[논문 리뷰] Food for fuel: The price of ethanol

Dominic K. Albino, Karla Z. Bertrand외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 10. 22.

Global Energy and Sustainability Research참고 문헌 3인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 미국 내 옥수수 기반 에탄올의 경제적 및 에너지 대안을 분석하여, 일반 가솔린 1갤런에 들어 있는 식량 에너지는 한 사람을 1.4일 동안 먹일 수 있으며, 에탄올은 갈런당 화석 연료 절감 효과가 20%에 불과하고, 갈런당 가격이 낮음에도 불구하고 마일당 비용은 증가한다—이는 연방 정부의 보조금에도 불구하고 비효율적이고 고비용 정책임을 보여준다.

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.

연구 동기 및 목표

• 에탄올에 포함된 식량 에너지의 양을 정량화하여 옥수수를 연료로 전환할 경우 발생하는 기회비용을 평가하기 위해.
• 농업 및 정제 과정에서의 화석 연료 투입을 고려한 옥수수 에탄올 생산의 순에너지 균형을 평가하기 위해.
• 에너지 밀도가 낮기 때문에, 에탄올이 가솔린 마일당 가격을 낮추는지 분석하기 위해.
• 에탄올이 화석 연료 사용을 줄이거나 에너지 자립도를 향상시킨다는 가정을 도전하기 위해.

제안 방법

• 현장 옥수수 1부셸(56파운드, 약 31,300kcal)의 식량 에너지 함량을 계산하고, 이를 에탄올으로 전환하는 데 1부셸당 2.77갤런의 에탄올이 생산됨을 확인함.
• 표준 일일 칼로리 섭취량(2,100kcal/일)을 사용하여, 10% 에탄올이 포함된 가솔린 1갤런이 한 사람을 얼마나 오래 먹일 수 있는지 계산함.
• 옥수수 농사, 비료/농약 생산, 관개, 운송, 에탄올 전환 과정에 필요한 화석 연료 에너지 투입량을 추정함.
• 여러 자료원(최적 및 평균 지역 수확량 포함)의 데이터를 사용하여 순에너지 비율(출력/입력)을 계산함.
• 가솔린(125,000BTU/갤런)과 에탄올(84,300BTU/갤런)의 에너지 함량을 비교하여 마일당 에너지 효율성을 평가함.
• 에탄올의 갈런당 낮은 가격과 낮은 에너지 밀도, 높은 연료 소비량을 고려하여 마일당 비용을 비교 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 10% 에탄올이 포함된 가솔린 1갤런에 얼마나 많은 식량 에너지가 내장되어 있는가?
• RQ2 모든 투입을 고려할 때, 옥수수 에탄올 1갤런 생산에 따른 순 화석 연료 에너지 수익은 얼마인가?
• RQ3 에너지 밀도가 낮기 때문에, 에탄올을 가솔린에 첨가함으로써 마일당 비용이 낮아지는가?
• RQ4 에탄올의 식량 에너지는 일일 인간 칼로리 필요량과 어떻게 비교되는가?
• RQ5 에탄올 생산은 화석 연료 사용을 얼마나 줄이거나 에너지 자립도에 얼마나 기여하는가?

주요 결과

• 일반 가솔린 1갤런(E10)에 포함된 식량 에너지는 한 사람을 1.4일 동안 먹일 수 있으며, 이는 28개의 달콤한 옥수수 귀에 해당한다.
• 옥수수 에탄올의 순에너지 비율은 평균 1.01에 불과하여, 소비하는 화석 연료 에너지와 거의 동일한 양의 에너지를 생산함을 의미한다.
• 에탄올은 미국 에너지 수요의 약 0.2%에 해당하는 화석 연료 사용만 줄여주며, 환경적 이점은 미미하다.
• 갈런당 가격이 낮음에도 불구하고, 에탄올의 에너지 밀도가 가솔린 대비 약 33% 낮아 마일당 비용은 증가한다.
• 미국은 2011년에 139.5억 갤런의 에탄올을 생산하여 하루 동안 5억 7천만 명을 먹일 수 있었다.
• 2005~2011년 기간 동안 소비자는 에탄올 사용으로 인해 마일당 비용이 증가했기 때문에, 에탄올 생산자에게 200억 달러 이상의 실질적 보조금을 지급한 셈이다.