"바이오 연료"가 요즘 교통계의 주요 화두이며 그만한 이유가 있습니다. 식물 기반 연료는 거의 모든 곳에서 생산할 수 있으며 재생 가능한 자원에서 유래하며 종종 석유 기반 연료보다 더 깨끗한 배출물을 생성합니다. 지속 가능한 운송을 지향하는 국제적 추세에 따라 옥수수 기반 에탄올과 콩, 지저귀 및 팜유에서 추출한 바이오디젤과 같은 연료는 더 깨끗하고 친환경적인 고속도로를 향한 좋은 발걸음처럼 보입니다.
그러나 바이오 연료는 완전히 비용이 들지 않습니다. 경제적 및 환경적 측면에서 연료 비용에는 여러 가지 요인이 영향을 미치며 바이오 연료가 항상 가장 지속 가능한 옵션으로 나오는 것은 아닙니다. 사실, 식물 기반 연료는 재생 가능한 자원에서 나오는 반면 화석 연료는 결국 고갈될 것입니다. 그러나 다른 여러 복잡한 측면을 고려하면 바이오 연료는 종종 높은 가격을 부담합니다.
많은 일반 작물은 세계의 특정 지역에서 경제적으로 바이오 연료를 생산할 수 있습니다. 그러나 다른 지역에서는 동일한 식물을 재배하는 것이 불가능하거나 매우 비용이 많이 듭니다. 마찬가지로, 화석 연료 소비를 크게 줄이기 위해 충분한 바이오 연료를 생산하는 데 필요한 비료, 물 및 토지는 오염 증가에서 식량 접근 감소에 이르기까지 다른 문제를 일으킬 수 있습니다.
바이오 연료와 이를 연료 사용 습관에 통합하는 과정은 비용이 많이 들 수 있습니다. 바이오 연료의 몇 가지 단점을 살펴보고 앞으로 더 많이 보게 될 연료에 대한 새로운 관점을 얻으십시오.
내용이것은 시드 패킷 뒷면에 있는 작은 여러 가지 색상의 지도와 관련이 있습니다. 동쪽에서 서쪽으로 뻗어 있는 불규칙한 줄무늬는 생장대입니다. 물 공급, 온도 및 햇빛이 특정 유형의 식물에 적합한 기후를 만드는 지역입니다. 예를 들어 Zone 5에 거주하는 경우 긴 성장 기간과 Zone 10의 높은 열이 필요한 식물을 키우는 데 어려움을 겪을 가능성이 큽니다[출처:Burpee].
바이오 연료 작물은 이러한 점에서 피튜니아나 고추와 다르지 않습니다. 특정 작물은 특정 지역에서 더 잘 자라고 다른 지역에서는 전혀 자라지 않을 수 있습니다. 그리고 바이오 연료 생산이 가능한 것으로 간주되는 석유 생산 작물의 범위는 대부분의 재배 지역에 맞을 만큼 충분히 넓지만 가장 생산적인 작물은 모든 곳에서 자라지 않습니다. 저생산 지역에 거주하는 소비자는 바이오 연료를 트럭이나 파이프로 운송해야 하므로 생산 및 운송에서 발생하는 배출량과 비용이 증가합니다[출처:Pimentel].
연구원들은 내후성 작물에서 바이오 연료 생산량을 늘리기 위해 노력하고 있습니다[출처:Lau]. 그러나 오렌지가 알래스카에서 결코 환금작물이 될 수 없는 것과 같은 방식으로, 바이오연료가 풍부한 작물의 대규모 생산을 단순히 지원할 수 없는 일부 지역은 항상 있을 것입니다.
초등학교 학생에게 식물이 자라는 데 무엇이 필요한지 물어보면 햇빛과 물의 두 가지를 언급할 것입니다. 첫 번째는 바이오 연료 생산자의 통제를 약간 벗어난 반면 두 번째는 식물 기반 연료의 잠재적으로 심각한 단점의 핵심입니다. 일부 바이오 연료 생산 작물의 물 수요는 관리되지 않으면 지역 수자원에 지속 불가능한 압력을 가할 수 있습니다. 현명하게.
2009년 연구에 따르면 연방 대체 에너지 요구 사항을 충족하기에 충분한 옥수수 기반 에탄올을 생산하기 위해 서두르면서 바이오 연료 수요가 이미 대평원과 중부 남서부의 담수 공급에 스트레스를 가하고 있습니다[출처:McKenna]. 문제의 핵심은 옥수수의 상대적으로 높은 수분 요구량입니다. 연구자들은 갈증이 덜한 작물을 유전적으로 조작하는 방법을 조사하고 있으며 주어진 지역에 어떤 바이오연료 작물을 심을지 신중하게 계획하면 이 문제를 완화할 수 있습니다[출처:Lau]. 그러나 특히 옥수수를 사용하고 세계의 건조한 지역에서 대규모 바이오연료 생산은 한정된 수자원을 식수 및 관개 수요와 공유해야 합니다.
옥수수, 대두, 수수와 같은 식량작물을 사용한 바이오연료 생산은 저렴한 식량에 대한 전 세계의 접근을 획기적으로 변화시킬 잠재력이 있습니다. 바이오 연료의 단순한 수요 공급 경제(예:옥수수 수요 증가, 옥수수 가격 상승)는 일부 지역의 식량 안보에 위협이 될 수 있습니다. , 또는 해당 지역 인구를 위한 저렴하고 영양가 있는 식품에 대한 접근 [출처:Naylor].
식품-바이오연료 작물에 대한 수요 증가는 농산물 가격 상승의 형태로 작물 생산자에게 긍정적인 영향을 미칠 수 있습니다. 그러나 그 가격은 곧 소비자에게로 떨어집니다. 예를 들어, 양돈 농부는 가축을 먹일 옥수수를 구입하기 위해 부셸당 몇 달러를 추가로 지불해야 할 수 있습니다. 이는 식료품점에서 더 비싼 베이컨과 햄으로 직접 번역됩니다[출처:Carey]. 하루에 단 몇 달러로 생활하는 수십억 명의 사람들은 식품 가격이 조금만 오르더라도 적절한 영양 섭취를 위험에 빠뜨릴 수 있습니다.
이에 대응하는 한 가지 방법은 단순한 외교에 있습니다. 세계 상업의 세계화는 수요 증가에 대응하여 세계의 한 지역에서 다른 지역으로 식량 공급을 이전하는 것이 그 어느 때보다 쉬워졌다는 것을 의미합니다. 그러나 식품 수입에 대한 준비된 접근과 수출의 용이성은 광범위한 정치적, 사회적 요인에 달려 있습니다. 굶주린 국가를 먹여 살리기 위해 지구 반대편의 농산물에 의존하는 것은 세계 에너지 공급에 광범위한 바이오 연료 통합을 위해 치러야 하는 위험한 대가입니다.
그것은 윈-윈 아이디어처럼 보였습니다. 부분적으로 온실 가스 배출 감소를 목표로 하는 규정에 의해 추진된 바이오 연료에 대한 유럽의 수요가 급증할 것으로 설정되었습니다. 업계 연구원들은 비교적 생산하기 쉬운 바이오 연료 공급원인 팜유에서 답을 찾았습니다. 농장 소유주는 수요를 충족하기 위해 운영을 준비했습니다 …
... 그리고 환경적 혼란이 뒤따랐습니다. 일부 추정에 따르면 인도네시아 팜유 농장의 확장은 80년대 후반과 90년대에 인도네시아 삼림 벌채의 대다수를 차지했습니다. 그리고 석유로 구동되는 트럭으로 야자유를 옮기고 농지를 준비하기 위해 이탄 습지를 배수하고 태우는 관행과 같은 고소비 생산 관행으로 인해 동남아시아 국가는 세계 최고의 온실 가스 배출국 중 하나가 되었습니다[출처:Rosenthal].
인도네시아 팜유 문제는 실제로 바이오 연료의 단점이 결합된 문제입니다. 팜유와 같이 생산량이 많은 식물의 지역적 특성은 세계의 특정 지역이 농업용 금광이라는 것을 의미합니다. 바이오 연료 수요는 농장을 빠르게 확장하도록 동기를 부여합니다. 그러나 자원을 보존하고 식물 기반 연료를 통한 배출량 감소 정신을 유지하는 데 관심을 기울이지 않으면 이러한 생산량 증가로 인해 해결해야 할 문제보다 더 큰 환경 문제가 발생할 수 있습니다.
이것은 바이오 연료 작물이 전 세계적으로 식량 작물, 정원 및 잔디와 공유하는 문제입니다. 이 모든 식물은 비료를 주면 더 잘 자랍니다. 그러나 이러한 비료는 주변 환경에 해로운 영향을 미칠 수 있으며 바이오 연료 생산이 확대되면 담수 공급원에 심각한 오염 위협이 될 수 있습니다.
많은 비료에는 질소와 인이 포함되어 있습니다. 이 두 첨가제는 많은 작물에서 빠르고 왕성한 성장을 촉진하지만 단점이 있습니다. 과도하게 사용하거나 부적절하게 시비하면 토양에 과도한 비료가 남을 수 있으며, 이 비료는 지역 유역을 통해 하천, 강, 호수 및 지하 대수층으로 씻겨 나옵니다. 그리고 화학 물질이 상수도에 들어가면 나쁜 일이 발생할 수 있습니다.
인은 국부적인 조류 번성의 방아쇠로 연루되어 있습니다. 작은 수생 식물은 인을 먹고 빠르게 번식하며 종종 물의 산소량을 줄이거나 독성 화학 물질을 방출하여 다른 식물과 수생 동물을 죽입니다. 식수에 함유된 질소는 메트헤모글로빈혈증을 비롯한 여러 건강 문제를 유발할 수 있습니다. , 유아가 혈액의 산소를 사용하지 못하게 하는 상태 [출처:Rosen and Horgan]. 비료를 주의해서 살포하면 광범위한 오염 문제를 예방할 수 있지만 세계 수요를 충족시키기 위해 바이오 연료 생산을 확대하면 이 영역에서 더 많은 실수가 발생할 수 있습니다.
처음에는 반직관적으로 보일 수 있지만 일부 과학자들은 광범위한 바이오 연료 생산이 네거티브섬 게임이라고 주장합니다. 그들은 1갤런의 석유 연료를 대체할 만큼 충분한 바이오디젤이나 에탄올을 생산하려면 몇 갤런의 석유 연료에 해당하는 에너지가 필요하다고 주장합니다. [출처:피멘텔].
다시 말해, 에탄올을 위해 재배되는 옥수수 밭을 생각해 보십시오. 한 시즌 작물에서 100갤런의 연료를 생산할 수 있습니다. 그러나 밭을 돌보는 트랙터가 계절에 75갤런의 연료를 태우고 옥수수를 가공업자로 운반하는 트럭은 이동 중에 20갤런을 태우고 가공업자는 40갤런의 에너지를 사용하여 증류 장비를 가동합니다. 생산된 에탄올은 정말 친환경적인 저공해 연료인가? 식물을 키우는 데 필요한 담수 갤런과 식물을 건강하게 유지하는 데 필요한 비료의 양과 같은 기타 자원 비용을 방정식에 추가하면 바이오 연료를 실제 에너지 및 탄소 배출 절감과 동일시하기가 훨씬 더 어려워집니다.
2005년 연구에 따르면 현재의 농업 및 생산 기술을 사용하면 1갤런의 바이오디젤을 생산하는 데 포함된 에너지보다 27~118% 더 많은 에너지가 필요합니다[출처:Pimentel]. 기술은 결국 이러한 비율을 좁힐 수 있지만 현대 바이오 연료 생산의 입력-출력 에너지 비율은 널리 사용되는 주요 단점입니다.
많은 바이오 연료 작물이 바이오 디젤을 만드는 데 사용됩니다. 종자에 있는 기름을 압착하고 여과한 다음 화학 공정을 사용하여 연료로 전환합니다. 그러나 다른 작물이 동일한 과정을 통해 바이오디젤이 될 수 있지만 결과 연료는 전력 생산 능력이 크게 다를 수 있습니다. 즉, 모든 바이오 연료 작물이 동등하게 생성되는 것은 아닙니다.
첫째, 수익률의 문제가 있습니다. 1에이커의 작물에서 사용할 수 있는 식물성 기름의 양은 옥수수의 경우 에이커당 18갤런에서 야자수의 경우 635갤런까지 매우 다양합니다[출처:Journey to Forever]. 그리고 모든 기후 지역이 경제적으로 실행 가능한 바이오디젤을 생산할 수 있는 고수율 작물에 적합하지 않습니다[출처:Burpee].
둘째, 이 식물이 생산하는 기름은 동일하지 않습니다. 부엌에 있는 기름에 대해 생각해 보십시오. 찬장에 있는 올리브 기름은 쉽게 부을 수 있지만 라드와 야채 쇼트닝은 페이스트와 같은 일관성을 갖습니다. 주어진 온도에서 이러한 상태의 차이는 오일의 분자 구성에서 비롯됩니다. 낮은 온도에서 액체 상태를 유지하는 포화 지방 함량이 낮은 오일의 분자 결합은 평균 온도 범위에서 종종 고체를 형성하는 높은 포화 지방의 분자 결합과 다릅니다.
이 차이는 연료로서의 오일의 생존 가능성에 영향을 미칩니다. 한 가지 분명한 고려 사항은 젤 또는 흐림 지점입니다. 물의 빙점보다 훨씬 높은 고체 상태로 변하는 연료는 추운 지역에서는 그다지 유용하지 않습니다. 결과적으로, 바이오 연료 공급원으로 불포화 오일을 찾는 것이 합리적입니다.
그러나 이 선택과 관련하여 발생하는 또 다른 문제가 있습니다. 많은 불포화 오일에는 바람직하지 않은 연소 특성이 있습니다. 연료로 사용할 때 엔진에 고무 같은 잔류물을 남깁니다. 수소화 , 또는 오일을 수소로 처리하면 이 문제를 완화할 수 있지만 처리 증가는 비용 증가를 의미합니다[출처:Journey to Forever].
세계 여러 지역에서 농업 성공의 상징은 옥수수, 대두 또는 밀의 끝없는 들판이며 동일한 작물이 눈으로 볼 수 있는 곳까지 뻗어 있습니다. 불행히도 그 이미지는 단일 재배의 징조이기도 하며, 바이오 연료로 인해 훨씬 더 악화될 수 있는 농업 문제입니다.
단일 재배 시간이 지남에 따라 농부의 들판을 통해 다양한 작물을 순환시키는 것이 아니라 집중적으로 농축된 하나의 작물을 재배하는 관행을 말합니다. 이것은 경제적으로 매력적인 방법이지만 규모의 경제를 이용하여 농부에게 더 많은 이익을 가져다 주지만 심각한 환경적 단점을 가질 수 있습니다. 수백, 심지어 수천 에이커의 농작물이 식물 해충의 저항할 수 없는 표적이 됩니다. 해충 개체군은 그러한 유혹적인 환경에서 통제할 수 없을 정도로 폭발할 수 있습니다. 마찬가지로 윤작을 통해 토양으로 되돌려주고 들판을 휴경하게 하는 양분은 집중적인 단작농업에서는 사라진다. 장기간 단일 재배 농장은 지속 가능한 동료보다 훨씬 더 많은 인공 비료를 사용해야 하므로 수질 오염이 증가합니다. 그리고 단일재배 작물의 독특한 특성은 농부에게 전적인 손실의 위험을 증가시킵니다. 심각한 옥수수 마름병이 에탄올을 생산하는 옥수수 농장[출처:Altieri]에 타격을 입힐 경우의 피해를 상상해 보십시오.
단일 재배는 바이오연료 생산에만 국한된 문제가 아닙니다. 그것은 대규모 식량 작물 생산과 관련하여 수년간 연구되어 온 문제입니다. 그러나 옥수수와 대두와 같은 많은 인기 있는 바이오 연료 작물도 세계 대부분의 사람들에게 인기 있는 식량 공급원이기 때문에 소비자가 더 많은 바이오 연료를 요구함에 따라 단일 재배와 관련된 문제가 훨씬 더 악화될 수 있다는 것은 당연합니다.
잠재적인 바이오 연료 공급원인 옥수수, 대두 및 목화의 농부들은 점점 더 그러한 식물의 유전자 변형 버전을 심고 있습니다[출처:미국 농무부]. 이것은 농부들이 수년 동안 연습해 온 선택적 육종이 아닙니다. 유전자 변형 작물은 제초제에 더 잘 견디고 해충을 퇴치하거나 더 높은 수확량을 생산하도록 실험실에서 변경됩니다.
이론적으로 이것은 바이오 연료 작물 수요를 따라잡을 수 있는 훌륭한 방법처럼 들립니다. 결국, 더 나은 수확은 가격을 낮추고 세계를 먹여 살리고 연료를 공급할 수 있는 충분한 옥수수나 대두를 확보할 수 있게 해줄 것입니다. 그렇죠? 그러나 과학적인 사실만큼 공상과학 소설처럼 보이는 경우에 유전자 변형 작물은 의도하지 않은(때로는 위험한) 형질을 우연히 발달시켰습니다.
그 대표적인 예가 2000년대 초반에 있었습니다. 수정된 옥수수 변종의 초기 테스트에서 연구자들은 옥수수를 잡아먹는 것으로 알려진 나방과 싸우도록 설계된 작물이 제왕나비의 유충을 죽일 수 있는 꽃가루를 생산한다는 사실을 발견했습니다. 과학자들은 경종을 울렸고 학계 및 산업계 연구원의 추가 테스트는 옥수수의 꽃가루가 군주에게 위협이 된다는 것을 확인했습니다. 그때쯤이면 옥수수가 시장에 나온지 한 시즌이 되었습니다. 다행히 잘 팔리지 않아 밭에 몇 그루만 심었습니다. 그 계절에 인기 있는 옥수수 품종이었다면 군주가 옥수수가 많은 미국 중서부를 통해 이주함에 따라 생태학적 재앙이 있었을 것입니다[출처:Mellon and Rissler].
아마도 바이오 연료의 가장 직접적인 단점은 가장 명백할 것입니다. 석유 기반 연료가 아니므로 석유 기반 연료용으로 설계된 엔진에서는 다르게 작동합니다.
예를 들어 옥수수 기반 에탄올은 가솔린보다 밀도가 높습니다. 연료 인젝터는 유사한 가솔린 엔진의 연료 흐름과 일치하도록 에탄올 전용 엔진에서 더 커야 합니다. 그리고 알코올 연료(에탄올 포함)는 가솔린 엔진에 사용되는 일부 금속 및 고무 부속품을 부식시키거나 손상시킬 수 있습니다. 어떤 경우에는 한 연료에서 다른 연료로 전환하기 위해 다양한 새 인젝터, 개스킷 및 연료 라인이 필요합니다. 그리고 일단 엔진이 작동되면 가솔린과 에탄올 사이의 연소 특성의 차이는 에탄올로 변환된 엔진이 제대로 작동하기 위해 점화 타이밍을 조정해야 함을 의미합니다[출처:Tsuneishi].
바이오디젤은 별로 좋지 않습니다. 많은 바이오디젤을 생산하는 오일의 석유 젤 포인트가 높기 때문에 바이오디젤 엔진은 추운 날씨에 시동하기 어려울 수 있습니다. 문제는 소위 "기름차"의 연료로 사용되는 순수 식물성 기름의 경우 더욱 심각합니다. 이러한 연료를 사용하는 차량의 운전자는 연료 탱크와 라인에 겔화 연료가 없도록 하기 위해 난방 장치를 설치하거나 시동 및 정지 시 석유 디젤로 엔진을 세척하는 이중 연료 시스템을 설치하는 경우가 많습니다. 많은 제조업체가 바이오디젤 및 그리스 자동차 전환용 구성 요소를 판매하고 대담한 땜장이는 종종 겔화 문제를 극복하는 방법을 찾습니다. 그러나 전환으로 인해 바이오 연료 방정식에 시간과 비용이 추가되며, 이는 잠재적인 바이오 연료 사용자에게 불쾌감을 줄 수 있습니다.
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