에탄올 연료

Ethanol fuel
Saab 9-3 SportCombi BioPower는 Saab이 스웨덴 시장에 선보인 두 번째 E85 플렉시퓨얼 모델이다.
시리즈의 일부
재생 에너지
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에탄올 연료는 에틸 알코올로, 알코올 음료에서 볼 수 있는 것과 동일한 유형의 알코올로 연료로 사용됩니다.이것은 주로 가솔린용 바이오 연료 첨가물로 모터 연료로 가장 많이 사용됩니다.완전히 에탄올로만 운행되는 최초의 생산차는 피아트가 1978년 브라질에서 선보인 피아트 147이었다.에탄올은 보통 옥수수나 사탕수수 같은 바이오매스로 만들어진다.2000년과 2007년 사이에 수송 연료의 세계 에탄올 생산량은 179×10리터(4.95×10^미국 갤, 3.97×10^imp gal)에서 529×10리터(14×910^미국 갤, 11×910^imp gal) 이상으로 3배 증가했습니다.2007년부터 2008년까지 전 세계 가솔린 연료 사용에서 에탄올의 비율은 3.7%에서 5.4%[1]로 증가했습니다.2011년 전 세계 에탄올 연료 생산량은 8.46×10리터9(2.23×10^9미국 gal, 1.86×910^imp gal)에 달했으며, 미국과 브라질은 [2]각각 세계 생산량의 62.2%, 25%를 차지했다.2017년 [3]5월 미국의 에탄올 생산량은 57.549×10리터(15.20×10^9미국 gal, 12.66×910^imp gal)에 달했다.

에탄올 연료는 "가솔린 갤런 당량(GGE)" 값이 1.5입니다. 즉, 휘발유 1 부피의 에너지를 대체하려면 에탄올 1.5배가 필요합니다.[4][5]

에탄올 혼합 연료는 브라질, 미국 및 유럽에서 널리 사용됩니다([2]국가별 에탄올 연료 참조).오늘날 미국에서 도로 주행 중인 대부분의 자동차는 최대 15%의 [6]에탄올 혼합물로 주행할 수 있으며,[2] 2011년 국내 공급원에서 추출된 미국 휘발유 연료 공급량의 10%를 에탄올이 차지했습니다.일부 플렉시블 연료 차량은 최대 100% 에탄올을 사용할 수 있습니다.

1976년부터 브라질 정부는 에탄올과 휘발유를 혼합하는 것을 의무화하고 있으며, 2007년부터 법적 혼합은 에탄올 약 25%, 가솔린 약 75%(E25)[7]입니다.2011년 12월까지 브라질은 1,480만 대의 유연 연료 자동차와 경트럭[8][9], 그리고 150만 대의 유연 연료[10][11][12] 오토바이를 보유하고 있으며, 정기적으로 깨끗한 에탄올 연료(E100)를 사용하고 있습니다.

바이오에탄올은 농업용 원료로 생산될 수 있는 재생 에너지의 한 형태이다.그것은 삼베, 사탕수수, 감자, 카사바, 옥수수와 같은 매우 흔한 작물로 만들어질 수 있다.바이오에탄올이 휘발유를 대체하는데 얼마나 유용한지에 대해서는 상당한 논란이 있었다.그것의 생산과 사용에 대한 우려는 [14][15]특히 옥수수의 에탄올 생산 사이클의 에너지와 오염 균형뿐만 아니라 [13]작물에 필요한 많은 양의 경작지로 인한 식품 가격 상승과 관련이 있다.

화학

에탄올 분자의 구조.모든 채권은 단일 채권이다.

에탄올 발효 동안, 포도당과 옥수수의 다른 당(또는 사탕수수 또는 다른 작물)은 에탄올과 이산화탄소로 전환됩니다.

CHO6126 → 2 CHOH25 + 2 CO2 + 발열

에탄올 발효는 아세트산 및 글리콜과 같은 부생성물과 함께 100% 선택적이지 않습니다.그것들은 대부분 에탄올 정제 과정에서 제거된다.발효는 수용액에서 일어난다.결과적으로 생성되는 용액의 에탄올 함량은 약 15%입니다.이어서 에탄올은 흡착과 증류의 조합에 의해 분리 정제된다.

연소 중에 에탄올은 산소와 반응하여 이산화탄소, 물 및 열을 생성합니다.

CHOH25 + 3 O2 → CO 22 + 32 HO + 발열

녹말과 셀룰로오스 분자는 포도당 분자의 끈이다.셀룰로오스성 물질로부터 에탄올을 생성하는 것도 가능하다.그러나 그것은 셀룰로오스를 포도당 분자와 나중에 발효될 수 있는 다른 당으로 나누는 전처리를 필요로 한다.결과물은 셀룰로오스 에탄올이라고 불리며, 그 근원을 나타냅니다.

촉매 및 고온 상태에서 이중 결합의 수화 작용에 의해 에틸렌으로부터 공업적으로 에탄올을 제조할 수도 있다.

CH242 + HO → CHOH25

대부분의 에탄올은 발효에 의해 생산된다.

원천

주요 기사:에너지 작물
사탕수수 수확
남아프리카 공화국의 옥수수밭
스위치그래스

2003년에 세계에서 생산된 에탄올의 약 5%는 실제로 [16]석유제품이었다.에틸렌과 황산을 촉매로 촉매 수화하여 제조됩니다.또한 탄화칼슘, 석탄, 석유 가스 및 기타 공급원으로부터 에틸렌 또는 아세틸렌을 통해 얻을 수 있습니다.석유 유래 에탄올은 연간 200만 쇼트톤(178만6천톤, 181만4천톤)이 생산된다.주요 공급업체는 미국, 유럽 및 남아프리카에 [17]있는 공장입니다.석유유래 에탄올(합성 에탄올)은 바이오 에탄올과 화학적으로 동일하며 방사성 탄소 연대 [18]측정만으로 구별할 수 있다.

바이오에탄올은 보통 탄소계 공급원료의 변환으로 얻어진다.농업용 사료 원료는 성장에 필요한 모든 미네랄이 육지로 돌아간다면 광합성을 사용하여 태양으로부터 에너지를 얻기 때문에 재생 가능한 것으로 여겨진다.에탄올은 사탕수수, 바가스, 미스카투스, 사탕무, 수수, 스위치그래스, 보리, 삼베, 케나프, 감자, 고구마, 카사바, 해바라기, 과일, 당밀, 옥수수, 곡물, 밀, 짚, 면화, 바이오매스와 같은 다양한 종류의 셀룰로오스 폐기물과 수확물로부터 제조될 수 있다.가장 잘 맞는 평가를 내리죠

Algenol사는 조류로부터 바이오 에탄올을 생산하는 대체 공정을 개발 중이다.조류를 재배해 수확해 발효시키는 대신 조류는 햇빛에서 자라 에탄올을 직접 생산해 조류를 죽이지 않고 제거한다.이 공정은 연간 에이커당 6천 갤런(에이커당 5천 영국 갤런, 헥타르당 5만6천 리터)을 생산할 수 있는 반면 에이커당 400갤런(에이커당 330 임펄 갤런, 3700L/ha)의 옥수수 [19]생산량을 생산할 수 있다고 한다.

현재 옥수수에서 에탄올을 생산하는 1세대 공정은 옥수수 식물의 일부만을 사용하고 있다. 옥수수 알갱이는 옥수수 식물에서 추출되며 건조 알갱이 질량의 약 50%를 차지하는 전분만 에탄올로 변환된다.두 가지 유형의 2세대 프로세스가 개발 중입니다.첫 번째 유형은 식물 셀룰로오스를 에탄올로 변환하기 위해 효소와 효모 발효를 사용하는 반면, 두 번째 유형은 식물 전체를 액체 바이오 오일 또는 신가스로 변환하기 위해 열분해 기능을 사용합니다.2세대 공정은 풀, 목재 또는 짚과 같은 농업 폐기물 재료와 같은 식물에도 사용할 수 있습니다.

생산.

에탄올 연료를 생산하는 방법은 다양하지만 가장 일반적인 방법은 발효입니다.

에탄올의 대규모 생산을 위한 기본 단계는 설탕의 미생물(효모) 발효, 증류, 탈수(요건은 다양하며 아래의 에탄올 연료 혼합물 참조), 변성(선택 사항)입니다.발효되기 전에, 일부 작물은 셀룰로오스나 녹말과 같은 탄수화물을 당으로 당화하거나 가수분해해야 합니다.셀룰로오스의 당화를 셀룰로오스 분해라고 한다.효소는 녹말을 [20]설탕으로 바꾸는 데 사용된다.

발효

주요 기사:에탄올 발효

에탄올은 설탕의 미생물 발효에 의해 생산된다.미생물 발효는 현재 설탕과 직접적으로만 작용한다.식물의 두 가지 주요 성분인 녹말과 셀룰로오스는 모두 당으로 이루어져 있으며, 원칙적으로 발효를 위해 당으로 전환될 수 있다.현재는 설탕(예: 사탕수수)과 전분(예: 옥수수) 부분만 경제적으로 전환할 수 있습니다.

식물 셀룰로오스를 당으로 분해하고 당을 [21]에탄올로 변환하여 얻은 셀룰로오스 에탄올에 관심이 있다.그러나 셀룰로오스 에탄올은 현재 비경제적이고 상업적으로 행해지고 있지 않다.2006년 국제 에너지 기구의 보고서에 따르면 셀룰로오스 에탄올은 미래에 [22]중요해질 수 있다.

증류

아이오와 주 웨스트 벌링턴에 있는 에탄올 공장
브라질 세르탕지뉴 에탄올 공장

에탄올을 연료로 사용하려면 효모 고형분과 물의 대부분을 제거해야 한다.발효 후 매쉬를 가열하여 에탄올을 [23]증발시킨다.증류라고 알려진 이 과정은 에탄올을 분리하지만, 에탄올이 최대 95.6% m/m(96.5% v/v) 및 4.4% m/m(3.5% v/v)인 저 끓는 물에탄올 공생 로프가 형성되기 때문에 에탄올 순도는 95~96%로 제한됩니다.이 혼합물은 하이드로 에탄올이라고 불리며 연료로만 사용될 수 있지만, 무수 에탄올과 달리 하이드로 에탄올은 가솔린과 모든 비율로 혼합되지 않으므로 일반적으로 가솔린 엔진에서 [24]가솔린과 함께 연소되도록 추가 처리 시 물 비율을 제거합니다.

탈수

공생 에탄올/물 혼합물에서 물을 제거하기 위한 세 가지 탈수 과정이 있습니다.많은 초기 연료 에탄올 공장에서 사용된 첫 번째 과정은 공생 증류라고 불리며 혼합물에 벤젠이나 시클로헥산을 첨가하는 것으로 구성됩니다.이 성분들이 혼합물에 첨가되면, 그것은 증류될 때 기둥 바닥에서 무수 에탄올과 물, 에탄올, 시클로헥산/벤젠의 증기 혼합물을 생성하는 기액-액체 평형에서 이종 공생성 혼합물을 형성한다.

응축하면 2상 액체 혼합물이 됩니다.중상(벤젠 또는 사이클로헥산)이 불량한 경우 중상(中上)은 중상(中上)에서 중상(中上)을 제거하여 피드에 재활용하고, 중상(中上)은 스트리핑의 응축액과 함께 두 번째 컬럼으로 재활용합니다.추출 증류라고 불리는 또 다른 초기 방법은 에탄올의 상대적인 휘발성을 증가시키는 3원 성분을 첨가하는 것이다.3원 혼합물을 증류하면 칼럼 상류에 무수 에탄올이 생성됩니다.

에너지 절약에 대한 관심이 높아짐에 따라 탈수를 위해 증류를 완전히 피하는 많은 방법이 제안되었습니다.이들 방법 중 세 번째 방법이 등장하여 대부분의 현대 에탄올 공장에서 채택되었다.이 새로운 과정은 연료 에탄올에서 물을 제거하기 위해 분자 체를 사용한다.이 과정에서 압력을 받은 에탄올 증기는 분자 체 비즈층을 통과한다.구슬의 모공은 에탄올을 제외하고 물을 흡착할 수 있는 크기로 되어 있습니다.일정 시간 후 침대는 진공 또는 불활성 분위기 흐름(예를2 들어 N)에서 재생되어 흡착수를 제거한다.두 개의 침대가 자주 사용되어 하나는 물을 흡착할 수 있고 다른 하나는 재생됩니다.이 탈수 기술은 이전의 공생 [25]증류에 비해 3,000 btus/gallon(840 kJ/L)의 에너지 절약을 설명할 수 있습니다.

최근의 연구는 휘발유와 혼합하기 전에 반드시 완전한 탈수가 필요한 것은 아니라는 것을 증명했다.대신, 액체-액상 평형이 물의 제거를 도울 수 있도록 공생 혼합물을 가솔린과 직접 혼합할 수 있다.믹서 세틀러 탱크의 2단계 역류 설정은 최소한의 에너지 [26]소비로 에탄올을 연료 단계로 완전히 회수할 수 있습니다.

생산 후 용수 문제

에탄올은 흡습성이기 때문에 대기 중 수증기를 직접 흡수합니다.흡수된 물은 에탄올의 연료 가치를 희석시키고 에탄올-가솔린 혼합물의 상 분리를 유발할 수 있으므로 에탄올 연료 용기를 단단히 밀봉해야 합니다.이와 같이 물과 혼재성이 높기 때문에 에탄올은 액체 탄화수소와 같은 최신 파이프라인을 통해 장거리 [27]수송할 수 없습니다.

에탄올-가솔린 연료가 상분리 없이 포함할 수 있는 물의 비율은 [28]에탄올의 비율에 따라 증가합니다.예를 들어, E30은 최대 2%의 물을 포함할 수 있습니다.에탄올이 약 71% 이상일 경우 나머지는 물이나 휘발유의 비율이 될 수 있으며 상분리가 발생하지 않습니다.수분 함량이 증가하면 연비가 감소합니다.에탄올 함량이 높은 물의 용해도가 높아지면 E30과 수화 에탄올을 동일한 탱크에 넣을 수 있습니다. 이 두 가지를 조합하면 항상 단상이 되기 때문입니다.낮은 온도에서는 다소 적은 양의 물이 허용된다.E10의 경우 21°C에서 약 0.5% v/v이고 -34°[29]C에서 약 0.23% v/v로 감소합니다.

소비자 생산 시스템

바이오디젤 생산 시스템은 수년간 가정 및 기업 사용자에게 판매되어 왔지만, 최종 소비자를 위해 설계된 상용화된 에탄올 생산 시스템은 시장에서 뒤처져 왔다.2008년, 2개의 다른 회사가 국내 규모의 에탄올 생산 시스템을 발표했습니다.Allard Research and Development의 AFS125 Advanced Fuel[30] System은 에탄올과 바이오디젤을 하나의 기계로 모두 생산할 수 있는 반면, E-Fuel Corporation의 E-100[31] MicroFueler는 에탄올 전용입니다.

엔진

Memorial Aeroespace Brasileiro에서 최초의 에탄올 구동 자동차인 크라이슬러 닷지 1800은

연비

에탄올은 가솔린보다 단위 부피당 에너지가 약 34% 적기 때문에 이론적으로 차량에서 순수 에탄올을 연소할 경우 순수 휘발유를 연소할 때보다 연비가 동일할 때 단위 측정당 범위가 34% 감소합니다.그러나 에탄올은 옥탄정도가 높기 때문에 압축비를 [32][33]높여 엔진의 효율을 높일 수 있습니다.

E10(10% 에탄올 및 90% 가솔린)의 경우, 기존 [34]가솔린에 비해 효과가 작으며(~3%), 산소 및 재구성 혼합물에 [35]비해 훨씬 더 작습니다(1~2%).E85(85% 에탄올)의 경우 효과가 유의합니다.E85는 가솔린보다 주행거리가 낮고 연료 주입이 더 잦다.실제 성능은 차량에 따라 다를 수 있습니다.모든 2006년 E85 모델에 대한 EPA 테스트에 따르면, E85 차량의 평균 연비는 무연 [36]가솔린보다 25.56% 낮았습니다.현재 미국 플렉스 연료[37] 차량의 EPA 등급 주행거리는 가격을 비교할 때 고려해야 하지만, E85는 옥탄가 등급이 약 94-96인 고성능 연료이며 [38]프리미엄과 비교해야 한다.RACQ에 따르면 에탄올은 일부 모터바이크 및 소형 [39]엔진뿐만 아니라 대부분의 항공기에 적합하지 않다. 그러나 Embraer EMB 202 이파네마는 일부 변형에서 에탄올 연료와 함께 사용하도록 특별히 설계된 항공기의 한 예이다.

겨울철 냉기 시작

브라질 2008 Honda Civic 플렉스 연료는 프론트 우측의 보조 탱크 가솔린 탱크에 외부에서 직접 접근할 수 있으며, 해당 연료 주입구 도어는 화살표로 표시되어 있습니다.

높은 에탄올 혼합물은 추운 날씨 동안 연료가 증발하고 점화될 수 있는 충분한 증기 압력을 달성하는 데 문제가 있습니다(에탄올은 기화의[40] 연료 엔탈피를 증가시키는 경향이 있기 때문입니다).증기 압력이 45kPa 미만이면 냉간 엔진 시동이 [41]어려워집니다.11°C(52°F) 미만의 온도에서 이러한 문제를 방지하고 추운 날씨 동안 에탄올 배출량을 줄이기 위해 미국과 유럽 시장 모두 E85를 플렉시블 연료 차량에 사용할 최대 혼합으로 채택했으며 이러한 혼합 상태에서 작동하도록 최적화되었습니다.혹한의 기후가 지속되는 지역에서는 미국의 에탄올 혼합물이 계절적으로 E85로 판매되지만, [42][43]매우 추운 지역에서는 E70으로 감소합니다.겨울철 온도가 -12°C(10°F) 미만으로 떨어지는 곳에서는 가솔린 및 E85 차량 모두에 엔진 히터 시스템을 설치하는 것이 좋습니다.스웨덴도 계절적 감소가 비슷하지만,[43][44] 겨울 동안에는 혼합물의 에탄올 함량이 E75로 감소한다.

브라질 플렉스 연료 차량은 E85 차량에 비해 증기 압력이 더 빨리 떨어지는 수성 에탄올(최대 4%의 물 포함)인 E100까지 에탄올 혼합물을 사용하여 작동할 수 있습니다.그 결과, 브라질 플렉스 차량은 엔진 근처에 소형 보조 가솔린 탱크로 제작됩니다.냉간 시동 중에는 저온에서 시동 문제를 방지하기 위해 순수 휘발유가 분사됩니다.이 조항은 겨울철 기온이 보통 15°C(59°F) 이하로 떨어지는 브라질 남부 및 중부 지역의 사용자에게 특히 필요하다.2009년에는 2차 가스 저장 [45][46]탱크의 필요성을 없애주는 향상된 플렉스 엔진이 출시되었습니다.2009년 3월 폴크스바겐 도 브라질은 콜드 [47][48]스타트용 보조 탱크가 없는 브라질 최초의 플렉스 연료 모델인 폴로 E-Flex를 출시했습니다.

연료 혼합물

상세 정보:공통 에탄올 연료 혼합물
브라질용 수화 에탄올 × 가솔린 타입 C 가격표
EPA의 E15 라벨은 미국 내 모든 E15 연료 디스펜서에 표시되어야 한다.

많은 국가에서 자동차는 에탄올 혼합물로 주행하도록 의무화되어 있습니다.브라질의 모든 경차들은 최대 25%(E25)의 에탄올 혼합물로 작동하도록 제작되었으며, 1993년부터 연방법에 따라 22%와 25%의 에탄올 혼합물이 요구되고 있으며,[49] 2011년 7월 중순 현재 25%의 에탄올 혼합물이 요구되고 있습니다.미국의 모든 경차량은 10%의 에탄올 혼합(E10)으로 정상 작동하도록 제작되었습니다.2010년 말, 미국에서 판매되는 모든 휘발유의 90% 이상이 [50]에탄올과 혼합되었다.2011년 1월 미국 환경보호청(EPA)은 가솔린 혼합 에탄올(E15)의 최대 15%를 2001년식 [51][52]이상의 자동차 및 소형 픽업 트럭에만 판매할 수 있도록 허용하는 포기를 발표했습니다.

1999MY부터 전 세계에서 에탄올 0%에서 에탄올 100%까지 개조 없이 연료로 주행할 수 있는 엔진이 장착된 차량이 늘고 있습니다.많은 자동차 및 경트럭(미니밴, SUV 및 픽업트럭 포함 클래스)은 북미 및 유럽에서는 에탄올 혼합물을 최대 85%(E85), 브라질에서는 최대 100%(E100)까지 사용할 수 있는 플렉시블 연료 차량으로 설계되었습니다.이전 모델에서는 엔진 시스템에 알코올 센서가 연료에 내장되어 있었으며, 이 센서는 엔진 컨트롤 컴퓨터에 입력을 제공하여 연료 분사를 조정하여 모든 연료 혼합에 대해 스토키오메트릭(배기에 잔류 연료 또는 활성 산소 없음) 공연비를 달성했습니다.최신 모델에서는 알코올 센서가 제거되었으며, 컴퓨터는 산소 및 공기량 센서 피드백만 사용하여 알코올 함량을 추정합니다.또한 엔진 컨트롤 컴퓨터는 연소 중인 연료에 알코올 농도가 높을 것으로 예상할 때 점화 타이밍을 조정(진행)하여 사전 점화 없이 더 높은 출력을 달성할 수 있습니다.이 방법은 에탄올을 사용하도록 설계되었는지 여부에 관계없이 대부분의 고성능 가솔린 엔진에 사용되는 첨단 노크 센서로 뒷받침되며, 이 센서는 점화 및 폭발을 감지합니다.

2021년 6월, 인도는 2025년까지 20% 에탄올 혼합 자동차 연료의 실시 목표를 제시했다.인도의 연료 에탄올 블렌딩 비율(본 개정 시점)은 8%로, 나렌드라 모디 총리가 6월 5일(세계 환경의 날) 발표한 '인도 2020-25년 에탄올 블렌딩 로드맵'에 따라 2022년까지 10%로 증가할 예정이다.정부는 2023년 4월부터 인도석유공사(IOC)와 힌두스탄석유공사(HPCL) 등 석유 마케팅 업체들이 에탄올 혼합 연료를 20% 공급할 것으로 예상하고 있다.에탄올이 잉여인 마하라슈트라와 우타르 프라데시 같은 주에서는 에탄올 연료 혼합률이 [53][54]가장 높은 주가 될 것으로 예상된다.인도는 또한 에탄올 혼합 연료와 호환되는 차량의 롤아웃을 우선시하고 있다.2021년 3월부터 자동차 제조업체는 신차의 에탄올 호환성을 표시해야 하며 엔진은 20% 에탄올 혼합 연료를 사용하도록 최적으로 설계되어야 합니다.정부는 자동차 회사들이 2022년 [53]4월 이전에 에탄올 혼합 연료 차량 생산을 시작할 것으로 예상하고 있다.하지만, 환경론자들은 인도의 늘어난 에탄올 혼합 목표치가 사탕수수나 쌀과 같은 물 집약적인 작물을 장려할 수 있다고 우려하고 있으며, 인도는 이미 심각한 물 [54]부족에 직면해 있기 때문에 정부가 물 집약도가 낮은 작물들에 초점을 맞추어야 한다고 제안한다.

기타 엔진 구성

ED95 엔진

1989년 [55]이후 스웨덴에서는 디젤 원리에 기반한 에탄올 엔진도 등장했습니다.그것들은 주로 시내버스에서 사용되지만, 배전차나 폐기물 수집차에서도 사용됩니다.Scania에서 제조한 이 엔진은 압축비가 수정되었으며, 사용되는 연료(ED95)는 에탄올 93.6%, 점화 개선제 3.6%, 변성제 [56]2.8%를 혼합한 것입니다.점화 개선제를 사용하면 디젤 연소 사이클에서 연료가 점화될 수 있습니다.그런 다음 에탄올과 함께 디젤 원리의 에너지 효율을 사용할 수도 있습니다.이 엔진은 영국에서 Reading Bus에 의해 사용되어 왔지만, 현재 바이오 에탄올 연료의 사용은 단계적으로 폐지되고 있습니다.

이중 연료 직분사

2004년 MIT 연구와 자동차 공학 협회가 발표한 이전 논문에서 연료 에탄올의 특성을 가솔린과 혼합하는 것보다 훨씬 더 효율적으로 활용하는 방법을 확인했습니다.이 방법은 알코올 사용을 활용하여 하이브리드 전기의 비용 효율성을 확실하게 개선할 수 있는 가능성을 제시합니다.이 개선 사항은 배기량이 두 배인 엔진과 유사한 성능을 발휘하는 터보차지, 고압축비, 소형 배기량 엔진에서 순수 알코올(또는 공기로프 또는 E85)과 가솔린의 이중 연료 직분사를 최대 100%까지 사용하는 것입니다.각 연료는 별도로 운반되며, 알코올용 탱크는 훨씬 작습니다.고압축(고효율) 엔진은 저출력 크루즈 조건에서 일반 가솔린으로 작동합니다.알코올은 상당한 가속 시 등 '노크'를 억제하기 위해 필요한 경우에만 실린더에 직접 분사됩니다(그리고 동시에 가솔린 분사가 감소합니다).직접 실린더 분사에 의해 이미 높은 옥탄정도의 에탄올이 유효 130까지 상승한다.가솔린 사용2 및 CO 배출의 전체 감소량은 30%입니다.소비자 비용 회수 시간은 터보 디젤에 비해 4:1 개선되고 하이브리드에 비해 5:1 개선되었습니다.혼합휘발유로의 수분 흡수 문제(상분리 유발), 혼합비율 복수 공급 문제 및 냉기 시동 문제도 [57][58]회피된다.

열효율 향상

2008년 연구에 따르면 복잡한 엔진 제어와 증가된 배기 가스 재순환으로 인해 깨끗한 에탄올에서 E50까지 다양한 연료로 19.5의 압축비가 허용되었습니다.열효율은 디젤의 열효율에 [59]거의 맞먹습니다.이렇게 하면 깔끔한 에탄올 차량의 연비가 가솔린 한 대를 태우는 것과 거의 같아집니다.

에탄올 개질기로 구동되는 연료 전지

닛산은 2016년 6월 현대 투싼 FCEV, 도요타 미라이, 혼다 FCX 클리어티 등 연료전지차를 개발해 상용화한 다른 자동차 제조사가 선택한 연료인 수소가 아닌 에탄올 연료전지차를 개발할 계획이라고 밝혔다.이 기술적 접근법의 주요 장점은 고압에서 수소를 공급하는 데 필요한 기반시설을 설치하는 것보다 연료 공급 인프라를 구축하는 것이 더 저렴하고 쉽다는 것이다. 각 수소 연료 공급소는 [60]건설하는 데 100만 달러에서 200만 달러가 소요되기 때문이다.

닛산은 액체 에탄올 연료를 차량 내부에서 수소를 발생시키는 원천으로 사용하는 기술을 개발할 계획이다.이 기술은 고체 산화물 연료 전지(SOFC)라고 알려진 것을 공급하기 위해 에탄올을 수소로 바꾸기 위해 열을 사용합니다.연료 전지는 전력을 생산하여 피크 전력 수요를 처리하고 재생 에너지를 저장하는 배터리를 통해 휠을 구동하는 전기 모터에 전력을 공급합니다.이 차량에는 물과 에탄올을 혼합한 탱크가 포함되며, 이 탱크는 순수한 수소와 이산화탄소로 분할되는 기판 개질기에 공급됩니다.닛산에 따르면, 액체 연료는 에탄올과 물을 55:45 비율로 혼합한 것일 수 있다.닛산은 2020년까지 [60]이 기술을 상용화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

국가별 경험

주요 기사:국가별 에탄올 연료

2011년 세계 최대의 에탄올 연료 생산자였다 미국 5.6×109 미국 갤런(2.1×1010리터, 4.7×109 제국 주의 갤런)과 13.9×109 미국 갤런(5.3×1010리터, 1.16×1010 제국 주의 갤런), 브라질과 함께 22.36×109 미국 갤런(8.46×1010리터, 1.862×1010 제국 주의 갤런)의 세계 생산의 총 87.1%를 차지한다.[2]독일, 스페인, 프랑스, 스웨덴, 중국, 태국, 캐나다, 콜롬비아, 인도, 호주 및 일부 중미 국가에서 강력한 인센티브가 에탄올 산업을 창출하고 있다.

국가별 연간 연료 에탄올 생산량
(2007~2011년)[2][61][62][63]
상위 10개국/지역 블록
(연간 수백만 개의 미국 액체 갤런)
세계
순위		 국가/지역 2011 2010 2009 2008 2007
1 미국 13,900.00 13,231.00 10,938.00 9,235.00 6,485.00
2 브라질 5,573.24 6,921.54 6,577.89 6,472.20 5,019.20
3 EU 1,199.31 1,176.88 1,039.52 733.60 570.30
4 중국 554.76 541.55 541.55 501.90 486.00
5 타이 435.20 89.80 79.20
6 캐나다 462.30 356.63 290.59 237.70 211.30
7 인도 91.67 66.00 52.80
8 콜롬비아 83.21 79.30 74.90
9 오스트레일리아 87.20 66.04 56.80 26.40 26.40
10 다른. 247.27
세계 총계 22,356.09 22,946.87 19,534.99 17,335.20 13,101.70

환경

에너지 밸런스

에너지[64] 밸런스
나라 유형 에너지 밸런스
미국 옥수수 에탄올 1.3
독일. 바이오디젤 2.5
브라질 사탕수수 에탄올 8
미국 셀룰로오스계† 에탄올 2 ~ 36††

§ 상업 생산용이 아닌 실험용

②생산방법에 따라 달라짐

주요 기사:에탄올 연료 에너지 균형

모든 바이오매스는 적어도 이러한 단계를 거칩니다. 재배, 수집, 건조, 발효, 증류 및 연소되어야 합니다.이 모든 절차에는 리소스와 인프라스트럭처가 필요합니다.결과 에탄올 연료를 연소함으로써 방출되는 에너지와 비교하여 프로세스에 투입되는 에너지의 총량을 에너지 균형(또는 "투자된 에너지에서 반환된 에너지")이라고 합니다.National[64] Geographic의 2007년 보고서에서 집계된 수치는 미국에서 생산되는 옥수수 에탄올에 대한 중간 정도의 결과를 가리키고 있다. 즉, 결과 에탄올로부터 1.3의 에너지 단위를 만들기 위해서는 화석 연료 에너지 단위가 필요하다.브라질에서 생산된 사탕수수 에탄올의 에너지 균형은 에탄올로부터 8을 생성하는 데 화석 연료 에너지 한 단위가 필요하기 때문에 더 유리하다.에너지 균형 추정치는 쉽게 생성되지 않기 때문에 모순되는 수많은 보고서가 생성되었다.예를 들어, 생산적으로 성장하기 위해 열대 기후가 필요한 사탕수수의 에탄올 생산량은 소비되는 단위당 8~9단위의 에너지에서 돌아오는 반면,[65] 옥수수는 소비되는 단위당 약 1.34단위의 연료 에너지만 반환한다고 보고되었다.2006년 캘리포니아 버클리 대학의 연구는 6개의 개별 연구를 분석한 후 옥수수로 에탄올을 생산하는 것이 [66]휘발유를 생산하는 것보다 훨씬 적은 석유를 쓴다는 결론을 내렸습니다.

온실 가스인 이산화탄소는 발효와 연소 중에 배출된다.이것은 식물이 바이오매스를 [67]생산하기 위해 성장하면서 이산화탄소를 더 많이 흡수함으로써 상쇄된다.특정 방법에 의해 생산될 때, 에탄올은 [68][69]가솔린보다 적은 온실가스를 배출한다.

대기 오염

기존 무연 휘발유와 달리 에탄올은 산소와 함께 연소하여 이산화탄소, 일산화탄소, 물 및 알데히드를 생성하는 미립자 없는 연소 연료원입니다.청정 공기법은 미국에서 일산화탄소 배출을 줄이기 위해 산소산소 첨가를 요구한다.첨가물 MTBE는 지하수 오염으로 인해 현재 단계적으로 폐기되고 있으며, 따라서 에탄올은 매력적인 대체 첨가물이 됩니다.현재 생산 방법으로는 암모니아 등 영양성 비료 제조 업체의 대기 오염이 있다.

스탠포드 대학의 대기 과학자들에 의한 연구에 따르면, E85 연료는 미국 로스앤젤레스에서 휘발유에 비해 대기 오염 사망 위험을 9% 증가시키는 것으로 나타났습니다. 이 도시는 [70]최악의 시나리오입니다.오존 수준이 크게 증가하여 광화학 스모그가 증가하고 [71][72]천식과 같은 의료 문제가 악화됩니다.

브라질은 상당한 양의 에탄올 바이오 연료를 태운다.가스 크로마토그래프 연구는 브라질 상파울루에서 수행되었으며 에탄올 연료를 태우지 않는 일본 오사카와 비교되었다.브라질은 대기 중 포름알데히드가 160%, 아세트알데히드가 260%[73][needs update] 높았다.

이산화탄소

미국에서 재배되고 영국에서[74] 연소되는 옥수수 바이오 에탄올의 탄소 강도 영국 정부 계산
바이오 에탄올과 화석 연료의 탄소 강도에 대한 영국 수치 그래프.이 그래프는 모든 바이오 에탄올이 원산지에서 연소되고 이전에 존재했던 농경지가 공급 [74]원료를 재배하는 데 사용된다고 가정합니다.
참고 항목: 저탄소 연료 표준

바이오에탄올을 제조할 때 정확히 어느 정도의 이산화탄소가 생산되는지 계산하는 것은 복잡하고 부정확한 과정이며, 에탄올을 제조하는 방법과 그 계산의 가정에 따라 크게 좌우된다.계산에는 다음이 포함됩니다.

  • 원료 재배 비용
  • 원료를 공장으로 운반하는 비용
  • 바이오에탄올 원료 가공 비용

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

  • 연료 공급 원료가 재배되는 지역의 토지 사용 변경 비용.
  • 공장에서 사용 지점까지의 바이오 에탄올 수송 비용
  • 바이오에탄올의 표준휘발유 대비 효율
  • 테일 파이프에서 생성되는 이산화탄소의 양입니다.
  • 가축 사료나 전기와 같은 유용한 부산물의 생산으로 인한 이익.

오른쪽 그래프는 영국 정부가 재생가능 운송 연료 [74]의무의 목적을 위해 계산한 수치를 보여준다.

2006년 1월 UC 버클리 ERG의 사이언스 기사에 따르면 많은 연구를 검토한 결과 GHG의 옥수수 에탄올 감소율은 13%로 추정됐다.발행 직후에 발표된 기사에 대한 수정에서는 추정치를 7.4%로 낮췄다.National Geographic 개요 기사(2007)[64]에 따르면 옥수수 에탄올 생산 및 사용에서 휘발유에 비해 CO 배출량이 22% 감소하고2 지팡이에탄올은 56% 감소했습니다.자동차 메이커인 포드는 유연 연료 차량 [75]중 하나인 가솔린에 비해 바이오 에탄올을 사용한 CO 배출량이2 70% 감소했다고 발표했습니다.

또 다른 복잡성은 생산은 GHG의 일회성 방출을 발생시키는 새로운[76] 토양을 경작해야 한다는 것이다. GHG 배출량을 [77]균등화하기 위해서는 수십 년 또는 수백 년의 생산 감소가 필요할 수 있다.예를 들어, 에탄올을 위해 목초지를 옥수수 생산지로 전환하려면 초기 [76]경작을 통해 방출되는 GHG를 보충하기 위해 약 100년의 연간 절약이 필요합니다.

토지 이용의 변화

다음 항목도 참조하십시오.바이오 연료의 간접 토지 이용 변화 영향과 바이오 연료 대 식품 관련 문제

농업용 알코올을 생산하기 위해서는 대규모 농업이 필요하며, 이것은 상당한 양의 경작지를 필요로 한다.미네소타 대학 연구진은 미국에서 재배되는 모든 옥수수가 에탄올을 만드는 데 사용된다면 현재 미국 휘발유 [78]소비량의 12%를 대체할 것이라고 보고했습니다.에탄올 생산을 위한 토지가 삼림 벌채를 통해 획득된다는 주장과 현재 숲을 지탱하고 있는 지역이 보통 [79][80]농작물 재배에 적합하지 않다는 주장이 있다.어쨌든, 농업은 유기물의 [81]감소, 물의 이용 가능성과 질 저하, 살충제 및 비료의 사용의 증가, 그리고 [82]지역사회의 붕괴로 인한 토양 비옥함의 저하를 수반할 수 있다.새로운 테크놀로지에 의해, 농가와 프로세서는,[78] 보다 적은 입력으로 같은 출력을 보다 많이 생산할 수 있게 됩니다.

셀룰로오스 에탄올 생산은 토지 이용과 관련 우려를 완화할 수 있는 새로운 접근법이다.셀룰로오스 에탄올은 식품 요구 대 연료 요구 간의 충돌을 최소화하기 위해 잠재적으로 생산량을 두 배로 늘리면서 모든 식물 재료에서 생산될 수 있다.셀룰로오스 에탄올 생산은 밀과 다른 작물을 빻아서 생기는 녹말 부산물만 이용하는 것이 아니라 글루텐을 포함한 모든 식물성 물질의 사용을 극대화한다.이 접근방식은 에너지 집약적인 비료와 살균제의 양이 사용 가능한 물질의 더 높은 생산량을 위해 동일하게 유지되기 때문에 탄소 배출량이 더 적을 것이다.셀룰로오스 에탄올 제조 기술은 현재 상용화 단계에 [83][22]있다.

에탄올 대신 바이오매스 사용

에탄올 연료를 생산할 바이오매스를 사용하는 것보다 분석 2009[84]연구원들은 둘 다 에탄올과 고급 차량 배터리에 더 비용 효율적인 발전을 위한 조사할 과학에서는 5월에 발표한 논문에 따르면 전기로 전기 차량 충전을 위해 바이오매스 변환될 수 있으며 더 많은"climate-friendly"교통할 수 없다.s.[85]

에탄올 배출 건강 비용

미국에서 생산 및 연소되는 에탄올 등가 연료 10억 갤런당 기후 변화와 건강 비용을 합하면 휘발유 4억6천900만 달러, 옥수수 에탄올 4억7천2백만 달러, 바이오레모터 열원(천연가스, 옥수수 스토버 또는 석탄) 및 기술에 따라 다르지만 셀룰로오스 에탄올은 123–2억8백만 달러밖에 되지 않습니다.dstock(프라이리 바이오매스, Miscanthus, 옥수수 그루버 또는 스위치 풀).[86]

일반 작물의 효율성

에탄올 생산량이 개선되거나 다른 공급 원료가 도입됨에 따라 미국에서 에탄올 생산이 보다 경제적으로 실현될 수 있습니다.현재 바이오 기술을 이용해 옥수수 단위별 에탄올 생산량을 개선하는 연구가 진행 중이다.또, 유가가 고공행진을 계속하는 한, 셀룰로오스등의 다른 원료의 경제적인 사용이 가능하게 됩니다.짚이나 목재 칩과 같은 부산물은 에탄올로 바뀔 수 있다.스위치그라스 같은 고속 생육종은 다른 현금 작물에 적합하지 않은 땅에서 재배될 수 있으며 단위 [64]면적당 높은 수준의 에탄올을 생산할 수 있다.

자르다 연간 수율(리터/헥타어, 미국 갤/에이커) 온실가스 절감
대 가솔린[a] 		냉간 견고성

구역 제한

 더워요

경도 구역 한계

 평.
사탕수수 6800 ~ 8000 L/ha,[36][87][88][89]
727~870 gal/gal		 87%–96% 9 13개[90][91] 계절이 긴 한해살이 풀.브라질에서 생산되는 대부분의 바이오 에탄올의 공급원료로 사용됩니다.새로운 가공 공장에서는 전기를 생산하기 위해 에탄올에 사용되지 않는 잔류물을 연소시킵니다.열대 및 아열대 기후에서만 자란다.
미스칸투스 7300 L/ha,
780 gal/780 gal		 37%–73% 5 9개[92] 저입력 다년생 잔디에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 발달에 달려있다.
스위치그래스 3100~7600 L/ha,
330~810 gal/gl		 37%–73% 5 9개[93] 저입력 다년생 잔디에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 발달에 달려있다.생산량을 늘리기 위한 육종 노력이 진행 중이다.여러해살이풀의혼합종으로바이오매스생산이능합니다.
포플러 3700~6000 L/ha,
400 ~ 440 gal / 140		 51%–100% 3 9개[94] 성장이 빠른 나무.에탄올 생산은 셀룰로오스 기술의 발달에 달려있다.유전자 염기서열 분석 프로젝트를 완료하면 수율을 높이기 위한 사육 노력에 도움이 될 것입니다.
달콤한 수수 2500 ~ 7000 L/ha,
270~750 gal/gl		 데이터 없음 9 12개[95] 저입력 연초기존 기술을 사용하여 에탄올 생산이 가능합니다.열대 및 온대 기후에서 자라지만, 에탄올 생산량이 가장 높은 추정치는 연간 여러 작물을 가정한다(열대 기후에서만 가능).잘 [96][97][98][99]보관되지 않습니다.
옥수수 3100~4000 L/ha,[36][87][88][89]
330~424 gal/gal		 10%–20% 4 8개[100] 고입력 연초미국에서 생산되는 대부분의 바이오 에탄올의 공급 원료로 사용됩니다.이용 가능한 기술을 사용하여 커널만 가공할 수 있습니다. 상업적인 셀룰로오스 기술의 발달로 스토버를 사용할 수 있게 되어 에탄올 생산량이 1,100 ~ 2,000 리터/ha 증가할 것입니다.
사탕무 6678 L/ha,

714 gal/gal[101]

 데이터 없음 2 10 프랑스에서 에탄올 작물로 재배됩니다.
카사바 3835 L/ha,

410 gal / 410[101] gal

 데이터 없음 10 13 나이지리아에서 에탄올 작물로 재배됩니다.
밀 2591 L/ha,

277 gal/gl[101]

 데이터 없음 3개[102] 12개[103] 프랑스에서 에탄올 작물로 재배됩니다.
출처(표시된 항목 제외):네이처 444(2006년 12월 7일): 673~676.
[a] – 토지 이용에 변화가 없을 경우의 온실가스 배출량 절감(기존 작물 토지 사용).

석유 수입 및 비용 절감

미국에서 에탄올을 광범위하게 생산해야 하는 이유 중 하나는 일부 외국산 석유의 필요성을 국내산 에너지원으로 [104][105]옮김으로써 에너지 안보에 도움이 된다는 것이다.에탄올의 생산은 상당한 에너지를 필요로 하지만, 현재 미국의 생산은 [106]석유가 아닌 석탄, 천연가스 및 기타 자원으로부터 대부분의 에너지를 얻고 있다.미국에서 소비되는 석유의 66%가 수입되기 때문에 석탄의 순잉여율 및 천연가스의 16%(2006년 [107]그림)에 비해 석유 기반 연료의 에탄올로의 대체는 해외 에너지원에서 국내 에너지원으로의 순이동을 일으킨다.

2008년 아이오와 주립 대학의 분석에 따르면, 미국 에탄올 생산량의 증가로 인해 소매 휘발유 가격은 [108]갤런당 0.29달러에서 0.40달러까지 떨어졌습니다.

모터스포트

레온 두레이는 1927년 인디애나폴리스 500 자동차 경주에서 에탄올 연료로 [109]3위에 올랐다.IndyCar 시리즈는 2006년 시즌에는 10%의 에탄올 혼합을 채택했으며, 2007년에는 98%의 에탄올 혼합을 채택했습니다.

미국 르망 시리즈 스포츠카 챔피언십은 2007년 시즌에 순수 휘발유를 대체하기 위해 E10을 도입했다.2008년 시즌, E85는 GT클래스에 등록이 허가되어 팀들이 이 [110]클래스로 전환하기 시작했다.

2011년, 3개의 전국 NASCAR 스톡카 시리즈는 가솔린에서 Sunoco GTX 무연 경주용 연료와 15% [111]에탄올을 혼합한 E15로 바꾸도록 의무화했습니다.

호주의 V8 슈퍼카 챔피언십은 경주용 연료로 쉘 E85를 사용한다.

스톡카 브라질 챔피언십은 깔끔한 에탄올 E100으로 운영됩니다.

에탄올 연료는 로켓 연료로도 사용할 수 있다.2010년 현재, 소량의 에탄올이 경량 로켓 레이싱 [112]항공기에 사용되고 있다.

대체 조리용 연료

Project Gaia는 에티오피아를 비롯한 개발도상국의 알코올 기반 연료에 대한 상업적인 가정용 시장 창출에 관여하는 미국의 비정부 비영리 단체입니다.이 프로젝트는 알코올 연료를 연료 부족, 환경 파괴, 그리고 개발도상국의 전통적인 요리로 인한 공중 보건 문제에 대한 해결책으로 간주합니다.Gaia는 오염되는 화재로 인한 요리로 인해 건강 문제에 직면한 가난하고 소외된 지역사회를 목표로 현재 에티오피아, 나이지리아, 브라질, 아이티 및 마다가스카르에서 일하고 있으며, 다른 [113]여러 국가에서 프로젝트를 기획하고 있습니다.

조사.

사우스다코타 주 터너 카운티에 있는 에탄올 공장

에탄올 연구는 대체 소스, 새로운 촉매 및 생산 프로세스에 초점을 맞추고 있습니다.IENEOS는 식물성 물질과 목재 [114]폐기물로부터 에탄올을 생산했습니다.E.coli 박테리아는 소의 루멘 유전자와 효소로 유전자 조작을 하면 옥수수 스투버에서 [115]에탄올을 생산할 수 있다.다른 잠재적 사료 원료로는 도시 폐기물, 재활용 제품, 쌀 껍질, 사탕수수 바가스, 목재 칩, 스위치 풀, [116][117]이산화탄소 등이 있습니다.

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외부 링크