バイオ燃料に関する問題

一般的なメディアや学術誌で議論されているバイオ燃料の生産と使用には、社会的、経済的、環境的、技術的に様々な問題があります。 「食糧対燃料」論議、貧困削減ポテンシャル、炭素排出量レベル、持続可能なバイオ燃料生産、森林減少と土壌侵食、生物多様性の喪失、水資源への影響、実行に必要な変更の可能性エネルギー効率と効率だけでなく、バ​​イオ燃料に関するエンジン。 独立した科学的評価と様々な資源関連テーマに関する専門家の助言を提供する国際資源パネルは、持続可能な生産と資源の利用に向けた最初の報告書でバイオ燃料使用に関する問題を評価した。 その中には、あるバイオ燃料を別のバイオ燃料よりも追求するという相対的なメリットを決定する際に考慮する必要がある、より広範かつ相互に関係する要素が概説されている。 それは、すべてのバイオ燃料が気候、エネルギー安全保障、生態系への影響に関して均等に機能するわけではなく、ライフサイクル全体を通じて環境と社会効果を評価する必要があると結論付けた。

社会的、経済的効果

原油価格の緩和
国際エネルギー機関（IEA）の世界エネルギー見通し（World Energy Outlook 2006）は、石油需要の増加が未確認のまま放置されると、深刻な供給混乱と価格ショックに対する消費国の脆弱性を強調すると結論づけている。 報告書によれば、バイオ燃料はある日、実行可能な選択肢を提供するかもしれないが、「世界的な安全保障だけでなく、経済、環境、公衆衛生のためのバイオ燃料の使用の影響をさらに評価する必要がある」と指摘した。

メリルリンチのコモディティストラテジストであるFrancisco Blanchによると、バイオ燃料でなければ、原油は15％も上がり、ガソリンは25％も高価になるだろう。 カナダ再生可能エネルギー協会のゴードン・クアイティニ会長は、代替エネルギー源の健全な供給がガソリン価格の急上昇に対抗するのに役立つと主張した。

「食糧対燃料」議論
食品対燃料は、地球規模での食糧供給を損なうバイオ燃料生産のために農地や作物を流用するリスクに関する議論である。 基本的に議論は、農家がこれらの作物の生産を増加させ、しばしば政府の補助金インセンティブを通じて、その時間と土地が非バイオ燃料作物の価格を押し上げる他のタイプの非バイオ燃料作物からシフトする可能性を指している生産の減少。 したがって、世界の貧困層の大多数を支えているトウモロコシやキャッサバのような食糧需要の増加があるだけでなく、これらの個体がそうでない残りの作物の価格を引き上げる可能性もあるダイエットを補うために活用する必要があります。 国際貿易と持続可能な発展のための最近の研究では、エタノール生産が2004年の水準に止まっていた価格と比較して、米国におけるエタノールの市場主導的な拡大が2009年に21％増加したことが示されている。 2011年11月の調査では、バイオ燃料、その生産、および補助金が農業価格ショックの原因となっていると述べられています。 反論には、バイオ燃料で利用されるトウモロコシの種類、人間の消費に適していないトウモロコシの種類などの考慮が含まれる。 エタノール中で使用されるトウモロコシの部分、デンプン部分、 トウモロコシや穀物の価格上昇のマイナスの影響は、これらの製品の政府福祉にある。 「食糧対燃料」または「食糧または燃料」の議論は、それがどれほど重要であるか、それを引き起こしているか、効果が何か、それについて何ができるのか、また何がすべきかについて意見の不一致が国際的に議論の的となっている。

貧困削減
海外開発研究院の研究者は、バイオ燃料は、雇用の拡大、経済成長の多様化、石油価格の安定化（多くの開発途上国が石油の純輸入国である）によって、途上国の貧困を削減するのに役立つと主張している。 しかし、この可能性は「脆弱」と言われており、原材料の生産が大規模になる傾向にある場合や、限られた農業資本（資本投資、土地、水、貧困層の食料純費用）に圧力をかける場合には、

貧困削減または悪化の可能性に関して、バイオ燃料は、農業を貧困削減のルートとして妨げるのと同じ政策、規制または投資の欠点の多くに頼っている。 これらの欠点の多くは、グローバルレベルではなく国レベルでの政策改善を必要とするため、バイオ燃料の潜在的貧困影響を国別に分析することが主張されている。 これは、とりわけ、土地管理システム、市場調整、およびバイオディーゼルへの投資の優先順位付けを考慮する。これは、労働力が増え、輸送コストが低くなり、より単純な技術を使用するからである。 特に、ブラジルなどの国でバイオ燃料生産の効率化が進んだことに起因して、原産国にかかわらずバイオ燃料輸入関税の引き下げが必要である。

持続可能なバイオ燃料生産
責任ある政策と経済的手段は、新しいセルロース技術の開発を含むバイオ燃料の商業化が持続可能であることを確実にするのに役立つだろう。 バイオ燃料の責任ある商業化は、アフリカ、中南米、アジアの貧困地域における持続可能な経済見通しを強化する機会を提供する。

環境への影響

土壌浸食と森林破壊
成熟した樹木の大規模森林破壊（光合成によりCO2を除去するのに役立つ – サトウキビや他のほとんどのバイオ燃料原料作物よりもはるかに優れている）は、土壌侵食、持続不可能な地球温暖化、大気中の温室効果ガスレベル、生息地の喪失、貴重な生物多様性（両方とも海洋のように土地にある）。 バイオ燃料の需要は、パーム油のプランテーションのための土地をクリアすることにつながった。 インドネシアだけでも、1996年以来9,400,000エーカー（38,000km2）以上の森林がプランテーションに転用されています。

バイオマスの一部は土壌資源を支えるために現場に保持されるべきである。 通常、これは生のバイオマスの形で行われるが、処理されたバイオマスも選択肢である。 輸出されたバイオマスが合成ガスの製造に使用される場合、このプロセスは、土壌有機物を有機炭素の難分解性の少ない形態では実用的でない程度にまで高める土壌改質剤として使用される低温炭であるbiocharを共同で製造するために使用することができる。 広く採用されるbiocharの共同生産のためには、共同生産された木炭の土壌改質と炭素隔離の価値は、エネルギー源としての正味の価値を超えなければならない。

いくつかの解説者は、バイオ燃料生産のための追加のセルロース系バイオマスの除去が土壌をさらに枯渇させると主張している。

水資源への影響
バイオ燃料の使用の増加は、少なくとも2つの方法で水資源への圧力を増大させる：バイオディーゼル生産のための原料として使用される作物の灌漑のための水の使用; 大部分は沸騰と冷却のための製油所でバイオ燃料の生産に使用されます。

世界の多くの地域では、原料を栽培するためには補充的または完全な灌漑が必要です。 例えば、トウモロコシ（トウモロコシ）の生産では、水の必要量が灌漑によって満たされ、残りの半分は降雨によって満たされ、1リットルのエタノールを生産するには約860リットルの水が必要である。 しかし、米国では、トウモロコシに必要な水の5〜15％のみが灌漑に由来し、他の85〜95％は自然降雨に由来する。

米国では、エタノール工場の数は2000年の50から2008年の約140におよそ3倍に増えています。さらに60台ほどが建設されており、さらに多くが計画されています。 プロジェクトは、ミズーリ州のミズーリ州の裁判所（ミズーリ州のオザーク・アクィフェーダーから水が引き出される所）、ネブラスカ州アイオワ州、カンザス州（いずれも再生不可能なオガララ・アクィフェイザーの水を引き出す）、イリノイ州中央部の水Mahomet Aquifer）とミネソタ州。

例えば、4つのエタノール作物：トウモロコシ、サトウキビ、スイートソルガムおよびパインは、正味のエネルギーをもたらす。 しかし、2022年までに米国エネルギー自主保安法の再生可能エネルギーの要求を満たすために生産量を増やすことは、フロリダ州とジョージア州で大きな被害を受けるだろう。 4種のうち最高のものを果たしたスイートソルガムは、2州からの淡水回収量をほぼ25％増加させるだろう。

汚染
アルコールが酸化されると、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドおよび他のアルデヒドが生成する。 ガソリンにエタノールの10％の混合物のみが添加された場合（アメリカンE10ガソホルおよび他の場所で一般的であるように）、アルデヒドの排出量は40％増加する。 いくつかの研究結果はこの事実に矛盾しているが、バイオ燃料混合物の硫黄含有量を低下させるとアセトアルデヒドレベルが低下する。 燃焼するバイオディーゼルはまた、排出法で規制されていないアルデヒドおよび潜在的に危険な芳香族化合物を放出する。

多くのアルデヒドは、生きた細胞にとって有毒である。 ホルムアルデヒドは不可逆的に蛋白質アミノ酸を架橋し、包皮体の硬い肉を生成する。 密閉空間での高濃度では、ホルムアルデヒドは、鼻出血、呼吸困難、肺疾患、および持続性の頭痛を引き起こす重大な呼吸器刺激物となり得る。 アセトアルデヒドは、アルコール中毒者によって体内で産生され、喫煙者の口や貧弱な口腔衛生状態で産生される発癌性物質で、変異原性があります。

欧州連合は、文書化された発癌性の特徴により、ホルムアルデヒドを含む製品の使用を禁止しています。 米国環境保護庁（EPA）は、ホルムアルデヒドをヒトの癌の原因と考えている。

ブラジルは相当量のエタノールバイオ燃料を燃焼させる。 ブラジルのサンパウロで大気のガスクロマトグラフ調査を行い、エタノール燃料を燃焼させない日本の大阪と比較した。 大気中のホルムアルデヒドはブラジルで160％高く、アセトアルデヒドは260％高かった。

技術的な問題

エネルギー効率とエネルギーバランス
「グリーン」燃料としての時折の宣言にもかかわらず、第一世代のバイオ燃料、主にエタノールは、自らの温室効果ガス排出がないわけではありません。 エタノールはガソリンよりもGHG排出量が少ないが、その生産は二次的影響を伴うエネルギー集約的なプロセスである。 ガソリンは一般に、E10エタノールの場合は1ガロンあたり8.02kg、E85エタノールの場合は1.34kgCO2と比較して、ガロンあたり8.91kgCO2を生産します。 Dias de Oliveira et al。による研究に基づいて、（2005）によれば、トウモロコシベースのエタノールはヘクタール（ha）あたり65.02ギガジュール（GJ）のエネルギーを必要とし、二酸化炭素（CO2）は約1236.72kg / ha、サトウキビベースのエタノールは42.43GJ / haを必要とし、2268.26kg / haであり、非炭素中性エネルギー生産を仮定している。 これらの排出は、農業生産、作物栽培、およびエタノール処理から生じる。 エタノールをガソリンとブレンドすると、ガロン当たり約0.89kgのCO2が消費されます（USDOE、2011a）。

経済的実行可能性
生産上の観点から、miscanthusは、トウモロコシの約2倍の土地1エーカーあたり742ガロンのエタノールを生産することができます（通常のトウモロコシ大豆の回転で1エーカーあたり平均収量は145ブッシェルと仮定して399 gal / acre）コーンストーバー（165ガル/エーカー）とスイッチグラス（214ガル/エーカー）と同じくらいです。 生産コストは、第2世代のバイオ燃料の大規模な実施の大きな妨げとなっており、その市場需要は、主にトウモロコシのエタノールとガソリンに対する価格競争力に依存する。 現時点では、ガソリン当り1.46ドルでのセルロース燃料の転換費用は、ガロン当たり0.78ドルで、コーンベースのエタノールの約2倍でした。 トウモロコシ畑やミカンサスからのセルロース系バイオ燃料は、トウモロコシエタノールよりもそれぞれ24％と29％高かったし、スイッチグラスバイオ燃料はトウモロコシエタノールの2倍以上の高価であった。

炭素排出量
バイオ燃料およびその他の再生可能エネルギーの形態は、カーボンニュートラルまたはカーボンネガティブを目指しています。 炭素ニュートラルとは、燃料の使用中に放出された炭素、例えば動力伝達または発電に燃えて放出された炭素が再吸収され、新しい植物成長によって吸収された炭素によってバランスされることを意味する。 次に、これらの植物を収穫して次の燃料バッチを作る。 カーボンニュートラル燃料は、地球温暖化への人間の貢献を減らし、大気中の二酸化炭素レベルへの人間の貢献が正味に増加しない。 バイオマスの一部が炭素隔離に使用されると、炭素陰性の目的が達成される。 バイオ燃料を燃焼する際にどれだけの温室効果ガス（GHG）が生成されるかを正確に計算することは複雑で不正確なプロセスであり、燃料の製造方法や計算での他の前提に大きく依存します。

バイオ燃料によって生成される炭素排出量（炭素排出量）は、ライフサイクル分析（LCA）と呼ばれる手法を使用して計算されます。 これは、地面に種子を置くことから、自動車やトラックで燃料を使用することから、バイオ燃料生産中に排出される二酸化炭素と他の温室効果ガスの総量を計算するための「クレードル・トゥ・グレイブ」や「ホイール・ツー・ホイール」アプローチを使用しています。 異なるバイオ燃料について多くの異なるLCAが行われており、結果は大きく異なります。 バイオ燃料については、第一世代のバイオ燃料が、使用されている原料に応じて節約され、二酸化炭素排出量が削減され、第二世代のバイオ燃料は、化石燃料を使用する場合と比較してより高い節約をもたらすことが示されています。 しかし、これらの研究では、窒素固定による排出量、間接的な土地利用の変化による追加的な炭素排出量は考慮されていない。 さらに、多くのLCA研究は、現在のバイオマスベースの製品を置き換えるために市場に出てくる代替物質の影響を分析することができない。 LCAの調査によると、松の化学製品の生産に使用され、現在はバイオ燃料用に転用されている原料であるCrude Tall Oilの場合、CTOから生産される松の化学物質の世界的なCO2排出量は、使用される代替製品同じ状況では化石燃料を代替するためにバイオ燃料を利用することによる利益を相殺している。 さらに、この研究では、CTOがバイオ燃料の使用に転用されたときに化石燃料が削減されず、代わりの製品が不均衡に多くのエネルギーを消費することが示されました。この転用は、世界の経済に大きく貢献する業界に悪影響を及ぼし、複合的なハイテク製油所で毎年30億ポンド以上の松の化学物質を世界的に生産し、数万人の労働者に直接的および間接的に雇用を提供します。

プリンストン大学のSearchingerを率いるチームがSciencexpressで発表した論文は、コーンとセルロースのエタノールの両方を節約する代わりに、ガソリンの代わりに使用されるバイオ燃料のライフサイクルアセスメントにおける間接的な土地利用の変化の影響を考えると、ガソリンと比較してそれぞれ93％および50％であった。 The Nature ConservancyのFargioneが率いるチームがSciencexpressの同じ号に掲載した第2の論文は、天然土地が浄化され、バイオ燃料生産に転換され、農地が耕作されたときに作物生産に転換されるときに、したがって、この炭素債務は直接的および間接的な土地利用の変化に適用されます。

SearchingerとFargioneの研究は、一般的なメディアと科学雑誌の両方で注目を集めました。 しかし、Argonne National LaboratoryのWang and Haqが公の手紙を公表し、Searchingerの論文に関する批判を科学への手紙に送って、その方法論はいくつかの批判を引き出した。 Oak Ridge National LaboratoryのKlineとDaleによるもう一つの批判は、Letters to Scienceに掲載されました。 彼らは、Searchingerらが、 およびFargione et al。 “バイオ燃料が土地利用の変化によって高排出を引き起こすという主張に対する適切な支持を提供していない。また、米国のバイオ燃料産業は、「Searchingerの研究が明らかに最悪の場合のシナリオである」 “分析…”、そしてこの研究は “長い主観的な仮定の長いシリーズに依存している…”。

エンジン設計
バイオ燃料上で内燃機関を稼働させるのに必要な変更は、使用されるバイオ燃料の種類、ならびに使用されるエンジンの種類に依存する。 例えば、ガソリンエンジンは、バイオブタノール上で全く改変することなく作動することができる。 しかし、バイオエタノールまたはバイオメタノールを使用するには、少量の改質が必要です。 ディーゼルエンジンは、後者の燃料だけでなく、植物油（これはより安価である）で作動することができる。 しかしながら、後者は、エンジンが間接噴射で予知されたときにのみ可能である。 間接噴射が存在しない場合、エンジンはこれに適合する必要がある。

キャンペーン
多くの環境NGOが、化石燃料の大規模な代替としてバイオ燃料の生産に反対している。 例えば、地球の友人は、「大規模なアグロ燃料（またはバイオ燃料）を開発する現在の急がないことは気まぐれであり、気候変動やエネルギー安全保障の問題を解決していないのに、持続不可能な貿易に貢献する」と述べている。 いくつかの主流の環境グループは、地球規模の気候変動を遅くしたり止めるための重要なステップとして、バイオ燃料をサポートしています。 しかし、支持的な環境団体は、持続可能な形で行われなければ、バイオ燃料生産が環境を脅かす可能性があるという見解を一般的に保持している。 この知見は、国連、IPCC、およびEEBや銀行サラシンなどの環境および社会規模の小さいグループの報告に裏付けられており、一般的にバイオ燃料については否定的である。

その結果、政府および環境団体は、持続可能でない方法で作られたバイオ燃料（ヤシ油に比べてジャトロファおよびリグノセルロースである特定の原油を優先する）に反対しており、これを世界的に支持している。 また、これらの持続可能なバイオ燃料を支援することに加えて、環境団体は、水素や圧縮空気などの内燃機関を使用しない新しい技術にリダイレクトしています。

いくつかの標準設定と認証の取り組みがバイオ燃料の話題に基づいて行われています。 「持続可能なバイオ燃料に関する円卓会議」は、バイオ燃料の生産と流通の持続可能性に関心を持つ農民、企業、政府、NGO、科学者を結びつける国際的な取り組みです。 2008年に、ラウンドテーブルは、会議、電話会議、オンラインディスカッションを通じて、持続可能なバイオ燃料生産のための一連の原則と基準を開発しています。 同様に、Bonsucro規格は、エタノール燃料を含むサトウキビの製品に焦点を当てた継続的なマルチステークホルダーイニシアチブの結果として、製品とサプライチェーンのための指標ベースの証明書として開発されました。

バイオ燃料の製造量の増加は、農業に使用される土地の増加を必要とする。 第2世代および第3世代のバイオ燃料プロセスは、廃棄物バイオマス、および既存の（未開発の）未利用のバイオマス源、例えば作物残渣および潜在的に海洋藻類を使用することができるため、土地への圧力を緩和することができる。

世界のいくつかの地域では、食糧需要の増加とバイオ燃料の需要の増加の組み合わせにより、森林破壊と生物多様性への脅威が引き起こされています。 これについて最もよく報告されている例は、マレーシアとインドネシアのオイルヤシのプランテーションの拡大です。マレーシアとインドネシアでは、熱帯雨林が破壊されて新しいヤシの農園が開設されています。 マレーシア産パーム油の90％が食品産業で使用されていることは重要な事実です。 したがって、バイオ燃料は、この森林破壊の責任を単独で負うことはできない。 食品および燃料産業のための持続可能なパーム油の生産が急務です。 パーム油は様々な食品に使用されています。 持続可能な発展のための円卓会議は、持続可能なバイオ燃料を促進するための基準、基準、プロセスの定義に取り組んでいます。 パーム油は、洗剤の製造、またアジアおよび世界の電気および熱の両方で使用されている（英国は石炭火力発電所のパーム油を燃焼させて発電する）。

エタノールの需要が世界的に増加するにつれ、重要な地域は将来的にサトウキビに捧げられる可能性が高い。 サトウキビのプランテーションの拡大は、南米の熱帯雨林を含む環境に敏感なネイティブの生態系に圧力をかけることになります。 森林生態系においては、これらの影響そのものが、地球規模の生物多様性への主要な脅威に加えて、代替燃料の気候的恩恵を損なうことになる。

バイオ燃料は一般的に純炭素生産量を向上させると考えられているが、バイオディーゼル燃料やその他の燃料はスモッグの主な原因である窒素酸化物を含む局所大気汚染を引き起こす。