アルコール燃料
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』
アルコール燃料（アルコールねんりょう）は内燃機関用に単独或いは他の燃料と混合して使用される。天然ガス・石炭原料のメタノールは圧縮天然ガスとともに、中国・インドの自動車燃料急増による石油価格高騰を背景に、石油を補う代替自動車燃料として期待されている。 一方、木材原料のメタノールや醸造エタノールは化石燃料に比較して環境負荷が低い事や再生可能資源(renewable resource)で永続的に利用可能である点で多大な注目を集めている。
目次 |
[編集] 燃料アルコール
アルコールを燃料として、それも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、他の自動車についてもその提案がなされた。それ以外でも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、ユーカリのような多様な作物などから製造される。重要な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。また、アルコールはエタンあるいはアセチレン、炭化カルシウム、石炭、石油ガスあるいは他の資源から合成的に得ることができる。
農業による燃料アルコール生産は豊かな土と水で耕作できる土地を相当規模必要とする。それゆえ西欧のように人口密度が高く産業化された地域では選択肢としてそれほど有効ではない。仮に、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、ドイツの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。
[編集] 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生かしたものである。
日本国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。したが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。
[編集] エタノール
(日本国内では内燃機関への使用は法令により制限がある)
エタノールは他の燃料と比べても引火性が高く、煤も無くきれいに燃焼する。完全燃焼すると水と二酸化炭素しか発生しない。それゆえ、運輸面における環境に与える好影響は注目されており、(日本国外では)公共バスの燃料として使用されている。しかし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、無改造の自動車エンジンでは使用できない。加えて、エタノールは普通のガソリンに比べオクタン価も高く、エンジンの点火タイミングの変更も必要である。
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。普及しているガソホール値(gasohol variant)"E15"は15%のエタノールと85%のガソリンを内容とする。この濃度が通常の自動車では一般的に安全とされる。また、地域あるいは政令によってエタノールの含量に制限が加えられた地域限定のガソホールも存在する。
"E85 ethanol"は15%のガソリンと85%のエタノール混合物を使用を意味する語である。1999年をモデルにすると、合衆国の自動車の大多数は改造なしにE85燃料で走行できる。大部分の自動車が公式な車種がライトトラック(ミニバン、SUV、ピックアップトラック)の為である。このような自動車は"dual fuel vehicles" または "flexible fuel vehicles"と銘打たれており、自動的に燃料のタイプを検出し、エンジンシリンダー内の燃焼方式を変えて燃料の変化を補償する。
ブラジルとアメリカ合衆国では、サトウキビと穀物由来のエタノールの自動車燃料への使用を政府の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、1973年に起こったOPECによる石油輸出禁止の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。1978年制定のエネルギー税制度は、バイオ燃料、主としてガソホールの物品税免税を承認した。物品税免税だけでも年間14億US$と見積もられている。1986年に連邦政府の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。
エタノールはとうもろこしなど、食べることが出来る農産物から作られることが多い。このため、エタノール燃料が普及すると途上国などで、食料値上がりのために食糧難が発生するのではないかという意見もある。
[編集] 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ある)
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。また、メタノール自身にも多くの課題がある。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。
エタノールより不利な点として、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であり、ガソリンより長期間吸引・暴露の場合の健康への影響が大きい。しかし、直接呑む、吸うなどしなければガソリンスタンド従業員以外は蒸気に長時間暴露する状況は考えにくく、ガソリンスタンドにおいても、燃料注入時に燃料タンクから排出されるガスを吸引処理する設備があれば問題にするほどのことではない。むしろ塗装工場の有機溶剤のほうが危険であるという意見もある。 また、メタノールはガソリン同様、エタノールに比べ揮発性が高く、この特性により火災あるいは爆発危険性が増大する。（ただし、冬季着火性・始動性に優れる） ブラジルにおいては相当量の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。 一方、サン・パウロで実施される予定の実用化試験はガソリンスタンド労働者の健康についての(彼らの多くは書面が読めず、書かれた予防措置が実施されると信じるに足りないという)懸念から、市長により土壇場で拒否された。それ以来、動きは見られていない。
メタノールの有利な点は、エタノールより安価に大量に工業生産できる点である。エタノールは廃糖蜜（砂糖の絞りかす）など廃材を使う限りコストを下げられるが、砂糖生産などの廃材利用である限り一定以上の生産量は望めない。逆に米国のように穀物原料の場合は多額の政府補助金を必要とする。
メタノールの場合は、天然ガスからも石炭からも酸素製鉄排ガスからも、エタノールより低コストで大量に製造可能である。例えば天然ガス資源の半分近くが中央シベリアの北極海沿岸に偏在しているが、中国の石油消費激増を抑制するには、シベリア天然ガスの中国への運搬と自動車燃料への応用が不可欠である。ガスパイプラインを中央シベリアから極東まで引いて、中国で圧縮天然ガス自動車を走らせる代わりに、北極海沿岸のガス田でメタノール化して中国に内陸水運と鉄道で運び、メタノール自動車を走らせたほうが、膨大なパイプライン建設費が省けるし、パイプライン輸送するにせよ、ガスパイプラインより液体パイプラインのほうが遥かに小径パイプですむ。無論シベリアの褐炭を原料にしてもメタノールは合成可能。上海に酸素製鉄の製鉄所を建設して製鉄排ガスを使ってもメタノールは合成可能。（コストは現在のガソリンと同等かやや高い程度。中国で穀物原料でエタノール醸造するよりはコストが安く、穀物価格上昇を引起こさない）
総括して：エタノールは安全で環境にやさしく、地下資源消費を伴わないが、コストが高く、量産が難しい、中期的代替エネルギー。メタノールは量産可能で、コストが安いが、石炭など地下資源から製造され、有機溶剤程度の毒性がある。中国・インドでの自動車普及に伴う爆発的石油消費増加と石油枯渇を軟着陸させる短期的代替エネルギー候補と言える。
[編集] 製鉄排ガスの有効利用によるメタノール製造
製鉄排ガス有効利用にによるメタノール生産可能量の大きさ
- 製鉄とは酸化鉄である鉄鉱石の還元である。製鉄産業は日本でも毎年1億ｔの石炭を消費して大量の一酸化炭素を作って鉄鉱石を還元しているが、その一酸化炭素を原料にメタノールを合成すれば、本来なら年間数千万ｔものメタノールが製鉄副産品として得られ、石油輸入節減に大いに役立っている筈なのである。
- 化学的には鉄鉱石還元後の一酸化炭素排ガスに水蒸気を吹込んで水性ガスシフト反応で水素・一酸化炭素・二酸化炭素の混合気体（合成ガス）を作れば、それはメタノール合成やフィッシャー・トロプシュ法による燃料合成の原料になる。
高炉法では実現できない技術的理由と新しい溶融還元炉が建設されない理由
- しかし、現在の高炉法では空気吹込みであるために、排ガスは一酸化炭素のほかに大量の窒素を含んでいるため燃料合成用に使えず、製鉄所内の燃料という些か勿体無い使い方しかできないでいる。だが新しく開発された溶融還元製鉄法であれば粉鉄鉱石の焼結が不要、コークス炉が不要、生産効率が高い上に、酸素を使って石炭をガス化するので排ガスに窒素が含まれないため、この製鉄法なら燃料の副産も可能も可能であり、製鉄排ガスの燃料合成への有効利用による数千万ｔの燃料生産と言う課題が達成される筈であった。
- だが、溶融還元製鉄法が開発された時には、日欧米の鉄鋼メーカーは需要を充分満たす高炉・粉鉄鉱石焼結炉・コークス炉を建設してしまった後であった。そして高炉は一回建設してしまえば、耐火煉瓦を交換することによっていつまでも製鉄する事が出来る。
- つまり、日米欧の鉄鋼メーカーにとって、高炉を使い続けたほうが安上がりで溶融還元法を開発したものの溶融還元炉製鉄所の建設に結びつかない状況になってしまった。
中国・インドでの溶融還元製鉄・メタノール副産と燃料自給の可能性
- 一方現在、中国では増大する自動車生産用の鋼板需要を当込んで郷鎮企業による小規模高炉が乱立しようとしている。此れは石炭消費上でも無駄遣いである。
- 本来ならば、上海・広州に大規模な液化天然ガス受け入れ基地を作り、液化天然ガスの気化冷熱を使って空気を冷却・分留して酸素を安価に量産し、溶融還元製鉄法の大規模なプラントを作って製鉄し、排ガスでメタノールを合成すれば１）生産量当たりの設備投資が少なくて済み安価に鉄鋼を製造できる。２）大規模な炉ほど表面からの熱損失が少なくて済むので石炭が節約できる。３）安価な粉鉄鉱石や瀝青炭以外の低質石炭が使えて、中国買いによる塊鉄鉱石や瀝青炭の価格高騰を招かない。４）液化天然ガスを海水で暖めて気化させ冷熱を海水に捨てる代わり空気の冷却に使えば、安価に大量の酸素を供給できる。５）石炭をメタノールにするためだけに工場を建設すればメタノールを安くは作れないが、製鉄の副生品として作り、原料酸素が安く得られるなら、大量のメタノールを石炭原料でガソリンとある程度競合可能な費用で生産しうる。中国は石炭埋蔵量が多いので中国の自動車普及による石油輸入の爆発的増大を抑えうる。
- しかしながら、１）中国は知的財産権についての法整備が非常に遅れており、技術供与してもライセンス料支払いの信頼性が低いばかりか、その技術を勝手に第三国に転売してライセンス供与元の技術販売を妨害しかねない ２）溶融還元製鉄法を中国に供与すれば製鉄コストが下がり日本鉄鋼メーカーにとって強力な競争相手になりかねないと言う懸念。３）中国政府が製鉄所建設統合を主導していない・・等の問題により、膨大な資源の浪費と原油・塊鉄鉱石・瀝青炭の価格上昇になることが判っていながら解決の努力がなされていない
- 日米欧政府と中印政府間の交渉により政府間取決めによる知的財産権保証・借款・製鉄所建設集約と自動車燃料併産、日米欧の鉄鋼メーカーの溶融還元法への転換促進政府補助などが望まれる。
[編集] アルコールと水素
現在の化石燃料の需要は燃料としての水素へ移行するとおもわれ、水素経済とでもよばれる状況を形成しつつある。ある説によると、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。この説によれば、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。1つの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。 それは配送先で水素再生(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。ほかの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構造のエタノール燃料電池を開発したと発表した。それは、触媒層にエタノールを透過させて必要な水素を燃料電池に供給するのである。 装置は一段階目の反応にロジウム-セリウム触媒を使用するが、そのとき反応温度は約700℃に達する。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量の水素を発生させる。 あいにく、副生成物として一酸化炭素が発生し、この物質が燃料電池を詰まらせる。なので別の触媒を透過させてそれを二酸化炭素に変換する。最終的には、この単純な装置はおおよそ50%の水素と30%の窒素のからなるガスを生産する。残りの20%は主成分は二酸化炭素である。不活性な窒素と二酸化炭素とともに水素の混合ガスは適当な燃料電池にポンプで送られる。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。
[編集] 代換資源
サトウキビは、(トウモロコシが主作物である地域のような寒い気候ではない)アメリカ合衆国の南部で生育する。一方、トウモロコシを現在栽培する多くの地域は、またテンサイを栽培するために適当な地域でもある。いくつかの研究によると、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。
1980年代のブラジルで、主食作物であり、根から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。しかし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。そして植物の残渣もエタノール源としての可能性を調査された。
エタノール源や他の種類の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。これは広範囲に及ぶアイデアで、産業廃棄物や家畜のし尿と同様に、栽培作物や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効率的でもない。(軽重油のようなプロセス生成物の産出する)熱的解重合などは話題になることがある。
バイオマスエタノールの項も参照のこと
[編集] 正味の燃料エネルギー収支
存続し続けるには、アルコール・ベースの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。すなわち、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内蔵しているエネルギー量を超えるべきではない。たとえば、「1ガロンの燃料を作り利用するまでに、2ガロンの燃料を消費する」のでは意味が無いと言うことである。
燃料エネルギー収支を赤字の状態でシステムを切り替えることは、単に非アルコール燃料の消費を増やすだけに終わるであろう。そのようなシステムは、石炭、天然ガスあるいは作物残渣由来のバイオ燃料のような輸送に適していない非アルコール燃料を利用する為の迂回路以上の価値を持たないであろう(実際、多くの合衆国の提案は蒸留のために天然ガスの使用を想定している)。そして、アルコール燃料の環境貢献度や持続性の優位性はシステムの燃料収支が赤字であれば実現することができないであろう。
エネルギー収支の黒字幅がわずかならばやはり問題は発生する。もし正味の燃料エネルギー収支が50%ならば非アルコール燃料の使用をやめる為に、1ガロンのアルコールを消費者に届けるために、2ガロンのアルコール製造が必要となる。
この問題は、地政学が決定的な要因となる。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疑問の余地もない。実際、サトウキビ残留物(バガス)を燃やすことでエタノールプラントを操業する以上のエネルギーを生み出し、プラントの多くは、今や公衆に余剰電力を販売している。また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。
熱帯以外の地域においては全くちがった構図になる。そこの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。そして正味の燃料収支は道はいまだに険しいといった状態である。
[編集] 防火対策
エタノールはガソリンよりは火災の危険が少ないように思われる。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。しかし、(ガソリンが水に浮くのと比べて)エタノールもメタノールも水と良く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。
[編集] 温室効果ガス
アルコール燃料経済への転換の長所のうちの一つは(おそらくもっとも重要なものは)温室効果ガスである二酸化炭素の総排出量の低減であろう。エタノールの製造と消費でCO2を放出したとしても、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。
言うまでもないが、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。そして、ほんのわずかではあるがコストが小さいため、工業的に消費されるアルコールの大部分を占めるのは、天然ガス由来のアルコールである。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。
[編集] 石油・石炭の有効利用/再生可能エネルギー
農業生産のアルコールの一方の長所は、決して使い尽くされることの無い再生可能なエネルギー源だと言える。石油価格の高騰に伴い１）採掘条件の悪い高コスト油田の採算が合い供給が増える２）オイルシェール、オイルサンドの採掘が始まる ３）アルコール・圧縮天然ガスなどの自動車燃料へ天然ガスの応用が広がる ４）輸送における鉄道・水海運の分担率が高まり、コンテナ列車、ピギーバック、デュアル・モード・ビークル、コンテナ船、RO-RO船の分担率が増える。５）石炭からメタノールやジェット燃料を合成する石炭液化が酸素製鉄排ガス利用以外でも採算に乗るようになる。６）石炭は数百年持つと言われて居るが、石炭残量が少なくなってきた後ではメタンハイドレートや醸造エタノールに頼る。という段階を踏んで、今後徐々に石油代替エネルギーが広がって行くと思われる。
しかし、人口10億を超える中国・インドでの自動車普及により、石油消費が2-3倍に爆発的激増しつつあり、軟着陸のためには２）３）５）の代替エネルギーの早期開発を進めなければ石油価格の急騰を招いてしまいそうな状況である
また石油用途のうち、発電は原子力で、工業燃料は石炭で、暖房灯油は天然ガスで、自動車燃料はアルコールや圧縮天然ガスで代替可能であるが、船舶燃料重油・航空燃料ジェット油は石炭液化で作ると高コストであり、合成樹脂を石炭原料で作ると非常に高価になってしまう。つまり、貴重な石油は石油化学や船舶DIESEL燃料や航空ジェット燃料のために節約して使うべきであり、原子力で代替できる発電や、アルコールで代替できる自動車燃料など下等用途に使ってしまうのは本来は勿体無い資源といえる。 しかし中国・インドでの自動車燃料へのアルコール利用が遅れれば、化学工業に使うべき貴重な石油が自動車燃料や発電用にムダに燃やされてしまう。そういう意味で石油のノーブルユースが問題になっており、自動車燃料用アルコールが期待されている。
[編集] 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。すなわち、エネルギー収支の総計は、アルコールになるまでの醗酵、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来る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。
これらの多くの研究は、1970年代と1980年代初めにおこなわれた。それと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。コーネル大学生態学教授David Pimentelの試算では、上記の結論を確認するにとどまった。Pimentel教授の研究は他の専門家に議論を巻き起こし、彼に算出数値の見直しを強いた。
2003年8月時点でも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、費やしたエネルギーを29%上回るだけである。しかし、継続的な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。そして、大部分の研究では現行システムでは正味のエネルギー収支が黒字を示すとしている。
他の多くの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。それらの多くは燃料生産プロセスを運転するのに必要な量の1/2ないしは2/3を上回る量の黒字をエネルギー収支は示している。
2002年の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1.34のエネルギー係数を持つと結論づけている。これは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。 このことは単位あたり生産の75%(1/1.34)が製造の為のエネルギーに費やされるという意味になる。
MSUエタノールエネルギー収支調査(MSU Ethanol Energy Balance Study)ミシガン州立大学、2002年5月：ミシガン州立大学によって資金を供給された独立した包括調査では、ガロンあたり56%の製造に要したのに比べ余剰エネルギーがあるとされた。
[編集] 論点と批評
燃料としてのアルコールの使用は、種々の理由で支持される。大抵は地域あるいは地球環境に対する有用性であり、外国への石油依存、経済的優位性である。批判者は切り替えの為に高額な投資を要することで批判する。そして、国家の増加する補助金、税と規制が増加することに反対する。
[編集] 大気汚染
エタノールがガソリンよりもよりきれいに燃焼する燃料であることは昔から広く知れ渡る事柄であった。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非常に少ない。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。例えば、保守的な組織RPPIは、「ガソリンにエチルアルコールを加えることは大気の質にたいして意味のある影響を与えないか、かえって悪化させる。エタノールはスモッグの要素である窒素酸化物と揮発性有機物質といったの放出を増加させるだけだ。」という。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。
次に示す問題を認識することは重要である。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。オクタン価で110の値を持つエタノールは、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いかなる必要性も否定する。そして、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、このことは自動車時代の黎明期より認められていた。(Kovarik未来の燃料)。
[編集] 国外への依存
これまでの議論は、先進諸国は自国の領土で産出可能な石油より多くの石油を消費することに関連した話題である。先進諸国は国外の供給国に依存するようになり、国際紛争の要因になる。それは、人権侵害などの悲劇をもたらす原因でもある。したがって、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。
[編集] エネルギー政策
主として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。それは、トウモロコシ生産への政府の補助金を増大させるという理由のためである。イリノイ州Decaturにある、ADMとして広く知られている世界最大の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。その会社と経営者は彼らの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。 これは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、補助金の総額は石油産業への方が多いことが見て取れる。
[編集] ブラジルでの社会実験
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、生育や加工の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。 ブラジルでは世界有数の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少数の労働者が必要なだけであり、政府の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収益の上がる巨大農場ビジネスにした。その結果、過去25年にわたり、ブラジル国内でもっとも拡大した主要作物の１つとなった。
[編集] エタノール生産基盤
サトウキビは人手あるいは機械により収穫され特製の巨大なトラックで蒸留所へ出荷される。幾百もの蒸留所が国中に存在している。それらは通常、大農場あるいは農業共同組合により生産現場の近くで所有・操業される。サトウキビは臼で圧搾され糖液(garapa)を抽出して、繊維の残留物(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。得られる"原酒"は蒸留され、含水エタノール(水は5%重量パーセント)の"鉱油"が得られる。酸性の蒸留残渣(vinhoto) は石灰で中和され、肥料として販売される。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。いずれの場合も、バルク製品は州立の石油会社(Petrobras)に国定の価格で販売される。 1トンのサトウキビ収穫が加工プラントに出荷され、約145kgの乾燥繊維(バガス,bagasse)と138Kgのショ糖が含まれている。そのうち、112kgが砂糖として抽出され、23kgが価値の低い糖蜜に残る。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。そして(低圧ボイラーと低圧タービンから)約80kWhの電力が得られ、そのうち約50kwhがプラント用に使用され、30kWhが公共向けに販売される。
(農業生産、輸送、配分を含む)アルコール生産の平均コストはガロン当り0.63US$である。世界市場におけるガソホール価格はおおよそガロン当り1.05US$である。 私企業のアルコール産業は耕作地の拡大と農業技術の改善に多額の投資を行った。その結果、年を経るにしたがって平均アルコール収量は複利的に増大し、1978年から2000年で3,000であったものが5,500リットル/ヘクタール(0.30のものが0.55リットル/m2)となり、年率3.5%の成長であった。
[編集] バガス由来の電力
生の植物換算で、ショ糖が占める熱量は30%を下回る。熱量の35%は茎チップ中に残存し、収穫の際に耕地に放置される、そして、熱量の35%が圧縮残渣の繊維質(bagasse)に存在する。
バガスの一部は、蒸留の熱と機械を操業する為の電力を供給する為に、圧搾所で燃焼している。 このことにより、エタノールプラントはエネルギー的に自己充足しており、余剰は公共電力として販売している。現在の生産では600 MWが自家用に消費され、100 MWが販売されている。この二次生産は、10年契約により、公共価格(約30-40 US$/MWh)で一般社会は供給されると考えられている。 主にダムの水力発電で作られ、エネルギーは乾季に不足するので、これは公共電力として重要である。バガスが発電する潜在的な電力は、技術に依存するので、1,000から9,000 MWの幅を持つと見積もられている。 高めの見積もりでは、現在の低圧の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、現在は捨て置かれている収穫残渣も利用することを想定している。比較するために示すと、ブラジルのAngra I 原子力発電所は600 MWを発電する(そして、それはしばしば停止する)。
ほどなく、1トンのサトウキビ残渣から約80kWhの電力を抽出する経済性を確立すると考えられている。そのうち50 kWhがプラントの自給に使用される。従って、年当りの100万トンのサトウキビを加工している中規模の蒸留所は、約5MWの余剰電力を販売するかもしれない。 現在、砂糖とエタノール販売で1800万 US$、余剰電力販売で100万 US$を稼ぎだす。先進の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(ある報告書によると、電力価格が70 US$/MWhであれば世界銀行がバガス発電へ投資するであろうとされている)。
石炭や石油といった他の燃料に比べても、バガスの燃焼は環境に対してやさしい。バガスは2.5%の灰を含むだけであり(比べて、石炭は30～50%である), 硫黄分を含まない。比較的低温で燃焼するので、窒素酸化物の発生が少ない。その上、レモン果汁の濃縮、植物油、陶業、タイヤのリサイクルなど種々の産業にバガスは(重油と置き換える)燃料としても販売される。サンパウロ州では200万トンのバガスが使用され、3500万US$の燃料油の輸入を節約した。
[編集] 政策の統計数値
| 土地利用: | 450万ヘクタール = 45,000 km2(2000年) |
| 雇用: | 100万人(50%が耕作, 50%が加工) |
| サトウキビ: | 3憶4400万トン(砂糖とアルコールの振分けは50対50) |
| 砂糖: | 2300万トン(30%が輸出向け) |
| エタノール: | 140憶リットル = 1400万m3 (750万m3が無水, 650万m3が含水；2.4%が輸出用向け) |
| 乾燥バガス(残渣繊維): | 5000 万トン |
| 電力: | 1350 MWh (1200 Mwhが自家用, 150 Mwhが公共販売用；2001年) |
労働統計は業界推定である。そして他の作物からサトウキビへの転作によるに雇用損失を考慮していない。
[編集] 石油消費に対する効果
ブラジルの大部分の自動車は、アルコールでもガソホールでも走行する。近年ではdual-fuel ("Flex Fuel")エンジンだけが利用可能である。 大部分のガソリンスタンドは両方の燃料を置いている。最近10年の車種の市場占有率は大きく変動しており、その理由は(政府が固定化し、政党勢力により大きく変わる)燃料価格の変化である。 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。1983年から1988年は90%以上を記録した。しかし現在では総販売台数の数パーセントを数えるに過ぎない。
エタノール燃料の小型飛行機は巨大Embraer社と小さいブラジルの会社(Aeroalcool)とにより農場利用を目的に開発された。現在、型式証明を審査中である。
国内のアルコールの需要は、1982年から1998年の間に40億リットルから120億リットルへと成長し、以来おおよそそのままの状態で推移している。1989年には生産の90%以上がエタノール専用車であった。今日では約40%に低下し、60%はガソホール車である。エタノール消費およびエタノール/ガソホール比の両方ともdual-fuel自動車の開発で増加に転じている。
1989年生産量の90%以上は、エチルアルコールのみの車で使われた。今日、その割合は、ガソホールのみの車で40%、ガソリンで使われている残っている60%についてそこに下がった。共に、エタノール/ガソホール比率の総計の消費は、再び二つの部分から成る燃料の車の配備で増えると予想される。
現在、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、毎年100億リットルのガソリンと置き換えられている。もしくは燃料の約40%がガソリンであり、それは船舶用である。石油消費の国家への効果はわずかなものである。ブラジルは主要な産油国であり、現在ではガソリンを輸出している(70億リットル/年)。しかし、ほかの石油産物、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)。
[編集] 環境への効果
1980年代自動車燃料へのエタノール使用が広く普及し、大都市の大気汚染は緩和された。しかし、1990年代では部分的にガソリン使用に戻ったことにより、悪化した。
エタノール政策は、自身が環境問題と社会問題を引き起こした。サトウキビ畑は、伝統的に収穫前に、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。
煙は広範囲に運ばれ、近くの町に到達するので、重篤な呼吸器障害問題がもちあがっている。このように大都市から取り除いた大気汚染は単に田舎に移され(そして増やされた)だけである。この状況は公的機関と保健局からの圧力により、近ごろ減ってきた。しかし、有力な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。
[編集] 社会的意味合い
エタノール政策は小さい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。これは生物多様性と(森林伐採からだけでなく、隣接する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。収益の上がるサトウキビへの作物の転換は過去10年間にわたって食品価格の非常な高騰も、もたらした。
サトウキビが収穫期のみ人手を必要とするので、この変化は、年間の1ないしは2ヶ月間だけサトウキビ収穫(日当約3～5 US$)に頼る、貧困な移動季節労働者の巨大な人口層を作り出した。この巨大な社会問題は、地方での政治の騒乱と暴力の原因となり、それは頻発する農場侵略、故意の破壊、武装集団および暗殺といった今日の苦悩を引き起こした。
[編集] 政策
ブラジルのアルコール政策は、過度な土地利用、環境の被害、食用作物からの転作、低賃金臨時労働者への依存、統計偏重や国庫補助への依存など多くのテーマで、しばしば批判された。
州立石油企業(Petrobras)は私営の蒸留所からエタノールを購入し、ガソリンスタンドチェーンに純粋な(含水)エタノールとガソホールとの両方を販売する。しかし、内需を欠く為Petrobrasは国際市場(0.50US$/リットル)より安い価格(0.13US$/リットル)で黒字のガソリンを販売るすることを強いられる。もしエタノール政策が取り消されれば、Petrobrasは、1年当たり10億US$ 以上の収益をあげることも可能である。Petrobrasはメチルエチルエーテル(MTBE)も生産する。この化合物はガソホールの中のエタノールのようにアンチノック剤や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、もっと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有力であり、批評家から政策を擁護するのに成功している。ブラジルでの肯定的な結果を背景に、環境問題あるいは政治問題よりも外国貿易の緊張の方が声高に語られる。
[編集] その他
- 1930年代、フランス国鉄は高速ガソリン動車(ブガッティ・レールカー)の代替燃料としてアルコールを使用していた。が、ディーゼルエンジンの高性能化と第二次世界大戦による工場の損壊などによって1950年代には姿を消した。
- アメリカのIRLやチャンプカーなどのフォーミュラカーによるモータースポーツにはアルコール燃料が使われている(IRLはエタノール、チャンプカーはメタノールを使用)。フォーミュラーカーはタイヤがむき出しのため、わずかな接触が即クラッシュに繋がる。そのうえアメリカのモータースポーツでは全長が短く平均速度が高いオーバルコースを多用するので事故処理の遅れが大事故に繋がりかねない。このため消火活動の迅速化や異常な高オクタン価の燃料の使用を封じる意味合いもあって採用されている。
- アメリカ国外でもE85燃料に対する関心が高まっており、イギリスのモーターウェイなどを中心にE85燃料を扱うガソリンスタンドが増えてきている。また、ロータスやサーブなどの自動車会社もE85燃料を使用するコンセプトカーを発表しており、実際にサーブはE85燃料対応の自動車を市販している。
[編集] 関連項目
[編集] 外部リンク
- 米国エネルギー省：バイオマス計画(Biomass Program)(英語).
- 米国エネルギー省： 都市クリーン化（Clean Cities）. フレキシブル燃料自動車(flexible fuel vehicles)の情報を含む(英語).
- アメリカエタノール連盟： www.ethanol.org. 擁護団体(英語).
- メタノール研究所： [1] レースカーにおけるメタノール燃料についての文献(英語).
- How To Run Your Car On Alcohol Fuel - 1982年の成書、現在はオンラインでも発行。エタノールを使用できるようにガソリン車を改造する方法に関する情報(英語).
- アルコール燃料の製法 - 燃料としてのエタノールの生産から使用までを扱ったWebサイト(英語)。
- P. M. Nastari氏によるエタノールを使った補助発電 (英語)
- ブラジルにおけるCDMの価値, by S. Meyers, J. Sathaye et al.(英語)
- ブラジルにおけるエタノール計画(Brazilian Ethanol program)(ポルトガル語) そして機械翻訳版(英語)
- UNICA - ブラジル・サトウキビ栽培協会(ポルトガル語) そして機械翻訳版(英語)
この記事は英語版の記事"Alcohol fuel"からの翻訳を版元とした。
