[論文レビュー] Food for fuel: The price of ethanol

Dominic K. Albino, Karla Z. Bertrand+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 22, 2012

Global Energy and Sustainability Research参考文献 3被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、米国におけるトウモロコシ由来エタノールの経済的・エネルギー的トレードオフを分析し、1ガロンの通常ガソリンには1.4日分の食事エネルギーが含まれており、エタノールはガロンあたりの化石燃料節約率がたったの20％にとどまり、ガロン単価が低いにもかかわらず、走行距離あたりのコストが上昇することを示している。これは、連邦補正があるにもかかわらず、非効率的で高コストな政策であることを裏付けている。

ABSTRACT

Conversion of corn to ethanol in the US since 2005 has been a major cause of global food price increases during that time and has been shown to be ineffective in achieving US energy independence and reducing environmental impact. We make three key statements to enhance understanding and communication about ethanol production's impact on the food and fuel markets: (1) The amount of corn used to produce the ethanol in a gallon of regular gas would feed a person for a day, (2) The production of ethanol is so energy intensive that it uses only 20% less fossil fuel than gasoline, and (3) The cost of gas made with ethanol is actually higher per mile because ethanol reduces gasoline's energy per gallon.

研究の動機と目的

• ガソリンに含まれるエタノールの食料エネルギー含量を定量化し、トウモロコシを燃料に転用する際の機会費用を評価すること。
• 農業および精製工程における化石燃料の投入を考慮したトウモロコシエタノール生産のネットエネルギー収支を評価すること。
• エネルギー密度が低いことを踏まえて、ガソリンにエタノールを添加することで走行距離あたりのガソリン価格が低下するかを分析すること。
• エタノールが化石燃料の使用を減らすか、エネルギー自立を高めるとの仮定に疑問を呈すること。

提案手法

• 1バーレルの畑トウモロコシ（56ポンド、約31,300キロカロリー）の食料エネルギー含量を計算し、それをエタノールに変換した際の換算率（1バーレルあたり2.77ガロン）を算出。
• 標準的な1日あたりのエネルギー摂取量（2,100キロカロリー）を用いて、10％エタノールを含むガロンのガソリンが何人分の食事に相当するかを算出。
• トウモロコシの耕作、肥料・農薬の生産、灌漑、輸送、およびエタノールへの変換に要する化石燃料エネルギーの投入を推定。
• 複数の出典からのデータ（楽観的および平均的な地域的収量を含む）を用いて、出力／入力比であるネットエネルギー比を計算。
• ガソリン（1ガロンあたり125,000 BTU）とエタノール（1ガロンあたり84,300 BTU）のエネルギー含量を比較し、走行距離あたりのエネルギー効率を評価。
• エネルギー密度が低いことと燃料消費量の増加を考慮し、エタノールのガロン単価が低いにもかかわらず、走行距離あたりのコストが上昇するかを比較分析。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 10％エタノールを含むガロンのガソリンに埋め込まれた食料エネルギーはどれほどか？
• RQ2 すべての投入を考慮した場合、1ガロンのトウモロコシエタノール生産による化石燃料エネルギーの純利益はどの程度か？
• RQ3 エネルギー密度が低いにもかかわらず、ガソリンにエタノールを添加することで走行距離あたりのコストが低下するか？
• RQ4 エタノールに含まれる食料エネルギーは1日分のヒトのエネルギー要求量と比べてどの程度か？
• RQ5 エタノール生産は、化石燃料の使用をどの程度削減し、エネルギー自立に貢献するのか？

主な発見

• 1ガロンの通常ガソリン（E10）には、1.4日分の食事エネルギーが含まれており、これは約28本のサトウキョウのトウモロコシに相当する。
• トウモロコシエタノールのネットエネルギー比は平均で1.01にとどまり、投入された化石燃料エネルギーとほぼ同じ量のエネルギーを生産している。
• エタノールは米国のエネルギー需要の約0.2％にとどまる化石燃料の使用削減にとどまり、環境的メリットは限定的である。
• ガロン単価が低いにもかかわらず、ガソリンに比べ33％のエネルギー密度が低いことから、走行距離あたりのコストは上昇している。
• 米国は2011年に139.5億ガロンのエタノールを生産し、1日あたり5億7000万人分の食事に相当する。
• 2005年から2011年の間に、エタノールの使用により走行距離あたりのコストが上昇したため、消費者は実質的にエタノール生産者に200億ドル以上を補填している。