2006년에 미국은 하루 평균 거의 2,060만 배럴의 석유를 소비했으며 이는 8억 6,500만 갤런 이상의 석유에 해당합니다[출처:Energy Information Administration]. 기름은 식료품점에 갈 때 차에 동력을 공급합니다. 산업 발전을 돕고 과학 및 의학의 기술 발전을 촉진합니다. 또한 엄청난 부를 창출합니다. 세계 경제는 상당 부분 석유 시추, 정제, 운송 및 유통에 기반을 두고 있습니다.
그러나 석유는 고대 해양 동식물의 화석화된 유적에서 생산되는 유한한 자원입니다. 화석화된 유해가 원유가 되기까지 최소 1천만 년이 걸리며, 사람들은 생성되는 것보다 훨씬 더 빨리 석유를 사용합니다. 결국 석유 생산량은 정점에 이르고 우리는 고갈되기 시작할 것입니다. 일부에서는 이 피크가 이미 발생했다고 추정합니다. 다른 사람들은 가까운 장래에 그것이 일어날 것이라고 봅니다. 어느 쪽이든, 대부분의 사람들은 우리가 임박한 에너지 위기의 한가운데에 있다고 믿습니다. 결국 석유는 일상적인 인간 활동에서 큰 역할을 합니다. 석유가 떨어지면 어떻게 됩니까?
에너지 부문은 가솔린 대체품을 찾는 데 수십억 달러를 투자합니다. 그러나 다음 에너지원은 단순히 전 세계에 전력을 공급하는 것 이상을 수행해야 합니다. 화석연료로 인한 온실가스(GHG)에 대한 우려가 높아져 지구 온난화로 이어지면서 차기 연료도 청정해야 한다. 가격이 저렴해야 하고 경제를 유지하는 데 도움이 되어야 합니다.
사람들이 석유에서 전환할 수 있도록 차세대 연료가 신속하게 제공되어야 합니다. 결국 세계는 다음 연료가 개발되고 구현되는 동안 10, 20년 동안 멈출 수 없습니다.
이 모든 것을 합치면 모든 연료 공급원에 대한 요구 사항의 불가능한 세탁 목록처럼 들립니다. 그렇기 때문에 불과 몇 년 간의 연구 끝에 이러한 모든 의무를 다하는 것처럼 보이는 에너지원이 등장한다는 사실이 매우 놀라운 일입니다.
에탄올 (에틸 알코올)은 식물의 복합 탄수화물에서 파생된 연료의 한 형태입니다. 수십 년 동안 연구자들은 연료로서의 잠재력을 알고 있었습니다. 그러나 에탄올을 저렴하고 효율적으로 생산하는 과정은 지금까지 파악하기 어려웠습니다. 일부 과학자들은 말합니다.
스위치그래스로 알려진 빠르게 자라는 풀 미국, 캐나다, 중남미, 아프리카 일부 지역에서 볼 수 있습니다. 그리고 그것이 지금과 같은 종류의 약속을 계속해서 보여 준다면 향후 20년 동안 자동차에 연료를 공급하는 데 사용할 수 있습니다. 그러면 어떻게 풀이 연료가 될 수 있습니까? 임박한 에너지 위기에 대한 해답으로 스위치그래스에 대한 맑은 예보에 대해 알아보려면 다음 페이지를 읽으십시오.
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생물학적 연료의 출처에 대한 연구 -- 바이오 연료 -- 닭고기 지방에서 우드 칩에 이르기까지 모든 것이 포함되어 있습니다. 그러나 대부분을 처리하면 낮은 순 에너지 비율이 생성됩니다. -- 각 장치가 내보내는 에너지의 양은 생산에 투입된 에너지보다 많지 않습니다. 비용도 문제였습니다. 동식물 자원에서 연료를 추출하는 기술은 현재 고가이며 연료 펌프에 반영됩니다. 그러나 연구자들이 스위치그래스의 숫자를 더 많이 분석할수록 대체 연료 공급원에 대한 좋은 후보처럼 보입니다.
Switchgrass는 아메리카 대륙에 서식하는 다년생 식물입니다. 평지에서 빠르고 쉽게 자랍니다. 그것은 거칠고 강건한 종입니다. 어떤 경우에는 침입으로 간주됩니다. 2005년에 발표된 노스다코타의 3년 연구에 따르면 일부 풀 종류는 그대로 두면 평균 7톤 이상의 바이오매스 생산량을 생산할 수 있습니다. -- 수확된 식물 재료 -- 강수량과 토양 유형에 따라 에이커당 [출처:미국 농무부].
잔디는 또한 가뭄에 강하고 비료가 거의 필요하지 않습니다. 이것은 생산에 소비되는 화석 연료가 덜 필요함을 의미합니다. 비료를 뿌리고 밭에 관개하는 펌프에 연료를 공급하는 데 사용되는 트랙터에는 화석 연료가 필요합니다. 더 적은 양의 관개와 더 적은 비료는 에너지 투입량 감소를 의미하며, 이는 곧 비용과 온실 가스 배출 감소를 의미합니다. 게다가 스위치그래스 지지자들은 다른 나라에서 수입하는 것이 아니라 미국에서 재배할 수 있기 때문에 공장에서 생산되는 연료가 미국을 더 안전하고 독립적으로 만들 것이라고 말합니다.
스위치그래스 공급 원료에서 생산된 연료 -- 증류 연료를 생산하는 데 사용되는 원료 -- 셀룰로오스 에탄올 . 이 알코올 연료는 셀룰로오스를 분해하는 화학적 과정에 의해 생성됩니다. -- 식물의 세포벽을 구성하는 구조. 셀룰로오스가 기본 성분으로 분해되면 효모가 첨가되고 발효되어 알코올이 됩니다. 정제된 에탄올은 연료로 사용할 수 있습니다.
식물에서 추출할 수 있는 셀룰로오스가 많을수록 에탄올 공급원으로서 가치가 높아집니다. 그리고 스위치그래스는 셀룰로오스를 많이 함유하고 있습니다. 식물의 약 70%는 이러한 복합 탄수화물로 구성되어 있습니다[출처:BioCycle]. 더 좋은 것은 리그닌입니다. 셀룰로오스에서 물이 제거될 때 생성되는 부산물은 에탄올 생산 공장에 전력을 공급하기 위한 연료로 사용될 가능성이 있음을 보여주었습니다. 리그닌을 활용할 수 있다면 에탄올 처리가 자급자족할 수 있습니다.
풀을 재배하는 데 사용되는 비료 생산으로 시작하여 에탄올 배포를 위한 운송으로 끝나는 Argonne 국립 연구소 연구원 Michael Wang은 스위치그래스의 에너지 비율을 계산했습니다. 그는 스위치그래스에서 셀룰로오스 에탄올 생산에 투입되는 에너지 1단위가 에너지 생산량의 10배를 생성한다는 것을 발견했습니다. 이는 옥수수에서 추출한 에탄올보다 훨씬 높습니다. 대조적으로 가솔린은 에너지 비율이 1 대 0.81이므로 생산하는 것보다 생산하는 데 더 많은 에너지가 필요합니다. Wang은 또한 스위치그래스 에탄올이 가솔린 및 E85 에탄올보다 생산에 70% 적은 화석 연료가 필요할 수 있음을 발견했습니다. -- 85%의 에탄올과 15%의 가솔린을 혼합한 혼합물은 가솔린보다 86% 적은 GHG를 배출합니다. [출처:왕].
대체 연료가 모든 것을 갖추고 있기 때문에 스위치그래스처럼 들립니다. 그래서 보류는 무엇입니까? 정제 과정은 단순해 보이지만 사실 상대적으로 그렇습니다. 그러나 스위치그래스에서 에탄올을 만드는 것은 몇 가지 문제에 직면해 있습니다. 스위치그래스에서 에탄올을 증류할 때의 어려움에 대한 다음 페이지를 읽으십시오.
스위치그래스에 대한 새로운 연구의 출판과 함께 식물이 미래의 에너지 구호에서 중요한 역할을 할 수 있다는 것이 점점 더 명확해지고 있지만 "미래"라는 단어가 핵심입니다. 현재 식물에서 셀룰로오스를 추출하는 과정은 어렵고 비용이 많이 듭니다.
식물 재료에서 추출한 셀룰로오스는 다양한 효소에 의해 생성됩니다. , 사용되는 식물 재료의 종류에 따라 다릅니다. 이 촉매는 설탕과 같은 복합 탄수화물을 먹고 그 과정에서 셀룰로오스와 이산화탄소를 폐기물로 내보냅니다. 그러나 이러한 효소는 정제된 에탄올 1갤런당 약 20센트로 고가입니다[출처:Federal Trade Commission]. 게다가 셀룰로오스를 효모로 발효시키는 과정은 다른 효소를 필요로 하기 때문에 비용이 더 많이 든다. 2006년에 식물 유전학자인 Albert Kausch는 현재의 재배 및 생산 방법으로 셀룰로오스 에탄올의 갤런당 비용이 2.70달러가 될 것이라고 말했습니다. 이는 여전히 가솔린보다 저렴하지만 Kausch는 갤런당 약 1달러까지 낮출 수 있다고 믿고 있습니다[출처:Newswise]. 이 극적인 비용 절감을 달성하는 방법 중 하나는 더 저렴한 효소를 개발하고 셀룰로오스를 분해하고 에탄올을 발효시킬 수 있는 단일 효소를 찾는 것입니다.
에탄올이 직면한 다른 문제 중 하나는 정제소에서 주유소로 에탄올을 공급하는 것입니다. 에탄올은 부식성이 높으며 석유 및 석유처럼 파이프라인을 통해 운송할 수 없습니다. 이는 대형 탱커 트럭이 유통을 위해 에탄올을 운송하는 데 더 많은 화석 연료가 필요하기 때문에 트럭으로 운송해야 한다는 것을 의미합니다. 이는 생산 비용을 증가시키고 에너지 비율을 낮춥니다.
Argonne National Laboratory의 Michael Wang은 HowStuffWorks에 에탄올을 배포하는 문제는 철도 시스템을 사용하여 가능한 한 멀리 운반함으로써 부분적으로 극복할 수 있다고 말합니다. "중서부에서 정제하여 서부로 운송하면 운송이 문제입니다."라고 그는 말합니다. "철도를 이용해야 합니다. 하지만 짧은 거리를 운송할 때는 [순 에너지 비율에] 큰 차이가 없습니다."
스위치그래스 에탄올이 현재 직면하고 있는 또 다른 문제는 재배에 사용할 수 있는 토지의 양입니다. 테네시 대학의 분석에 따르면 미국은 총 1억 5,300만 톤의 스위치그래스와 작물 잔류물을 생산할 수 있습니다. -- 줄기와 종자와 같이 농업 수확 및 생산 후 남은 물질 -- 매년 에탄올 공급 원료로 사용됩니다. 그 수치는 이것이 미국의 연간 휘발유 소비를 5.3% 감소시키는 결과를 가져올 것임을 보여줍니다. 이는 예상보다 훨씬 낮고 조지 W. 부시 대통령이 2006년 2017년까지 요구한 재생 가능한 연료의 350억 갤런보다 훨씬 적은 수치입니다. 주정부 주소.
효소 연구와 마찬가지로 기술도 이 장애물을 극복할 수 있습니다. NCEP(National Commission on Energy Policy)의 Jason Grumet은 에이커당 톤수를 늘리고 에탄올 생산 효율을 1/3로 높이고 미국 내 모든 차량의 연비를 두 배로 높일 수 있는 스위치그래스 계통을 개발할 것을 제안합니다. [출처:미국 상원].
이러한 장애물을 극복하기 위한 자금은 분명히 있습니다. 에너지 회사와 작물 연구 대기업 모두 셀룰로오스 에탄올 시설에 돈을 쏟아 붓고 있습니다. BP Amoco PLC는 University of California-Berkley와 University of Illinois-Champaign에 연구 시설 자금을 지원하기 위해 합하여 5억 달러를 제공했습니다. Chevron Corporation은 University of California-Davis에 2,500만 달러, 조지아 공과 대학에 1,200만 달러를 기부했습니다. 그리고 Oak Ridge 국립 연구소는 셀룰로오스 에탄올 연구를 위해 미국 에너지부로부터 1억 2,500만 달러를 받았습니다[출처:DeMonte]. 그럼에도 불구하고 많은 기업들이 미국 정부가 셀룰로오스 기술에 베팅하는 금융가들에게 투자 보증과 세금 감면을 제공함으로써 연구 개발을 촉진할 수 있기를 기대하고 있습니다.
셀룰로오스 에탄올 연구에 쏟아지는 돈의 양과 더 많은 것이 진행되고 있을 가능성과 함께 - 열정과 대중의 지지는 말할 것도 없고 - 불과 몇 십 년 안에 스위치그래스 기반 에탄올이 가득 차게 될 것이라고 상상하기 어렵습니다. 우리 차. 그러나 스위치그래스에도 회의론자가 있습니다. 일부는 잔디가 기대에 부응하지 않는다고 생각하고 다른 일부는 잔디가 기대에 부응할 경우 그 결과를 두려워합니다. 다음 페이지에서 바이오 연료 회의론자에 대해 읽어보십시오.
옥수수와 스위치그래스 사이의 경쟁은 향후 에탄올 생산을 위한 공급원료로 사용될 것입니다. 옥수수를 재배하는 일부 지역은 스위치그래스를 재배할 수 없고 그 반대의 경우도 있기 때문에 많은 지역은 대체 연료 논쟁의 결과에 기득권을 갖고 있습니다. 생산 비용, 에너지 비율 및 GHG 배출에 대한 연구에 따르면 옥수수 기반 에탄올은 스위치그래스로 만든 에탄올과 경쟁할 수 없는 것으로 보입니다.
그러나 두 작물로 만든 에탄올은 여러 면에서 유사하지만 스위치그래스가 연료로 바뀌는 과정은 많은 연구자, 정치인 및 활동가에게 탁월한 선택이 됩니다. 예를 들어 옥수수 에탄올 생산은 곡물(먹는 것)만을 사용하여 에탄올을 생산합니다. 아이러니하게도 작물 잔류물은 셀룰로오스 에탄올 생산에 사용할 수 있지만 나머지는 버려집니다.
스위치그래스가 옥수수에 비해 갖는 또 다른 이점은 필요한 토지의 양과 유형입니다. 평균 이상의 토양을 가진 아이오와 주에서 평균 작물 수확량은 2005년 에이커당 약 4.8톤이었습니다. 앞서 언급한 2005년 노스다코타 연구에서는 에이커당 약 7톤의 스위치그래스 수확량을 보여주었습니다. 그리고 스위치그래스는 잘 자라기 위해 최고의 토양이 필요하지 않습니다. 현재 농작물에 사용되지 않는 땅에서 자랄 수 있습니다.
Oak Ridge National Laboratory에서 작성한 보고서에 따르면 오늘날 미국에서 도로 위 차량의 절반에 에탄올을 연료로 사용하려면 스위치그래스를 재배하는 데 1억 8천만 에이커의 땅이 필요하다고 결론지었습니다. 이는 미국에서 이미 농업용으로 사용 중인 토지의 40%를 차지합니다[출처:미국 상원].
그러나 NCEP의 제이슨 그루멧(Jason Grumet)은 연구 개발의 "꾸준하지만 눈에 띄지 않는 진전"을 통해 20~30년 안에 3천만 에이커까지 에탄올을 생산하는 데 필요한 토지의 양을 줄일 수 있다고 믿습니다. Grumet은 이것이 보존 보호 구역 프로그램의 면적에 관한 것이라고 언급합니다. (CRP), 농업이 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 농부들에게 토지를 휴경지로 지정하도록 지불하는 연방 프로그램 [출처:미국 상원].
스위치그래스(switchgrass)가 변두리 땅에서 자랄 수 있다고 암시한 사람은 Grumet만이 아닙니다. 결국, 그것이 심어진 토양을 개선하는 것으로 나타났으며 CRP 토지는 에탄올 생산을 위한 공급원료가 재배되는 동시에 이익을 얻을 수 있습니다. 그러나 모든 사람이 산업용 스위치그래스 생산이 CRP 토지를 가장 잘 사용한다고 믿는 것은 아닙니다. 회의론자들은 토양이 고품질 작물을 생산하지 못하기 때문에 보존 보호 프로그램에 등록된 대부분의 토지가 따로 보관되어 있다고 주장합니다. 스위치그래스가 다음 연료 공급원이 되고 주요 회사가 생산에 막대한 자금을 투입한다면 이러한 비평가들은 동일한 회사가 가능한 최고의 수확량을 원할 것이라고 주장합니다. 이것은 가능한 최고의 토지를 사용함으로써 가장 잘 실현될 것입니다. 이는 일부 경작지가 식량 생산에서 에너지 생산으로 전환된다는 것을 의미합니다.
오늘날 우리는 식량 작물의 소량을 연료로 사용합니다. 우리가 에너지원으로 바이오 연료에 의존하게 된다면 에너지와 식량은 자원, 특히 토지에 대한 직접적인 경쟁이 될 수 있습니다.
이것은 식품 개발 정책 연구소의 Eric Holt-Gimenez 박사를 포함한 일부 사람들과 관련이 있습니다. 연료 가격이 상승하면 생산 및 운송 비용 증가로 인해 식품 가격도 상승합니다. Holt-Gimenez는 식량과 에너지가 토지를 놓고 경쟁한다면 식량 가격은 에너지 가격에 역효과를 낼 수 있다고 주장합니다. 게다가, 그는 잉여 식량이 에탄올의 바이오매스로 사용될 수 있기 때문에 배고픈 국가를 위한 식량 잉여 프로그램이 고갈될 수 있다고 말합니다[출처:Holt-Gimenez].
셀룰로오스 에탄올에 대한 다른 우려도 있습니다. 일부는 셀룰로오스 에탄올이 다른 연구에서 주장하는 에너지 비율이 없다는 연구를 기반으로 그 잠재력이 너무 장밋빛이라고 생각합니다. 그러나 이러한 연구는 스위치그래스의 잠재력을 입증한 연구보다 수가 적고 관심을 훨씬 덜 받습니다. 그리고 자금 조달과 여론이 진전의 지표라면 스위치그래스 에탄올을 사용하는 것이 좋습니다.
바이오 연료, 에너지 및 관련 주제에 대한 자세한 정보는 다음 페이지를 참조하십시오.
