バイオアルコール基礎知識

バイオアルコール・・燃料アルコール サマリー

アルコールを燃料として、まず、貨物自動車で使用されるガソリンの一部または全部をアルコールで置き換えるという提案がなされ、さらに他の自動車についてもその提案がなされた。また従来は利用できなかった分野でも利用が見られるようになった。
例えば、直接燃料としたり供給する水素の原料として燃料電池にアルコールが使用される。

燃料としたり供給する水素の原料として燃料電池にアルコールが使用される。
燃料アルコールは、サトウキビ、テンサイ、トウモロコシ、大麦、ジャガイモ、キャッサバ、ヒマワリ、ユーカリのような作物などから製造される。
バイオアルコール計画としてブラジルのサトウキビからのエタノールとロシアのユーカリからのメタノールが挙げられる。
ドイツ全土をサトウキビ大農園で覆い尽くしたとしても、現在のエネルギー需要(燃料と電気を含む)の半分ほどしか供給できない。


日本での利用
日本国では燃料用アルコールはメタノールとエタノールの混合物(変性アルコール)で携帯用アルコールコンロやアルコールランプなど直接燃焼させて使用する場合が多い。これは低分子アルコールは酸素含有率が高く、煤が出にくいという特性を活かしたものである。

経済産業省及び国土交通省は燃料用アルコールが自動車の燃料系を腐食し安全性を損なうことを理由に法律でガソリンへのアルコール等の混入許容値は「エタノールは混合率3%まで、その他含酸素化合物は含酸素率1.3%まで」としている。
従ってメタノール自動車の実用化試験以外では目にすることはなく、アルコール燃料は供給体制を含めて内燃機関用に普及していない。

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純粋なエタノールはゴムやプラスチック機器を腐食することが明らかになっており、使用できない。エタノールはガソリンに比べオクタン価も高く、変更も必要である。
10%以上エタノールを混合したガソリンはガソホール(gasohol) と呼ばれる。

ブラジルと米は、サトウキビとエタノールの自動車燃料への使用を計画として促進している。
トウモロコシの穀倉地帯あるいくつかの州は、OPECによる後でトウモロコシ由来のエタノールに補助金を与え始めた。ローンの補償政策はエタノール植物の基盤を作り、無税のトウモロコシによるエタノール生産者をもたらした。

メタノール
(日本国内では内燃機関への使用は法令により制限が)メタノールは燃料として認識されており、主にガソリンと混合される。
メタノールはエタノールに比べて注目される場面が少ない。純粋なメタノールはインディー・カーレースで1960年代半ばより使用されている。エタノールと違う点として、メタノールは有毒物質である点が挙げられる。
メタノールに広範囲に暴露すると、失明を含む、恒久的な健康被害を受ける可能性がある。合衆国法令の(40時間/週条件での)最小許容濃度はエタノールでは1900 mg/m3、ガソリンで900 mg/m3、そしてメタノールでは260 mg/m3である。メタノールは揮発性が高く、この特性により爆発の危険性が増大する。ブラジルにおいてはメタノールを添加したガソリンが実用化が進行している。
水素そのものは燃料資源としてみなされるべきではないという。水素は(太陽光発電、バイオマス、あるいは化石燃料といった)エネルギー源とエネルギーを使用する場所のあいだに存在する一時的なエネルギー貯蔵媒体であるという。実際水素はガス状態にあると、他の燃料に比べて膨大な容積を占め、エネルギー配送の点に関して非常に難しい問題になっている。解決方法としてエタノールを使って水素を配送する方法がある。配送先で水素再生(hydrogen reform)により水素を結合している炭素から遊離させ、燃料電池へ供給する方法である。方法としてエタノールを直接燃料電池の燃料として供給する方法もある。

2004年初めには、ミネソタ大学の研究者は単純なエタノール燃料電池を開発したと発表した。
触媒層にエタノールを透過させて水素を燃料電池に供給するのである。一段階目はエタノールと水蒸気の混合物と酸素を反応させ十分な水素を発生させる。触媒を透過させてそれを二酸化炭素に変換する。その後、二酸化炭素は大気中に放出され、植物により再吸収されることになる。
研究によると、合衆国におけるエタノール製造については、これらのテンサイを使う方がトウモロコシを使うよりも、相当程度、能率の高い方法であることを示している。ブラジルで、主食作物であり、大量のでんぷんが取れるキャッサバからエタノールを生産する方法が真剣に検討された。

エタノール収量はサトウキビよりも下回り、でんぷんから醗酵可能な糖に変換するキャッサバの処理は複雑であった。残渣もエタノール源としての可能性を調査された。燃料源としてバイオマスを使用することに注目があつまるようになった。
広範囲に及ぶアイデアで、し尿と同様に、木材までをも含む多種多様な有機資材を使用する。
現時点では、バイオマスをエタノールあるいは他の燃料に変換するプロセスは、どれも複雑でそれほどない。
項も参照のこと


正味の燃料エネルギー収支
存続し続けるには、燃料経済は燃料エネルギー収支の正味が黒字になっているべきである。
アルコールを生産するのに費やした全ての燃料エネルギー、これには原料植物を耕作、収穫、輸送、醗酵、蒸留、配送に費やされた燃料はもちろん、同様に農場を建設したり農業機具を製作するのに費やした燃料が含まれるのだが、その総計に対しては生産された燃料がエネルギー量を超えるべきではない。
ブラジルといった、豊富な水と土地資源をもつ熱帯地方で、サトウキビから生成したエタノールの永続性は余地もない。豊富な水力発電所をもつ国なので電力の使用を生産に振り向けると、たとえば粉挽きや蒸留の改善を通じてエネルギー収支の循環が好転する余地がある。
気候はサトウキビにとって寒冷すぎる。アメリカ合衆国において、農業アルコールは一般に穀物、主としてトウモロコシから得られる。
メタノールの場合は、より揮発性が高いので、火災あるいは爆発する傾向が高い。)エタノールもメタノールも水と混和するので火災は水消火により消し止めることができる。
エタノールの製造と消費でCO2を放出したと植物が吸収するであろう。対照的には、化石燃料の燃焼はアルコール燃料のばあいのような受け皿無しに、膨大な量の"新たな"CO2が大気中に放出される。いが、この長所は農業生産エタノールについてのみ生じ、石油から転換されるエタノールの場合は生じない。
農業生産エタノールへの転換の為のコストを総計する場合には、この点を評価に入れるべきである。


アメリカ合衆国におけるエネルギー収支
多くの初期の研究では、トウモロコシ由来のエタノールを燃料として使用することは、エネルギー収支上赤字になるとされた。
エネルギー収支の総計は、アルコールに醗酵、耕作、農業トラクターの燃料、穀物の収穫と輸送、エタノールプラントの建設と操業そしてトウモコシ糖を蒸留するのに使用する天然ガスの収支を含み、コストは生産されたエタノールが発生するエネルギーを超過する。
批評家は生産エネルギーが大抵化石燃料からガソホールが金を浪費して、再生可能資源を急速に枯渇させることについて議論した。
2001年に解析されたデータによると、エタノールのエネルギー収支の赤字は継続している。コーネル大学紀要の掲載によれば、トウモロコシ由来のエタノール生産は、エネルギーを29%上回るだけである。
エタノール生産手法の改善は、利益/原価率を大きく改良した。研究ではトウモロコシ由来エタノール生産の正味のエネルギー収支見積もりでは大きく変化したように、改良が進んだとしている。
アメリカ合衆国農務省報告では、トウモロコシ由来エタノール生産がエネルギー係数を持つと結論づけている。
生産されたエタノールが製造に要したエネルギーに比べて34%上回ることを意味する。
エタノールは、環境試験においてガソリンよりも一酸化炭素や炭化水素といった標準的な規制物質の排出が少ない。再生可能燃料協会 炭化水素の放出で揮発性のスモッグを形成が増加することについては懸念あった。エタノールの利点は石油から生成される安価な添加物で成し遂げることができると主張もある。
ガソリンに添加されるエタノールは四エチル鉛、ベンゼン、MTBEといったオクタン価を高める為の添加物と置き換えられる。エタノールは、ガソリンに比べてもはるかに勝っており、そして危険な他の添加物に対する必要性も否定する。エタノールはガソリンの蒸気圧を増大させるので、大気中への揮発性物質の放出の増加は、鉛、ベンゼンあるいはMTBEといったものよりはるかに少なくなる。
純粋なエタノール燃料はガソリン自身に比べてはるかにクリーンであり、このことは黎明期より認められていた。
供給国に依存するようになり、要因になる。農業生産アルコールへの転換は、供給国への依存性を減少することで、消費国の経済を安定化させ、世界はより良い状況になる。イデオロギー的見地から、エタノール経済を嫌悪する批判者もいる。
穀物加工業者であるArcher Daniels Midland社は、合衆国内のガソホール製造に使用されるエタノールの40%を生産している。その会社とエタノール擁護に関して発言力が大きく、両政党へ多額の献金をしている。エタノールと石油に関する税的優遇措置(Tax Incentives for ethanol and petroleum)：合衆国会計検査院, 2000年9月。石油産業とエタノール産業との補助金についての調査であり、補助金の総額は方が多いことが見て取れる。

ブラジルではエタノールはサトウキビから生産される。
サトウキビはトウモロコシに比べても、生育や容易さで同等以上の醗酵可能な炭水化物の供給源である。ブラジルではサトウキビ生産を誇り、エチルアルコールの他に、砂糖および電力と産業熱源をも生み出す。サトウキビ栽培にはサトウキビへの税金と価格政策はエタノールの生産を非常に巨大農場ビジネスにした。
幾百もの蒸留所が国中に存在している。サトウキビは臼で圧搾され糖液(garapa)を抽出して、残留物 (bagasse)を除去する。糖液はイースト菌で醗酵し、ショ糖はCO2とエタノールに分解される。"原酒"は蒸留され、含水エタノール(水は"鉱油"が得られる。含水エタノールは(エタノール自動車用に)そのままで販売されるか、脱水して(ガソホール車用に)ガソリンの添加物として利用される。サトウキビ収穫が加工プラントに出荷され、約乾燥繊維(バガス,bagasse)とショ糖が含まれている。サトウキビをアルコールに加工する際、抽出されたショ糖全部を使ったとすると72リットルのエタノールが得られる。バガスを燃やすと蒸留と乾燥のための熱が得られる。
私企業のアルコール産業は耕作地の拡大と改善に多額の投資を行った。平均アルコール収量は複利的に増大し、 1978年から2000年で3,000であったものが5,500リットル/ヘクタール(0.30のものが0.55リットル/m2)となり、成長であった。植物換算で、ショ糖が占める熱量は30%を下回る。
熱量の35%は茎チップ中に残存し、収穫の際に耕地に放置される、そして、熱量の35%が繊維質(bagasse)に存在する。

バガス発電の潜在的な電力は、技術に依存するので、 1,000から幅を持つと見積もられている。 高めの見積もりでは、ボイラーとタービン、バイオマスによるガス化で高圧のものに置き換え、現在は収穫残渣も利用することを想定している。サトウキビ残渣から電力を抽出する経済性を確立すると考えられている。
サトウキビを加工している中規模の蒸留所は、余剰電力を販売するかもしれない。砂糖とエタノール販売で余剰電力販売で100万 US$を稼ぎだす。ボイラーとタービン技術を用いると、電力収量はサトウキビのトンあたり180 kWhに増大させることができるものの、現在の(公定)電力価格ではこの投資を回収できない報告書によると、電力価格が世界銀行がバガス発電へ投資するであろうとされている)。

石炭や石油といった他の燃料に比べても、バガスの燃焼は環境に対してやさしい。硫黄分を含まない。濃縮、植物油、陶業、タイヤのリサイクルなど種々の産業にバガスは(重油と置き換える)燃料としても販売される。サンパウロ州ではバガスが使用され、3500万US$の燃料油の輸入を節約した。

エタノール専用車は1980年から1995年まで、膨大な台数がブラジル国内で販売された。
型式証明を審査中である。
1989年には90%以上がエタノール専用車であった。エタノール消費および開発で増加に転じている。
ブラジル自動車のエタノール燃料の使用は、純粋エタノールとガソホールとして、ガソリンと置き換えられている。
ブラジルは産油国であり、現在ではガソリンを輸出している(70億リットル/年)。石油産物、主にディーゼル燃料の国内需要を満たすために輸入もしている(ディーゼル燃料は容易にエタノールに置換できない)。

効果
1980年代自動車燃料へのエタノール使用が広く普及し、大気汚染は緩和された。
サトウキビ畑は、収穫前に、葉を取り除き蛇を殺する目的で焼畑される。それゆえ、国内でサトウキビが作付けされている地域では、焼畑の煙により収穫期には空が灰色になる。広範囲に町に到達するので、呼吸器障害問題がもちあがっている。
サトウキビ栽培者のロビイストは、焼畑の全面禁止を阻止した。農場を見渡す限りのサトウキビ単作地帯の海へと広範囲に置換した。
焼畑による森林火災によって)原始林の減少をもたらした。サトウキビへの作物の転換は過去10年間にわたってたらした。

州立石油企業(Petrobras)は私営の蒸留所からエタノールを購入し、ガソリンスタンドチェーンに純粋な(含水)エタノールと両方を販売する。
エタノール政策が取り消されれば、Petrobrasは、収益をあげることも可能である。この化合物はガソホールの中のエタノールのように大気汚染防止用添加剤として使用される。そのMTBE生産ほとんどは輸出されるが、会社がMTBEを国内市場向けにエタノールの代換え品として販売するならば、収益を上げるであろう。
一方、サトウキビ生産推進派は政治的に批評家から政策を擁護するのに成功している。