پرتال جامع ستاد توسعه زیست فناوری
۹ آبان ۱۳۹۹

مدل‌های بین‌المللی توسعه در صنعت بیواتانول

1241
0
چهارشنبه, ۹ آبان ۱۳۹۷
عرفان داوری

مدل‌های بین‌المللی توسعه در صنعت بیواتانول

بررسی وضعیت کنونی و چشم‌انداز بیواتانول در امریکا

سال 2016 بی شک یکی از بهترین سال‌های تاریخ صنعت اتانول امریکا بوده است. در این سال تولید اتانول به دلیل استفاده بی سابقه خانگی و تقاضای صادراتی شدید، به بالاترین حد رسیده است.

 در سال 2016 در واکنش به تقاضای فوق‌العاده، 200 کارخانه فرآوری بیواتانول در 28 ایالت، 15.25 میلیارد گالن سوخت تجدید پذیر با عدد اکتان بالا و حدود 42 میلیون تن خوراک دام با پروتئین بالا تولید کردند. قیمت پایین نفت موجب رکورد مصرف بنزین شد که در نهایت استفاده از اتانول در مخلوط سوخت E10  (حاوی 10 درصد اتانول و 90 درصد بنزین) افزایش یافت. هم‌چنین به دلیل ایجاد صدها زیرساخت خرده‌فروشی، مصرف مخلوط‌هایی با درصد اتانول بالاتر مانند E15 و E85 نیز افزایش یافت. با این حال، در سال 2017 تولیدکنندگان اتانول با چالش‌های مهمی مواجه شدند. موانع نظارتی و تجاری غیرضروری همچنان استفاده از اتانول را در بازار امریکا محدود می‌کنند و صنایعی که افزایش سهم بازار اتانول تهدیدی برای آن‌ها محسوب می‌شود، اقداماتی جهت تضعیف این سوخت و استانداردهای آن انجام می‌دهند.

استاندارد سوخت‌های زیستی

بدون شک استاندارد سوخت‌های تجدید پذیر (RFS) یکی از بزرگ‌ترین داستان‌های موفقیت برای بیواتانول در سیاست‌گذاری‌های انرژی، محیط‌زیست و کشاورزی امریکا بوده است. ادامه پایبندی به این استاندارد علاوه بر کاهش میزان واردات نفت، باعث اشتغال‌زایی و رونق فعالیت‌های اقتصادی، کاهش انتشار گازهای مضر در بخش حمل‌و‌نقل، افزایش رقابت و دسترسی مصرف‌کنندگان به سوخت‌های ارزان‌تر شده است.

در ماه مه سال 2018، EPA نیاز احتمالی ترکیب سوخت تجدید پذیر در سال 2017 را با 14.8 میلیارد گالن اعلام کرد که تنها 0.2 کمتر (15 میلیارد گالن) از حجم مصوب کنگره می‌باشد. به هر حال، EPA به درخواست ده‌ها هزار نفر از کشاورزان، کارکنان صنعت اتانول و دیگران توجه کرد. نه تنها قانون نهایی EPA در سال 2017 شامل تولید 15 میلیارد گالن سوخت‌های تجدید پذیر معمولی است، بلکه تعهدی برای ترکیب سوخت‌های ‌پیشرفته با سوخت‌های تجدید پذیر نیز شده است. به طور کلی از سال 2016 تا 2017، حجم کل سوخت‌های تجدید پذیر مورد نیاز با افزایش 1.2 میلیارد گالنی، شش درصد افزایش یافته است.

در نهایت، قانون نهایی برای نیازهای تلفیقی RFS در سال 2017، یک پیروزی مهم برای بخش صنعت سوخت زیستی و کشاورزی محسوب می‌شود که به طور محسوسی مسیر رشد سالم و مشخصی را برای این صنعت بازسازی نمود.

به‌روزرسانی بازار E15

در سال 2016، نوع انتخاب مصرف‌کنندگان در ایستگاه‌های توزیع سوخت بسیار غیر منتظره بوده است، زیرا تعداد ایستگاه‌های فروش E15 به سرعت در بازارهای جدید گسترش یافت. سوخت E15 در حال حاضر تقریباً در 400 ایستگاه توزیع در 28 ایالت موجود می‌باشد. با امید به کمک‌های مالی شرکت توسعه زیرساخت‌های سوخت زیستی وزارت کشاورزی امریکا و برنامه‌های صنعت اتانول مانند Prime the Pump امید دارد بسیاری از ایستگاه‌های دیگر نیز راه‌اندازی شوند.

پیشرفت قابل‌توجهی نیز در مصوبات خودروسازان جهت استفاده از سوخت زیستی وجود داشته است. بیش از 80 درصد از تولیدکنندگان خودروی مدل‌های 2017،  سوخت E15 را به عنوان سوخت تأیید شده اعلام نمودند. دو شرکت هیوندای و کیا برای اولین بار این موضوع را اعلام کردند و هم‌چنین سایر شرکت‌ها مانند فیات، فورد، جنرال موتورز، هوندا، تویوتا و فولکس واگن به عنوان بزرگ‌ترین خودروسازان جهان به طور صریح استفاده از E15 را تأیید نمودند.

در طی پنج سال پس از آن‌که سوخت E15 به طور رسمی توسط EPA تأیید شد، رانندگان امریکایی با استفاده از این سوخت حدود 400 میلیون مایل (معادل 800 سفر رفت و برگشت به ماه) رانندگی کرده‌اند که خوشبختانه هیچ گزارشی مبنی بر آسیب رسیدن به خودروها اعلام نشده است. در سال 2017، یک سال به سابقه استفاده از سوخت E15 افزوده شده است و چون استاندارد سوخت زیستی مجدداً اجرا خواهد شد، سرمایه‌گذاران و مصرف‌کنندگان بیشتری به سمت استفاده از آن متمایل می‌شوند.

سوخت‌های زیستی پیشرفته سلولزی

تکامل صنعت اتانول در سال 2016 با ظهور فناوری‌های جدید در سراسر این کشور ادامه یافت و به آن‌ها امکان پردازش مواد جدید و تولید سوخت‌های زیستی با کربن کم و محصولات زیستی را داد. اولین کارخانه تولید اتانول سلولزی از فیبر ذرت در ایالت آیووا با نام (Quad County Corn Processors (QCCP تأسیس شده است که در سال 2016 تولید اتانول سلولزی آن در آستانه پنج میلیون گالن (میلی‌گرم) قرار گرفت.

سایر تولیدکنندگان اتانول مانند Pacific Ethanol، Little Sioux Corn Processors و Flint Hills Resources  با به‌کارگیری فناوری‌های bolton در سال 2016 از فیبر ذرت و نشاسته آن، اتانول سلولوزی تولید کردند. هم‌چنین پیشرفت به سوی تولید تجاری اتانول سلولوزی در دو کارخانه مستقل DuPont  و POET-DSM ادامه یافت. تأسیساتDuPont  در نزدیکی نوادا، ظرفیت تولید 30 میلیون گالن و کارخانه POET-DSM در امتزبورگ ظرفیت تولید 20 میلیون گالن در سال را دارند.

 

تأثیرات اقتصادی بیواتانول در امریکا

درآمد خالص کشاورزی در هفت سال اخیر تا قبل از سال 2016 به پایین‌ترین سطح خود رسیده است که رقم آن معادل نیمی از میزان رکورد در سال 2013 می‌باشد. این مسئله باعث ایجاد نگرانی‌های جدی در امریكا در زمینه اقتصاد كشاورزی شده است. خوشبختانه صنعت بیواتانول در این وضعیت همچنان به تقویت فعالیت‌های اقتصادی حیاتی و حمایت از مشاغل با درآمد بالا پرداخت. در واقع بدون حمایت صنایع بیواتانول، شرایط اقتصادی بخش کشاورزی این کشور در وضعیت بدتری قرار می‌گرفت.

در سال 2016، تولید 15.25 میلیارد گالن بیواتانول از 74420 شغل مستقیم و 264756 شغل غیرمستقیم در تمام بخش‌های اقتصادی تولید سوخت‌های تجدیدپذیر و بخش کشاورزی حمایت کرده است. این صنعت 42 میلیارد دلار به تولید ناخالص ملی (GDP) در سال 2016 اضافه کرد و حدود 9 میلیارد دلار مالیات پرداخت نمود. فعالیت‌های اقتصادی این بخش و ایجاد شغل باعث شد که درآمد خانوارها به 23 میلیارد دلار افزایش یابد. در همین حال، تولیدکنندگان اتانول امریکا 25 میلیارد دلار برای مواد خام، کالاهای وارداتی و سایر خدمات صرف کرده‌اند.

صادرات و واردات بیواتانول

 

امنیت انرژی امریکا

رشد سریع تولید بیواتانول، موجب افزایش امنیت انرژی امریکا در دهه گذشته شده است. با ثبت رکورد جدید در سال 2016، تولید و استخراج نفت‌ خام در امریکا کاهش یافت. برای مثال در مکان‌هایی مانند داکوتای شمالی و تگزاس به علت پایین بودن قیمت نفت و تولیدات جهانی، حفاری و استخراج نفت به شدت کاهش یافته است.

در همین حال،  به دلیل قیمت پایین بنزین تولید و مصرف این سوخت به سطوح بی‌سابقه‌ای رسید. با کاهش تولید نفت در امریکا و هم‌چنین افزایش تقاضا، واردات نفت رونق گرفت، به طوری که واردات نفت در سال 2016 به بالاترین سطح خود رسید و بیش از 40 درصد از کشورهای عضو اوپک این نیاز را تأمین می‌کردند. در واقع اوپک از نفوذ خود استفاده کرد و با ایجاد تلاطم در بازار جهانی و سرکوب قیمت‌ها و سپس با تنظیم محدودیت‌هایی برای محصولات، شرایط را مهیا نمود. تا سال 2016، اقتصاد امریکا تقریباً 160 میلیون دلار در روز به کارتل اوپک فرستاده است که این رقم معادل یک قبض 500 دلاری در سال برای هر خانواده امریکایی است.

 خوشبختانه اتانول به افزایش منابع داخلی و کاهش وابستگی به واردات نفت در امریکا بسیار کمک کرده است. به طوری که با در نظر گرفتن بیواتانول مصرفی در مخلوط سوخت (15.25 میلیارد گالن) در سال 2016 وابستگی به نفت حدود 25 درصد بوده است که این رقم با چشم‌پوشی از سهم اتانول در مصرف انرژی معادل  33 درصد می‌باشد.

سیاست‌های مرتبط با بیواتانول و پیامدهای آن در برزیل

تاریخچه

برزیل از قرن شانزدهم از نیشکر استفاده کرده و در دوره استعمار، یک قطب اقتصادی مهم در این زمینه شمرده می‌شده است. در قرن‌های اولیه پس از استعمار، منبع انرژی اصلی برای برزیل چوب بود. به طور کلی با توجه به انرژی‌های اصلی جهانی مانند زغال‌سنگ، نفت و گاز، می‌توان گفت که برزیل یک کشور با منابع کم انرژی است. برزیل دارای معادن زغال‌سنگ نسبتاً کوچکی است. منابع بسیار کم نفت پس از ایجاد Petrobras در سال 1954 کشف شد و اخیراً ذخایر دیگری در آب‌های عمیق اقیانوس اطلس در نزدیکی ساحل ریودوژانیرو یافت شد.

با توجه به ضعف امنیت انرژی این کشور و نیز کمک به بخش شکر، سوخت اتانول ابتدا در سال 1930 توسط دولت وارگاس معرفی شد.

هم‌چنین مؤسسه شکر و الکل (IAA) برای تنظیم تولید شکر و بیواتانول ایجاد شد و در نهایت مجوز استفاده از مخلوط اتانول با بنزین به صورت رسمی صادر شد. سپس، استفاده از اتانول در طول بحران نفت دهه 1970 با ایجاد PROALCOOL در نوامبر 1975 افزایش یافت. در آن زمان نفت وارداتی 80 درصد از کل مصرف نفت را به خود اختصاص داد که تقریباً شامل 50 درصد از کل واردات بود.

واضح است که تشویق دولت برای افزایش تولید داخلی سوخت‌های مایع جهت کاهش وابستگی به نفت، صرفه‌جویی در ارز، اشتغال‌زایی و کمک به کاهش نابرابری‌های اجتماعی و اقتصادی کشور برزیل تأثیرگذار بوده است. اما با گذشت 40 سال از زمان ایجاد این صنعت پی می‌بریم که معرفی و استفاده از سوخت‌های زیستی در برزیل نیز همیشه آسان نبوده است.

امروز برزیل دومین تولیدکننده بیواتانول و بزرگ‌ترین تولیدکننده بیواتانول از نیشکر است که در یک ماتریس انرژی نسبتاً پاک (تقریباً 50 درصد از انرژی مورد استفاده در برزیل تجدید پذیر است) مشارکت می‌کند. حکومت برزیل در برنامه‌ریزی انرژی خود اهمیت ویژه‌ای برای نیشکر قائل است زیرا این ماده در ماتریس انرژی برزیل جهت تولید بیواتانول و انرژی الکتریکی نقش مهمی ایفا خواهد کرد. طبق پیش‌بینی‌های انجام شده، قرار است تا سال 2030 نزدیک به 18.5 درصد از انرژی اولیه برزیل از محصولات نیشکر تولید شود.

به نظر می‌رسد که سناریوی تولید اتانول جهان تحت سلطه امریکا و برزیل است. با این حال، با توجه به دسترسی بیشتر به زمین، برزیل چشم‌انداز بهتري براي گسترش تولیدات خود بدون استفاده از زمین‌های مرتبط با بخش صنایع غذایی دارد. هم‌چنین پتانسیل خوبی در سایر کشورهای امریکای لاتین مانند کلمبیا و چندین کشور آفریقایی نیز وجود دارد؛ اما این پتانسیل بسته به این است که چگونه این کشورها در مواجهه با موانع سیاسی خاص خود، از قبیل موارد مربوط به مالکیت زمین و تهدید دائمی سوخت‌های فسیلی از سوخت‌های زیستی استفاده می‌کنند. در شکل زیر تولید کنونی و هم‌چنین چشم‌انداز کوتاه‌مدت و بلندمدت برخی از کشورها قابل مشاهده است.

با توجه به بازارهای آینده سوخت‌های زیستی، بخش قابل‌توجهی از حمل‌و‌نقل توسط سوخت‌های زیستی (به طور عمده بیواتانول و بیودیزل) تأمین می‌شود. این به این معنی است که تا سال 2050، سوخت مورد نیاز 25 درصد از وسایل نقلیه سبک، 25 درصد از کامیون‌های شهری، 20 درصد کامیون‌های جاده‌ای، 20 درصد حمل‌و‌نقل دریایی و 20 درصد از حمل‌ونقل هوایی، توسط سوخت‌های زیستی تأمین خواهد شد که مجموع آن‌ها معادل 700 میلیون تن معادل نفت می‌باشد.

مدل تولید بیواتانول از نیشکر در برزیل

برزیل برنامه تولید بیواتانول از نیشکر (PROALCOOL) را به روش بسیار منحصر به فردی توسعه داد. ابتدا از ملاس نیشکر برای تولید اتانول استفاده کرد و سپس یکپارچه‌سازی تولید اتانول از شکر را به طور کامل انجام داد. مدل برزیلی برای تولید شکر و الکل به طور هم‌زمان دارای مزایایی نسبت به کشورهای دیگر می‌باشد زیرا در این مدل محصولات با کیفیت و بازده بیشتر و هم‌چنین هزینه‌های پایین‌تر تولید می‌شوند.

برخی از مزایای فنی که از یکپارچه‌سازی تولید شکر و اتانول حاصل می‌شود عبارت است از:

1.       هزینه‌های کمتر فرایند تولید (با توجه به بازده اتانول در حدود 91 درصد در مقایسه با مقادیر 80 تا 87 درصدی برای کارخانه‌های متداول)

2.      کیفیت بهتر هر دو محصول، به ویژه کیفیت شکر که حتی با نیشکر کم کیفیت، تقریباً ثابت باقی می‌ماند.

3.     انرژی اضافی که می‌تواند به عنوان برق در شبکه استفاده شود و یا به عنوان سوخت به سایر صنایع فروخته شود.

4.      بهینه‌سازی عملیات مختلف کشاورزی مانند برداشت محصول

5.     سودآوری بالا حتی با قیمت پایین شکر

با این حال،  این مدل برزیلی فقط به فرایند ادغام تولید شکر و اتانول محدود نمی‌شود و فواید آن بسیار فراتر از آن است. در واقع مدل برزیلی مجموعه‌ای از استراتژی‌هایی است که تمامی مراحل تولید، مخلوط کردن با سوخت و مصرف نهایی را شامل می‌شود. به طوری که دارای انعطاف‌پذیری ذاتی نسبت به ذی‌نفعان اصلی مانند کشاورزان، صاحبان کارخانه، شرکت نفت Petrobras، دولت برزیل و مصرف‌کنندگان سوخت، است.

با این حال، مدل برزیلی برخلاف سود قابل‌توجهی که برای مصرف‌کنندگان و صاحبان کارخانه دارد، دارای مشکلاتی در گسترش تولید می‌باشد. به طور کلی در برزیل حدود 25 میلیارد لیتر در سال اتانول تولید می‌شود که بسیاری از مشکلات مربوط به عدم توانایی تولید بیواتانول ‌سوختی بدون تولید شکر اضافی است. در این خصوص، انتظار می‌رفت که شرکت‌های بزرگ نفتی مانند British Petroleum (BP)، Shell و Petrobras با ورود و به دست آوردن بخش صنعت قند و اتانول در برزیل، آن‌ها را به کارخانه‌های اختصاصی تولید انرژی و مواد شیمیایی با روش‌های جدیدتر تبدیل کنند؛ اما متأسفانه این شرکت‌ها هیچ نوآوری در این زمینه نداشتند و با همان الگوی برزیلی به تولید خود ادامه دادند.

همانگونه که ذکر گردید مدل فعلی مورد استفاده در برزیل مانع از گسترش تولید اتانول می‌شود. در مدل برزیلی، شکر به عنوان اصلی‌ترین محصول و اتانول و برق به عنوان محصولات جانبی در نظر گرفته می‌شود. اکثر کارخانجات تولید انرژی که به تولید اتانول و برق اختصاص داده شده است، به دلیل حاشیه سود پایین‌تر نسبت به شکر، بازده اقتصادی کمتری داشتند و شکست خورده‌اند. به همین دلیل امروزه اکثر کارخانجات، شکر و اتانول تولید می‌کنند..

 هر واحد تولیدی در مدل فعلی شامل یک کارخانه و یک مزرعه نیشکر در اطراف آن می‌باشد. برای مثال بزرگ‌ترین کارخانه در برزیل، تقریباً 8 میلیون تن نیشکر در 100000 هکتار مزرعه کشت می‌کند. اما با این حال کل اتانول تولیدی توسط بزرگ‌ترین تولیدکننده در برزیل که روزانه حدود 22400 بشکه می‌باشد، فقط به میزان 5.6 درصد نفت پالایش شده توسط پالایشگاه Paulínia است. بنابراین مدل جدیدی که در این کشور توسعه می‌یابد، می‌بایست خصوصیات و نوآوری‌هایی از قبیل موارد زیر داشته باشد:

1.       استفاده از ماده اولیه جدید با تمرکز بر تولید انرژی به جای شکر

2.      استفاده کمتر از مواد شیمیایی کشاورزی از طریق توسعه فناوری‌های بیولوژیکی

3.     ماشین‌آلات کشاورزی جدید با هزینه، وزن و تلفات کمتر و هم‌چنین ظرفیت عملیاتی بالاتر

4.      حفاظت از منابع آب و محیط‌زیست

گروه‌های تحقیقاتی متعددی مانند CTBE به دنبال راهکارهای جدید هستند که در آینده‌ای نزدیک جهت حل مشکلات ناشی از گسترش استفاده از بیو‌اتانول و سایر مشکلات زیست‌محیطی،  به‌کارگیری می‌شوند. علاوه بر مدل‌های جدید، الگوهای قدیمی نیز باید با یک رویکرد علمی‌تر و مدل‌های کسب و کار جدید جایگزین شوند.

سیاست سوخت‌های زیستی در اسپانیا

دستورالعمل انرژی‌های تجدید پذیر اروپا (RED) به قوانین کشور اسپانیا نیز افزوده‌ شده است. با این حال، در ماه ژوئیه سال 2014، کمیسیون اروپا رویه مخالفت‌آمیزی را علیه اسپانیا در خصوص اجرای نامناسب این قانون و معیارهای آن، آغاز کرد. هم‌چنین بخش‌هایی از دستورالعمل کیفیت سوخت (FQD) که مرتبط با سوخت دیزل، بنزین و معیارهای تجدید پذیر بودن می‌باشد نیز وارد قوانین اسپانیا شده است.

برخی از بندهای این دو قانون به شرح زیر می‌باشند:

1.       قانون اقتصاد پایدار 2011/2، که در تاریخ 4 مارس 2011 منتشر شد، در تاریخ 6 مارس 2011 به اجرا گذاشته شد.

2.      دستورالعمل سلطنتی 2011 /1597 تاریخ 4 نوامبر، که معیارهای پایداری برای سوخت‌های زیستی را تعیین می‌کند، در تاریخ 5 نوامبر 2011 منتشر شد. پس از آن اصلاح گردید و از 1 ژانویه 2016، رعایت نمودن معیارهای پایداری برای سوخت‌های زیستی اجباری اعلام شده است.

3.     قانون‌های دیگر جهت تعیین مشخصات و مقدار گوگرد سوخت دیزل و بنزین، درصد مخلوط بیواتانول با بنزین و مواد قابل استفاده جهت افزایش تولید سوخت‌های زیستی نیز به اجرا درآمده است که برخی از آن‌ها با مشکلاتی همراه بوده‌اند.

در سال 2015، تأمین‌کنندگان سوخت موظف به مخلوط کردن (در محتوای انرژی

برچسب:

نظرات