«Биотопливо» в наши дни является одним из модных словечек в транспортных кругах, и на то есть веские причины. Растительное топливо можно производить практически где угодно, оно поступает из возобновляемых ресурсов и часто производит более чистые выбросы, чем топливо на нефтяной основе. Учитывая, что международные тенденции склоняются к экологичному транспорту, такие виды топлива, как этанол на основе кукурузы и биодизельное топливо из сои, проса и пальмового масла, кажутся хорошим шагом на пути к более чистым и экологичным автомагистралям.
Но биотопливо не является полностью бесплатным. На стоимость любого топлива влияет ряд факторов, как с экономической, так и с экологической точки зрения, и биотопливо не всегда оказывается наиболее рациональным вариантом. Правда, растительное топливо поступает из возобновляемого источника, а ископаемое топливо рано или поздно закончится. Но принимая во внимание ряд других усложняющих аспектов, биотопливо часто стоит дорого.
Многие распространенные культуры могли бы экономически выгодно производить биотопливо в определенных частях мира. Но в других регионах выращивать те же самые растения было бы невозможно или очень дорого. Точно так же удобрения, вода и земля, необходимые для производства биотоплива в количестве, достаточном для значительного сокращения потребления ископаемого топлива, могут создать другие проблемы, начиная от увеличения загрязнения и заканчивая ограничением доступа к продуктам питания.
Биотопливо и процесс его интеграции в наши привычки использования топлива могут быть дорогостоящими. Давайте рассмотрим некоторые недостатки биотоплива и по-новому взглянем на виды топлива, которых мы можем увидеть больше в будущем.
СодержаниеЭто относится к маленьким разноцветным картам на обратной стороне пакетов с семенами. Рваные полосы, тянущиеся с востока на запад, представляют собой зоны выращивания:регионы, где водоснабжение, температура и солнечный свет создают благоприятный климат для определенных видов растений. Например, если вы живете в Зоне 5, у вас, вероятно, возникнут проблемы с выращиванием растений, требующих длительного вегетационного периода и высокой температуры, как в Зоне 10 [источник:Burpee].
Биотопливные культуры в этом отношении ничем не отличаются от петунии или перца. Некоторые культуры будут расти лучше в одних регионах и могут совсем не расти в других. И хотя диапазон масличных культур, которые считаются пригодными для производства биотоплива, достаточно широк, чтобы соответствовать большинству зон выращивания, самые продуктивные культуры просто не будут расти везде. Потребителям, проживающим в регионах с низким уровнем производства, потребуется доставлять биотопливо к ним грузовиками или по трубопроводу, что увеличивает как стоимость, так и количество выбросов, производимых при производстве и транспорте [источник:Pimentel].
Исследователи работают над увеличением выхода биотоплива из устойчивых к погодным условиям культур [источник:Лау]. Но точно так же, как апельсины никогда не станут товарной культурой на Аляске, всегда найдутся регионы, которые просто не смогут поддерживать крупномасштабное производство культур, богатых биотопливом.
Спросите любого школьника, что нужно растению для роста, и он, скорее всего, назовет две вещи:солнечный свет и воду. В то время как первое немного выходит за рамки контроля производителей биотоплива, второе лежит в основе потенциально серьезного недостатка растительного топлива:потребность в воде некоторых культур, производящих биотопливо, может оказать неустойчивое давление на местные водные ресурсы, если их не контролировать. мудро.
Исследование 2009 года показывает, что в спешке с производством достаточного количества этанола на основе кукурузы для удовлетворения федеральных потребностей в альтернативной энергии спрос на биотопливо уже создает нагрузку на запасы пресной воды на Великих равнинах и в центральной части Юго-Запада [источник:McKenna]. Центральной проблемой является относительно высокая потребность кукурузы в воде. Исследователи изучают способы генно-инженерной инженерии менее требовательных культур и тщательно планируют, какие биотопливные культуры сажать в данном регионе, чтобы смягчить эту проблему [источник:Лау]. Но крупномасштабное производство биотоплива, особенно с использованием кукурузы и в засушливых частях мира, должно будет использовать ограниченные водные ресурсы для нужд питья и орошения.
Производство биотоплива с использованием продовольственных культур, таких как кукуруза, соевые бобы и сорго, может коренным образом изменить доступность доступных продуктов питания во всем мире. Простая экономика спроса и предложения биотоплива (например, увеличение спроса на кукурузу, и кукуруза становится дороже) может представлять угрозу для продовольственной безопасности некоторых регионов. , или доступ к недорогим питательным продуктам для населения региона [источник:Naylor].
Рост спроса на продовольственно-биотопливные культуры может иметь положительный эффект для растениеводов в виде повышения цен на их продукцию. Но эта цена быстро доходит до потребителей. Например, свиноводу, возможно, придется платить несколько дополнительных долларов за бушель, чтобы купить кукурузу для кормления своего скота. Это напрямую означает, что бекон и ветчина в продуктовом магазине подорожают [источник:Carey]. Для миллиардов людей, живущих всего на несколько долларов в день, даже небольшое повышение цен на продукты питания может поставить под угрозу их доступ к правильному питанию.
Один из способов противодействия этому заключается в простой дипломатии:глобализация мировой торговли означает, что теперь легче, чем когда-либо, перемещать запасы продовольствия из одной части мира в другую в ответ на возросший спрос. Однако свободный доступ к импорту продовольствия и простота экспорта зависят от широкого круга политических и социальных факторов. Надеяться на продукты со всего мира, чтобы накормить голодную нацию, — рискованная цена за повсеместную интеграцию биотоплива в мировые энергоресурсы.
Это казалось беспроигрышной идеей:европейский спрос на биотопливо резко вырос, отчасти из-за правил, направленных на сокращение выбросов парниковых газов. Промышленные исследователи нашли ответ в пальмовом масле, относительно легком в производстве источнике биотоплива. Владельцы плантаций подготовили свои операции, чтобы удовлетворить спрос…
… и последовал экологический хаос. По некоторым оценкам, расширение плантаций пальмового масла в Индонезии вызвало большую часть вырубки лесов в этой стране в конце 80-х и 90-х годах. А методы производства с высоким уровнем потребления — перевозка пальмового масла на грузовиках, работающих на бензине, а также практика осушения и сжигания торфяных болот для подготовки сельскохозяйственных угодий — сделали эту страну Юго-Восточной Азии одним из ведущих в мире источников выбросов парниковых газов [источник:Rosenthal].
Проблема пальмового масла в Индонезии на самом деле является комбинацией недостатков биотоплива. Региональный характер высокопродуктивных растений, таких как пальмовое масло, означает, что некоторые части мира являются сельскохозяйственными золотыми приисками:спрос на биотопливо побуждает плантации быстро расширяться. Но если это не будет сделано с прицелом на сохранение ресурсов и поддержание духа сокращения выбросов за счет использования растительного топлива, это наращивание производства может привести к более серьезным экологическим проблемам, чем те, которые оно призвано решить.
Это проблема, которую биотопливные культуры разделяют с продовольственными культурами, садами и газонами во всем мире. Все эти растения лучше растут при удобрении. Но эти удобрения могут оказывать вредное воздействие на окружающую среду, а расширение производства биотоплива может означать серьезную угрозу загрязнения источников пресной воды.
Многие удобрения содержат азот и фосфор. Хотя обе эти добавки способствуют быстрому и интенсивному росту многих сельскохозяйственных культур, у них есть и обратная сторона. Чрезмерное или ненадлежащее применение может привести к тому, что излишки удобрений останутся в почве, которые затем смываются через региональные водоразделы в ручьи, реки, озера и подземные водоносные горизонты. И как только химикаты попадут в систему водоснабжения, могут произойти плохие вещи.
Фосфор считается спусковым крючком локального цветения водорослей:крошечные водные растения питаются им и быстро размножаются, часто убивая другие растения и водных животных, уменьшая количество кислорода в воде или выделяя токсичные химические вещества. Азот в питьевой воде может привести к целому ряду проблем со здоровьем, включая метгемоглобинемию. , состояние, при котором младенцы не могут использовать кислород в своей крови [источник:Розен и Хорган]. Осторожное внесение удобрений может помочь предотвратить широкомасштабные проблемы загрязнения, но расширение производства биотоплива для удовлетворения мирового спроса открывает двери для новых ошибок в этой области.
Поначалу это может показаться нелогичным, но некоторые ученые утверждают, что широкомасштабное производство биотоплива — это игра с отрицательной суммой:они утверждают, что для производства достаточного количества биодизеля или этанола, чтобы заменить один галлон нефтяного топлива, требуется энергия, эквивалентная стоимости нескольких галлонов нефтяного топлива. [источник:Пиментел].
Другими словами, представьте поле кукурузы, выращиваемое для производства этанола. Он может производить 100 галлонов топлива из урожая за один сезон. Но если тракторы, которые ухаживают за полем, сжигают 75 галлонов топлива за сезон, грузовик, перевозящий кукурузу к переработчику, сжигает за поездку 20 галлонов, а переработчик использует энергию 40 галлонов топлива для работы своего дистилляционного оборудования, Действительно ли производимый этанол является экологически чистым топливом с низким уровнем выбросов? Добавьте к этому уравнению стоимость других ресурсов, таких как галлоны пресной воды, необходимые для выращивания растений, и количество удобрений, необходимых для поддержания их здоровья, и становится еще труднее приравнять биотопливо к реальной экономии энергии и выбросов углерода.
Исследование 2005 года показало, что при использовании современных технологий ведения сельского хозяйства и производства для производства галлона биодизеля требуется от 27 до 118 процентов больше энергии, чем энергии, которую он содержит [источник:Pimentel]. Хотя технология может в конечном итоге сократить эти соотношения, соотношение затрат энергии и энергии при современном производстве биотоплива является основным недостатком его широкого использования.
Многие биотопливные культуры используются для производства биодизеля. Масло в их семенах отжимают, фильтруют и превращают в топливо с помощью химического процесса. Но в то время как разные культуры могут стать биодизельным топливом в результате одного и того же процесса, полученное топливо может сильно различаться по своей способности производить энергию. Другими словами, не все биотопливные культуры одинаковы.
Во-первых, это вопрос доходности. Количество растительного масла, доступного на акр сельскохозяйственных культур, может варьироваться в широких пределах:от 18 галлонов на акр для кукурузы до 635 галлонов для масличной пальмы [источник:Journey to Forever]. И опять же, не каждый климатический регион подходит для выращивания высокоурожайных культур, из которых можно производить экономически выгодное биодизельное топливо [источник:Burpee].
Во-вторых, масло, которое производят эти заводы, неодинаково. Подумайте о маслах на вашей кухне:в то время как оливковое масло в шкафу легко наливается, сало и растительное масло имеют пастообразную консистенцию. Эти различия в состоянии при данной температуре обусловлены молекулярным составом масел. Молекулярные связи в маслах с низким содержанием насыщенных жиров, которые остаются жидкими при более низких температурах, отличаются от молекулярных связей в маслах с высоким содержанием насыщенных жиров, которые часто образуют твердые тела при средних температурах.
Эта разница влияет на жизнеспособность масел в качестве топлива. Одним из очевидных соображений является точка гелеобразования или помутнения:топливо, которое затвердевает значительно выше точки замерзания воды, не очень полезно в холодном месте. Следовательно, имеет смысл искать ненасыщенное масло в качестве источника биотоплива.
Но есть еще одна сложность, связанная с этим выбором. Многие ненасыщенные масла имеют нежелательные характеристики горения:при использовании в качестве топлива они оставляют в двигателе клейкие остатки. Гидрирование , или обработка масла водородом может смягчить эту проблему, но более интенсивная обработка означает увеличение затрат [источник:Journey to Forever].
Символом успеха в сельском хозяйстве во многих частях мира являются бесконечные поля кукурузы, сои или пшеницы с одинаковыми культурами, простирающимися насколько хватает глаз. К сожалению, это изображение также является признаком монокультуры, сельскохозяйственной проблемы, которая может значительно усугубиться из-за биотоплива.
Монокультура относится к практике выращивания одной сильно концентрированной культуры, а не чередования различных культур на полях фермера с течением времени. Хотя это экономически привлекательная практика, основанная на эффекте масштаба, чтобы сделать урожай более прибыльным для фермера, она может иметь серьезные экологические недостатки. Сотни - даже тысячи - нетронутых акров одной культуры представляют собой непреодолимую мишень для вредителей растений; популяции вредителей могут выйти из-под контроля в такой заманчивой среде. Точно так же питательные вещества, которые возвращаются в почву в результате севооборота и позволяют полям оставаться под паром, исчезают при интенсивном монокультурном земледелии. Монокультурные фермы, давно работающие на монокультуре, вынуждены использовать гораздо больше искусственных удобрений, чем их более устойчивые сверстники, что увеличивает загрязнение воды. И исключительный характер монокультуры увеличивает риск полной потери для фермера; представьте ущерб, если серьезный штамм фитофтороза поразит кукурузную ферму, производящую этанол [источник:Altieri].
Монокультура не ограничивается производством биотоплива; это вопрос, который изучался в течение многих лет в связи с крупномасштабным производством продовольственных культур. Но поскольку многие популярные биотопливные культуры, такие как кукуруза и соевые бобы, также являются популярными источниками пищи для большей части мира, понятно, что проблемы, связанные с монокультурой, могут значительно усугубиться, поскольку потребители требуют больше биотоплива.
Фермеры, выращивающие кукурузу, сою и хлопок — все потенциальные источники биотоплива — все чаще сажают генетически модифицированные версии этих растений [источник:Министерство сельского хозяйства США]. Это не селекционное разведение, которое фермеры практиковали годами; генетически модифицированные культуры изменяются в лаборатории, чтобы лучше переносить гербициды, бороться с вредителями или давать более высокие урожаи.
Теоретически это звучит как отличный способ удовлетворить спрос на биотопливо. В конце концов, лучший урожай снизит цены и обеспечит достаточное количество кукурузы или соевых бобов, чтобы накормить и прокормить мир, верно? Но в случаях, которые кажутся настолько же научной фантастикой, насколько и научным фактом, генетически модифицированные культуры случайно приобрели непреднамеренные, а иногда и опасные свойства.
Яркий тому пример — начало 2000-х. Во время первоначальных испытаний модифицированного штамма кукурузы исследователи обнаружили, что урожай, созданный для борьбы с мотыльком, который, как известно, охотится на кукурузу, производит пыльцу, которая, возможно, может убить личинок бабочки монарха. Ученые забили тревогу, и дальнейшие испытания, проведенные академическими и отраслевыми исследователями, подтвердили, что пыльца кукурузы представляет угрозу для монархов. К тому времени кукуруза была на рынке уже сезон. К счастью, он плохо продавался, поэтому им было засеяно немного полей. Если бы это был самый популярный сорт кукурузы в этом сезоне, могла бы произойти экологическая катастрофа, поскольку монархи мигрировали через густонаселенный кукурузой Средний Запад Америки [источник:Меллон и Рисслер].
Возможно, самый очевидный из недостатков биотоплива является наиболее очевидным:это не нефтяное топливо, поэтому оно будет работать по-другому в двигателях, предназначенных для нефтяного топлива.
Этанол на основе кукурузы, например, имеет более высокую плотность, чем бензин; топливные форсунки должны быть больше в двигателе, работающем только на этаноле, чтобы соответствовать расходу топлива сопоставимого бензинового двигателя. А спиртовые топлива (включая этанол) могут вызвать коррозию или повредить некоторые металлические и резиновые детали, используемые в бензиновых двигателях. Переход с одного топлива на другое в некоторых случаях требует ряда новых форсунок, прокладок и топливопроводов. А когда двигатель заработает, различия в характеристиках сгорания бензина и этанола означают, что в двигателе, работающем на этаноле, необходимо отрегулировать угол опережения зажигания для правильной работы [источник:Tsuneishi].
Биодизель не намного лучше. Из-за температуры гелеобразования многих масел, производящих биодизель, выше, чем у нефти, запуск биодизельного двигателя в холодную погоду может быть затруднен, если не невозможен. Проблема еще хуже для чистого растительного масла, используемого в качестве топлива в так называемых «масленках». Водители транспортных средств, использующих эти виды топлива, часто устанавливают нагревательные элементы, чтобы защитить топливный бак и трубопроводы от загущенного топлива, или устанавливают двухтопливные системы, которые промывают двигатель дизельным топливом при запуске и остановке. Ряд производителей продают компоненты для переоборудования биодизеля и автомобилей, и бесстрашные мастера часто находят способы решить проблему гелеобразования. Но преобразования добавляют время и деньги к уравнению биотоплива, что может оттолкнуть потенциальных пользователей биотоплива.
Чтобы узнать больше о биотопливе, перейдите на следующую страницу.
Преимущества и недостатки покупки нового автомобиля
Как работает биотопливо второго поколения?
Преимущества и недостатки Boxer Engine
Преимущества и недостатки прямозубых зубчатых колес
Преимущества и недостатки покупки автомобиля онлайн