Чи є етанолове паливо рішенням для «зеленої» енергії або лише лобіюванням кукурудзяного лобі?
Енергетичний сектор перебуває на роздоріжжі. Залежність від іноземної нафти — це геополітична ставка, а вуглецевий слід від спалювання викопного палива не є предметом теоретичних дискусій. Він бачимо, виміряний і вимагає термінових дій. То що замінить бензин? Водень обіцяє нульові викиди, але створює складні проблеми безпеки. Вітрова та сонячна енергія чисті, але непостійні. А потім є етанол. Лобі відновлюваної енергії його обожнює. Пропозиція спокуслива: заправляти наші транспортні засоби рясним урожаєм, таким як кукурудза.
Звучить просто. Можливо, навіть шляхетно. Але реальність виробництва етанолового палива набагато складніше, ніж це подається в маркетингу.
Що таке етанол насправді?
За своєю суттю етанол – це “зерновий спирт”. У Сполучених Штатах переважна кількість виробляється з кукурудзи. Бразилія вибирає інший шлях, використовуючи цукрову тростину. Деякі підприємства також переробляють пшеницю, ячмінь чи картопля, але кукурудза залишається основною сировиною у Північній Америці.
Як виробляється етанолове паливо
Стандартним промисловим підходом є “сухий помел”. Це хімічна трансформація, що перетворює твердий крохмаль на рідке паливо. Ось покроковий опис того, як працює виробництво етанолу на основі кукурудзи :
- Подрібнення: Цілі зерна кукурудзи перемелюються в дрібний порошок.
- Желювання: Кукурудзяний порошок поєднується з водою та специфічними ферментами. Ця суспензія потрапляє у варильний апарат із високою температурою. Тепло та ферменти руйнують складні сполуки зерна, перетворюючи суміш на густу рідину.
- Сахарифікація: Мезга остигає. Додається другий фермент. Цей етап критично важливий, оскільки він перетворює крохмалі на прості цукру, які дріжджі можуть справді засвоювати.
- Бродіння: Вводяться дріжджі. Дріжджі споживають цукру, метаболюючи їх у етанол (спирт) та вуглекислий газ.
- Дистиляція: Брожену рідину нагрівають. Оскільки етанол кипить за нижчої температури, ніж вода, він випаровується першим. Пара конденсується назад у рідину, відокремлюючи спирт від твердих частинок та води.
- Зневоднення: Видаляється вода, що залишилася. Це необхідно, тому що стандартні двигуни не можуть працювати на 100% спирті; він містить занадто багато вологи і має меншу енергоємність у порівнянні з чистими вуглеводнями.
- Денатурація: Додається невелика кількість бензину. Це є однією мети: зробити паливо неїстівним. Весь етанол, призначений для палива, повинен бути непридатним для пиття. Його не можна пити. Ніколи.
Побічні продукти
Процес не є повністю марнотратним. Тверді речовини, що залишилися, відомі як зерно дистилерів, багаті білком і цінні як корм для худоби. Вуглекислий газ, що уловлюється в процесі бродіння, можна продавати компаніям, що виробляють напої, або використовувати для збільшення нафтовіддачі. Ці побічні продукти допомагають компенсувати витрати на виробництво заводу.
Спори
Незважаючи на технічну елегантність процесу, експерти в галузі сільського господарства та екології стверджують, що етанол як джерело чистої енергії є обмеженим рішенням. Потенціал є, але недоліки є значними. У наступному розділі ми розглянемо, чому багато хто вважає, що цей потенціал перебільшений, і якою є реальна екологічна вартість стійкості біопалива.
Вуглецева реальність E10 та E85
Математика використання етанолу як невелика добавка проста. Він згоряє чистіше. Чому? Вміст кисню у хімічній структурі сприяє повному згорянню. Змішайте одну частину етанолу із дев’ятьма частинами бензину. Вийде E10. Він є майже на кожній заправці. Викиди парникових газів знижуються. Зменшується вміст чадного газу. За ним слідує зниження рівня оксидів азоту.
Дані підтверджують це. Національна лабораторія Аргонн зафіксувала скорочення викидів парникових газів на 10 тонн лише у 2007 році завдяки використанню етанолового палива. Дослідження у Вісконсіні 2006 року показало, що після появи на ринку палива 10-90 у 1994 році кількість днів із високим рівнем озону скоротилася на 16 відсотків. Менше смогу. Чистіше повітря. Ви також спалюєте трохи менше бензину на милю. Будь-який сучасний автомобіль справляється з E10. Модифікації не потрібні.
Потім є E85. Вісімдесят п’ять відсотків етанолу. П’ятнадцять відсотків бензину. Це паливо призначене лише для автомобілів із гнучким паливом (FFV). Воно згоряє ще чистіше, ніж E10. Він ще більше скорочує викиди шкідливих газів. Воно допомагає боротися із забрудненням повітря та води. Воно ефективніше вирішує проблеми глобального потепління та смогу. Але просто так заправитися їм не можна. Лише один із 40 автомобілів на 2006 рік міг працювати на цій суміші. Вона рідкісна. Більшість заправок її не продають. Її треба шукати.
Проблема енергетичного балансу
Масштабування виробництва етанолу впирається у стіну. Дві проблеми. Вони пов’язані. Вони фатальні для аргументів на користь масового застосування.
По-перше: енергетична щільність етанолу значно нижча, ніж у бензину. Ви отримуєте менше потужності. Ви проїжджаєте менше миль на галоні.
По-друге: використання продовольчих культур для палива скорочує площу земель, доступних для реальної їжі. Це конкурує з вашим обіднім столом.
Експерти погоджуються з цими пунктами. Вони розходяться у думках щодо їхньої серйозності.
Девід Піментель, професор сільського господарства в університеті Корнелл, стверджує, що процес дає чисту втрату енергії. Він підрахував витрати. Для виробництва одного галону етанолу із кукурудзи потрібно 131 000 БТЕ енергії. Сам галон містить лише 77 000 БТЕ. Математика жорстока. Фермери використовують трактори на викопному паливі для посадки. Вони використовують дизельне паливо для збирання. Переробні заводи працюють на викопному паливі. Вантажівки везуть продукти на розподільчі центри. Весь ланцюжок спалює бензин для створення альтернативного палива. У результаті ви можете отримати менше енергії в баку, ніж спалили, щоб доставити її.
Логістика транспортування змінюється. У грудні 2008 року відкрився трубопровід. Він проходить на відстань 85 миль через Флориду. Від Тампи до Орландо. Перекачувати етанол трубами складно. Він поглинає примурки своєму шляху. Ці забруднювачі ушкоджують стандартні матеріали трубопроводів. Техаська компанія, яка будує цю лінію, стверджує, що вирішила цю проблему. Один трубопровід не змінює національної мережі. Це прототип. Концепція доказ.
Не всі приймають песимізм Піментеля. Національна лабораторія відновлюваних джерел енергії США пропонує іншу точку зору. Вони з’ясовують, що для виробництва 1,3 БТЕ етанолу потрібно 1 БТЕ викопного палива. Це чистий прибуток у 30 відсотків. Позитивний енергетичний баланс. Дебати активні. Цифри змінюються в залежності від того, хто проводить вимірювання.
Використання землі та дебати «їжа проти палива»
Група Пиментеля стверджує, що кукурудза не є по-справжньому відновлюваним ресурсом. Вони дивляться на footprint землі. Для забезпечення роботи автомобіля протягом одного року за допомогою етанолу потрібно 11 акрів кукурудзи. Це 44515 квадратних метрів. Ці 11 акрів могли б прогодувати сімох людей.
Поля кукурудзи потребують часу для відновлення. Ерозія ґрунту. Стрес від зрошення. Земля виводиться із експлуатації на тривалі періоди. Немає кукурудзи для палива. Немає культур для їжі. Щоб підтримувати індустрію на основі етанолу, вам потрібна велика площа землі. Ви виводите з обігу більше сільськогосподарських угідь, які виробляють продовольство. Результат? Дефіцит. Вищі ціни. Ваш рахунок за харчові продукти зростає, тому що ви їздите на салаті.
Існує потенційна лазівка. Целюлозний етанол. Він використовує нехарчову біомасу. Стебла кукурудзи. Дерев’яна тріска. Свічграс (міскантус). Він не конкурує із продовольчими культурами. Він використовує відходи. Якщо цей нішевий сектор розшириться, він може запропонувати більш дешевий та життєздатний компроміс. Він вирішує проблему землі. Він вирішує проблему конкуренції за продовольство.
Промисловість спостерігає за цим. Технологія перебуває у зародковому стані. Але тиск зростає. Чи можемо ми масштабувати паливо, яке згоряє чисто, не руйнуючи продовольчі поставки? Трубопровід у Флориді – це лише початок. Відповідь може зростати на полях, а не в баку.
Дані, що стоять за дискусією
Якщо ви шукаєте конкретні цифри, вони є у Національній лабораторії ім. Ергона. Їхні дані показують, що тільки в 2007 році використання етанолу скоротило викиди парникових газів на 10 мільйонів тонн. Це конкретна крапля в морі, але чи достатньо, щоб виправдати обладнання, необхідне для його виробництва?
Дискусія рідко залишається у межах лабораторії. Вона виходить за їхні межі, зачіпаючи політику та полиці магазинів. Критики, такі як Роджер Сегелкін, стверджують, що кукурудзяний етанол — це нестійкий субсидований спосіб спалювання продовольства. Проблема полягає не лише у вуглеці. Йдеться про те, чи ми не дестабілізуємо глобальні продовольчі поставки заради заправки паливних баків. The New York Times висвітлювала цю суперечність ще в січні 2007 року, називаючи її «навесні» для галузі, незважаючи на продовольчу кризу, що нависає.
Куди тече паливо
Інфраструктура розповідає іншу історію, відмінну від ідеології. У той час, як сільськогосподарський вплив викликає гострі суперечки, логістика дозріла. До кінця 2008 року в експлуатацію було запущено спеціалізовані трубопроводи для етанолу, вирішивши проблему транспортування, яка раніше ускладнювала широке впровадження. Кейт Галбрейт висвітлювала це зрушення в “Times”, зазначивши, що переміщати рідке паливо простіше, ніж зерно.
Це логістичне рішення підтримує ширший рух у бік альтернативної енергетики. Національна лабораторія відновлюваних джерел енергії (NREL) та Ethanol.org надають велику технічну підтримку цим твердженням. Вони відстежують усі: від урожайності з акра до аналізу вуглецевого циклу життя. Тим часом такі видання, як Planet Green і TreeHugger, підтримують розмову зі споживачами, запитуючи, чи справді ваша щоденна поїздка допомагає планеті або лише лобі кукурудників.
За межами кукурудзяного поля
Етанол – лише один вузол у ширшій мережі альтернативних видів палива. Запитання виходять далеко за межі кукурудзи. Чи можемо ми запускати двигуни на траві? Що станеться, якщо ми перейдемо на водень? Механіка відрізняється. Водень вимагає нових заправних станцій. Біодизель виготовляється з відпрацьованого жиру. Електричні та гібридні системи взагалі обходяться без рідкого палива.
Для тих, хто одержимий деталями, джерела різноманітні. Алекс Халперін з BusinessWeek у 2006 році розібрав міфи, що оточують етанол. Крістофер Джойс з NPR підтвердив наукові основи використання етанолу як замінник бензину. Але дані ніколи не статичні. Вони змінюються в залежності від урожайності культур, цін на нафту та політичної волі.
Трубопровід починається зараз. Наука вже є. Питання в тому, чи буде ринок за даними або за субсидіями. Ви можете перевірити прямі трансляції з лабораторій, прочитати старі архіви Times або просто натиснути на педаль газу і подивитися, що згорить.
