에탄올 연료는 알콜 음료에서 발견되는 것과 동일한 종류의 에틸 알콜로 연료로 사용됩니다. 그것은 주로 가솔린 용 바이오 연료 첨가제로서 주로 자동차 연료로 사용됩니다. 에탄올에 전적으로 달린 최초의 생산 차는 1978 년 브라질에서 피아트가 도입 한 피아트 147이었습니다. 에탄올은 일반적으로 옥수수 또는 사탕 수수와 같은 바이오 매스로 만들어집니다. 운송 연료에 대한 세계 에탄올 생산량은 2000 년에서 2007 년 사이에 17 × 109 리터 (3.7 × 109 imp gal, 4.5 × 109 US gal, 3.7 × 109 imp gal)에서 52 × 109 liter (1.4 × 1010 US gal, 1.1 × 1010 imp gal)로 세 배가되었다. 2007 년부터 2008 년까지 세계 휘발유 유형 연료 사용 에탄올의 점유율은 3.7 %에서 5.4 %로 증가했습니다. 2011 년 전세계 에탄올 연료 생산량은 8.46 × 1010 리터 (2.23 × 1010 US gal, 1.86 × 1010 imp gal)에 달했고 미국과 브라질이 세계 생산량의 62.2 %와 브라질 생산량의 25 %를 차지하면서 최고 생산국이었습니다. 미국의 에탄올 생산량은 2017-04 년에 57.54 × 109 리터 (1.520 × 1010 US gal; 1.266 × 1010 imp gal)에 이릅니다.

에탄올 연료는 1.5의 “휘발유 갤런 당량 (GGE)”값을 가지며, 즉 1 휘발유의 에너지를 대체하기 위해 1.5 배의 에탄올이 필요합니다.

에탄올 혼합 연료는 브라질, 미국 및 유럽에서 널리 사용됩니다 (국가 별 에탄올 연료 참조). 오늘날 미국에서 진행되는 대부분의 자동차는 2011 년에 에탄올을 10 %까지 혼합 할 수 있으며 에탄올은 미국 내 가솔린 연료 공급량의 10 %를 차지합니다. 오늘날 많은 자동차는 유연한 연료 차량으로 100 % 에탄올 연료를 사용하십시오.

1976 년 이후 브라질 정부는 에탄올을 가솔린과 혼합하는 것을 의무화했으며 2007 년부터 합법적 인 혼합은 약 25 %의 에탄올과 75 %의 가솔린 ​​(E25)입니다. 2011 년 12 월까지 브라질에는 1,480 만 대가 넘는 플렉시블 연료 자동차와 경량 트럭, 그리고 규칙적으로 깨끗한 에탄올 연료 (E100으로 알려짐)를 사용하는 150 만 플렉스 연료 오토바이가있었습니다.

바이오 에탄올은 농업용 원료에서 생산할 수있는 재생 에너지의 한 형태입니다. 대마, 사탕 수수, 감자, 카사바, 옥수수와 같은 매우 일반적인 작물에서 만들 수 있습니다. 가솔린을 대체 할 때 바이오 에탄올이 얼마나 유용한 지에 대한 상당한 논란이있었습니다. 그것의 생산과 사용에 대한 우려는 농작물에 요구되는 많은 양의 경작 가능한 토지와 에탄올 생산의 전체주기, 특히 옥수수의 에너지 및 오염 균형으로 인해 식품 가격이 상승하는 것과 관련이있다. 셀룰로오스 에탄올 생산 및 상업화에 관한 최근의 개발은 이러한 우려의 일부를 완화시킬 수있다.

셀룰로오스 에탄올은 식물 세포벽의 주요 성분이자 범용 성분 인 셀룰로오스 섬유가 에탄올 생산에 사용될 수 있기 때문에 기대된다. 국제 에너지기구 (International Energy Agency)에 따르면, 셀룰로오스 에탄올은 미래에 에탄올 연료가 훨씬 더 큰 역할을 할 수있게한다.

화학
에탄올 발효 중에 옥수수 (또는 사탕 수수 또는 다른 작물)의 포도당 및 기타 당분은 에탄올 및 이산화탄소로 전환됩니다.

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 2 C ₂ H ₅ OH + 2 CO ₂ + 열
에탄올 발효는 아세트산 및 글리콜과 같은 부산물로 100 % 선택적이지 않습니다. 그들은 대부분 에탄올 정화 중에 제거됩니다. 발효는 수용액에서 일어난다. 생성 된 용액의 에탄올 함량은 약 15 %이다.이어서 에탄올은 흡착 및 증류의 조합에 의해 단리되고 정제된다.

연소하는 동안 에탄올은 산소와 반응하여 이산화탄소, 물 및 열을 생성합니다.

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O + 열
전분 및 셀룰로오스 분자는 글루코스 분자의 스트링이다. 셀룰로오스 물질로부터 에탄올을 생성하는 것도 가능하다. 그러나 셀룰로오스를 글루코오스 분자와 다른 당을 나중에 발효시킬 수있는 전처리가 필요합니다. 결과물은 셀룰로오스 에탄올 (cellulosic ethanol)이라고 불리우며, 그 원료를 나타냅니다.

에탄올은 또한 촉매 및 고온의 존재 하에서 이중 결합의 수화에 의해 에틸렌으로부터 공업 적으로 생산된다.

C ₂ H ₄ + H ₂ O → C ₂ H ₅ OH
대부분의 에탄올은 발효에 의해 생산됩니다.

출처
2003 년에 세계에서 생산 된 에탄올의 약 5 %는 실제로 석유 제품이었습니다. 이는 촉매로서 황산을 사용한 에틸렌의 촉매 수화에 의해 만들어진다. 또한 칼슘 카바이드, 석탄, 석유 가스 및 기타 공급원으로부터 에틸렌 또는 아세틸렌을 통해 얻을 수 있습니다. 매년 2 백만 톤의 짧은 톤 (1,786,000 톤, 1,814,000 톤)의 석유 유래 에탄올이 생산됩니다. 주요 공급 업체는 미국, 유럽 및 남아프리카에있는 공장입니다. 석유 유래 에탄올 (합성 에탄올)은 화학적으로 바이오 에탄올과 동일하며 방사성 탄소 연대 측정만으로 구별 할 수 있습니다.

바이오 에탄올은 일반적으로 탄소 기반 공급 원료의 전환으로부터 얻어진다. 농업 원료는 성장을 위해 필요한 모든 광물 (예 : 질소 및 인)이 토지로 반환되는 경우 광합성을 사용하여 태양으로부터 에너지를 얻으므로 재생 가능하다고 간주됩니다. 에탄올은 사탕 수수, 바 가스, 잡탕 수박, 사탕무, 사탕 수수, 곡물, 스위치 그라스, 보리, 대마, 케 나프, 감자, 고구마, 카사바, 해바라기, 과일, 당밀, 옥수수, 밀, 짚, 면화, 기타 바이오 매스뿐만 아니라 여러 유형의 셀룰로오스 폐기물 및 수확 중 가장 잘 발굴 된 것 중 어느 것을 사용 하든지간에.

조류로부터 바이오 에탄올을 생산하는 대체 공정이 Algenol 사에 의해 개발 중이다. 조류를 재배하고 그것을 수확하고 발효시키기보다는 해조류에서 자라며 에탄올을 직접 생산하며 이는 조류를 죽이지 않고 제거됩니다. 옥수수 생산을위한 에이커 당 400 갤런 (330 imp gal / acre; 3,700 L / ha)과 비교하여 연간 에이커 당 6,000 US gallon (에이커 당 5,000 제곱 갤론, 헥타르 당 56,000 리터)을 생산할 수 있다고합니다.

현재 옥수수에서 에탄올 생산을위한 1 세대 공정은 옥수수 식물의 작은 부분만을 사용합니다 : 옥수수 커널은 옥수수 식물에서 추출하고 건 커널의 약 50 %를 나타내는 전분 만 변형시킵니다 에탄올에 넣는다. 두 가지 유형의 2 세대 프로세스가 개발 중입니다. 첫 번째 유형은 효소와 효모 발효를 사용하여 식물성 셀룰로오스를 에탄올로 전환시키는 반면 두 번째 유형은 전체 식물을 액체 바이오 오일 또는 합성 가스로 전환하기 위해 열분해를 사용합니다. 2 세대 생산 공정은 목초, 목초 또는 짚과 같은 농업 폐기물과 같은 식물에도 사용할 수 있습니다.

생산
에탄올 연료를 생산할 수있는 다양한 방법이 있지만 가장 일반적인 방법은 발효를 통한 방법입니다.

에탄올의 대규모 생산을위한 기본 단계는 당류의 미생물 (효모) 발효, 증류, 탈수 (요구 사항이 다르다, 아래의 에탄올 연료 혼합물 참조), 변성 (선택)입니다. 발효 전에 일부 작물은 셀룰로오스 및 전분과 같은 탄수화물의 당화 또는 가수 분해가 필요합니다. 셀룰로오스의 당화는 셀룰로오스 분해 (셀룰로오스 에탄올 참조) 라 불린다. 효소는 전분을 설탕으로 전환 시키는데 사용됩니다.

발효
에탄올은 당의 미생물 발효에 의해 생성됩니다. 미생물 발효는 현재 설탕과 직접 작용합니다. 식물, 전분 및 셀룰로오스의 두 가지 주요 성분은 모두 설탕으로 만들어지며 원칙적으로 발효를 위해 당으로 전환 될 수 있습니다. 현재 설탕 (예 : 사탕 수수)과 전분 (예 : 옥수수) 부분 만 경제적으로 전환 될 수 있습니다. 식물의 셀룰로오스 부분이 당으로 분해되어 연속적으로 에탄올로 전환되는 셀룰로오스 에탄올의 영역에서 많은 활성이있다.

증류
에탄올을 연료로 사용할 수 있으려면 효모 고형물과 물의 대부분을 제거해야합니다. 발효 후, 매시는 가열되어 에탄올이 증발한다. 증류로 알려진이 공정은 에탄올을 분리하지만 순도는 최대 (95.6 % m / m) (96.5 % v / v)의 에탄올로 저비점 물 – 에탄올 공비 혼합물의 형성으로 인해 95-96 % 및 4.4 % m / m (3.5 % v / v) 물). 이 혼합물은 수분 에탄올이라고 불리며, 연료만으로 사용할 수 있지만, 무수 에탄올과는 달리 수산화 에탄올은 모든 비율의 가솔린과 혼합 할 수 없으므로 가솔린 엔진의 가솔린과 함께 연소하기 위해 물 분획을 제거한다 .

탈수
공비 에탄올 / 물 혼합물로부터 물을 제거하기위한 3 가지 탈수 공정이있다. 많은 초기 연료 에탄올 공장에서 사용되는 첫 번째 공정은 공비 증류라고하며 벤젠 또는 시클로 헥산을 혼합물에 첨가하는 것으로 구성됩니다. 이들 성분을 혼합물에 첨가 할 때, 증기 – 액체 – 액체 평형 상태의 이종 공비 혼합물을 형성하며, 증류 될 때 컬럼 바닥에 무수 에탄올을 생성하고, 물, 에탄올 및 시클로 헥산 / 벤젠의 증기 혼합물을 생성한다.

응축되면, 이것은 2 상 액체 혼합물이된다. 첨가물 (벤젠 또는 시클로 헥산)에 포함되어 있지 않은 무거운상은 첨가제를 제거하고 사료로 재활용되며 스트리핑의 응축수가 포함 된 더 가벼운상은 두 번째 컬럼으로 재순환됩니다. 추출 증류라고하는 또 다른 초기 방법은 에탄올의 상대 휘발성을 증가시키는 삼원 성분을 첨가하는 것으로 구성됩니다. 삼원 혼합물을 증류 할 때, 탑정 탑 상에 무수 에탄올이 생성된다.

에너지 절약에 대한 관심이 증가함에 따라, 탈수를 위해 증류를 피하는 많은 방법이 제안되어왔다. 이 방법들 중 세 번째 방법이 등장하여 현대의 에탄올 공장의 대다수에 의해 채택되었습니다. 이 새로운 공정은 분 자체를 사용하여 연료 에탄올에서 물을 제거합니다. 이 과정에서 압력 하에서 에탄올 증기는 분 자체 구슬 층을 통과한다. 비드의 구멍은 에탄올을 제외한 물의 흡착을 허용하는 크기입니다. 일정 시간 후, 베드는 흡착 된 물을 제거하기 위해 진공 또는 불활성 대기 (예 : N2)의 흐름 하에서 재생됩니다. 두 개의 침대는 종종 다른 하나가 재생되는 동안 물을 흡착하는 데 사용할 수 있도록 사용됩니다. 이 탈수 기술은 초기 공비 증류와 비교하여 3,000 btus / gallon (840 kJ / L)의 에너지 절감을 설명 할 수 있습니다.

최근의 연구에 따르면 가솔린과 혼합하기 전에 완전한 탈수가 반드시 필요한 것은 아니라고합니다. 대신 공비 혼합물을 가솔린과 직접 혼합하여 액체 – 액체 상 평형이 물 제거를 도울 수 있습니다. 믹서 – 침강 기 탱크의 2 단계 역류 설치는 최소한의 에너지 소비로 에탄올을 연료 단계로 완전히 회수 할 수 있습니다.

생산 후 물 문제
에탄올은 흡습성이있어 대기로부터 직접 수증기를 흡수합니다. 흡수 된 물은 에탄올의 연료 값을 희석시키고 에탄올 – 가솔린 혼합물 (엔진 실속을 일으킴)의 상분리를 일으킬 수 있기 때문에 에탄올 연료의 용기는 단단히 밀봉해야합니다. 물과의 높은 혼 화성은 장거리에서 액체 탄화수소 같은 현대 파이프 라인을 통해 에탄올을 효율적으로 선적 할 수 없음을 의미합니다.

에탄올 가솔린 연료가 상 분리없이 함유 할 수있는 물의 비율은 에탄올의 비율에 따라 증가합니다. 예를 들어, E30은 최대 약 2 %의 물을 가질 수 있습니다. 약 71 % 이상의 에탄올이 존재하는 경우, 나머지는 물 또는 가솔린의 임의 비율 일 수 있고 상 분리는 발생하지 않는다. 수분 함량이 증가하면 연료 주행 거리가 감소합니다. 높은 에탄올 함량을 가진 물의 증가 된 용해도는 E30과 수화 된 에탄올이 항상 같은 탱크에 들어갈 수있게합니다. 저온에서는 약간의 용수가 허용됩니다. E10의 경우, 이는 21 ℃에서 약 0.5 % v / v이고, -34 ℃에서 약 0.23 % v / v로 감소한다.

소비자 생산 시스템
바이오 디젤 생산 시스템이 수년 동안 가정과 비즈니스 사용자에게 판매되고 있지만, 최종 소비자 용으로 설계된 상용화 된 에탄올 생산 시스템은 시장에서 뒤쳐져 있습니다. 2008 년에 두 개의 다른 회사가 가정용 에탄올 생산 시스템을 발표했습니다. Allard Research and Development의 AFS125 Advanced Fuel System은 하나의 기계에서 에탄올과 바이오 디젤을 생산할 수 있으며 E-Fuel Corporation의 E-100 MicroFueler는 에탄올 전용입니다.

엔진

연비
에탄올은 약. 가솔린보다 34 % 적은 에너지를 소비하므로 이론적으로 순수한 가솔린을 태우는 것과 비교하여 동일한 연비가 주어지면 차량의 순수 에탄올을 태우면 미국 갤런 당 마일이 34 % 줄어 듭니다. 그러나 에탄올은 옥탄가가 높으므로 압축비를 높이면 엔진을보다 효율적으로 만들 수 있습니다.가변 기하학 또는 트윈 스크롤 터보 차저를 사용하면 압축비를 연료에 맞게 최적화 할 수 있기 때문에 혼합시 연비가 거의 일정 해집니다.

E10 (10 % 에탄올 및 90 % 가솔린)의 경우 기존 휘발유에 비해 효과가 작고 (~ 3 %), 산소 및 재 혼합 혼합물과 비교할 때 효과는 더 작습니다 (1-2 %). E85 (85 % 에탄올)의 경우 효과가 상당합니다. E85는 가솔린보다 낮은 마일리지를 산출하며 더 자주 연료를 보급해야합니다. 실제 성능은 차량에 따라 다를 수 있습니다. 모든 2006 E85 모델의 EPA 테스트에 따르면 E85 차량의 평균 연비는 무연 휘발유보다 25.56 % 낮습니다. 현재 미국의 플렉스 연료 차량의 EPA 등급 주행 거리는 가격 비교시 고려해야하지만 E85는 옥탄 등급이 약 94 ~ 96 인 고성능 연료이며 프리미엄과 비교해야합니다.

겨울철 콜드 스타트
고 에탄올 혼합물은 추운 날씨에 연료가 증발하고 점화를 일으키기에 충분한 증기압을 얻기위한 문제를 나타냅니다 (에탄올은 연료 증발의 엔탈피를 증가시키는 경향이 있기 때문에). 증기압이 45kPa 이하가되면 차가운 엔진이 시동되기 시작합니다. 11 ° C (52 ° F) 이하의 온도에서 이러한 문제를 피하고 추운 날씨에 에탄올 배출을 줄이기 위해 미국과 유럽 시장 모두 E85를 유연 연료 차량에 사용하기위한 최대 배합으로 채택했으며, 그러한 혼합에서 실행되도록 최적화되어 있습니다. 혹독한 추운 날씨에 미국에서의 에탄올 혼합은 E85로 여전히 판매되고 있지만, 매우 추운 지역에서는 계절에 따라 E70이 감소합니다. 겨울에는 기온이 -12 ° C (10 ° F) 아래로 떨어지는 곳에서는 휘발유 및 E85 차량용 엔진 히터 시스템을 설치하는 것이 좋습니다. 스웨덴도 비슷한 계절적 감소를 보이지만 겨울철에는 에탄올 함량이 E75로 감소합니다.

브라질 플렉스 연료 차량은 수분 에탄올 (최대 4 %의 물을 포함) 인 E100까지의 에탄올 혼합물로 작동 할 수있어 E85 차량에 비해 증기압이 더 빨리 떨어집니다. 결과적으로, 브라질 플렉스 차량은 엔진 근처에 위치한 작은 보조 휘발유 저장소로 제작됩니다. 냉간 시동 중에 저온에서 시동 문제를 피하기 위해 순수 가솔린을 주입합니다. 이 규정은 겨울철에 기온이 일반적으로 15 ° C (59 ° F) 이하로 떨어지는 브라질 남부 및 중부 지방 사용자에게 특히 필요합니다. 2009 년에 2 차 가스 저장 탱크가 필요없는 향상된 플렉스 엔진 생성이 시작되었습니다. 2009 년 3 월 Volkswagen do Brasil은 콜드 스타트 ​​보조 탱크가없는 최초의 브라질 플렉스 연료 모델 인 Polo E-Flex를 출시했습니다.

연료 혼합물
많은 국가에서 자동차는 에탄올 혼합물을 사용해야합니다. 모든 브라질 경량 차량은 최대 25 % (E25)의 에탄올 배합으로 작동하도록 제작되었으며, 1993 년부터 22 %와 25 %의 에탄올 혼합 비율을 요구하며 2011 년 7 월 중순부터 25 %가 필요합니다. 미국의 모든 경량 차량은 10 % (E10)의 에탄올 배합으로 정상적으로 작동하도록 제작되었습니다. 2010 년 말 미국에서 판매 된 모든 가솔린의 90 % 이상이 에탄올과 혼합되었습니다. 2011 년 1 월 미국 환경 보호국 (EPA)은 휘발유 (E15)와 혼합 된 에탄올을 최대 15 %까지 허가하는 면제 서를 발행하여 2001 년 또는 그 이후 모델 연도의 자동차 및 광 픽업 트럭에서만 판매 할 수있었습니다.

1999 년 모델을 시작으로 세계의 차량 수가 증가하면서 엔진을 수정하지 않고 0 % 에탄올에서 100 % 에탄올까지 실행할 수 있습니다. 많은 자동차 및 경트럭 (미니 밴, SUV 및 픽업 트럭을 포함하는 클래스)은 북미 및 유럽에서는 최대 85 % (E85), 브라질에서는 100 % (E100)까지 에탄올 블렌드를 사용하는 유연 연료 차량으로 설계되었습니다. . 구형 모델에서, 엔진 시스템은 엔진 제어 컴퓨터에 입력을 제공하여 연료 분사를 조정하여 화학 양 론적 (배기 가스 내의 잔류 연료 또는 자유 산소가 없음) 공기를 달성하도록하는 알코올 센서를 배기 가스의 연료 및 / 또는 산소 센서에 포함 시켰습니다 어떤 연료 혼합에 대한 연료 대 연료 비율. 최신 모델에서는 컴퓨터가 산소 및 공기 흐름 센서 피드백 만 사용하여 알코올 함량을 추정하여 알코올 센서가 제거되었습니다. 엔진 제어 컴퓨터는 연소되는 연료에 높은 알코올 비율이 존재할 것으로 예측할 때 사전 점화없이 높은 출력을 얻기 위해 점화시기를 조정 (진행) 할 수도 있습니다. 이 방법은 사전 점화 및 폭발을 감지하는 에탄올 사용 여부에 관계없이 대부분의 고성능 가솔린 엔진에 사용되는 고급 노크 센서에 의해 뒷받침됩니다.

기타 엔진 구성

ED95 엔진
1989 년부터는 스웨덴에서 운영되는 디젤 엔진 원리에 기반한 에탄올 엔진이 있습니다. 이들은 주로 시내 버스뿐만 아니라 유통 트럭 및 폐기물 수집 업체에서도 사용됩니다. Scania가 제조 한 엔진은 압축비가 변경되었으며, ED95로 알려진 연료는 93.6 %의 에탄올과 3.6 % 점화 개선제와 2.8 %의 변성제가 혼합 된 것입니다. 점화 개선제는 디젤 연소 사이클에서 연료가 점화 될 수있게합니다. 에탄올과 함께 디젤 원리의 에너지 효율을 사용할 수도 있습니다. 이 엔진은 Reading Buses에 의해 영국에서 사용되었지만 현재 바이오 에탄올 연료의 사용이 단계적으로 제거되고 있습니다.

이중 연료 직접 분사
2004 년 MIT 연구와 자동차 기술자 협회 (Society of Automotive Engineers)가 발표 한 이전 논문은 연료 에탄올의 특성을 휘발유와 혼합하는 것보다 훨씬 효율적으로 활용하는 방법을 확인했습니다. 이 방법은 하이브리드 전기의 비용 효율성에 대한 확실한 개선을 달성하기 위해 알코올 사용을 활용할 수있는 가능성을 제시합니다. 개선점은 순수 알코올 (또는 공비 혼합물 또는 E85)과 가솔린의 듀얼 연료 직접 주입 방식을 터보 차저 방식의 고 압축비, 성능이 비슷한 소형 변위 엔진에서 최대 100 % 비율로 사용하는 것입니다 2 배의 변위를 갖는 엔진에 적용된다. 각 연료는 별도로 운반되며 알콜 용 탱크는 훨씬 작습니다. 높은 압축비 (고효율을위한) 엔진은 저전력 크루즈 조건에서 일반 가솔린으로 작동합니다. 유의하게 가속 할 때와 같이 ‘노크’를 억제 할 필요가있을 때만 알코올이 실린더에 직접 분사됩니다 (그리고 가솔린 분사가 동시에 감소됩니다). 직접 실린더 분사는 에탄올의 이미 높은 옥탄가를 130으로 올립니다. 계산 된 가솔린 사용 및 CO2 배출량의 전체 감소율은 30 %입니다. 소비자 비용 회수 시간은 터보 디젤 대비 4 : 1 개선과 하이브리드 대비 5 : 1 개선을 보여줍니다. 미리 혼합 된 가솔린으로의 물 흡수 (상분리를 일으킴), 다중 혼합 비율의 공급 문제 및 추운 날씨 시동의 문제도 피할 수 있습니다.

증가 된 열효율
2008 년 연구에서 복잡한 엔진 컨트롤과 증가 된 배기 가스 재순환은 19.5의 압축비와 순수한 에탄올에서부터 E50에 이르는 연료를 허용했습니다. 디젤의 열효율을 달성했습니다. 이것은 깔끔한 에탄올 자동차의 연비가 하나의 타는 가솔린과 거의 같을 것입니다.

에탄올 개질기로 구동되는 연료 전지
2016 년 6 월, 닛산은 현대 투싼 FCEV, 도요타 미라이 (Toyota Mirai), 혼다 FCX (Honda FCX)와 같은 연료 전지 자동차를 개발 및 상용화 한 다른 자동차 제조업체가 선택한 연료 인 수소가 아닌 에탄올로 구동되는 연료 전지 자동차를 개발할 계획이라고 발표했습니다. 명쾌함. 이 기술 접근 ​​방식의 가장 큰 장점은 각 수소 연료 충전소가 미화 1 백만 달러에서 2 백만 달러의 비용이 들기 때문에 고압에서 수소를 공급하는 데 필요한 연료를 설치하는 것보다 연료 주입 인프라를 설치하는 것이 더 저렴하고 용이하다는 것입니다.

환경

에너지 균형
모든 바이오 매스는 최소한 다음 단계 중 일부를 거칩니다. 재배, 수집, 건조, 발효, 증류 및 태울 필요가 있습니다. 이 모든 단계에는 자원과 인프라가 필요합니다. 생성 된 에탄올 연료를 태워 방출 된 에너지와 비교하여 공정에 투입되는 에너지의 총량을 에너지 균형 (또는 “에너지가 투자 된 에너지로 반환 됨”)이라고합니다. 내셔널 지오그래픽 매거진 (National Geographic Magazine)이 2007 년보고 한 보고서에 따르면 미국에서 생산되는 옥수수 에탄올에 대한 겸손한 결과가 나온다. 하나의 화석 연료 에너지 단위는 결과 에탄올로부터 1.3 에너지 단위를 생성해야한다. 브라질에서 생산되는 사탕 수수 에탄올의 에너지 균형은 에탄올에서 8 개를 생성하는 데 필요한 화석 연료 에너지 1 단위로 더 유리합니다. 에너지 균형 추정치는 쉽게 산출되지 않으므로 모순되는 수많은 보고서가 생성됩니다. 예를 들어, 옥수수와 비교했을 때 생산 된 열대성 기후를 필요로하는 사탕 수수에서 에탄올 생산은 소비되는 각 단위에 대해 8에서 9 단위의 에너지를 반환한다고보고합니다. 옥탄은 연료 에너지의 약 1.34 단위만을 반환합니다 소비 된 에너지의 각 단위당. 2006 년 캘리포니아 버클리 대학 (University of California Berkeley) 연구는 여섯 가지 개별 연구를 분석 한 결과, 옥수수에서 에탄올을 생산하는 것이 휘발유를 생산하는 것보다 훨씬 적은 석유를 사용한다고 결론지었습니다.

온실 가스 인 이산화탄소는 발효 및 연소 과정에서 배출됩니다. 이것은 바이오 매스를 생산하기 위해 식물이 자라면서 이산화탄소가 더 많이 섭취 됨으로써 상쇄됩니다. 생산 방법에 따라 가솔린에 비해 에탄올은 온실 가스를 덜 방출합니다.

대기 오염
기존의 무연 휘발유와 비교할 때, 에탄올은 산소와 함께 연소하여 이산화탄소, 일산화탄소, 물 및 알데히드를 형성하는 미립자없는 연소 연료 원입니다. 청정 공기 법 (Clean Air Act)은 미국에서 일산화탄소 배출을 줄이기 위해 산소 첨가제를 추가해야합니다. 첨가제 인 MTBE는 현재 지하수 오염으로 인해 단계적으로 제거되고 있으므로 에탄올은 매력적인 대체 첨가제가됩니다. 현재의 생산 방법에는 암모니아와 같은 다량 영양소 비료 제조업체의 대기 오염이 포함됩니다.

스탠포드 대학의 대기 과학자에 의한 연구에 따르면 미국의 로스 앤젤레스에서 E85 연료가 가솔린에 비하여 대기 오염 사망의 위험을 증가시키는 것으로 나타났습니다. 이것은 대도시의 자동차 중심 대도시로 최악의 경우입니다. 오존 수준이 상당히 증가하여 광화학 스모그가 증가하고 천식과 같은 의학적 문제가 악화됩니다.

이산화탄소

바이오 에탄올의 제조에서 얼마나 많은 양의 이산화탄소가 생성되는지 계산하는 것은 복잡하고 부정확 한 과정이며, 에탄올이 생성되는 방법과 계산에 가정 된 방법에 크게 의존합니다. 계산에는 다음이 포함되어야합니다.

공급 원료 재배 비용
공급 원료를 공장으로 운송하는 비용
바이오 에탄올로 공급 원료를 처리하는 비용

이러한 계산은 다음과 같은 영향을 고려할 수도 있고 고려하지 않을 수도 있습니다.

연료 공급 원료가 재배되는 지역의 토지 이용 변화 비용.
바이오 에탄올의 공장에서 사용 지점까지의 운송 비용
표준 휘발유와 비교 한 바이오 에탄올의 효율
꼬리 파이프에서 생성되는 이산화탄소의 양.
소의 사료 또는 전기와 같은 유용한 부산물 생산으로 인한 이점.

오른쪽 그래프는 재생 가능 연료 의무의 목적으로 영국 정부가 계산 한 수치를 보여줍니다.

추가적인 합병증은 온실 가스의 일회성 배출을 일으키는 새로운 토양의 경작을 필요로하며 온실 가스 배출량을 수십 년 또는 수십 년 동안 줄여 균등화 할 수 있어야한다는 것입니다. 예를 들어, 잔디밭을 에탄올에 대한 옥수수 생산으로 전환하는 것은 초기 경작에서 배출 된 온실 가스를 보충하기 위해 연간 약 1 백억 달러의 절약을 필요로합니다.

토지 이용의 변화
농업 알콜을 생산하기 위해서는 대규모 양식이 필요하며 이는 상당한 양의 경작지가 필요합니다. 미네소타 대학 (University of Minnesota)의 연구자들은 미국에서 재배 된 옥수수가 모두 에탄올 생산에 사용된다면 미국 휘발유 소비량의 12 %를 대체 할 것이라고보고했다. 에탄올 생산을위한 토지는 삼림 벌채를 통해 획득되는 반면 다른 사람들은 현재 산림을 지원하는 지역이 일반적으로 작물 재배에 적합하지 않다고 주장했다. 어쨌든, 농업은 유기물의 감소, 물 가용성 및 품질의 감소, 살충제 및 비료의 사용 증가, 그리고 지역 공동체의 전위 가능성으로 인해 토양 비옥도가 감소 할 수 있습니다. 농부와 가공업자는 신기술을 통해 더 적은 투입량으로 동일한 생산물을 생산할 수 있습니다.

셀룰로오스 에탄올 생산은 토지 이용 및 관련 우려를 완화 할 수있는 새로운 접근법이다. 셀룰로오스 에탄올은 식량 수요와 연료 요구 사이의 충돌을 최소화하기위한 노력의 일환으로, 수확량을 잠재적으로 배가시키는 모든 식물 재료에서 생산 될 수 있습니다. 밀 및 기타 작물을 분쇄하는 전분 부산물 만 사용하는 대신 셀룰로오스 에탄올 생산은 글루텐을 포함한 모든 식물 재료의 사용을 극대화합니다. 에너지 집약적 인 비료 및 곰팡이 제거제의 양은 사용 가능한 물질의 높은 생산량에 대해 동일하게 유지되기 때문에이 방법은 탄소 발자국이 더 적습니다. 셀룰로오스 에탄올 생산 기술은 현재 상업화 단계에있다.

에탄올 대신 전기로 바이오 매스 사용
전기 자동차를 충전하기 위해 바이오 매스를 전기로 변환하는 것은 에탄올 연료를 생산하기 위해 바이오 매스를 사용하는 것보다 “기후 친화적 인”운송 수단 일 수있다. 2009 년 5 월 과학 잡지에 발표 된 연구 결과에 따르면 연구원들은 셀룰로오스 에탄올 및 고급 차량 배터리.

에탄올 배출의 건강 비용
미국에서 생산되고 연소 된 10 억 갤런의 에탄올에 대해 가솔린의 경우 4 억 6 천 9 백만 달러, 바이오 리파이너리의 열원 (천연 가스, 옥수수 밭 또는 옥수수 가축)에 따라 옥수수 에탄올의 경우 4 억 7 천 2 백만 ~ 석탄) 및 기술에 의존하지만, 공급 원료 (대초원 바이오 매스, Miscanthus, 옥수수 쌓기 또는 스위치 그라스)에 따라 셀룰로오스 에탄올의 경우 123 ~ 208 만 달러에 불과합니다.

일반적인 작물의 효율성
에탄올 생산량이 개선되거나 다른 원료가 도입됨에 따라 에탄올 생산이 미국에서 경제적으로 실현 될 수 있습니다. 현재 생명 공학을 이용하여 옥수수 단위의 에탄올 생산량을 개선하는 연구가 진행 중이다. 또한 유가가 여전히 높기 만하면 셀룰로오스와 같은 다른 원료를 경제적으로 사용할 수 있습니다.짚이나 우드 칩과 같은 부산물은 에탄올로 전환 될 수 있습니다. 스위치 그라스와 같이 빠르게 자라는 종은 다른 현금 작물에 적합하지 않은 땅에서 자랄 수 있으며 단위 면적당 에탄올 함량이 높습니다.

수확고	연간 생산량 (리터 / 헥타르, 미국 갤런 / 에이커)	온실 가스 저축 대 가솔린[a]	코멘트
사탕 수수	6800-8000 L / ha, 727-870 g / 에이커	87 % -96 %	긴 시즌 연례 잔디. 브라질에서 생산되는 대부분의 바이오 에탄올의 원료로 사용됩니다. 최신 가공 공장에서는 에탄올로 전기를 생산하지 않은 잔여 물을 연소시킵니다. 열대 및 아열대 기후에서만 자랍니다.
Miscanthus	7300 L / ha, 780g / 에이커	37 % -73 %	낮은 입력 다년생 잔디. 에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 개발에 달려있다.
스위치 그래스	3100-7600 L / ha, 330-810 g / 에이커	37 % -73 %	낮은 입력 다년생 잔디. 에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 개발에 달려있다.수확량을 높이기위한 번식 노력이 진행 중이다. 다년생 목초가 혼합 된 종은 더 높은 바이오 매스 생산이 가능합니다.
포플러	3700-6000 L / ha, 400-640 g / 에이커	51 % -100 %	빠르게 자라는 나무. 에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 개발에 달려있다. 게놈 시퀀싱 프로젝트가 완료되면 수확량을 늘리기위한 번식 노력이 도움이 될 것입니다.
달콤한 사탕 수수	2500-7000 L / ha, 270-750 g / 에이커	데이터 없음	낮은 – 입력 연간 잔디. 기존 기술을 사용하여 에탄올 생산이 가능합니다. 열대와 온화한 기후에서 자라지 만, 가장 높은 에탄올 생산량은 연간 여러 작물을 추정합니다 (열대 기후에서만 가능). 잘 보관하지 않습니다.
옥수수	3100-4000 L / ha, 330-424 g / 에이커	10 % -20 %	높은 입력 연간 잔디. 미국에서 생산되는 대부분의 바이오 에탄올의 원료로 사용됩니다. 사용 가능한 기술을 사용하여 커널 만 처리 할 수 ​​있습니다. 상업적 셀룰로오스 기술의 개발은 stover가 사용되게하고 에탄올 생산량을 1,100 – 2,000 liters / ha 증가시킬 것이다.
출처 : Nature 444 (2006 년 12 월 7 일) : 673-676.  – 토지 이용 변화가 없다고 가정하면 온실 가스 배출 저감 (기존 작물 재배지 사용).

석유 수입 및 비용 감소
미국에서의 광범위한 에탄올 생산에 대한 한 가지 이론적 근거는 일부 외국 생산 된 석유에 대한 필요성을 국내 생산 에너지 원으로 이동시킴으로써 에너지 안보에 대한 이익이다. 에탄올 생산에는 상당한 에너지가 필요하지만 현재의 미국 생산은 석유가 아닌 석탄, 천연 가스 및 기타 자원에서 대부분의 에너지를 끌어 낸다. 미국에서 소비되는 석유의 66 %가 석탄 순수익과 천연 가스의 16 % (2006 년 수치)와 비교하여 수입되기 때문에 석유 기반 연료가 에탄올로 대체되면 미국에서 해외로 순 변화가 일어난다 에너지 원.

아이오와 주립대 학교 (University of Iowa State University)의 2008 년 분석에 따르면, 미국 에탄올 생산량의 증가로 인해 소매 휘발유 가격은 갤런 당 0.40 달러 ~ 0.40 달러가되었습니다.

연구
에탄올 연구는 대체 자원, 새로운 촉매 및 생산 공정에 중점을 둡니다. INEOS는 식물성 물질과 목재 폐기물로부터 에탄올을 생산했습니다. 소의 대장균 유전자와 효소로 유전자 조작 된 박테리아 E.coli는 옥수수 밭에서 에탄올을 생산할 수 있습니다. 다른 잠재적 인 공급 원료로는 도시 쓰레기, 재활용 제품, 벼루, 사탕 수수 주스, 나무 칩, 스위치 그라스 및 이산화탄소가 있습니다.