Chi phí và lợi ích môi trường, kinh tế và năng lượng của nhiên liệu sinh học biodiesel và ethanol

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America - Tập 103 Số 30 - Trang 11206-11210 - 2006
Jason Hill1,2,3, Erik Nelson4, David Tilman4, Stephen Polasky1,4, Douglas G. Tiffany4
1Applied Economics, University of Minnesota, St. Paul, MN 55108; and
2Department of Biology, St. Olaf College, Northfield, MN 55057
3Departments of *Ecology, Evolution, and Behavior and
4Department of Ecology, Evolution, and Behavior, University of Minnesota, 1987 Upper Buford Circle, St. Paul, MN 55108.

Tóm tắt

Hậu quả môi trường tiêu cực của nhiên liệu hóa thạch và những mối quan ngại về nguồn cung dầu mỏ đã thúc đẩy việc tìm kiếm các loại nhiên liệu sinh học tái tạo cho giao thông vận tải. Để có thể trở thành một sự thay thế khả thi, một loại nhiên liệu sinh học cần phải cung cấp một mức năng lượng ròng dương, có lợi cho môi trường, cạnh tranh về kinh tế và có thể sản xuất với khối lượng lớn mà không giảm nguồn cung thực phẩm. Chúng tôi sử dụng các tiêu chí này để đánh giá, thông qua kế toán vòng đời, ethanol từ ngô và biodiesel từ đậu nành. Ethanol cung cấp nhiều hơn 25% năng lượng so với năng lượng được đầu tư vào sản xuất của nó, trong khi biodiesel cung cấp nhiều hơn 93%. So với ethanol, biodiesel chỉ phát thải 1,0%, 8,3% và 13% các chất ô nhiễm nitơ, phốt pho và thuốc trừ sâu từ nông nghiệp, tương ứng, cho mỗi mức năng lượng ròng. So với các nhiên liệu hóa thạch mà chúng thay thế, lượng khí thải nhà kính giảm 12% nhờ vào sản xuất và đốt cháy ethanol và 41% nhờ vào biodiesel. Biodiesel cũng phát thải ít chất ô nhiễm không khí hơn cho mỗi mức năng lượng ròng so với ethanol. Những lợi thế này của biodiesel so với ethanol đến từ việc sử dụng đầu vào nông nghiệp thấp hơn và sự chuyển đổi nguyên liệu thành nhiên liệu hiệu quả hơn. Cả hai loại nhiên liệu sinh học đều không thể thay thế nhiều dầu mỏ mà không ảnh hưởng đến nguồn cung thực phẩm. Ngay cả khi dành toàn bộ sản lượng ngô và đậu nành của Hoa Kỳ cho nhiên liệu sinh học cũng chỉ đủ đáp ứng 12% nhu cầu xăng và 6% nhu cầu dầu diesel. Đến trước khi giá dầu mỏ tăng gần đây, chi phí sản xuất cao đã khiến nhiên liệu sinh học không mang lại lợi nhuận mà không có trợ cấp. Biodiesel có đủ lợi thế về môi trường để xứng đáng được trợ cấp. Các loại nhiên liệu sinh học cho giao thông vận tải như hydrocarbon synfuel hoặc ethanol từ xenlulozơ, nếu được sản xuất từ sinh khối với đầu vào thấp trên đất nông nghiệp cận biên hoặc từ sinh khối thải bỏ, có thể cung cấp nguồn cung và lợi ích môi trường lớn hơn nhiều so với nhiên liệu sinh học dựa trên thực phẩm.

Từ khóa


Tài liệu tham khảo

10.1126/science.1121416

10.2172/1218367

M. S. Graboski Fossil Energy Use in the Manufacture of Corn Ethanol (National Corn Growers Association, St. Louis, MO, 2002).

H. Shapouri, J. Duffield, A. McAloon, M. Wang The 2001 Net Energy Balance of Corn-Ethanol (U.S. Dept. of Agriculture, Washington, DC, 2004).

10.2172/1218369

10.1023/A:1024214812527

10.1080/07352680490886905

10.1007/s11053-005-4679-8

P. M. Vitousek, J. D. Aber, R. W. Howarth, G. E. Likens, P. A. Matson, D. W. Schindler, W. H. Schlesinger, D. G. Tilman Ecol. Appl. 7, 737–750 (1997).

10.1890/1051-0761(1998)008[0559:NPOSWW]2.0.CO;2

J. A. Downing, J. L. Baker, R. J. Diaz, T. Prato, N. N. Rabalais, R. J. Zimmerman Gulf of Mexico Hypoxia: Land and Sea Interactions (Council for Agricultural Sci. and Technol, Ames, IA, 1999).

N. Brinkman, M. Wang, T. Weber, T. Darlington Well-to-Wheels Analysis of Advanced Fuel/Vehicle Systems: A North American Study of Energy Use, Greenhouse Gas Emissions, and Criteria Pollutant Emissions (Argonne Natl. Lab, Argonne, IL, 2005).

10.1126/science.289.5486.1922

Feed Grains Database (Dept. of Agriculture, Washington, DC, 2005).

D. G. Tiffany, V. R. Eidman Agriculture as a Producer and Consumer of Agriculture, eds J. Outlaw, K. J. Collins, J. A. Duffield (CABI, Cambridge, MA, 2005).

Natural Gas Monthly (Dept. of Energy, Washington, DCDOE Publ. No. EIA-0130(2006/04). (2006).

Petroleum Marketing Monthly (Dept. of Energy, Washington, DCDOE Publ. No. EIA-0380(2005/06). (2006).

T. R. Fortenbery Biodiesel Feasibility Study: An Evaluation of Biodiesel Feasibility in Wisconsin (Univ. of Wisconsin, Madison, WI, 2005).

H. Shapouri, P. Gallagher USDA’s 2002 Ethanol Cost-of-Production Survey (Dept. of Agriculture, Washington, DC, Agriculture Economic Rep. No. 841. (2005).

USDA Agricultural Baseline Projections to 2015 (Dept. of Agriculture, Washington, DCDOE Publ. No. OCE-2006-1. (2006).

Industry Statistics (Renewable Fuels Assoc, Washington, DC, 2006).

Annual Energy Outlook 2006 With Projections to 2030 (Dept. of Energy, Washington, DCDOE Publ. No. EIA-0383(2006). (2006).

How Much Biodiesel Has Been Sold in the U.S.? (Natl. Biodiesel Board, Jefferson City, MO, 2005).

10.1126/science.1060391

10.1038/nature04742

10.1162/108819803323059433

R. V. Morey, D. Tiffany, D. Hatfield Biomass for Electricity and Process Heat at Ethanol Plants (Am. Soc. Agricult. Biol. Engineers, St. Joseph, MI, ASABE Paper No. 056131. (2005).

10.2172/15001119

D. G. Tiffany, V. R. Eidman Food, Agriculture, and the Environment: Economic Issues, eds E. Defrancesco, L. Galletto, M. Thiene (FrancoAngeli, Milan), pp. 325–340 (2005).

E. D. Larson, R. H. Williams, H. Jin Fuels and Electricity From Biomass With CO2 Capture and Storage, 2006).

10.1073/pnas.96.11.5903

International Energy Outlook (Dept. of Energy, Washington, DCDOE Publ. No. EIA-0484 (2006). (2006).

R. D. Perlack, L. L. Wright, A. F. Turhollow, R. L. Graham, B. J. Stokes, D. C. Erbach Biomass as Feedstock for a Bioenergy and Bioproducts Industry: The Technical Feasibility of a Billion-Ton Annual Supply (Oak Ridge Natl. Lab, Oak Ridge, TN, ORNL Publ. No. TM-2005/66. (2005).

Thông tin
Thông tin xuất bản

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

Tập 103 Số 30

11206-11210

Thông tin tác giả