Бюллетени

Если бы запасы полезных ископаемых оценивались более динамично, они могли бы более эффективно использоваться обществом.

Информационный бюллетень о биотопливе

Изображение

Биотопливо может снизить интенсивность выбросов энергии и парниковых газов, связанных с транспортом, но может иметь и другие существенные последствия для общества и окружающей среды. В зависимости от спроса, условий выращивания сельскохозяйственных культур и технологий может потребоваться значительное увеличение использования пахотных земель и воды для орошения. Кроме того, биотопливо, возможно, уже повлияло на мировые цены на продукты питания.

Модели использования

Производство

• В США этанол в основном получают путем переработки и ферментации крахмала в зернах кукурузы в спирт высокой чистоты. 94% этанола в США получают из кукурузы, а в Бразилии в качестве основного сырья используется сахарный тростник. 1,2
• США и Бразилия произвели около 81% мирового этанола в 2021 г. 3
• В сезоне 2020/21 5 миллиардов бушелей кукурузы, что составляет 34% поставок в США, стали сырьем для производства этанола. 4
• Целлюлозное этаноловое сырье имеется в изобилии и включает стебли кукурузы, растительные остатки, отходы древесной щепы и просо просо. Производство этанола из этих источников более сложно, потому что целлюлоза не так легко расщепляется на сахара. 5
• Биодизель можно производить из животных жиров, жиров, растительных масел и водорослей. В США соевое масло, кукурузное масло и переработанные растительные масла являются обычным сырьем. 6
• Биодизель из водорослей является областью продолжающихся исследований. Водоросли потенциально могут производить от 10 до 100 раз больше топлива на акр, чем другие культуры. 7

Мировое производство топливного этанола, 2021 г. 3 (млрд галлонов)

Изображение

Выход биотоплива по сырью 8 ,9,10,11

Изображение

Производство биотоплива в США, 2001–2021 годы 12

Изображение

Потребление и спрос

• В 2021 году, во второй раз с момента начала отслеживания, США экспортировали нефти больше, чем импортировали. Среднее потребление нефти в США составляло 19,8 млн баррелей в сутки. 12
• В 2021 году в США насчитывалось 197 заводов по переработке этанола и 75 заводов по производству биодизеля 13,14.
• В 2021 г. мощности по производству биодизеля в США были загружены на 68 %12,14.
• Многие производители биодизеля зависят от федеральных налоговых льгот и по-прежнему чувствительны к колебаниям цен на сырье (соевое масло) и энергоносители (нефть). Налоговая льгота на биодизель недавно была восстановлена ​​задним числом с 1 января 2018 г. и будет действовать до конца 2022 г. 15
• В 2021 году 10% автомобильного топлива в США (по объему) приходилось на этанол, а более 98% бензина в США содержало этанол. 2,12
• E85 продается дешевле, чем обычный бензин, но содержит меньше энергии на галлон. В автомобилях с гибким топливом, использующих E85, экономия топлива снижается на 15–27%. 16

Воздействие на жизненный цикл

Энергия

• Коэффициент ископаемой энергии (FER) представляет собой отношение выхода энергии к входу невозобновляемой энергии. 17 Стоимость бензина составляет 0,8 (1,2 БТЕ ископаемого топлива необходимо для подачи 1 БТЕ газа на заправке). 19 Недавние оценки показали, что FER для этанола составляет около 1,5, хотя в районах с высокоэффективным выращиванием кукурузы, таких как Айова и Миннесота, FER близок к 4, и ученые считают, что с повышением эффективности обработки биомассы энергетический баланс может в конечном итоге возрасти до 60. 20
• С 1990 по 2006 год FER для соевого биодизеля улучшился примерно с 3,2 до 5,5. 21 За тот же период этанол превратился из поглотителя энергии в источник чистой энергии. Большая часть улучшений была достигнута за счет сокращения использования удобрений для выращивания кукурузы. 20
• Для сравнения, дизельное топливо на нефтяной основе имеет FER 0,83. 22

Топливная рентабельность инвестиций в ископаемые источники энергии 17,18

Изображение

Парниковые газы (ПГ) (см. информационный бюллетень по парниковым газам)

• В среднем выбросы ПГ от кукурузного этанола на 34% ниже, чем от бензина, если включить выбросы изменений в землепользовании (LUC), и на 44% ниже, если их исключить. 23
• Выбросы парниковых газов для целлюлозного этанола в среднем примерно на 97% ниже, чем у бензина, если включить выбросы LUC, и на 93% ниже, если исключить выбросы LUC. 23
• Использование B20 (20% биодизеля, 80% нефтяного дизельного топлива), распространенной смеси биодизеля в США, может снизить выбросы CO.₂ выбросы на 15% по сравнению с дизельным топливом.Использование B100 (100% биодизеля) может снизить выбросы CO.₂ выбросы на 74%. 24,25
• Биодизель CO₂ Предполагается, что выбросы снова поглощаются за счет роста нового сырья, поэтому выбросы CO в выхлопной трубе₂ выбросы от биотоплива исключаются из расчетов выбросов. 26,27
• Исследования показали, что увеличение производства биотоплива в США увеличит глобальные выбросы парниковых газов из-за более высоких цен на урожай, побуждающих фермеров в других странах превращать непахотные земли в пахотные. Расчистка новых пахотных земель высвобождает углерод, накопленный в растительности, что предотвращает его накопление в этих растениях в будущем. 28

Другие воздействия

• Каждое лето в Мексиканском заливе возникает большая гипоксическая зона (со средней площадью за пять лет 5380 квадратных миль). 29 Избыток азота, в основном из-за стока удобрений с ферм Среднего Запада, вызывает цветение водорослей, которые разлагаются и истощают растворенный кислород, нанося вред или убивая водную флору и фауну. Увеличение посевных площадей этанола под кукурузой без изменения технологии возделывания затруднит сокращение зоны гипоксии. 30
• Прогнозируется, что в среднем в мире площадь пахотных земель, используемых для производства биотоплива, вырастет с 2,5% сегодня до 6% в 2050 году. Однако воздействие выращивания биотопливных культур широко варьируется из-за региональных различий в климате и доступности сельскохозяйственных угодий. 31
• Орошение сырья требует значительно больше воды, чем производство биотоплива. Хотя типичный биоперерабатывающий завод потребляет от 1 до 4 галлонов воды на галлон биотоплива, кукурузе, выращенной в 2003 году в засушливом климате Небраски, требовалось 780 галлонов поливной воды на галлон этанола. 33 Большая часть производства кукурузы для производства этанола происходит в сильно орошаемых районах, при этом значительные объемы выращиваются за счет грунтовых вод. 34
• Обзор исследований, посвященных кризису цен на продовольствие в 2006–2008 годах, показал, что рост цен на кукурузу на 20–50% зависит от роста производства биотоплива.Ожидается, что изменения в землепользовании, вызванные ожидаемым увеличением спроса на биотопливо, повысят мировые цены на кукурузу и пшеницу на 1–2%, а цены на растительное масло — примерно на 10%. 35

Процент пахотных земель и поливной воды, необходимой для производства биотоплива, 2005 г. по сравнению с 2030 г. 32

Изображение

Решения и устойчивые действия

• В соответствии с Законом об энергетической независимости и безопасности от 2007 г. Стандарт возобновляемого топлива (RFS2) требует, чтобы к 2022 г. производилось 36 млрд галлонов биотоплива в год (бг/год): 16 млрд галлонов в год из целлюлозных источников, 5 млрд галлонов в год из других источников. продвинутые источники и не более 15 млрд этанола из кукурузы в год. Стандарты жизненного цикла парниковых газов также действуют, чтобы гарантировать, что биотопливо производит меньше выбросов, чем их нефтяные аналоги. 36
• Американские производители, переработчики и перепродавцы этанола получили поддержку благодаря ряду налоговых льгот, некоторые из которых были продлены в 2020 году37.
• Стандарты содержания топлива являются одним из вариантов политики для поощрения использования биотоплива. Обычный бензин, продаваемый в Бразилии, должен содержать 27% этанола. 38 В целом этанол составляет 54% транспортного топлива в Бразилии по сравнению с 10% в США 39,40
• В 2012 году были установлены новые стандарты производства автомобилей для моделей 2017–2025 годов, в результате чего корпоративные стандарты средней экономии топлива (CAFE) были повышены до 54,5 миль на галлон для новых автомобилей малой грузоподъемности в 2025 году. ) Правило транспортного средства пересмотрело стандарты CAFE до ежегодного повышения эффективности использования топлива на 1,5% до 2030 года, что соответствует среднему целевому показателю в 40,5 миль на галлон для всего автопарка. 41,42 В 2021 году НАБДД оценило Правило безопасности и предложило отменить это правило в пользу установления правил, соответствующих Закону об энергетической политике и энергосбережении (EPCA). 43
• Общественный транспорт, совместное использование автомобилей, езда на велосипеде и удаленная работа — отличные способы сократить потребление энергии транспортом и связанные с ним последствия. Дополнительную информацию см. в Информационном бюллетене CSS о личном транспорте.

Цитировать как

Центр устойчивых систем Мичиганского университета. 2021.«Информационный бюллетень о биотопливе». Паб. № CSS08-09.

использованная литература

1. Управление энергетической информации США (EIA) (2022 г.) «Объяснение биотоплива: этанол».
2. Министерство энергетики США (DOE), Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии (EERE) (2020 г.) «Основы этанолового топлива».
3. Международное энергетическое агентство (МЭА) (2021 г.) «Обновление рынка возобновляемых источников энергии, 2021 г.».
4. Министерство сельского хозяйства США (USDA), Служба экономических исследований (ERS) (2022 г.) Статистика биоэнергетики США.
5. Министерство энергетики США, EERE (2020) «Сырье для этанола».
6. ОВОС США (2022 г.) «Объяснение биотоплива: дизельное топливо на основе биомассы, биодизель».
7. Министерство энергетики США, Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория (2021 г.) «Биотопливо из водорослей — исследование роста и продуктивности водорослей для производства биотоплива».
8. Чисти, Ю. (2007) «Биодизель из микроводорослей». Достижения биотехнологии 25: 294-306.
9. Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (2008 г.) Состояние продовольствия и сельского хозяйства.
10. Окриджская национальная лаборатория (2005 г.) «Биотопливо из проса: экологически чистые энергетические пастбища».
11. Фултон, Л. (2006) «Биодизель: перспективы технологии». Женевская конференция ЮНКТАД.
12. Ежемесячный обзор энергетики США (2022 г.), май 2022 г.
13. ОВОС США (2021 г.) Производственная мощность завода по производству топливного этанола в США.
14. ОВОС США (2021 г.) Производственная мощность завода по производству биодизельного топлива в США.
15. ОВОС США (2020 г.) Налоговый кредит на дизельное топливо на основе биомассы продлен до 2022 года в законопроекте о государственных расходах».
16. Министерство энергетики США, EERE (2021) Руководство по экономии топлива, модель 2020 года.
17. Министерство сельского хозяйства США (2009 г.) Оценка энергетического жизненного цикла соевого биодизеля.
18. Hammerschlag, R. (2006) «Энергетическая отдача от инвестиций в этанол: обзор литературы с 1990 г. по настоящее время». Экологические науки и технологии, 40: 1744-1750.
19. Министерство энергетики США, EERE (2007) Этанол: полная картина энергии жизненного цикла.
20. Министерство сельского хозяйства США (2015 г.) Энергетический баланс для производства кукурузного этанола.
21. Прадхан, А., и др. (2011) «Пересмотр оценки жизненного цикла соевого биодизеля». Американское общество инженеров-агрономов и биологических инженеров, 54(3): 1031-1039.
22. USDA, DOE (1998) Реестр жизненного цикла биодизеля и нефтяного дизельного топлива для использования в городском автобусе.
23. Ван М. и др. (2012) «Полное использование энергии и выбросы парниковых газов этанола из кукурузы, сахарного тростника и целлюлозной биомассы для использования в США». Письма об экологических исследованиях, 7: 1-13.
24. Министерство энергетики США, EERE (2017) Основы биодизеля.
25. Министерство энергетики США EERE (2021 г.) «Преимущества и рекомендации по биодизелю».
26. Пелкманс Л. и др. (2011) «Влияние смесей биотоплива на выбросы современных автомобилей». Журнал автомобильной техники, 225: 1204-1220.
27. ОВОС США (2020 г.) «Сколько углекислого газа образуется при сжигании бензина и дизельного топлива?»
28. Searchinger, T., et al. (2008) «Использование пахотных земель США для производства биотоплива увеличивает выбросы парниковых газов за счет выбросов в результате изменений в землепользовании». Наука, 319: 1238-1240.
29. Агентство по охране окружающей среды США (2022 г.) «Гипоксическая зона северной части Мексиканского залива».
30. Агентство по охране окружающей среды США (2019 г.) «Гипоксия 101».
31. Попп, Дж., и др. (2014) Эффект расширения биоэнергетики: продукты питания, энергия и окружающая среда. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии, 32: 559-578.
32. де Fraiture, C., et al. (2008) «Биотопливо и последствия для использования воды в сельском хозяйстве: синее влияние зеленой энергии». Водная политика, 10: 67-81.
33. Национальная академия наук (2008 г.) Влияние производства биотоплива на воду в Соединенных Штатах.
34. Шайбле, Г. и М. Эйллери (2012 г.) Водосбережение в орошаемом земледелии: тенденции и проблемы перед лицом растущего спроса. USDA ERS ERB-99.
35. Малинс, К. (2017) «Мысль о еде: обзор взаимодействия между потреблением биотоплива и рынками продуктов питания».
36. Палата представителей США (2007 г.) Резолюция 6-310, 110-й Конгресс.
37. Министерство энергетики США, EERE (2020 г.) «Основное федеральное законодательство».
38. Зарубежные сельскохозяйственные услуги Министерства сельского хозяйства США (2015 г.) Биотопливо — Бразилия повышает федеральные налоги и требует смешивания.
39. Зарубежные сельскохозяйственные услуги Министерства сельского хозяйства США (2020 г.) Ежегодный отчет о биотопливе Бразилии за 2020 г.
40. ОВОС США (2022 г.) «Сколько этанола содержится в бензине и как это влияет на экономию топлива?»
41. Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) и США.EPA (2012) «Выбросы парниковых газов для легковых автомобилей 2017 и более поздних модельных годов и корпоративные стандарты средней экономии топлива, окончательное правило». Федеральный реестр, 77:199.
42. NHTSA и Агентство по охране окружающей среды США (2020 г.) «Правило более безопасных доступных экономичных (SAFE) транспортных средств для легковых автомобилей и легких грузовиков 2021–2026 модельных годов, окончательное правило». Федеральный реестр, 85:84.
43. НАБДД (2021 г.) «Упреждение по средней корпоративной экономии топлива (CAFE)». Федеральный реестр, 86:90.