セルロース系エタノールは、植物の種子や果実からではなく、セルロース(植物の丈夫な繊維)から生成されるエタノール(エチルアルコール)である。 それは、草、木、藻類、または他の植物から生産されるバイオ燃料です。 植物の繊維状部分は、反芻動物(放牧、牛または羊などの草食動物)を除いて、ヒトを含む動物にほとんど食べられない。

その重要な経済的可能性のために、セルロースエタノールにかなりの関心が存在する。 植物によるセルロースの成長は、太陽エネルギーを無毒的に化学的に捕捉して貯蔵するメカニズムであり、その結果、輸送および保管が容易な供給物が得られる。 また、牧草や樹木はほぼどこでも温暖化する可能性があるため、輸送は不要となる可能性があります。 これは商業的に実用的なセルロース系エタノールが、石油やガス掘削の需要、さらには穀物ベースのエタノール燃料だけでは不可能な原子力発電の需要を減らすバイオ燃料産業の次のレベルの開発と広く見なされている理由です。 炭素質の液体燃料や石油化学製品(今日の生活水準に依存する)の多くの利点があるが、炭素循環のバランスがとれた再生可能な方法(地下炭素を循環させてそれに加えて)。 商業的に実用的なセルロース系アルコールはまた、食品の価格を上昇させる可能性がある、食品目的の穀物の競争を確立するという、現在の従来の(穀物ベースの)バイオ燃料の問題の1つを回避することができる。 今日まで、これらの目標を達成する方法は、セルロース系アルコールの製造が商業規模ではまだ十分に実用的ではないということである。

生産方法
セルロースからエタノールを製造する2つの方法は、

複雑なセルロースをブドウ糖のような単純な糖に分解し、続いて発酵および蒸留する酵素を使用して、前処理されたリグノセルロース系材料の加水分解からなるセルロリシス法。
リグノセルロース原料をガス状の一酸化炭素と水素に変換するガス化。 これらのガスは、発酵または化学触媒作用によってエタノールに変換することができる。

純粋なエタノール製造のために通常であるように、これらの方法は蒸留を含む。

セルロリシス(生物学的アプローチ)
生物学的手法を用いてエタノールを生成する段階は、

木材やストローなどのリグノセルロース材料を加水分解しやすいようにするための「前処理」段階
分子を糖に分解するためのセルラーゼによるセルロース加水分解(すなわち、セルロース分解)
残りの物質、特にリグニンからの糖溶液の分離
糖溶液の微生物発酵
純度約95%の蒸留
エタノール濃度を99.5%以上にするモレキュラーシーブによる脱水

2010年には、遺伝子操作された酵母株が独自のセルロース消化酵素を生産するために開発されました。 この技術を工業レベルに拡大することができると仮定すると、セルロース分解の1つまたは複数のステップを排除し、必要な時間と生産コストを削減します。

リグノセルロースは最も豊富な植物材料資源であるが、その使用可能性は、その堅い構造によって抑制される。 その結果、セルロースをリグニンシールおよびその結晶構造から遊離させて、その後の加水分解工程のために利用できるようにするために、有効な前処理が必要である。 これまでのところ、ほとんどの前処理は物理的または化学的手段によって行われています。 より高い効率を達成するためには、物理​​的および化学的前処理の両方が必要である。 物理的前処理は、バイオマスの物理的サイズを縮小するためにサイズ縮小と呼ばれることが多い。 化学的前処理は、酵素が微生物反応のためにセルロースに接近できるように化学的障壁を除去することである。

現在までに、酸加水分解、蒸気爆発、アンモニア繊維膨張、オルガノゾル、亜硫酸塩前処理、AVAP®(SO2-エタノール – 水)分別、アルカリ湿式酸化およびオゾン前処理などの前処理技術が利用可能である。 効果的なセルロース遊離に加えて、理想的な前処理は、その後の加水分解および発酵プロセスに対する阻害効果のために、分解生成物の形成を最小限に抑えなければならない。 インヒビターの存在は、エタノール産生をさらに複雑にするだけでなく、解毒工程を伴うために生産コストを増加させる。 酸加水分解による前処理はおそらく最も古く、最も研究された前処理技術であるが、リグノセルロース加水分解物中に存在する最も毒性のある阻害剤としてはるかに考慮されるフルフラールおよびヒドロキシメチルフルフラール(HMF)を含むいくつかの強力な阻害剤を生成する。 アンモニア繊維の膨張(AFEX)は、得られる加水分解物に阻害作用を有さない有望な前処理である。

ほとんどの前処理プロセスは、森林バイオマスなどのリグニン含有量の高い原料に適用すると有効ではありません。 Organosolv、SPORL(「リグノセルロースの反復克服のための亜硫酸塩前処理」)およびSO2-エタノール – 水(AVAP®)プロセスは、林バイオマス、特に針葉樹種のセルロース転換率を90%以上達成できる3つのプロセスです。 SPORLは、発酵阻害物質の生産が非常に少ない森林バイオマスの前処理のための最もエネルギー効率のよい(前処理における単位エネルギー消費当たりの砂糖生産)および堅牢なプロセスです。 オルガノソルブパルプ化は、硬材に特に有効であり、希釈および沈殿による疎水性リグニン生成物の回収を容易にする。 AVAP®プロセスはあらゆるタイプのリグノセルロースをクリーンで高消化性のセルロース、分解されていないヘミセルロース糖、反応性のリグニンおよびリグノスルホン酸に分別し、化学物質の効率的な回収を特徴とします。

2つの主要なセルロース加水分解(セルロース分解)プロセスがある:酸を用いる化学反応、または酵素反応はセルラーゼを使用する。

セルロース分解プロセス
セルロース分子は、糖分子の長い鎖からなる。 セルロースの加水分解(すなわち、セルロース分解)では、アルコール生産のために発酵される前に、これらの鎖が分解されて砂糖が遊離される。

化学加水分解
19世紀および20世紀初めに開発された伝統的な方法では、セルロースを酸で攻撃することによって加水分解が行われる。 希釈酸は高熱および高圧下で使用することができ、またはより濃い酸をより低い温度および大気圧で使用することができる。 酸と糖との脱結晶セルロース混合物は、水の存在下で反応して個々の糖分子を完成させる(加水分解)。 次いで、この加水分解からの生成物を中和し、酵母発酵を用いてエタノールを生成する。 上述したように、希酸プロセスへの重大な障害は、加水分解が非常に厳しいため、発酵を妨害する可能性のある毒性分解生成物が生成されることである。 BlueFire Renewablesは、発酵阻害剤をほとんど産生しないため濃厚な酸を使用しますが、商業的に魅力的なリサイクル[模擬移動床(SMB)クロマトグラフィー分離など]のために糖ストリームから分離する必要があります。

農業研究サービスの科学者たちは、小麦わらの残りの糖のほとんどすべてにアクセスして発酵させることができることを発見した。 砂糖は植物の細胞壁に位置しており、分解することは難しいとされています。 これらの糖に接近するために、科学者は小麦のわらをアルカリ過酸化物で前処理し、次いで細胞壁を破壊するために特殊な酵素を使用した。 この方法は、小麦ストロートン当たり93 USガロン(350 L)のエタノールを産生した。

酵素加水分解
セルロース鎖は、セルラーゼ酵素によってグルコース分子に分解することができる。

この反応は、酵素が微生物によって生産されるウシやヒツジなどの反芻動物の胃の体温で起こる。 このプロセスは、この変換の様々な段階でいくつかの酵素を使用する。 同様の酵素系を用いて、リグノセルロース材料は、比較的温和な条件(50℃およびpH5)で酵素的に加水分解され得、そうでなければ酵素活性を阻害するであろう副産物の形成なしに効果的なセルロース分解を可能にする。 希酸を含むすべての主要な前処理方法は、エタノール発酵のために高い糖収量を達成するために酵素加水分解工程を必要とする。 現在、ほとんどの前処理研究は実験室ベースで行われていますが、企業は実験室からパイロット、または生産規模に移行する手段を模索しています。

種々の酵素会社はまた、加水分解のための酵素の大量生産によって競争力のある価格でセルロース系エタノールに著しい技術革新をもたらした。

真菌トリコデルマ・リーゼイ(Trichoderma reesei)は、酵素的加水分解プロセスのために「特別に設計された酵素」を分泌するためにアイオゲン社(Iogen Corporation)によって使用される。 それらの原材料(木材またはストロー)は、それが加水分解を受け易くするために前処理されなければならない。

カナダのもう一つの企業であるSunOptaは、ルイジアナ州ジェニングスのVerenium(旧Celunol Corporation)施設、スペインサラマンカのAbengoa施設、ZhaodongのChina Resources Alcohol Corporationに蒸気爆発前処理技術を提供しています。 CRAC生産施設は、トウモロコシ茎葉を原材料として使用しています。

GenencorとNovozymesは、酵素加水分解によるセルロース系エタノールの製造における重要な酵素であるセルラーゼのコストを削減する研究のために、米国エネルギー省の資金を調達しました。 これに関する最近のブレークスルーは、溶解性多糖モノオキシゲナーゼの発見および包含であった。 これらの酵素は、多糖基質を酸化的に攻撃することによって、他のセルラーゼの作用を有意に高めることができる。

Dyadic Internationalなどの他の酵素会社は、大量のセルラーゼ、キシラナーゼおよびヘミセルラーゼ酵素を生産する遺伝子操作された真菌類を開発しており、トウモロコシ茎葉、蒸留穀粒、小麦藁およびサトウキビバガスなどの農業残渣およびエネルギースイッチグラスなどの作物をセルロースエタノールを製造するために使用することができる発酵性糖に変換する。

2010年、BPバイオ燃料は、DiversaとCelunolの合併によって形成されたVereniumのセルロース系エタノールベンチャーシェアを買収し、年間1,400万USガロン(5,300 m3)カリフォルニア州サンディエゴにある実験施設とスタッフが参加しています。 BP Biofuelsはこれらの施設を引き続き運用し、商業施設を建設する第一歩を踏み出しました。 ジェニングス工場で生産されたエタノールは、ロンドンに出荷され、ガソリンと混合されてオリンピックの燃料となった。

かつてKLプロセスデザイングループであったKLエナジー社は、2007年第4四半期に、アップトン(WY)のセルロース系エタノール施設(年間150万USガロン(5,700 m3))の商業運転を開始しました。西バイオマスエネルギー施設は現在乾燥トン当たり40~45 USガロン(150~170 L)の収率。 これは、全米で最初に商業的に使用されているセルロース系エタノール施設です。 KLエネルギープロセスは、熱機械的分解および酵素変換プロセスを使用する。 一次原材料は柔らかい木材ですが、ラボテストでは、ワイン搾りかす、サトウキビバガス、自治体固形廃棄物、およびスイッチグラスに関するKLエネルギープロセスがすでに証明されています。

微生物発酵
伝統的に、パン酵母(Saccharomyces cerevisiae)は、六炭糖(6炭糖)からエタノールを生産するために醸造業界で長く使用されてきました。 リグノセルロース系バイオマス中に存在する炭水化物の複雑な性質のために、かなりの量のキシロースおよびアラビノース(リグノセルロースのヘミセルロース部分に由来する5炭素糖)も加水分解物中に存在する。 例えば、トウモロコシ茎葉の加水分解物では、全発酵性糖の約30%がキシロースである。 結果として、発酵微生物が加水分解産物から利用可能な全範囲の糖を使用する能力は、セルロースエタノールおよび潜在的にバイオベースのタンパク質の経済的競争力を高めるために不可欠である。

近年、燃料エタノール製造に使用される微生物の代謝工学は著しい進歩を示している。 Saccharomyces cerevisiaeに加えて、Zymomonas mobilisおよびEscherichia coliのような微生物は、セルロースエタノール生産の代謝工学によって標的化されている。

最近、エンジニアリングされた酵母は、キシロース、アラビノースを効率的に発酵させ、そして両方を一緒にしても効率的に発酵すると記載されている。 酵母細胞は、数百年にわたりバイオテクノロジーで使用されており、高いエタノールおよび阻害剤濃度に耐性があり、細菌汚染を低減するために低いpH値で増殖することができるため、セルロース系エタノールプロセスにとって特に魅力的である。

加水分解と発酵を組み合わせたもの
ある種の細菌が、セルロース基質をエタノールに直接変換することができることが見出されている。 1つの例は、セルロースを分解しエタノールを合成するために複雑なセルロソームを使用するクロストリジウム・サーモセラム(Clostridium thermocellum)である。 しかしながら、C.thermocellumはまた、エタノールに加えて酢酸塩および乳酸塩を含むセルロース代謝の間に他の生成物を生成し、プロセスの効率を低下させる。 いくつかの研究努力は、エタノール産生経路に焦点を当てた細菌を遺伝子操作することによってエタノール生産を最適化することに向けられている。

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ガス化プロセス(熱化学的アプローチ)
ガス化プロセスは、セルロース鎖の化学分解(セルロース分解)に依存しない。 セルロースを糖分子に分解するのではなく、原料中の炭素を部分燃焼に相当するものを用いて合成ガスに変換する。 一酸化炭素、二酸化炭素および水素は、特別な種類の発酵槽に供給することができる。 酵母による砂糖発酵の代わりに、このプロセスはClostridium ljungdahlii細菌を用いる。 この微生物は、一酸化炭素、二酸化炭素および水素を摂取し、エタノールおよび水を生成する。 プロセスは3つのステップに分けることができます:

ガス化 – 複雑な炭素ベースの分子は、一酸化炭素、二酸化炭素および水素として炭素にアクセスするために分解される
発酵 – Clostridium ljungdahlii菌を用いて一酸化炭素、二酸化炭素、水素をエタノールに変換する
蒸留 – エタノールは水から分離される

最近の研究は、上記のように一酸化炭素からエタノールを製造するのに2倍の効率があると思われる別のクロストリジウム菌を発見した。

あるいは、ガス化からの合成ガスを触媒反応器に供給して、熱化学プロセスによってエタノールおよび他の高級アルコールを製造するために使用することができる。 このプロセスはまた、ケベック州ウエストベリーの施設で、モントリオールに本拠を置くEnerkem社が成功裏に実証した別のタイプの液体燃料を生成することができます。

エタノールへのヘミセルロース
セルロースおよびヘミセルロースをエタノールに変換する経済的方法を開発するための研究が集中的に行われている。 セルロース加水分解物の主生成物であるグルコースのエタノールへの発酵は、既に確立された効率的な技術である。 しかしながら、ヘミセルロース加水分解物のペントース糖であるキシロースの転化は、特にグルコースの存在下での制限因子である。 さらに、ヘミセルロースはセルロースのエタノール生産の効率および費用対効果を高めるので、無視することはできない。

Sakamoto(2012)et al。 ヘミセルラーゼ酵素を発現する遺伝子工学微生物の可能性を示している。 研究者らは、組換えSaccharomyces cerevisiae株を作製した:

その細胞表面上のエンドキシラナーゼをコードすることによりヘミセルラーゼを加水分解し、
キシロースレダクターゼおよびキシリトールデヒドロゲナーゼの発現によってキシロースを資化する。

この株は、麦わら加水分解物をヘミセルロース成分を含むエタノールに変換することができた。 さらに、エタノールを産生する細胞表面工学の非常に有効なプロセスを示す、対照株より2.5倍多くのエタノールを産生することができた。

酵素コスト障壁
セルロースエタノールの製造に使用されるセルラーゼおよびヘミセルラーゼは、それらの第一世代の対応物と比較してより高価である。 トウモロコシの穀物エタノール生産に必要な酵素は、生産されたエタノール1立方メートルあたり2.64-5.28USドルである。 セルロース系エタノール生産のための酵素は、79.25 USドルの費用がかかると予想されており、20〜40倍高価であることを意味する。 コストの差は、必要な数量に起因します。 セルラーゼ酵素群は、1〜2桁小さい効率の大きさを有する。 したがって、生産には40〜100倍も多くの酵素が必要です。 バイオマス1トンにつき、15〜25キログラムの酵素が必要です。 より最近の推定値はより低く、バイオマス供給原料の乾燥トン当たり1kgの酵素を示唆している。 酵素的加水分解を行う容器の長いインキュベーション時間に関連する比較的高い資本コストもある。 全体として、酵素は、セルロース系エタノール生産のために20-40%のかなりの部分を構成する。 最近の論文では、セルラーゼ酵素がどのように産生されるかが重要な要素であり、現金費用の13〜36%を範囲と見積もっています。 オフサイトで生産されるセルラーゼについては、酵素生産は現金費用の36%に達する。 別のプラントで現場で生産される酵素については、その割合は29%である。 統合された酵素生産のために、派閥は13%です。 統合生産の主な利点の1つは、グルコースの代わりにバイオマスが酵素増殖培地であることである。 バイオマスのコストはそれほど高くなく、結果として得られるセルロース系エタノールは100%第二世代のバイオ燃料となる。すなわち、「燃料のための食品」を使用しない。

原料
一般に、森林(木質)バイオマスと農業バイオマスの2種類の原料がある。 米国では、毎年約14億乾燥トンのバイオマスを持続的に生産することができます。 約3億7千万トン(30%)が森林バイオマスである。 森林バイオマスは、セルロースバイオマスよりもセルロースおよびリグニン含量が高く、ヘミセルロースおよび灰分含量が低い。 前処理加水分解物、特にキシロースのような炭素ヘミセルロース糖が非常に高いものを発酵させることが困難でエタノール収率が低いため、森林バイオマスは農業バイオマスよりも大きな利点を有する。 森林バイオマスも輸送コストを大幅に削減する高密度である。 それは長期保存を排除して収穫年を取ることができます。 森林バイオマスのゼロ灰分に近いものは、輸送および処理における死荷重を大幅に低減します。 生物多様性のニーズを満たすために、森林バイオマスは将来のバイオベース経済における重要なバイオマス供給原料の混合物となるであろう。 しかし、森林バイオマスは、農業バイオマスよりはるかに反抗的である。 最近、USDA林産物研究所とウイスコンシン・マディソン大学は、キシラン含量の低い針葉樹種を含む森林(木質)バイオマスの強い反復を克服できる効率的な技術を開発しました。 短期間の集中的な栽培や樹木栽培は、森林バイオマス生産のためのほとんど無制限の機会を提供することができる。

スラッシュや樹木からの木材チップ、製紙工場の粉塵、および古紙パルプは、セルロース系エタノール製造の一般的な森林バイオマス原料です。

以下は農業バイオマスのいくつかの例である:

Switchgrass(Panicum virgatum)はネイティブトールグラスのプレーリーグラスです。 その丈夫さと急速な成長のために知られている、この多年生は暖かい月の間に2〜6フィートの高さに成長します。 スイッチグラスは、スワンプ、平野、河川、海岸沿いの高速道路に沿って、米国のほとんどの地域で栽培することができます。 それは自己播種(播種のためのトラクターなし、多くの病気や害虫に耐性があります)、肥料やその他の化学物質の低い適用で高い収量を生み出すことができます。 貧しい土壌、洪水、干ばつにも寛容です。 土壌の品質を改善し、根系の種類による浸食を防ぎます。

Switchgrassは、連邦保護区準備プログラム(CRP)の下で保護されている土地のための承認されたカバー作物です。 CRPは、最近作物が栽培された土地で作物を栽培しないために生産者に料金を支払う政府のプログラムです。 このプログラムは土壌侵食を減らし、水質を向上させ、野生生物の生息地を増加させます。 CRPの土地は、キジやアヒルなどの陸上競技場や多くの昆虫の生息地として機能します。 バイオ燃料生産のためのスイッチグラスは、生態学的持続性を高め、CRPプログラムのコストを低下させることができる保存性保護プログラム(CRP)の土地での使用が検討されている。 しかし、このCRP土地の経済的利用を可能にするためには、CRPルールを修正しなければならない。

Miscanthus×giganteusは、セルロース系エタノール生産のためのもう一つの実行可能な原料である。 この種の草はアジア原産で、Miscanthus sinensisとMiscanthus sacchariflorusの無菌三倍体ハイブリッドです。 水や肥料をほとんど入れずに最大12フィート(3.7 m)の高さで成長することができます。 Miscanthusは寒さや干ばつ耐性、水利用効率に関してswitchgrassに似ています。 Miscanthusは、欧州連合(EU)で可燃エネルギー源として商業的に栽培されています。

トウモロコシ穂軸およびトウモロコシ茎葉は、最も一般的な農業用バイオマスである。

Kudzuは貴重なバイオマス源になるかもしれないことが示唆されている。

環境への影響
燃料の生産による環境への影響は、化石燃料の代替としての実現可能性を決定する上で重要な要素です。 長期的には、生産コスト、環境影響、エネルギー出力のわずかな違いが大きな影響を与える可能性があります。 セルロースエタノールは、正味の正味のエネルギー出力を生成することができることが判明している。 化石燃料と比較して、トウモロコシエタノールおよびセルロースエタノールからの温室効果ガス(GHG)排出量の削減は劇的である。 トウモロコシのエタノールは、全体のGHG排出量を約13%削減する可能性がありますが、その数値はセルロース系エタノールの約88%以上です。 同様に、セルロース系エタノールは、二酸化炭素の排出をほぼゼロに減らすことができます。

農耕地
現在の代替燃料の存続可能性に対する主な関心事は、必要な資材を生産するために必要な農耕地である。 例えば、トウモロコシエタノール燃料のためのトウモロコシの生産は、食糧の成長および他の原料に使用される可能性のある農作物と競合する。 これとセルロース系エタノール生産の違いは、セルロース系材料が広く入手可能であり、大量の資源から得られることである。 セルロース系エタノール生産に使用される作物の中には、スイッチグラス、トウモロコシ茎葉、およびハイブリッドポプラがある。 これらの作物は急速に成長しており、より多様な土地に生育することができます。 セルロース系エタノールは、木材残渣(チップおよびおがくず)、ごみまたはごみなどの都市固形廃棄物、紙および下水汚泥、穀物ストローおよび草からも製造することができる。 これは、セルロース系エタノールを製造するために使用される植物材料の非可食部であり、生産において食品を使用する潜在的なコストを最小限にする。

バイオマスの目的で作物を栽培することの有効性は、プロットの地理的位置によって大きく異なる可能性があります。 例えば、降水量や太陽光ばく露などの要因は、作物の維持に必要なエネルギー投入量に大きな影響を及ぼし、全体的なエネルギー出力に影響を与える可能性があります。 5年以上の研究では、バイオマスエネルギー作物としてのスイッチグラスの栽培と管理が、生産時に消費されるエネルギーよりも500%以上の再生可能エネルギーを生産できることが示されました。 従来のガソリンと比較して、セルロース系エタノールを使用することから、GHG排出量と二酸化炭素のレベルも大幅に減少しました。

トウモロコシベース対草ベース
2008年には、エタノール生産専用のスイッチグラスが少量しかありませんでした。 大規模生産で栽培されるためには、主に作物の生産のために農地の既存の用途と競争しなければならない。 米国の22億6000万エーカー(9.1百万平方キロメートル)の未耕作土地の33%が林地、26%の牧草地および草原、20%の作物地である。 米国エネルギー省農業省が2005年に実施した調査によると、液体輸送燃料の現在の使用量の30%以上を代替するために、毎年10億トン以上のバイオマスを生産するのに十分な土地資源があるかどうかが決定された。 この研究では、農業および林業の実践にほとんど変化をもたらさず、林産物、食糧、繊維に対する需要を満たすことによって、エタノール使用に利用可能な13億乾燥トンのバイオマスが存在する可能性があることが分かった。 最近のテネシー大学の研究では、石油使用量を25%削減するために、スイッチグラスの生産に1億エーカー(400,000km2または154,000平方マイル)の耕地および牧草地を配分する必要があると報告されています。

現在、トウモロコシは、セルロースエタノールと比較して、エタノールを処理するのがより容易で、より安価である。 エネルギー省は、トウモロコシからのエタノールの2倍のセルロース系エタノールを製造するには、ガロン当たり約2.20ドルの費用がかかると推定している。 植物の細胞壁組織を破壊する酵素は、トウモロコシの1ガロンあたり3セントと比較して、エタノール1ガロン当たり30〜50セントである。 エネルギー省は2012年までにガロン当たり1.07ドルの生産コストを削減することを望んでいます。 しかし、セルロース系バイオマスは、エネルギー、肥料、除草剤などの投入が少なく、土壌浸食が少なく、土壌肥沃度が向上するため、トウモロコシよりも安価に製造できます。 さらに、エタノールを製造した後に放置された非発酵性および未転換固形物は、変換プラントの運転および電気生成に必要な燃料を供給するために燃焼させることができる。 トウモロコシを原料とするエタノールプラントの運転に使用されるエネルギーは、石炭と天然ガスに由来します。 自治体研究所は、第1世代の商業プラントからのセルロース系エタノールの費用は、インセンティブを除いて、1.90~2.25ドル/ガロンの範囲にあると見積もっています。 これは、トウモロコシからのエタノールと現在の小売価格が通常のガソリン(補助金と課税されている)につき1ガロンあたり4.00ドルを上回る場合、ガロン当たり$ 1.20- $ 1.50という現在のコストと比較されます。

バイオ燃料の利用を増やす主な理由の1つは、温室効果ガスの排出を削減することです。 ガソリンと比較して、エタノールはクリーナーを燃焼させるため、二酸化炭素や空気中の汚染が少なくなります。 さらに、燃焼からはスモッグのレベルが低いだけです。 米国エネルギー省によると、セルロースからのエタノールはガソリンとトウモロコシベースのエタノールに比べて温室効果ガスの排出量を86%削減し、排出量を52%削減します。 二酸化炭素ガスの排出量は、ガソリンの排出量よりも85%低いことが示されています。 セルロース系エタノールは、温室効果にほとんど寄与せず、トウモロコシベースのエタノールよりも5倍優れた正味エネルギーバランスを有する。 燃料として使用される場合、セルロース系エタノールは、硫黄、一酸化炭素、微粒子、および温室効果ガスをより少なく放出する。 セルロース系エタノールは生産者の炭素削減クレジットを獲得するべきであり、コーンをエタノールで生産する生産者に与えられたもので、ガロン当たり約3〜20セントである。

トウモロコシから1 Jのエタノールを生産するには、化石燃料から0.76 Jのエネルギーが必要です。 この総計には、肥料、トラクター燃料、エタノールプラントの運転などに使用される化石燃料の使用が含まれています。研究では、化石燃料が草原からエタノールの5倍以上のエタノールを生産できることが示されています。セオドアルーズベルト保全パートナーシップ。 米国エネルギー省は、トウモロコシベースのエタノールは、生産に必要なエネルギーよりも26%多くのエネルギーを供給し、セルロース系エタノールはエネルギーを80%上回ると結論付けています。 セルロースのエタノールは、それを成長させ、変換するのに必要なエネルギーよりも80%多いエネルギーを産出する。 トウモロコシをエタノールに変えるプロセスは、エタノール生産量の約1700倍(容積)を必要とします。 穀物エタノールは、植物の可食部のみを使用する。

セルロースは食品には使用されず、世界のあらゆる地域で栽培することができます。 セルロース系エタノールを製造する場合、植物全体を使用することができる。 スイッチグラスは、トウモロコシに比べてエーカーあたり2倍のエタノールを産生する。 したがって、生産に必要な土地が少なくて済むため、生息地の分断が少なくなります。 バイオマス原料は、肥料、除草剤、野生生物に危険を及ぼす可能性のある他の化学物質などの投入が少なくて済みます。 土壌の品質を向上させ、侵食を減らし、栄養摂取量を増やします。 草本のエネルギー作物は、従来の商品作物生産と比較して、土壌侵食を90%以上減少させる。 これは農村地域の水質改善につながります。 さらに、草本のエネルギー作物は、土壌の炭素が大気中の二酸化炭素を吸収することができるので、枯渇した土壌に有機物質を加え、土壌の炭素を増加させる可能性があります。 コモディティ作物生産と比較して、バイオマスは地表流出と窒素輸送を減少させる。 Switchgrassは、主に昆虫や鳥など多様な野生生物の棲息環境を提供します。 Conservation Reserve Program(CRP)の土地は、セルロース系エタノールに使用される多年生の草で構成されており、利用できる可能性があります。

何年もの間、アメリカの農家は、ソルガムやトウモロコシなどの作物を使って、行作を行ってきました。 このため、これらの慣行が野生生物に与える影響については、多くのことが知られています。 増加したトウモロコシのエタノールの最も顕著な効果は、農業用地に転換しなければならない追加の土地と、農業生産に伴う腐食と肥料の使用の増加である。 トウモロコシの使用によるエタノール生産の増加は、野生生物に悪影響を及ぼす可能性があります。その大きさは生産規模に左右され、この増加した生産に使用された土地は以前はアイドリング状態であったか、自然状態であったか、作物。 もう一つの考慮すべき点は、スイッチグラス単科を植えるか、いろいろな草や植物を植えるかどうかです。 植生種の混合物がより良い野生生物の生息地を提供する可能性は高いが、この技術はまだ異なる草種または植生種の混合物をバイオエタノールに加工することを可能にするように開発されていない。 当然のことながら、セルロース系エタノールの生産はまだ初期段階にあり、モノカルチャーの代わりに多様な植生スタンドを使用する可能性は、研究が続くにつれてさらに探求する価値がある。

ノーベル賞受賞者のポール・クルツェン(Paul Crutzen)の研究では、トウモロコシのエタノール製造中に発生する亜酸化窒素(N2O)の排出量を完全ライフサイクルアセスメントで適切に考慮した場合、オイルと比較して ” クルツェン氏は、牧草やウッディー・コピースのような窒素需要の少ない作物は、より良い気候の影響を受けることを発見した。

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