В 2006 году Соединенные Штаты потребляли в среднем почти 20,6 млн баррелей нефти в день, что эквивалентно более 865 млн галлонов нефти [источник:Управление энергетической информации]. Масло питает вашу машину во время поездки в продуктовый магазин. Он помогает развитию промышленности и способствует техническому прогрессу в науке и медицине. Это также создает огромное богатство:мировая экономика в значительной степени основана на бурении, переработке, транспортировке и распределении нефти.
Но нефть — это ограниченный ресурс, получаемый из окаменелых останков древних морских растений и животных. Чтобы окаменевшие останки превратились в сырую нефть, требуется не менее 10 миллионов лет, а люди используют нефть гораздо быстрее, чем она создается. В конце концов добыча нефти достигнет пика, и она начнет заканчиваться. По некоторым оценкам, этот пик уже произошел; другие видят, что это произойдет в ближайшем будущем. В любом случае, большинство людей считают, что мы находимся в эпицентре надвигающегося энергетического кризиса. Ведь нефть играет такую большую роль в повседневной деятельности человека. Что произойдет, когда у нас закончится нефть?
Энергетический сектор тратит миллиарды на поиск альтернатив бензину. Но следующий источник энергии должен делать больше, чем просто снабжать мир энергией. В связи с растущими опасениями по поводу парниковых газов (ПГ) от ископаемого топлива, ведущих к глобальному потеплению, следующее топливо также должно быть чистым. Он должен быть доступным и поддерживать экономику.
Следующее поколение топлива должно появиться быстро, чтобы помочь людям отказаться от нефти. В конце концов, мир не может остановиться на десятилетие или два, пока разрабатывается и внедряется следующее топливо.
Все это вместе взятые звучит как невыполнимый список требований к любому источнику топлива. Вот почему так удивительно, что после нескольких лет исследований появляется источник энергии, который, кажется, выполняет все эти обязательства.
Этанол (этиловый спирт) представляет собой форму топлива, полученную из сложных углеводов в растениях. На протяжении десятилетий исследователи знали о его потенциале в качестве топлива. Но процесс производства этанола недорого и эффективно был труднодостижимым — до сих пор, как говорят некоторые ученые.
Быстрорастущая трава, известная как пырей. можно найти в Соединенных Штатах, Канаде, Центральной и Южной Америке и некоторых частях Африки. И, если он продолжит давать такие же обещания, как сейчас, он может быть тем, что вы будете использовать для заправки своего автомобиля в ближайшие 20 лет. Так как же трава может стать топливом? Прочтите следующую страницу, чтобы узнать о солнечном прогнозе для проса как ответе на надвигающийся энергетический кризис.
Содержание
Исследование источников биологического топлива -- биотопливо -- включает все, от куриного жира до древесной щепы. Но переработка большинства из них приводит к низкому коэффициенту полезной энергии. - количество энергии, которое производит каждая единица, ненамного больше, чем энергия, затраченная на ее производство. Стоимость также была проблемой:методы извлечения топлива из растительных и животных ресурсов в настоящее время дороги, что отразится на топливном насосе. Но чем больше исследователи обрабатывают данные о просе проса, тем больше он выглядит как хороший кандидат на роль альтернативного источника топлива.
Просо просо является родным многолетним видом в Америке. Быстро и легко растет на равнинах. Это крепкий, выносливый вид — в некоторых случаях он считается инвазивным. Трехлетнее исследование, проведенное в Северной Дакоте и опубликованное в 2005 году, показало, что некоторые сорта травы, если оставить их в покое, могут давать в среднем более семи тонн биомассы. -- собранный растительный материал -- на акр, в зависимости от осадков и типа почвы [источник:Министерство сельского хозяйства США].
Трава также устойчива к засухе и практически не требует удобрений. Это означает, что для производства требуется меньше ископаемого топлива. Тракторам, используемым для разбрасывания удобрений и заправки насосов, орошающих поля, требуется ископаемое топливо. Таким образом, меньшее количество орошения и меньшее количество удобрений означает меньшее потребление энергии, что, в свою очередь, означает меньшие затраты и меньшее количество выбросов парниковых газов. Более того, сторонники проса говорят, что топливо, произведенное на этом заводе, сделает Соединенные Штаты более безопасными и независимыми, поскольку его можно будет выращивать в Америке, а не импортировать из других стран.
Топливо, произведенное из проса исходного сырья -- сырье, используемое для производства дистиллированного топлива -- это целлюлозный этанол . Это спиртовое топливо создается в результате химического процесса разрушения целлюлозы. - структура, из которой состоят клеточные стенки растений. Как только целлюлоза расщепляется на основные компоненты, добавляются дрожжи, и она сбраживается в спирт. После очистки полученный этанол можно использовать в качестве топлива.
Чем больше целлюлозы доступно для извлечения из растения, тем ценнее оно становится как источник этанола. А в просе много клетчатки. Около 70 процентов растения состоит из этих сложных углеводов [источник:BioCycle]. Еще лучше, лигнин — побочный продукт, образующийся при удалении воды из целлюлозы — показал себя многообещающим для использования в качестве топлива для заводов по производству этанола. Если удастся использовать лигнин, это может сделать производство этанола самоокупаемым.
Начиная с производства удобрений, используемых для выращивания травы, и заканчивая транспортировкой для раздачи этанола, исследователь Аргоннской национальной лаборатории Майкл Ванг рассчитал энергетический коэффициент для проса проса. Он обнаружил, что каждая единица энергии, затраченная на производство целлюлозного этанола из проса, дает в 10 раз больше энергии. Это намного выше, чем у этанола, полученного из кукурузы. Бензин, напротив, имеет отношение энергии от 1 к 0,81, что означает, что для производства требуется больше энергии, чем получается. Ван также обнаружил, что для производства этанола из проса может потребоваться на 70 % меньше ископаемого топлива, чем для производства бензина и этанола E85. - смесь 85 процентов этанола и 15 процентов бензина - выделяет на 86 процентов меньше парниковых газов, чем бензин. [источник:Ван].
Звучит так, как будто у проса как альтернативного топлива есть все для этого. Так в чем задержка? Процесс рафинирования кажется простым, и на самом деле так оно и есть, условно говоря. Но производство этанола из проса сталкивается с некоторыми проблемами. Прочтите на следующей странице о сложности дистилляции этанола из проса.
Хотя с публикацией каждого нового исследования проса становится все яснее, что это растение может сыграть важную роль в будущем энергоснабжении, слово «будущее» является ключевым. В настоящее время процесс извлечения целлюлозы из растения оказывается сложным и дорогостоящим.
Целлюлоза, полученная из растительного сырья, производится любым из множества ферментов. , в зависимости от вида используемого растительного материала. Эти катализаторы питаются сложными углеводами, такими как сахара, и выделяют целлюлозу и углекислый газ в качестве отходов в процессе. Однако эти ферменты дороги, около 20 центов за каждый галлон очищенного этанола [источник:Федеральная торговая комиссия]. Более того, процесс ферментации целлюлозы с помощью дрожжей требует другого фермента, что еще больше увеличивает затраты. В 2006 году генетик растений Альберт Кауш сказал, что при нынешних методах выращивания и производства стоимость галлона целлюлозного этанола составит 2,70 доллара. Это по-прежнему дешевле бензина, но Кауш считает, что его можно снизить примерно до 1 доллара за галлон [источник:Newswise]. Один из способов добиться такого резкого снижения затрат — разработать более дешевые ферменты и найти единственный фермент, способный одновременно расщеплять целлюлозу и сбраживать этанол.
Еще одна проблема, с которой сталкивается этанол, — это доставка его с нефтеперерабатывающих заводов на заправочные станции. Этанол обладает высокой коррозионной активностью и не может транспортироваться по трубопроводам, в отличие от нефти и нефти. Это означает, что его необходимо перевозить грузовиками, что увеличивает стоимость производства и снижает коэффициент использования энергии, поскольку большим автоцистернам требуется больше ископаемого топлива для перевозки этанола для распределения.
Майкл Ванг из Аргоннской национальной лаборатории рассказал HowStuffWorks, что проблема распространения этанола может быть частично решена за счет использования железнодорожных систем для доставки его как можно дальше. «Когда вы перерабатываете его на Среднем Западе и транспортируете на Запад, транспортировка становится проблемой», — говорит он. «Вам придется использовать железную дорогу. Но при транспортировке на короткие расстояния это не имеет большого значения [для коэффициента полезной энергии]».
Другая проблема, с которой в настоящее время сталкивается этанол из проса, - это количество земли, доступной для его выращивания. Анализ Университета Теннесси пришел к выводу, что Соединенные Штаты могут производить в общей сложности 153 миллиона сухих тонн проса и пожнивных остатков. - материал, который остается после сельскохозяйственного сбора урожая и производства, например, стебли и семена - ежегодно в качестве исходного сырья для этанола. Цифры показывают, что это приведет к сокращению годового потребления бензина в Соединенных Штатах на 5,3 процента, что намного меньше, чем ожидалось, и намного меньше, чем 35 миллиардов галлонов возобновляемого топлива, которые президент Джордж Буш призвал к 2017 году в своем докладе 2006 года. Адрес государства Союза.
Подобно исследованию ферментов, технология также может преодолеть это препятствие. Джейсон Грумет из Национальной комиссии по энергетической политике (NCEP) предлагает разработать сорта проса, которые могли бы повысить урожайность в тоннах с акра, повысить эффективность производства этанола на одну треть и удвоить топливную экономичность всех транспортных средств в Америке [источник:Сенат США].
Деньги определенно есть, чтобы преодолеть эти препятствия. И энергетические компании, и конгломераты, занимающиеся исследованиями сельскохозяйственных культур, вкладывают деньги в предприятия по производству целлюлозного этанола. BP Amoco PLC предоставила Калифорнийскому университету в Беркли и Университету Иллинойса в Шампейне 500 миллионов долларов на финансирование исследовательского центра. Корпорация Chevron предоставила Калифорнийскому университету в Дэвисе 25 миллионов долларов и Технологическому институту Джорджии 12 миллионов долларов. А Национальная лаборатория Ок-Риджа получила 125 миллионов долларов от Министерства энергетики США на исследования целлюлозного этанола [источник:DeMonte]. Тем не менее многие компании обращаются к правительству США за помощью в развитии исследований и разработок, предоставляя инвестиционные гарантии и налоговые льготы финансистам, которые делают ставку на целлюлозные технологии.
Учитывая количество денег, вливаемых в исследования целлюлозного этанола, и возможность того, что их ждет больше, не говоря уже об энтузиазме и общественной поддержке, трудно не представить, что всего через несколько десятилетий этанол на основе проса проса будет наши машины. Но и у проса есть свои скептики. Некоторые считают, что трава не оправдывает ожиданий, а другие опасаются последствий, если это произойдет. Читайте о скептиках биотоплива на следующей странице.
Между кукурузой и просом существует жесткая конкуренция за то, что послужит сырьем для будущего производства этанола. Поскольку в некоторых областях, где выращивают кукурузу, не может расти просо, и наоборот, многие регионы кровно заинтересованы в исходе дебатов об альтернативном топливе. Основываясь на исследованиях производственных затрат, коэффициентов энергопотребления и выбросов парниковых газов, оказалось, что этанол на основе кукурузы просто не может конкурировать с этанолом, полученным из проса проса.
Но хотя этанол, полученный из этих двух культур, во многом похож, процесс, посредством которого просо превращается в топливо, делает его лучшим выбором для многих исследователей, политиков и активистов. Производство этанола из кукурузы, например, использует только зерно (то, что вы едите) для производства этанола. Остальное выбрасывается, хотя по иронии судьбы растительные остатки можно использовать для производства целлюлозного этанола.
Еще одним преимуществом проса перед кукурузой является количество и тип земли, который ему требуется. В Айове — штате с почвой лучше среднего — в 2005 году средняя урожайность составляла примерно 4,8 тонны с акра. Упомянутое выше исследование в Северной Дакоте 2005 года показало урожайность проса проса около семи тонн с акра. И просо не требует лучшей почвы, чтобы хорошо расти. Его можно выращивать на землях, которые в настоящее время не используются для выращивания сельскохозяйственных культур.
В отчете, подготовленном Национальной лабораторией Ок-Риджа, сделан вывод о том, что для заправки половины транспортных средств на дорогах в Соединенных Штатах сегодня этанолом потребуется 180 миллионов акров земли для выращивания проса. Это составляет 40 процентов земель, уже используемых для сельского хозяйства в Америке [источник:Сенат США].
Но Джейсон Грумет из NCEP считает, что при «постоянном, но ничем не примечательном прогрессе» в исследованиях и разработках мы могли бы сократить количество земли, необходимой для производства такого количества этанола, до 30 миллионов акров за 20–30 лет. Грумет упоминает, что это примерно столько же, сколько в акрах в рамках Программы заповедного дела. (CRP), федеральная программа, в рамках которой фермерам выплачивается плата за выделение земли под пар для снижения воздействия сельского хозяйства на окружающую среду [источник:Сенат США].
Грумет — не единственный человек, утверждающий, что просо можно выращивать на малоплодородных землях. В конце концов, было показано, что он улучшает почву там, где он посажен, и земля CRP может принести пользу одновременно с выращиванием сырья для производства этанола. Но не все считают, что промышленное выращивание проса — лучшее использование земли CRP. Скептики утверждают, что большая часть земель, зарегистрированных в Программе заповедных заповедников, не используется, потому что почва не дает высококачественных культур. Эти критики утверждают, что если просо станет следующим источником топлива и крупные компании вложат в его производство большие суммы денег, эти же компании захотят получить максимально возможную прибыль. Лучше всего это будет реализовано за счет использования наилучшей доступной земли. Это означает, что часть пахотных земель пойдет от производства продуктов питания к производству энергии.
Сегодня мы используем небольшую часть продовольственных культур для топлива. Если мы станем полагаться на биотопливо как на источник энергии, энергия и продовольствие могут вступить в прямую конкуренцию за ресурсы, особенно за землю.
Это касается некоторых, в том числе доктора Эрика Холт-Хименес из Института политики в области продовольствия и развития. Когда цены на топливо растут, растут и цены на продукты питания из-за увеличения стоимости производства и транспортировки. Холт-Хименес утверждает, что если продукты питания и энергия будут конкурировать за землю, цены на продукты питания могут оказать обратное влияние на цены на энергию. Более того, он говорит, что программы продовольственных излишков для голодающих стран могут иссякнуть, поскольку излишки продовольствия можно использовать в качестве биомассы для производства этанола [источник:Холт-Гименес].
Есть и другие опасения по поводу целлюлозного этанола. Некоторые считают заявления о его потенциале слишком радужными, основываясь на исследованиях, демонстрирующих, что целлюлозный этанол не имеет энергетического соотношения, на которое указывают другие исследования. Но таких исследований меньше, и им уделяется гораздо меньше внимания, чем тем, которые демонстрируют потенциал проса. И если финансирование и общественное мнение являются индикаторами прогресса, похоже, что этанол из проса пойдет.
Дополнительную информацию о биотопливе, энергии и смежных темах можно найти на следующей странице.
Ремонт коробки передач:когда привозить машину
Шаг назад, два шага вперед
Технические советы по квадроциклам. Если ремонт квадроцикла кажется сложным, скорее всего, это так и есть
РАК запускает новую услугу по лизингу электромобилей