エタノール燃料

エタノール燃料は、アルコール飲料に含まれるアルコールと同じ種類のエチルアルコールを含む燃料であり、主にガソリンのバイオ燃料添加剤として、自動車燃料として最もよく使用されます。

世界中で、いくつかの一般的なエタノール燃料混合物が使用されています。純粋な含水エタノールまたは無水エタノールを内燃機関(ICE) で使用するには、エンジンがその目的のために設計または改造されている必要があります。無水エタノールはガソリン エンジンで使用するためにガソリンと混合できますが、純粋なエタノールには同量の純粋なガソリンの 2/3 のエネルギーしか含まれていないため、増加した燃料量を計測するためにエンジンを改造した後にのみ、エタノール含有量を高くすることができます。エタノールの非常に高いオクタン価は、非常に高い圧縮比と互換性があるため、一部のレーシング エンジン アプリケーションでは、高濃度エタノール混合物が使用されています。

完全にエタノールで動く最初の量産車は、1978年にブラジルのフィアット社が発売したフィアット147でした。エタノールは一般的にトウモロコシやサトウキビなどのバイオマスから作られます。輸送燃料用の世界のエタノール生産量は、2000年から2007年の間に17 × 10 ⁹リットル（4.5 × 10 ⁹ 米ガロン、3.7 × 10 ^{9英ガロン）から52} × 10 ⁹リットル（14 × 10 ⁹ 米ガロン、11 × 10 ⁹英ガロン） 以上に 3倍になりました。2007年から2008年にかけて、世界のガソリン型燃料の使用におけるエタノールの割合は、3.7%から5.4%に増加しました。^[1] 2011年の世界エタノール燃料生産量は8.46 × 10 ⁹リットル（2.23 × 10 ⁹ 米ガロン、1.86 × 10 ⁹ 英ガロン）に達し、米国とブラジルがそれぞれ世界生産量の62.2％と25％を占める最大の生産国となった。^[2]米国のエタノール生産量は2017年5月に57.54 × 10 ⁹リットル（15.20 × 10 ⁹ 米ガロン、12.66 × 10 ⁹ 英ガロン）に達した。 ^[3]^^^^^^^^

エタノール燃料の「ガソリンガロン当量」（GGE）値は1.5であり、つまりガソリン1容量のエネルギーを置き換えるには、1.5倍の量のエタノールが必要である。^{[4] [5]}

エタノール混合燃料は、ブラジル、米国、ヨーロッパで広く使用されています（国別のエタノール燃料も参照）。^[2]現在米国で走行しているほとんどの車は、最大15％のエタノール混合燃料で走行でき、^[6] 2011年には米国のガソリン燃料供給の10％が国内産でした。^[2]一部のフレキシブル燃料車は、最大100％のエタノールを使用できます。

1976年以来、ブラジル政府はガソリンにエタノールを混合することを義務付けており、2007年以来、法定混合率はエタノール約25%、ガソリン約75%（E25）となっている。^[7] 2011年12月までに、ブラジルには1,480万台のフレックス燃料自動車と小型トラック^{[8] [9]、}および150万台のフレックス燃料オートバイ^{[10] [11] [12]}があり、これらは定期的に純エタノール燃料（E100として知られる）を使用している。

バイオエタノールは、農業原料から生産できる再生可能エネルギーの一種です。麻、サトウキビ、ジャガイモ、キャッサバ、トウモロコシなど、ごく一般的な作物から作ることができます。バイオエタノールがガソリンの代替としてどれほど役立つかについては、かなりの議論がありました。その生産と使用に関する懸念は、作物の栽培に大量の耕作地が必要であることによる食料価格の上昇^[13]と、特にトウモロコシからのエタノール生産の全サイクルにおけるエネルギーと汚染のバランスに関連しています。^{[14] [15]}

エタノール発酵中、トウモロコシ（またはサトウキビや他の作物）に含まれるグルコースやその他の糖がエタノールと二酸化炭素に変換されます。

C ₆ H ₁₂ O ₆ → 2 C ₂ H ₅ OH+ 2 CO ₂ + 熱

エタノール発酵では、酢酸やグリコールなどの副産物が 100% 選択的に生成されるわけではありません。これらの副産物は、エタノール精製時にほとんど除去されます。発酵は水溶液で行われます。得られる溶液には、約 15% のエタノールが含まれています。その後、エタノールは吸着と蒸留の組み合わせによって分離され、精製されます。

燃焼中、エタノールは酸素と反応して二酸化炭素、水、熱を生成します。

C ₂ H ₅ OH + 3 O ₂ → 2 CO ₂ + 3 H ₂ O + 熱

デンプンとセルロース分子はグルコース分子の鎖です。セルロース材料からエタノールを生成することもできます。ただし、それにはセルロースをグルコース分子とその他の糖に分解し、その後発酵させる前処理が必要です。結果として得られる製品は、その出所を示すセルロースエタノールと呼ばれます。

エタノールは、触媒と高温の存在下で エチレンの二重結合を水和させることによって工業的にも生産されます。

C ₂ H ₄ + H ₂ O → C ₂ H ₅ OH

エタノールのほとんどは発酵によって生産されます。

2003年に世界で生産されたエタノールの約5％は、実際には石油製品でした。^{[16]これは、}硫酸を触媒としてエチレンの触媒水和によって作られます。また、エチレンまたはアセチレンを介して、炭化カルシウム、石炭、石油ガス、およびその他のソースから得ることもできます。石油由来のエタノールは、年間200万ショートトン（1,786,000ロングトン、1,814,000 t）生産されています。主な供給元は、米国、ヨーロッパ、南アフリカの工場です。^[17]石油由来エタノール（合成エタノール）は、化学的にはバイオエタノールと同一であり、放射性炭素年代測定によってのみ区別できます。^[18]

バイオエタノールは通常、炭素ベースの原料の変換から得られます。農業原料は、成長に必要なすべてのミネラル（窒素やリンなど）が土地に還元されることを条件に、光合成によって太陽からエネルギーを得るため、再生可能と見なされます。エタノールは、サトウキビ、バガス、ススキ、テンサイ、モロコシ、穀物、スイッチグラス、大麦、麻、ケナフ、ジャガイモ、サツマイモ、キャッサバ、ヒマワリ、果物、糖蜜、トウモロコシ、茎葉、穀物、小麦、わら、綿、その他のバイオマス、および多くの種類のセルロース廃棄物と収穫など、さまざまな原料から生成できます。

2008年、藻類からバイオエタノールを生産する代替プロセスがアルジェノール社によって発表された。藻類を栽培して収穫・発酵させるのではなく、藻類を日光で栽培してエタノールを直接生産し、藻類を殺さずにエタノールを除去する。このプロセスでは、トウモロコシ生産の1エーカーあたり400米ガロン（330英ガロン/エーカー、3,700リットル/ヘクタール）と比較して、1エーカーあたり6,000米ガロン（5,000英ガロン/エーカー、56,000リットル/ヘクタール）の生産が可能であると主張されている。^[19] 2015年にプロジェクトは中止された。^[20]

現在、^{[いつ? ]}トウモロコシからエタノールを生産する第一世代のプロセスでは、トウモロコシ植物のごく一部しか使用していません。トウモロコシ植物からトウモロコシの粒を取り出し、乾燥粒質量の約 50% を占めるデンプンのみをエタノールに変換します。2 種類の第二世代プロセスが開発中です。1 種類目は酵素と酵母 発酵を使用して植物セルロースをエタノールに変換し、2 種類目は熱分解を使用して植物全体を液体バイオオイルまたは合成ガスに変換します。第二世代プロセスは、草、木材、またはわらなどの農業廃棄物などの植物にも使用できます。

エタノール燃料を生産する方法はいろいろありますが、最も一般的なのは発酵です。

エタノールの大規模生産の基本的な手順は、糖の微生物（酵母）発酵、蒸留、脱水（要件はさまざま、以下のエタノール燃料混合物を参照）、変性（オプション）です。発酵の前に、一部の作物では、セルロースやデンプンなどの炭水化物を糖に糖化または加水分解する必要があります。セルロースの糖化はセルロース分解と呼ばれます（セルロースエタノールを参照）。デンプンを糖に変換するには酵素が使用されます。^[21]

エタノールは、糖の微生物発酵によって生産されます。微生物発酵は現在、糖を直接処理する場合にのみ行われます。植物の 2 つの主要成分であるデンプンとセルロースは、どちらも糖でできており、原理的には発酵のために糖に変換できます。現在、経済的に変換できるのは、糖 (サトウキビなど) とデンプン (トウモロコシなど) の部分だけです。

植物セルロースを糖に分解し、その糖をエタノールに変換して得られるセルロースエタノールに関心が集まっている。 ^{[22]しかし、セルロースエタノールは現在経済的ではなく、商業的には行われていない。2006年の}国際エネルギー機関の報告書によると、セルロースエタノールは将来重要になる可能性がある。^[23]

エタノールを燃料として使用するには、酵母固形物と大部分の水を除去する必要があります。発酵後、マッシュを加熱してエタノールを蒸発させます。^[24]蒸留と呼ばれるこのプロセスではエタノールが分離されますが、最大（95.6% m/m（96.5% v/v）のエタノールと4.4% m/m（3.5% v/v）の水）の低沸点水エタノール共沸混合物が形成されるため、その純度は95～96%に制限されます。この混合物は含水エタノールと呼ばれ、単独で燃料として使用できますが、無水エタノールとは異なり、含水エタノールはガソリンとあらゆる比率で混和するわけではないため、通常はさらなる処理で水分を除去し、ガソリンエンジンでガソリンと組み合わせて燃焼させます。^[25]

共沸エタノール/水混合物から水を除去するための脱水プロセスは 3 つあります。初期の燃料エタノール工場で多く使用されていた最初のプロセスは共沸蒸留と呼ばれ、混合物にベンゼンまたはシクロヘキサンを加えるものです。これらの成分を混合物に加えると、気液平衡にある不均一な共沸混合物が形成され、蒸留するとカラムの底に無水エタノールと、水、エタノール、シクロヘキサン/ベンゼンの蒸気混合物が生成されます。

凝縮すると、2 相の液体混合物になります。重相は共留剤 (ベンゼンまたはシクロヘキサン) が少なく、共留剤が除去されて供給原料としてリサイクルされます。一方、軽相は、除去後の凝縮液とともに 2 番目のカラムにリサイクルされます。抽出蒸留と呼ばれる別の初期の方法では、エタノールの相対揮発性を高める三元成分を追加します。三元混合物を蒸留すると、カラムの上部ストリームに無水エタノールが生成されます。

エネルギー節約への関心が高まるにつれ、蒸留をまったく行わずに脱水する方法が数多く提案されてきた。これらの方法のうち、3 番目の方法が登場し、現代のエタノール工場の大半で採用されている。この新しいプロセスでは、分子ふるいを使用して燃料エタノールから水分を除去する。このプロセスでは、加圧されたエタノール蒸気が分子ふるいビーズの層を通過する。ビーズの細孔は、エタノールを排除しながら水を吸着できるサイズになっている。一定時間後、吸着された水を除去するために、真空下または不活性雰囲気 (例: N ₂ ) の流れの中で層が再生される。2 つの層が使用されることが多く、1 つが水を吸着し、もう 1 つが再生中になるようにする。この脱水技術は、以前の共沸蒸留と比較して 3,000 btus/ガロン (840 k J /L) のエネルギー節約につながる可能性がある。^[26]

最近の研究では、ガソリンと混合する前に完全に脱水する必要はないことが実証されています。代わりに、共沸混合物をガソリンと直接混合して、液液相平衡が水分の除去を助けることができます。ミキサーセトラータンクの2段階向流セットアップにより、最小限のエネルギー消費でエタノールを燃料相に完全に回収できます。^[27]

エタノールは吸湿性があり、大気中の水蒸気を直接吸収します。吸収された水はエタノールの燃料価値を薄め、エタノールとガソリンの混合物の相分離を引き起こす可能性があるため（エンジンが停止する原因となる）、エタノール燃料の容器はしっかりと密封する必要があります。水との混和性が高いため、エタノールは液体炭化水素のように現代のパイプラインで長距離を効率的に輸送することができません。^[28]

エタノールガソリン燃料が相分離せずに含むことができる水の割合は、エタノールの割合とともに増加します。^[29]たとえば、E30 には最大約 2% の水を含めることができます。エタノールが約 71% を超える場合、残りは水またはガソリンの任意の割合で、相分離は発生しません。水分含有量が増えると燃費は低下します。エタノール含有量が増えると水の溶解度が増加するため、E30 と水和エタノールを同じタンクに入れることができます。なぜなら、これらを組み合わせても常に単一の相になるからです。低温では、許容される水分量はいくらか少なくなります。E10 の場合、21 °C で約 0.5% v/v ですが、-34 °C では約 0.23% v/v に減少します。^[30]

バイオディーゼル生産システムは長年、家庭や企業向けに販売されてきましたが、最終消費者向けに設計された商業用エタノール生産システムは市場で遅れをとっています。2008年に、2つの異なる企業が家庭用エタノール生産システムを発表しました。Allard Research and DevelopmentのAFS125 Advanced Fuel System ^[31]は、1台のマシンでエタノールとバイオディーゼルの両方を生産できますが、E-Fuel CorporationのE-100 MicroFueler ^[32]はエタノール専用です。

エタノールはガソリンに比べて単位体積あたりのエネルギーが約34%少ないため、理論上は、純粋なエタノールを車両内で燃焼させると、純粋なガソリンを燃焼させた場合と比較して、同じ燃費であれば単位体積あたりの走行距離が34%減少します。ただし、エタノールはオクタン価が高いため、圧縮比を上げることでエンジンの効率を高めることができます。^{[33] [34]}

E10（エタノール10％、ガソリン90％）の場合、未改造車の燃料消費量の増加は、従来のガソリンに比べて小さく（最大2.8％）、^[35]、酸素添加および改質ブレンドに比べてさらに小さくなります（1〜2％）。^[36] E85（エタノール85％）の場合、影響は顕著になります。 E85はガソリンよりも燃費が低く、より頻繁な給油が必要です。実際のパフォーマンスは車両によって異なる場合があります。 2006年式E85モデルすべてに対するEPAテストに基づくと、E85車の平均燃費は無鉛ガソリンよりも25.56％低かったです。^[37]現在の米国のフレックス燃料車のEPA定格燃費^[38]は価格比較を行う際に考慮する必要がありますが、E85はオクタン価が約94〜96の高性能燃料であり、プレミアム燃料と比較する必要があります。^[39] RACQによれば、エタノールはほとんどの航空機には適していないが、一部のオートバイや小型エンジンにも適していない。^[40]ただし、エンブラエルEMB202イパネマは、一部の派生型でエタノール燃料を使用するように特別に設計された航空機の例である。

エタノールの混合率が高いと、寒冷時に燃料が蒸発して点火するのに十分な蒸気圧を達成するのが難しくなる（エタノールは燃料の気化エンタルピーを高める傾向があるため^{[41] ）。蒸気圧が 45} kPaを下回ると、冷えたエンジンの始動が困難になる。^{[42]気温が 11} °C (52  °F )を下回る場合にこの問題を回避するため 、また寒冷時のエタノール排出量の増加を抑えるため、米国市場と欧州市場の両方で、フレキシブル燃料車で使用する最大ブレンドとして E85 を採用し、そのようなブレンドで動作するように最適化されている。寒冷地では、米国でのエタノール混合燃料は、これらの極寒地域では季節的にE70に減らされるが、依然として E85 として販売されている。^{[43] [44]冬季に気温が -12} °C (10  °F )を下回る場所では 、ガソリン車と E85 車の両方にエンジンヒーターシステムを取り付けることが推奨される。スウェーデンでも同様の季節的な削減が行われていますが、冬季にはブレンド中のエタノール含有量がE75にまで削減されます。 ^{[44] [45]}

ブラジルのフレックス燃料車は、E100 （含水エタノール（最大4%の水））までのエタノール混合物で作動することができ、E85車に比べて蒸気圧の低下が速い。その結果、ブラジルのフレックス車両は、エンジンの近くに小さな二次ガソリンタンクを備えた状態で製造されている。コールドスタート時には、低温での始動の問題を回避するために純粋なガソリンが噴射される。この対策は、 冬季に気温が通常15 °C（59  °F ）を下回るブラジルの南部および中央地域のユーザーにとって特に必要である。2009年には、二次ガス貯蔵タンクの必要性を排除した改良されたフレックスエンジン世代が発売された。 ^{[46] [47]} 2009年3月、フォルクスワーゲン・ド・ブラジルは、コールドスタート用の補助タンクを持たないブラジル初のフレックス燃料モデルであるポロEフレックスを発売した。^{[48] [49]}

多くの国では、自動車はエタノール混合燃料で走行することが義務付けられている。ブラジルの小型車はすべてエタノール混合率25%（E25）までで走行するように製造されており、1993年以降は連邦法によりエタノール混合率22%～25%が義務付けられており、2011年7月中旬からは25%が義務付けられている。 ^[50]米国では、小型車はすべてエタノール混合率10%（E10）で正常に走行するように製造されている。2010年末には、米国で販売されたガソリンの90%以上がエタノール混合であった。^[51] 2011年1月、米国環境保護庁（EPA）は、2001年モデル以降の乗用車および小型ピックアップトラックに限り、ガソリンにエタノールを15%まで混合した燃料（E15）の販売を許可する免除を発行した。^{[52] [53]}

1999 年モデル以降、エタノール 0% から 100% までのあらゆる燃料を改造なしで使用できるエンジンを搭載した車両が世界中でますます多く製造されるようになりました。多くの乗用車と小型トラック(ミニバン、SUV、ピックアップ トラックを含むクラス) は、北米とヨーロッパでは最大 85% ( E85 )、ブラジルでは最大 100% (E100) のエタノール混合燃料を使用するフレキシブル燃料車両として設計されています。旧モデルでは、エンジン システムには燃料内のアルコール センサーや排気内の酸素センサーが含まれており、エンジン制御コンピューターに入力を提供して燃料噴射を調整し、あらゆる燃料混合物に対して理論空燃比 (排気中に残留燃料や遊離酸素がない) を実現していました。新しいモデルではアルコール センサーが取り外され、コンピューターは酸素とエアフロー センサーのフィードバックのみを使用してアルコール含有量を推定します。エンジン制御コンピュータは、燃焼中の燃料に含まれるアルコールの割合が高いと予測した場合、点火時期を調整（早める）して、過早点火を起こさずに出力を高めることもできます。この方法は、過早点火とデトネーションを検出する高度なノック センサー（エタノールを使用するように設計されているかどうかに関係なく、ほとんどの高性能ガソリン エンジンで使用されています）によってサポートされています。

インドは2021年6月、エタノール混合自動車燃料20%の導入目標を2025年に前倒しした。インドの燃料におけるエタノール混合率（この目標改定時点）は8%であるが、6月5日（世界環境デー）にナレンドラ・モディ首相が発表した「インドにおけるエタノール混合ロードマップ2020-25」に基づき、2022年までに10%に引き上げることになっている。政府は、インド石油公社（IOC）やヒンドゥスタン石油公社（HPCL）などの石油販売会社が2023年4月以降にエタノール混合燃料20%を供給することを期待している。エタノールが余っているマハラシュトラ州やウッタル・プラデーシュ州などでは、より高いエタノール混合率の燃料を最初に採用するとみられている。^{[54] [55]}インドはまた、エタノール混合燃料に対応した車両の導入を優先している。 2021年3月から、自動車メーカーは新車のエタノール適合性を示すことが義務付けられ、エンジンは20％のエタノール混合燃料を使用するように最適に設計されなければならない。政府は、自動車メーカーが2022年4月までにエタノール混合燃料適合車の生産を開始することを期待している。^[54]しかし、環境保護論者は、インドのエタノール混合目標の引き上げにより、サトウキビや米などの水集約型作物が奨励される可能性があることを懸念しており、インドはすでに深刻な水不足に直面しているため、政府はキビなどの水集約度の低い作物に重点を置くべきだと提案している。^[55]

ED95エンジン

1989年以来、スウェーデンではディーゼル原理に基づくエタノールエンジンも稼働している。^[56]これらは主に市バスで使用されているが、配送トラックや廃棄物収集車にも使用されている。スカニア社製のエンジンは圧縮比が変更されており、使用される燃料（ED95）は93.6%のエタノールと3.6%の着火促進剤、2.8%の変性剤の混合物である。^[57]着火促進剤により、ディーゼル燃焼サイクルで燃料が点火できるようになる。これにより、ディーゼル原理のエネルギー効率をエタノールで利用することも可能になる。これらのエンジンは英国ではレディングバスによって使用されているが、バイオエタノール燃料の使用は現在段階的に廃止されている。

デュアル燃料直噴

2004 年のMIT の研究と、自動車技術者協会が以前に発表した論文では、燃料エタノールの特性を、ガソリンと混合するよりも大幅に効率的に活用する方法が特定されました。この方法は、アルコールの使用を活用して、ハイブリッド電気の費用対効果を間違いなく改善する可能性を示しています。改善は、ターボチャージャー付きの高圧縮比の小排気量エンジンで、どちらか 100% までの任意の比率で、純粋なアルコール (または共沸混合物または E85) とガソリンのデュアル燃料直接噴射を使用することで構成されます。このエンジンは、排気量の 2 倍のエンジンと同等の性能を備えています。各燃料は別々に運ばれ、アルコール用のタンクははるかに小さくなります。高圧縮 (高効率) エンジンは、低出力巡航状態では普通のガソリンで動作します。アルコールは、大幅に加速するときなど、「ノック」を抑制する必要がある場合にのみ、シリンダーに直接噴射されます (同時にガソリン噴射が削減されます)。シリンダー内直接噴射により、エタノールの元々高いオクタン価が、実効130まで上昇する。ガソリン使用量とCO2排出量の全体的な削減量は30%と計算されている_。消費者のコスト回収時間は、ターボディーゼルに比べて4:1、ハイブリッドに比べて5:1の改善を示している。また、混合ガソリンへの水分吸収（相分離の原因）、複数の混合比の供給問題、寒冷地での始動の問題も回避される。^{[58] [59]}

熱効率の向上

2008年の研究では、複雑なエンジン制御と排気ガス再循環の増加により、純エタノールからE50までの燃料で19.5の圧縮比が可能になりました。ディーゼルとほぼ同等の熱効率が達成されました。^[60]これにより、純エタノール車の燃費は、ガソリンを1回燃焼した場合とほぼ同じになります。

エタノール改質装置で駆動する燃料電池

2016年6月、日産は、ヒュンダイ・ツーソンFCEV、トヨタ・ミライ、ホンダ・FCXクラリティなど、燃料電池車を開発・商品化している他の自動車メーカーが選択する燃料である水素ではなく、エタノールを動力源とする燃料電池車の開発計画を発表した。この技術的アプローチの主な利点は、水素燃料ステーション1つあたりの建設費が100万～200万ドルであるため、高圧で水素を供給するために必要な燃料供給インフラを整備するよりも、燃料供給インフラの導入が安価で容易になることである。^[61]

日産は、車両内で水素を生成するための源として液体エタノール燃料を使用する技術を開発する計画である。この技術は、熱を使用してエタノールを水素に改質し、固体酸化物燃料電池（SOFC）と呼ばれるものに供給する。燃料電池は、ピーク電力需要を処理し、再生エネルギーを蓄えるバッテリーを介して、車輪を駆動する電気モーターに電力を供給するために電力を生成する。車両には、水とエタノールの混合物用のタンクが含まれ、これは車載改質器に供給され、純粋な水素と二酸化炭素に分割される。日産によると、液体燃料は、55:45の比率のエタノールと水の混合物である可能性がある。日産は、2020年までにこの技術を商業化することを期待している。^[61]

2011年における世界最大のエタノール燃料生産国は、米国で13.9 × 10 ⁹ 米ガロン（5.3 × 10 ¹⁰ リットル、1.16 × 10 ¹⁰ 英ガロン）およびブラジルで5.6 × 10 ⁹米ガロン（2.1 × 10 ¹⁰リットル、4.7 × 10 ^{9英ガロン）であり、両国で世界生産量22.36} × 10 ⁹米ガロン（8.46 × 10 ¹⁰リットル、1.862 × 10 ¹⁰英ガロン）の87.1%を占めた。 ^[2]強力なインセンティブとその他の産業開発イニシアチブが相まって、ドイツ、スペイン、フランス、スウェーデン、中国、タイ、カナダ、コロンビア、インド、オーストラリア、一部の中米諸国などの国々でエタノール産業が勃興しつつある。

1970年代以降、ブラジルはエタノール燃料プログラムを実施しており、そのおかげで同国は世界第2位のエタノール生産国（米国に次ぐ）となり、世界最大の輸出国となった。^[65]ブラジルのエタノール燃料プログラムは、近代的な設備と安価なサトウキビを原料として使い、残ったサトウキビの廃棄物（バガス）を使って熱と電力を生産している。^[66]ブラジルでは、純粋なガソリンで走る軽自動車はもう存在しない。^[67]

すべてのバイオマスは、栽培、収集、乾燥、発酵、蒸留、燃焼という少なくともいくつかのステップを経る。これらのステップすべてに、資源とインフラが必要である。プロセスに投入されるエネルギーの総量と、結果として得られるエタノール燃料を燃焼することによって放出されるエネルギーとを比較したものが、エネルギーバランス（または「投入エネルギーに対するエネルギー回収率」）と呼ばれる。ナショナルジオグラフィック^[68]の 2007 年のレポートにまとめられた数字によると、米国で生産されるトウモロコシエタノールの結果は控えめである。結果として得られるエタノールから 1.3 エネルギー単位を生成するには、1 単位の化石燃料エネルギーが必要である。ブラジルで生産されるサトウキビエタノールのエネルギーバランスはより良好で、エタノールから 8 エネルギー単位を生成するには 1 単位の化石燃料エネルギーが必要である。エネルギーバランスの推定は簡単には作成できないため、矛盾する多数のレポートが作成されている。例えば、別の調査によると、生産的に生育するために熱帯気候を必要とするサトウキビからのエタノール生産は、消費エネルギー1単位あたり8～9単位のエネルギーを回収するのに対し、トウモロコシは消費エネルギー1単位あたり約1.34単位の燃料エネルギーしか回収できないと報告されています。^[69] 2006年のカリフォルニア大学バークレー校の研究では、6つの個別の研究を分析した後、トウモロコシからのエタノール生産はガソリン生産よりもはるかに少ない石油を使用すると結論付けました。^[70]

温室効果ガスである二酸化炭素は、発酵と燃焼の際に排出されます。これは、植物が成長してバイオマスを生産する際に二酸化炭素をより多く吸収することで相殺されます。^[71] 特定の方法で生産された場合、エタノールはガソリンよりも温室効果ガスの排出量が少なくなります。^{[72] [73]}

従来の無鉛ガソリンと比較すると、エタノールは微粒子のない燃焼燃料源であり、酸素と燃焼して二酸化炭素、一酸化炭素、水、アルデヒドを形成します。大気浄化法では、米国での一酸化炭素排出量を削減するために酸素化剤の添加を義務付けています。添加剤であるMTBE は、地下水汚染のため現在段階的に廃止されているため、エタノールは魅力的な代替添加剤になります。現在の製造方法には、アンモニアなどの 多量栄養素肥料の製造業者による大気汚染が含まれます。

スタンフォード大学の大気科学者による研究によると、E85燃料は、最悪のシナリオである非常に大規模な都市で自動車をベースとした大都市である米国ロサンゼルスで、ガソリンに比べて大気汚染による死亡リスクを9％増加させることがわかりました。^[74] オゾンレベルが大幅に上昇し、光化学スモッグが増加し、喘息などの健康上の問題が悪化します。^{[75] [76]}

ブラジルは大量のエタノールバイオ燃料を燃やしている。ブラジルのサンパウロの大気をガスクロマトグラフで調べ、エタノール燃料を燃やさない日本の大阪と比較した。大気中のホルムアルデヒドはブラジルで160%高く、アセトアルデヒドは260%高かった。^{[77] [更新が必要]}

バイオエタノールの製造で生成される二酸化炭素の正確な量を計算するのは複雑で不正確なプロセスであり、エタノールの製造方法と計算の仮定に大きく依存します。計算には次の内容を含める必要があります。

• 原料の栽培コスト
• 原料を工場に輸送するコスト
• 原料をバイオエタノールに加工するコスト

このような計算では、以下の効果が考慮される場合と考慮されない場合があります。

• 燃料原料が栽培される地域の土地利用の変更にかかるコスト。
• バイオエタノールを工場から使用場所まで輸送するコスト
• 標準ガソリンと比較したバイオエタノールの効率
• 排気管から排出される二酸化炭素の量。
• 牛の飼料や電気などの有用な副産物の生産による利益。

右のグラフは、英国政府が再生可能輸送燃料義務のために計算した数値を示しています。^[78]

カリフォルニア大学バークレー校のERGが2006年1月に発表したサイエンス誌の記事では、多数の研究を精査した結果、トウモロコシ由来のエタノールによる温室効果ガスの削減量は13%と推定された。しかし、その記事の発表直後に発表された訂正記事では、推定値が7.4%に引き下げられた。ナショナルジオグラフィックの概要記事（2007年）^{[68]では、トウモロコシ由来のエタノールの生産と使用における}_CO2排出量はガソリンに比べて22%少なく、サトウキビ由来のエタノールでは56%少ないとしている。自動車メーカーのフォードは、フレキシブル燃料車の1台でバイオエタノールを使用した場合、ガソリンに比べてCO2排出量が70%削減されると報告している。_[ 79 ^]

さらに複雑なのは、生産には新しい土壌を耕す必要があることです^[80]。これにより、一回限りの温室効果ガスの排出が発生し、それを相殺するには数十年または数世紀にわたる生産削減が必要になる場合があります。^[81]たとえば、草地をエタノール用のトウモロコシ生産地に変換するには、最初の耕作から放出された温室効果ガスを補うために、年間約1世紀分の節約が必要です。^[80]

農業用アルコールを生産するには大規模農業が必要であり、これには相当量の耕作地が必要である。ミネソタ大学の研究者らは、米国で栽培されるトウモロコシの全てがエタノール製造に使われれば、現在の米国のガソリン消費量の12%が代替されると報告している。^[82]エタノール生産のための土地は森林伐採によって獲得されているという主張がある一方で、現在森林が存在している地域は通常、作物の栽培には適していないと指摘する者もいる。^{[83] [84]}いずれにせよ、農業は有機物の減少による土壌肥沃度の低下、^[85]水の利用可能性と水質の低下、農薬と肥料の使用増加、および地域社会の潜在的な混乱を伴う可能性がある。^[86]新しい技術により、農家と加工業者はより少ない投入量で同じ生産量をますます生産することができるようになっている。^[82]

セルロースエタノール生産は、土地利用やそれに関連する懸念を軽減できる新しいアプローチです。セルロースエタノールはあらゆる植物材料から生産でき、潜在的に収穫量を倍増させ、食料需要と燃料需要の対立を最小限に抑えます。小麦やその他の作物を粉砕して得られるデンプン副産物のみを使用するのではなく、セルロースエタノール生産ではグルテンを含むすべての植物材料を最大限に活用します。このアプローチでは、エネルギー集約型の肥料と殺菌剤の量は変わらず、使用可能な材料の生産量が増えるため、炭素排出量が少なくなります。セルロースエタノール生産技術は現在、商業化段階にあります。^{[87] [23]}

2009年5月にサイエンス誌に掲載された分析によると、バイオマスを電気に変換して電気自動車を充電することは、バイオマスを使用してエタノール燃料を生産するよりも「気候に優しい」輸送オプションになる可能性がある。^[88]研究者は、セルロースエタノールと先進的な車両用バッテリーの両方において、より費用対効果の高い開発を模索し続けている。^[89]

米国で生産・燃焼されるエタノール換算10億ガロンの燃料ごとに、気候変動と健康への総合的なコストは、 ガソリンの場合は4億6,​​900 万ドル、バイオリファイナリーの熱源（天然ガス、トウモロコシの茎、石炭）と技術に応じてトウモロコシエタノールの場合は4億7,200万～9億5,200万ドルであるのに対し、 原料（草原バイオマス、ミスカンサス、トウモロコシの茎、スイッチグラス）に応じてセルロースエタノールの場合は1億2,300万～2億800万ドルにとどまる。^[90]

エタノールの収量が向上したり、異なる原料が導入されたりすると、米国ではエタノール生産がより経済的に実現可能になるかもしれない。現在、バイオテクノロジーを使用してトウモロコシ1単位あたりのエタノール収量を向上させる研究が進行中である。また、石油価格が高止まりしている限り、セルロースなどの他の原料の経済的な使用も実現可能になる。わらや木片などの副産物はエタノールに変換できる。スイッチグラスのような成長の早い種は、他の換金作物に適さない土地でも栽培でき、単位面積あたりのエタノールの収量が高い。^[68]

米国でエタノール生産が盛んに行われている理由の1つは、外国で生産される石油の必要性の一部を国内で生産されるエネルギー源に移行させることで、エネルギー安全保障に役立つという点である。 ^{[109] [110]}エタノールの生産には多大なエネルギーが必要であるが、現在の米国の生産では、そのエネルギーのほとんどを石油ではなく、石炭、天然ガス、その他の資源から得ている。 ^[111]米国で消費される石油の66%は輸入されているのに対し、石炭は純余剰、天然ガスはわずか16%（2006年の数字）であるため、^[112]石油ベースの燃料をエタノールに置き換えると、米国のエネルギー源は外国から国内へと純シフトすることになる。

アイオワ州立大学の2008年の分析によると、米国のエタノール生産の増加により、ガソリン小売価格は1ガロンあたり0.29～0.40ドル低下した。^[113]

レオン・デュレイは、1927年のインディアナポリス500レースでエタノール燃料車で3位に入賞した。 ^[114]インディカー・シリーズは、 2006年シーズンに10%のエタノール混合燃料を採用し、2007年には98%の混合燃料を採用した。

アメリカン・ル・マン・シリーズ・スポーツカー選手権は、2007年シーズンに純粋なガソリンの代わりにE10を導入した。2008年シーズンにはGTクラスでE85の使用が許可され、チームはこれに切り替え始めた。^[115]

2011年、全米3大NASCARストックカーシリーズは、ガソリンから、Sunoco GTX無鉛レーシング燃料と15%エタノールの混合物であるE15への切り替えを義務付けました。^[116]

オーストラリアのV8 スーパーカー選手権では、レース燃料としてシェル E85 を使用しています。

ストックカー・ブラジル選手権は、純粋なエタノール、E100 で運営されます。

エタノール燃料はロケット燃料としても利用される。2010年現在^{[アップデート]}、少量のエタノールが軽量 ロケットレース機に使用されている。^[117]

プロジェクト・ガイアは、エチオピアやその他の発展途上国でアルコール燃料の商業的に実現可能な家庭用市場の創出に取り組んでいる米国の非政府非営利団体である。このプロジェクトは、発展途上国における伝統的な調理法によって引き起こされる燃料不足、環境破壊、公衆衛生問題に対する解決策としてアルコール燃料を考えている。汚染物質を排出する火で調理することで健康問題に直面する貧困層や社会的に疎外されたコミュニティを対象に、ガイアは現在エチオピア、ナイジェリア、ブラジル、ハイチ、マダガスカルで活動しており、他のいくつかの国でもプロジェクトを計画している。^[118]

エタノール研究は、代替源、新しい触媒、生産プロセスに焦点を当てています。INEOS は植物性物質と木材廃棄物からエタノールを生産しました。 ^[119]牛のルーメン遺伝子と酵素を使用して遺伝子組み換えされた大腸菌は、 トウモロコシの茎からエタノールを生産できます。^[120]その他の潜在的な原料としては、都市ごみ、リサイクル製品、米の殻、サトウキビの搾りかす、木材チップ、スイッチグラス、二酸化炭素などがあります。^{[121] [122]}

• J. Goettemoeller、A. Goettemoeller (2007)。持続可能なエタノール：バイオ燃料、バイオリファイナリー、セルロース系バイオマス、フレックス燃料車、エネルギー自立のための持続可能な農業（エタノールの歴史、進化、未来についての簡潔かつ包括的な説明）。Prairie Oak Publishing、ミズーリ州メリービル。ISBN 978-0-9786293-0-4。
• Onuki, Shinnosuke; Koziel, Jacek A.; van Leeuwen, Johannes; Jenks, William S.; Grewell, David; Cai, Lingshuang (2008 年 6 月)。エタノールの製造、精製、分析技術: レビュー。2008 ASABE 年次国際会議。ロードアイランド州プロビデンス。2013年2 月 16 日閲覧。
• ワールドウォッチ研究所 (2007)。輸送用バイオ燃料: エネルギーと農業に対する世界的な可能性と影響 (世界的視点、ブラジル、中国、インド、タンザニアの国別研究事例を含む) 。ロンドン、イギリス: Earthscan Publications。ISBN 978-1-84407-422-8。