† в зависимости от способа производства
Для создания этанола вся биомасса должна пройти некоторые из этих этапов: ее нужно вырастить, собрать, высушить, сброжить и сжечь. Все эти этапы требуют ресурсов и инфраструктуры. Соотношение энергии, высвобождаемой при сжигании полученного этанольного топлива , к энергии, используемой в процессе, известно как энергетический баланс этанольного топлива (иногда называемый « чистым приростом энергии ») и изучается как часть более широкой области энергетической экономики . Цифры, собранные в статье журнала National Geographic Magazine за 2007 год [1], указывают на скромные результаты для этанола из кукурузы, произведенного в США: 1 единица потребляемой энергии равна 1,3 энергетических единиц энергии этанола из кукурузы. Энергетический баланс для этанола из сахарного тростника, произведенного в Бразилии, гораздо более благоприятен, 1 к 8. Однако за прошедшие годы было подготовлено много отчетов с противоречивыми оценками энергетического баланса. Исследование Калифорнийского университета в Беркли 2006 года, проанализировав шесть отдельных исследований, пришло к выводу, что производство этанола из кукурузы использует незначительно меньше нефти, чем производство бензина. [2]
В 1995 году Министерство сельского хозяйства США опубликовало отчет, в котором говорилось, что чистый энергетический баланс кукурузного этанола в Соединенных Штатах в среднем составлял 1,24. Ранее считалось, что чистый энергетический баланс отрицательный. Однако из-за увеличения урожайности кукурузы и более эффективных методов ведения сельского хозяйства кукурузный этанол приобрел энергетическую эффективность . [3]
Кен Кассман, профессор агрономии в Университете Небраски-Линкольна , сказал в 2008 году, что этанол имеет существенный чистый положительный прямой энергетический баланс: из этанола извлекается на 1,5–1,6 единиц энергии больше, чем используется для его производства. Сравнивая 2008 и 2003 годы, Алан Тиманн из Сьюарда, член Совета по кукурузе Небраски, сказал, что заводы по производству этанола производят на 15 процентов больше этанола из бушеля кукурузы и потребляют примерно на 20 процентов меньше энергии в этом процессе. В то же время производители кукурузы более эффективны, производя больше кукурузы с акра и тратя на это меньше энергии. [4]
Противники производства кукурузного этанола в США часто цитируют статью 2005 года [5] Дэвида Пиментела , энтомолога на пенсии, и Тадеуша Пацека , инженера-геолога из Калифорнийского университета в Беркли. Оба были исключительно критичны по отношению к этанолу и другим видам биотоплива. Их исследования утверждают, что этанол и биотопливо в целом являются «энергонегативными», то есть для их производства требуется больше энергии, чем содержится в конечном продукте.
Статья 2006 года [6] в журнале Science предлагает единое мнение о том, что современные технологии производства кукурузного этанола имеют схожие выбросы парниковых газов с бензином, но гораздо менее нефтеемкие, чем бензин. Ископаемое топливо также требует значительных энергетических затрат, которые редко учитывались в прошлом. [ необходима цитата ]
Этанол — не единственный продукт, создаваемый в процессе производства. Побочные продукты также содержат энергию. Кукуруза обычно на 66% состоит из крахмала, а оставшиеся 33% не ферментируются. Этот неферментированный компонент называется бардой, в которой много жиров и белков, и которая является хорошей добавкой к корму для животных. [7]
В 2000 году доктор Майкл Ванг из Аргоннской национальной лаборатории написал, что эти побочные продукты этанола являются наиболее спорным вопросом при оценке энергетического баланса этанола. Он написал, что Пиментель предполагает, что кукурузный этанол полностью заменяет бензин, и поэтому количество побочных продуктов слишком велико для того, чтобы рынок мог их поглотить, и они становятся отходами. При меньших объемах производства Ванг считает целесообразным кредитовать кукурузный этанол на основе потребности в энергии на входе кормового продукта или товара, который замещает побочный продукт этанола. [8] В 2004 году отчет Министерства сельского хозяйства США показал, что учет побочных продуктов привел к разнице между энергетическими коэффициентами 1,06 и 1,67. [9] [10] В 2006 году исследователь Массачусетского технологического института Тиффани Гроод пришла к аналогичным выводам относительно проблемы побочных продуктов. [11]
В Бразилии, где используется сахарный тростник, урожайность выше, а преобразование в этанол более энергоэффективно, чем кукуруза. Недавние разработки в области производства целлюлозного этанола могут еще больше повысить урожайность. [12]
В 2006 году исследование, проведенное в Университете Миннесоты, показало, что этанол из кукурузного зерна производил 1,25 единицы энергии на единицу затраченного количества. [13]
Исследование, проведенное в 2008 году Университетом Небраски, показало, что энергетический баланс этанола, полученного специально из проса, составляет 5,4 . [14] [15] Эта оценка лучше, чем в предыдущих исследованиях, и, по мнению авторов, отчасти объясняется большим размером полевого испытания (3–9 га ) на 10 фермах.
Согласно DoE [16] , для оценки чистой энергии этанола необходимо учитывать четыре переменные:
Большая часть текущих академических дискуссий относительно этанола в настоящее время вращается вокруг вопросов границ системы. Это относится к тому, насколько полная картина рисуется для энергетических затрат. Ведутся дебаты о том, следует ли включать такие пункты, как энергия, необходимая для питания людей, ухаживающих за кукурузой и обрабатывающих ее, для возведения и ремонта фермерских ограждений, даже количество энергии, которое представляет трактор.
Кроме того, нет единого мнения о том, какую ценность следует придавать остальной части кукурузы (например, стеблю), обычно известной как «побочный продукт». Некоторые исследования оставляют ее на поле, чтобы защитить почву от эрозии и добавить органическое вещество, в то время как другие берут и сжигают побочный продукт для питания завода по производству этанола, но не рассматривают возникающую эрозию почвы (для замены которой потребовалась бы энергия в виде удобрений). В зависимости от исследования этанола, которое вы читаете, чистая энергетическая отдача варьируется от 0,7 до 1,5 единиц этанола на единицу потребленной энергии ископаемого топлива. Для сравнения, та же самая единица ископаемого топлива, инвестированная в добычу нефти и газа (в нижних 48 штатах), даст 15 единиц бензина, что на порядок лучше, чем у современных технологий производства этанола, игнорируя приведенные выше аргументы о качестве энергии и тот факт, что прирост (14 единиц) как снижается, так и не является углеродно-нейтральным. [17]
В этом отношении география является решающим фактором. В тропических регионах с обильными водными и земельными ресурсами, таких как Бразилия и Колумбия , жизнеспособность производства этанола из сахарного тростника больше не вызывает сомнений; фактически, сжигание остатков сахарного тростника ( багассы ) генерирует гораздо больше энергии, чем необходимо для работы заводов по производству этанола, и многие из них теперь продают электроэнергию коммунальным службам. Однако, хотя в настоящее время может быть положительная чистая отдача от энергии, недавние исследования показывают, что плантации сахарного тростника не являются устойчивыми в долгосрочной перспективе, поскольку они истощают почву от питательных веществ и углеродного вещества [ необходима ссылка ] С другой стороны, производительность сахарного тростника на единицу площади земли в Бразилии постоянно росла на протяжении десятилетий; было показано, что сахарный тростник меньше истощает почву, чем крупный рогатый скот и однолетние культуры; [18] и есть много регионов в стране, где сахарный тростник выращивается на протяжении столетий. [19] Эти факты говорят о том, что связанные с этим процессы истощения почвы происходят очень медленно, и поэтому этанол из сахарного тростника может быть гораздо более устойчивым в долгосрочной перспективе, чем обычные альтернативы ископаемому топливу. Кроме того, поскольку избыток энергии высок в случае этанола из сахарного тростника, предположительно часть этой энергии может быть использована для синтеза удобрений и восполнения истощения почвы в течение длительного времени, что делает процесс бесконечно устойчивым.
Картина отличается для других регионов, таких как большая часть Соединенных Штатов , где климат слишком прохладный для сахарного тростника. В США сельскохозяйственный этанол обычно получают из зерна , в основном кукурузы . Но его также можно получить из целлюлозы , более энергетически сбалансированного биоэтанола.
Чистый биоэтанол [20] — это биотопливо, получаемое путем максимального использования возобновляемых ресурсов, не выбрасывающих парниковые газы :
Использование этанола возвращает углерод в атмосферу, тогда как сжигание бензина добавляет углерод в атмосферу. Таким образом, эффекты сжигания бензина усиливаются со временем.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )