Экономика проса для биотоплива

Финансируется АФРИ. Учить больше.

Оглавление

• Затраты на производство зависят от урожайности
• Рыночная стоимость проса
• Роль конкурирующих топливных продуктов
• Использование маргинальных земель под просо
• Потенциальные рынки для проса проса
• Нерыночная стоимость проса проса
• Резюме
• Для дополнительной информации
• Авторы этой статьи

Введение

В законе о стандарте возобновляемого топлива (RFS2), принятом в 2007 году, Конгресс ужесточил мандаты на количество биотоплива, которое должно использоваться в транспортном топливе, продаваемом в США. Мандат на производство целлюлозного этанола сильно отстает от графика. И это несмотря на то, что усовершенствованное биотопливо, такое как целлюлозный этанол (полученный из растительных остатков, трав и деревьев), должно превышать количество производимого этанола из кукурузы. Это отставание связано с тем, что масштабные исследования и разработки до сих пор не привели к созданию проверенной промышленной технологии для сложного процесса превращения целлюлозных материалов в биотопливо.

Просо просо — одна из травянистых культур, продвигаемых в качестве целлюлозного сырья для биотоплива. В этой статье мы подводим итоги экономики производства проса для биомассы. Обратите внимание, что пока точно не ясно, какая часть обязательного использования целлюлозного биотоплива в конечном итоге потребуется правительству.

Затраты на производство зависят от урожайности

Урожай проса. Фото: CenUSA

Стоимость производства проса с использованием современных технологий варьируется, но разумный средний показатель составляет около 65 долларов за тонну на Верхнем Среднем Западе. Это основано на исследованиях в этом регионе за последние пять-десять лет. Эта оценка основана на:

• Затраты на учреждение составляют около 200 долларов за акр или 30 долларов за акр в годовом исчислении за 10 лет. Эти расходы включают посев, химикаты, арендную плату за землю и повторный посев по мере необходимости.
• Годовые производственные затраты оцениваются в 200 долларов на акр. При урожайности 3,5 тонны сухого вещества (DM) на акр (разумное ожидание для большей части Верхнего Среднего Запада) общая стоимость у ворот фермы составляет около 65 долларов за тонну DM. Затраты включают азотные (N) удобрения, валкообразование/кондиционирование, прессование в большие круглые тюки с обмоткой, перемещение тюков на окраину фермы и арендную плату за землю.

Конечная стоимость производства за тонну зависит от средней урожайности.Например, при указанных выше расходах средняя урожайность в 2 тонны с акра приведет к затратам выше 110 долларов за тонну; при 6 тоннах на акр себестоимость производства упадет примерно до 38 долларов за тонну. Разрабатываются новые сорта, которые могут обеспечить более высокие урожаи, чем наши оценки в 3,5 тонны сухого вещества.

Рыночная стоимость проса

Мы еще не знаем, сколько нефтеперерабатывающие заводы будут платить за просо как целлюлозное сырье. Как минимум, им придется платить по крайней мере его стоимость в качестве корма для скота, которая, как ожидается, составит около 95 долларов за тонну сухого вещества (что эквивалентно 83 долларам за тонну сена с влажностью 15%). Если мандат RFS2 полностью соблюдается, переработчики могут платить 150 долларов за тонну или больше, если кукурузная солома (более дешевое целлюлозное сырье) недоступна. Просо как сырье для целлюлозного топлива также столкнется с конкуренцией со стороны других источников целлюлозы, таких как отходы деревообработки. Эти альтернативные виды сырья ограничат сумму, которую переработчики готовы платить за просо просо.

Спотовые рынки биомассы будут ограничены. Все просо, выращиваемое для получения биомассы, скорее всего, будет выращиваться по контракту с биоперерабатывающими заводами, потому что этим растениям потребуется стабильная поставка большого количества сырья.

Роль конкурирующих топливных продуктов

Экономика проса для биоэнергетики зависит не только от цен на сырье и производственных затрат, но и от конкурирующих видов использования и продуктов. Целлюлозное топливо в целом не будет конкурировать с кукурузным этанолом из-за более высоких затрат на производство и переработку. А без мандатов целлюлозный этанол вряд ли сможет конкурировать с бензином, если только цены на нефть постоянно не превышают 110 долларов за баррель.

Существует несколько способов преобразования целлюлозного сырья, такого как просо просо, в продукты биоэнергетики, включая гидролиз и ферментацию, пиролиз и газификацию.Учитывая бюджетные затраты на пиролитический биоперерабатывающий завод, который производит половину бензина/половину дизельного топлива, цена на нефть должна достигать примерно 110 долларов за баррель, чтобы позволить заводу, работающему на просе, платить отпускные цены на уровне или выше текущих производственных затрат. Таким образом, успех целлюлозного этанола, вероятно, будет зависеть от мандатов или субсидий.

Будет ли просо, переработанное в целлюлозный этанол, конкурентоспособным по цене с кукурузным этанолом? Это трудно представить в нынешних условиях, потому что, хотя себестоимость производства двух видов сырья одинакова — около 1 доллара за галлон произведенного этанола, — стоимость эксплуатации заводов по производству целлюлозы будет в два раза выше, чем у заводов по производству этанола из кукурузы, а затраты на строительство целлюлозные заводы по переработке проса будут в пять-шесть раз дороже строительства заводов по производству этанола из кукурузы в прошлом.

Использование маргинальных земель под просо

Широко распространено мнение, что просо для производства биотоплива, скорее всего, будет производиться на землях, непригодных для выращивания пропашных культур. Но оправдывает ли это экономика?

Как правило, на маргинальных пахотных землях, которые могут производить кукурузу с урожайностью выше 60–70 бушелей с акра, кукуруза, вероятно, будет более прибыльной. Однако, согласно нашим расчетам, на землях, которые не могут постоянно производить не менее 60 бушелей на акр или около того, просо-просо может быть более прибыльным.

Потенциальные рынки для проса проса

Просо является источником низкокачественного корма для животных, и, поскольку цены на сено, как ожидается, будут в диапазоне 80 долларов за тонну (при влажности 15%), просо может быть более ценным в качестве корма для скота, чем в качестве целлюлозного сырья.

Существуют и другие потенциальные рынки сбыта проса как энергетической культуры:

• Пеллеты для топлива. Этот рынок слишком новый, чтобы надежно определить ценность проса проса для использования в качестве топливных пеллет.
• Совместное сжигание в паровых котлах, обычно с углем. Тем не менее, тюки проса не будут конкурировать по цене с углем, за исключением, возможно, областей, в которых действуют обязательные требования к портфелю возобновляемых видов топлива.В этих ситуациях маргинальная замена угля просом может быть дешевле, чем замена других возобновляемых видов топлива.

Нерыночная стоимость проса проса

Гнездо лугового жаворонка на демонстрационном участке CenUSA. Фото: Ф.Джон Хэй Гумбольдт НЭ.

Выращивание проса для производства биотоплива может обеспечить преимущества экосистемных услуг, которые не имеют прямой денежной стоимости, по крайней мере, на сегодняшнем рынке. Эти преимущества включают снижение эрозии почвы и стока удобрений, увеличение содержания органического углерода в почве, который удерживает влагу и поддерживает плодородие, а также среду обитания диких животных. Тем не менее, в некоторых исследованиях предпринимались попытки определить эти значения в долларах. Некоторые примеры:

• Дебнат и др. подсчитали, что эти нематериальные выгоды могут повысить стоимость урожая проса на 13–46 долларов за тонну по сравнению с нематериальными выгодами от пшеницы, используемой при нулевой обработке почвы.
• Либих и др. измерили увеличение секвестрации углерода в почве под просо просо и обнаружили, что среднее увеличение составляет 1,1 Мг C/га, что по оценке Агентства по охране окружающей среды США по сокращению выбросов углерода будет стоить 54 доллара за акр (около 15 долларов за 1 га). тонна).

Хотя сегодня производители не получают прямой денежной выгоды от этих неденежных ценностей, это может измениться в будущем.

Резюме

На экономику выращивания проса для биоэнергетики влияют многие факторы, такие как себестоимость производства, цена на другое целлюлозное сырье, альтернативное использование урожая, цена на альтернативное топливо и государственные требования к топливу. При текущих ценах и технологиях просо для производства целлюлозного этанола в большинстве случаев не является сильным конкурентом на свободном рынке. Тем не менее, RFS2 и цена на нефть имеют наибольшее потенциальное влияние на экономические перспективы выращивания проса, и эти два фактора, безусловно, могут изменить экономический баланс в пользу использования проса для биоэнергетики.

Для дополнительной информации

• Браун, Тристан Р., Раджива Тилакаратне, Роберт С. Браун и Гуйпин Ху. 2013.Технико-экономический анализ переработки биомассы в транспортное топливо и электроэнергию путем быстрого пиролиза и гидропереработки. Топливо 106:463-469.
• Браун, Тристан Р. и Роберт С. Браун. 2013. Обзор коммерческих проектов по производству целлюлозного биотоплива в США.. Биотопливо,Биопродукты и биопереработка 7(3):235-245.
• Дэвис, Итан Б., Генриетта И. Джагер, Тристрам О. Уэст, Роберт Д. Перлак, Крейг С. Брандт, Стэн Д. Вульшлегер, Лата М. Баскаран, Эрин Г. Уилкерсон, Марк Э. Даунинг и Карла А. Гандерсон. 2007. Изучение потенциала производства проса в США для производства лигноцеллюлозного этанола. Министерство энергетики США, ORNL/TM-2007/193. http://digitalcommons.unl.edu/usdoepub
• Дебнат, Дипаян, Артур Л. Стокер и Фрэнсис М. Эпплин. 2013. Влияние экологических ценностей на безубыточную цену проса. Документ, выбранный для презентации на Ежегодном собрании Южной сельскохозяйственной экономической ассоциации, Орландо, Флорида, 3–5 февраля 2013 г.
• Даффи, Майк. 2008. Сметные затраты на производство, хранение и транспортировку проса. Файл A1-22, расширение Университета штата Айова. http://www.extension.iastate.edu/agdm/crops/html/a1-22.html
• Гурецки, Дж. А., Дж. Т. Бирмахер, Б. Дж. Кук, М. К. Керинг, Дж. Мосали. 2011. Просо просо для корма и биоэнергетики: влияние урожая и нормы азота на урожайность биомассы и состав питательных веществ. Растительная почва 339:69-81.
• Джеймс, Лора К., Скотт М. Суинтон и Курт Д. Телен. 2010. Анализ рентабельности целлюлозных энергетических культур по сравнению с кукурузой. Агрон. Jl. 102(2):675-687.
• Кханна, Мадху, Атул Джейн и Энтони Оливер. 2011. Производство биоэнергетических культур на Среднем Западе. U. of Illinois Extension FEFO 11-06.
• Лазер, Марк, Эрик Ларсон, Брюс Дейл, Майкл Ван, Натаниэль Грин и Ли Линд. 2009. Сравнительный анализ эффективности, воздействия на окружающую среду и экономики процесса для зрелых сценариев переработки биомассы. Биотопливо, биопродукты и биопереработка 3:247-270.
• Лазарус, Уильям Ф. 2010. Руководство по затратам на урожай и доходу в Миннесоте за 2011 год.Университет Миннесоты, факультет прикладной экономики. http://faculty.apec.umn.edu/wlazarus/documents/cropbud.pdf
• Либих М.А., М.Р. Шмер, К.П. Фогель и Р. Б. Митчелл. 2008. Хранение углерода в почве с помощью проса, выращенного для биоэнергетики. Биоэнергетические исследования 1(3-4):215-222.
• Оуэнс, В.Н., Д.Р. Виандс, Х.С. Мэйтон, Дж.Х. Фике, Р. Феррис, Э. Хитон, Д.И. Брансби, Колорадо Хонг. 2013. Использование азота в просе, выращиваемом для биоэнергетики в США. Биомасса и биоэнергия 58:286-293.
• Перрин, Ричард, Кеннет Фогель, Марти Шмер и Роб Митчелл. 2010. «Себестоимость производства прутняка: данные внутрихозяйственных испытаний, 2001–2005 гг.» Отчет об экономике сельского хозяйства 184. Университет Небраски, Линкольн, март 2008 г. http://digitalcommons.unl.edu/ageconfacpub/37/
• Ресурсы проекта CenUSA — информация о возможностях и проблемах в разработке устойчивой системы термохимического производства биотоплива из многолетних трав, выращиваемых на землях, маргинальных для выращивания пропашных культур.

Видео обзора CenUSA Bioenergy 2012 г.

Авторы этой статьи

Авторы

• Ричард Перрин, Департамент экономики сельского хозяйства, Университет Небраски
• Сьюзен Дж. Харлоу, независимый журналист

Рецензенты

• Уильям Лазарус, профессор и экономист Миннесотского университета
• Марти Шмер, Исследовательская лаборатория Северных Великих равнин USDA-ARS

CenUSA Биоэнергетика представляет собой скоординированную исследовательскую и образовательную деятельность по созданию региональной системы в центральной части США для производства передового транспортного топлива из многолетних трав на землях, которые либо непригодны, либо маргинальны для выращивания пропашных культур.

В дополнение к производству передового биотоплива предлагаемая система повысит устойчивость существующих систем земледелия за счет сокращения сельскохозяйственного стока питательных веществ в почву и увеличения секвестрации углерода.Партнеры по исследованиям под руководством Университета штата Айова: Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США (ARS), Университет Пердью, Университет Иллинойса, Университет Миннесоты, Университет Небраски-Линкольн, Университет Вермонта и Университет Висконсина.