Многочисленные исследования вызвали серьезную озабоченность по поводу перспектив способности кукурузного этанола смягчить изменение климата и снизить зависимость от ископаемого топлива. Некоторые из исследований показали, что после оценки полного жизненного цикла, то есть анализа воздействия на окружающую среду на всех этапах жизненного цикла продукта, биотопливо, такое как кукурузный этанол, может не обеспечивать никакого сокращения выбросов парниковых газов по сравнению с нефтяным топливом.
Журнал Королевского химического общества «Энергетика и экология» недавно опубликовал исследование, проведенное группой из Университета Питтсбурга и Университета Оклахомы, изучающей воздействие на весь жизненный цикл одного многообещающего «биотоплива второго поколения», производимого из короткоживущих ротационный дуб. Исследование показало, что биотопливо второго поколения, изготовленное из выращенных деревьев и многолетних трав, может обеспечить устойчивый топливный ресурс.
«Многоступенчатая торрефикация и каталитическая модернизация на месте до углеводородного биотоплива: анализ использования энергии в течение жизненного цикла и выбросов парниковых газов» (DOI: 10.1039/C7EE00682A) использует новый подход к производству биотоплива второго поколения, а также всесторонне учет всех шагов, вовлеченных в полную цепочку поставок.
«Воздействие этанола из кукурузы на окружающую среду не изучалось до тех пор, пока он не был коммерциализирован», - объяснил Викас Ханна, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Питтсбургского университета и автор исследования.«Самое замечательное в этом проекте то, что он решает вопросы устойчивости всего жизненного цикла новых источников топлива до того, как они возникнут позже».
В 2007 году Организация Объединенных Наций призвала к пятилетнему мораторию на пищевое биотопливо (или биотопливо первого поколения) из-за опасений, что они будут потреблять сельскохозяйственные угодья и приведут к нехватке продовольствия во всем мире. В исследовании доктора Кханна и его команды использовалась древесина дубов, поскольку их можно собирать круглый год, что снижает потребность в крупномасштабной инфраструктуре хранения.
«Биотопливо второго поколения отличается от биотоплива первого поколения, потому что оно не производится непосредственно из пищевых культур, таких как кукуруза и соя», - сказал д-р Кханна. «К ним относятся древесные культуры, многолетние травы, сельскохозяйственные и лесные отходы, промышленные отходы».
Важным показателем для определения эффективности топлива является коэффициент окупаемости инвестиций (EROI). EROI производства сырой нефти остается высоким и составляет около 11: 1, что означает, что вложение одной единицы энергии даст 11 единиц энергии. Тем не менее, EROI неуклонно снижается с 1986 года и будет продолжать ухудшаться по мере того, как ископаемое топливо становится все более дефицитным и труднодоступным. Когда исследователи изучают потенциально перспективные источники энергии, они ищут соотношение больше 1:1. Этанол, полученный из кукурузы, например, имеет EROI 1,3:1. Исследование показало, что средний показатель EROI для многоступенчатых биотопливных систем второго поколения колеблется от 1,32:1 до 3,76:1.
Закон об энергетической независимости и безопасности от 2007 года гласит, что целлюлозное биотопливо, подобное тому, которое использовалось в исследовании, должно превзойти выбросы парниковых газов от ископаемого топлива за счет сокращения относительных выбросов на 60 процентов, чтобы получить экономические стимулы от правительства. Исследование превзошло минимальные требования и показало снижение выбросов парниковых газов на 80 процентов по сравнению с базовым нефтяным дизельным топливом. Кроме того, потребление водорода сократилось на 40% по сравнению с одностадийной системой пиролиза.
«Пиролиз - это процесс нагревания биомассы до высоких температур в отсутствие кислорода и создания биотоплива», - сказал доктор. Ханна. «Если это сделать быстро, за одну стадию, будет потеряно много углерода. Наши исследования показали, что многоступенчатая низкотемпературная система пиролиза может увеличить длину углеродной цепи, создать больше жидкого топлива и улучшить выход энергии всего процесса.."