокоразвитых стран становится признаком дурного тона, во всяком случае в верхних его слоях. Если потребление мяса на душу населения в Германии с 1991 по 2008 г. понизилось с 97,4 до 88,5 кг в год, то в пороговых странах оно резко выросло. Китай, Индия, Бразилия здесь также лидируют. В 2005 г. в этих странах было произведено две трети всех мясных продуктов (за вычетом индустриальных стран). С 1980 по 2002 г. потребление мяса на душу населения в развивающихся странах удвоилось с 14 до 28 кг в год[214]. Соответственно, растет потребность в кормах. Увеличения объемов добиваются за счет сокращения производства основных продуктов питания, понижая тем самым калорийность питания беднейших слоев населения Земли.

Из-за того, что на корм скоту идут злаки, которые могли бы служить продуктами питания для людей, теряется объем калорийности, соответствующий потребности 3,5 млрд человек в год. В Германии для производства 1 ккал мяса требуется в среднем 7 растительных ккал (для говядины в зависимости от производственных условий — от 6 до 20, для птицы — 3–4). Иными словами, чтобы накрыть мясной стол, требуется возделать намного больше сельхозугодий, чем для того, чтобы накормить вегетарианцев. Вместе с производством мяса в сельском хозяйстве растут потребление воды и энергии, а также выбросы парниковых газов. Поскольку бо́льшая часть пастбищ загружена до предела, для выпаса скота вырубаются леса. Параллельно повышают продуктивность племенного скота: так как число сельскохозяйственных животных из-за ограниченных площадей нельзя увеличивать до бесконечности, каждое из них обязано давать как можно больше молока и мяса. Поэтому превращение живого существа в четвероногую биомашину есть лишь следствие требования все большей продуктивности.