[论文解读] 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 4

一句话总结

本文分析了美国玉米乙醇在经济与能源方面的权衡取舍，表明一加仑普通汽油所含的食物能量足以供一人食用1.4天，乙醇每加仑仅节省约20%的化石燃料，且尽管每加仑价格较低，乙醇却导致每英里行驶成本上升——这使得乙醇政策在联邦补贴下仍显得效率低下且成本高昂。

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.

研究动机与目标

• 量化汽油中乙醇所含的食物能量，以评估将玉米转用于燃料的机会成本。
• 评估玉米乙醇生产的净能量平衡，计入农业与加工过程中的化石燃料投入。
• 分析乙醇是否因能量密度较低而降低每英里行驶的汽油价格。
• 挑战乙醇可减少化石燃料使用或提升能源独立性的假设。

提出的方法

• 计算一蒲式耳玉米（56磅，约31,300千卡）的食物能量含量及其转化为乙醇（每蒲式耳2.77加仑）的效率。
• 使用标准每日热量摄入（2,100千卡/天）来确定一加仑含10%乙醇的汽油可养活多少人。
• 估算玉米种植、肥料/农药生产、灌溉、运输及乙醇转化过程中的化石燃料能量投入。
• 利用多个数据源（包括乐观与平均区域产量）计算净能量比（输出/输入）。
• 比较汽油（125,000 BTU/加仑）与乙醇（84,300 BTU/加仑）的能量含量，以评估每英里行驶的能量效率。
• 通过比较乙醇的较低每加仑价格与其较低的能量密度及更高的油耗，评估每英里的成本。

实验结果

研究问题

• RQ1 一加仑含10%乙醇的汽油中，蕴含多少食物能量？
• RQ2 在考虑所有投入后，每加仑玉米乙醇的净化石燃料能量收益是多少？
• RQ3 尽管能量密度较低，乙醇在汽油中的使用是否降低了每英里行驶的成本？
• RQ4 乙醇的食物能量含量与每日人类热量需求相比如何？
• RQ5 乙醇生产在多大程度上减少了化石燃料使用或促进了能源独立？

主要发现

• 一加仑普通汽油（E10）所含食物能量足以供一人食用1.4天，相当于28根甜玉米。
• 玉米乙醇的净能量比平均仅为1.01，意味着其产出的能量几乎与化石燃料投入量相等。
• 乙醇仅减少约0.2%的美国能源需求，对环境改善作用微乎其微。
• 尽管每加仑价格较低，乙醇因能量密度比汽油低33%，反而导致每英里行驶成本上升。
• 2011年美国生产了139.5亿加仑乙醇，足够供5.7亿人食用一天。
• 2005至2011年间，消费者因乙醇使用导致每英里行驶成本上升，实际上向乙醇生产商提供了超过200亿美元的隐性补贴。