إيثانول الذرة

إيثانول الذرة هو إيثانول يُنتج من الكتلة الحيوية للذرة ، وهو المصدر الرئيسي لوقود الإيثانول في الولايات المتحدة ، ويُلزم معيار الوقود المتجدد بخلطه مع البنزين . يُنتج إيثانول الذرة عن طريق تخمير الإيثانول وتقطيره . ويُثار جدل حول ما إذا كان إنتاج واستخدام إيثانول الذرة يُؤدي إلى انبعاثات غازات دفيئة أقل من البنزين. ^{[ 1 ] [ 2 ]} ويُستخدم ما يقرب من 45% من الأراضي الزراعية المخصصة لزراعة الذرة في الولايات المتحدة لإنتاج الإيثانول. ^{[ 3 ]}

منذ عام 2001، ازداد إنتاج الإيثانول من الذرة بأكثر من عدة أضعاف. ^{[ 4 ]} من أصل 9.5 مليار بوشل من الذرة المنتجة في عام 2001، استُخدم 0.71 مليار بوشل لإنتاج الإيثانول. وبالمقارنة مع عام 2018، من أصل 14.62 مليار بوشل من الذرة المنتجة، استُخدم 5.6 مليار بوشل لإنتاج الإيثانول، وفقًا لتقرير وزارة الطاقة الأمريكية . إجمالًا، يُنتج 94% من الإيثانول في الولايات المتحدة من الذرة. ^{[ 5 ]}

يُستخدم إيثانول الذرة حاليًا بشكل أساسي في مزجه مع البنزين لإنتاج مزيجات مثل E10 و E15 و E85 . يُضاف الإيثانول إلى أكثر من 98% من بنزين الولايات المتحدة للحد من تلوث الهواء. ^{[ 5 ]} يُستخدم إيثانول الذرة كمؤكسد عند مزجه مع البنزين. يمكن استخدام E10 وE15 في جميع المحركات دون تعديل. مع ذلك، تتطلب مزيجات مثل E85، ذات المحتوى العالي من الإيثانول، تعديلات كبيرة قبل تشغيل المحرك عليها دون إلحاق الضرر به. ^{[ 6 ]} من بين المركبات التي تستخدم حاليًا وقود E85 ، المعروف أيضًا بالوقود المرن ، فورد فوكس ودودج دورانجو وتويوتا تندرا ، وغيرها.

لا يزال مستقبل استخدام إيثانول الذرة كبديل رئيسي للبنزين غير واضح. لم يُثبت بعد أن إيثانول الذرة فعال من حيث التكلفة مثل البنزين، نظرًا لارتفاع تكلفة إنتاجه مقارنةً بالبنزين. ^{[ 6 ]} يخضع إيثانول الذرة لعملية طحن مطولة قبل استخدامه كوقود. من أبرز عيوبه انخفاض نسبة الطاقة المُستردة إلى الطاقة المُستثمرة ( EROI )، أي الطاقة المُنتجة مقارنةً بالطاقة اللازمة لإنتاجها. فمقارنةً بالنفط، الذي تبلغ نسبة EROI فيه 11:1، فإن نسبة EROI لإيثانول الذرة أقل بكثير، حيث تبلغ 1.5:1، مما يؤدي بدوره إلى انخفاض كفاءة استهلاك الوقود لكل جالون مقارنةً بالبنزين. ^{[ 7 ]} في المستقبل، مع تطور التكنولوجيا وتناقص وفرة النفط، قد تتطلب عملية الطحن طاقة أقل، مما ينتج عنه نسبة EROI أقرب إلى نسبة النفط. مشكلة أخرى خطيرة لاستخدام إيثانول الذرة كبديل للبنزين هي تلف محركات السيارات العادية. يحتوي وقود E10 على 10% من الإيثانول وهو مناسب لمعظم المركبات الموجودة على الطرق اليوم، بينما يحتوي وقود E15 على 15% من الإيثانول وهو ممنوع عادةً في السيارات المصنعة قبل عام 2001. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، ونظرًا للأمل في استبدال البنزين في المستقبل، يتطلب وقود E85 ، الذي يحتوي على 85% من الإيثانول ، تعديلات على المحرك لكي يتمكن من العمل بكفاءة مع كمية كبيرة من الإيثانول لفترة طويلة. لذلك، ستصبح معظم المركبات القديمة والحديثة متقادمة دون إجراء تعديلات مناسبة على المحرك للتعامل مع زيادة التآكل الناتج عن الكمية الكبيرة من الإيثانول . كما أن معظم محطات الوقود لا توفر خدمة التزود بوقود E85. وتشير وزارة الطاقة الأمريكية إلى أن 3355 محطة وقود فقط، من أصل 168000 محطة في جميع أنحاء الولايات المتحدة، توفر خدمة التزود بوقود E85 . ^{[ 8 ]}

إلى جانب دوره كوقود للنقل، يمكن تجفيف الإيثانول المستخلص من الذرة لإنتاج الإيثيلين أو معالجته بشكل مشترك في وحدات التكسير التحفيزي المائع. وقد أظهر تقييم دورة حياة المنتج (من المهد إلى البوابة) لعام 2025 انخفاضًا في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في مسارات إنتاج الإيثيلين الحيوي هذه مقارنةً بإنتاج الإيثيلين من الوقود الأحفوري. ^{[ 9 ]} في هذا المسار، يُجفف الإيثانول تحفيزيًا لإنتاج الإيثيلين، وهو مادة خام أساسية للبولي إيثيلين وأنواع البلاستيك الأخرى. وفي ظل تكوينات معينة، وجدت نماذج دورة الحياة أن الإيثيلين الحيوي المُستخلص من إيثانول الذرة يمكن أن يحقق خفضًا في انبعاثات غازات الاحتباس الحراري يزيد عن 100% مقارنةً بالإيثيلين المُستخلص من الوقود الأحفوري، وذلك بفضل أرصدة المنتجات الثانوية واحتجاز الكربون. ^{[ 10 ]} كما درست الدراسة المعالجة المشتركة للإيثانول مع مواد خام مشتقة من البترول في وحدات التكرير لإنتاج مزيجات بنزين متجددة، ووجدت أن هذا المسار يمكن أن يحقق وفورات كبيرة في غازات الاحتباس الحراري مقارنةً بالتكرير التقليدي. ^{[ 10 ]}

يمكن إنتاج الوقود الحيوي عبر مسارات بيولوجية أو حرارية كيميائية، ويُعدّ الإيثانول الحيوي من أكثرها شيوعًا. ^{[ 11 ]} وقد تضمنت التحديثات الحديثة للمصانع تدابير لتوفير الطاقة، مثل دمج الحرارة، وتحسين كفاءة التقطير، واستخدام إنزيمات متطورة تزيد من معدلات تحويل النشا إلى إيثانول. ^{[ 12 ]} ومن أمثلة هذه التدابير استبدال الغاز الطبيعي بالغاز التخليقي المشتق من الكتلة الحيوية، وتركيب أنظمة توليد مشتركة للحرارة والطاقة، واحتجاز ثاني أكسيد الكربون الناتج عن التخمير أو التقطير. ^{[ 12 ]} يوجد نوعان رئيسيان من إنتاج إيثانول الذرة: الطحن الجاف والطحن الرطب ، ويختلفان في طريقة معالجة الحبوب الأولية والمنتجات الثانوية. ^{[ 13 ]}

يُصنف الإيثانول المُستخلص من الذرة ضمن الجيل الأول من الوقود الحيوي المُنتج من محاصيل غذائية؛ بينما تُستخلص الأجيال اللاحقة من مواد أولية ليغنوسليلوزية أو طحالب. ^{[ 19 ]} يُنتج إيثانول الذرة انبعاثات غازات دفيئة أقل من البنزين ، وهو قابل للتحلل الحيوي بالكامل ، على عكس بعض إضافات الوقود مثل ميثيل ثالثي بوتيل الإيثر (MTBE) . ^{[ 20 ]} مع ذلك، ونظرًا لأن الطاقة اللازمة لتشغيل العديد من مصانع التقطير في الولايات المتحدة تأتي بشكل رئيسي من محطات توليد الطاقة بالفحم ، فقد دار جدل واسع حول استدامة إيثانول الذرة كبديل للوقود الأحفوري . ويتعلق جدل إضافي بالمساحة الشاسعة من الأراضي الصالحة للزراعة المطلوبة للمحاصيل وتأثيرها على إمدادات الحبوب ، فضلًا عن آثار تغيير استخدام الأراضي المباشرة وغير المباشرة . وتشمل القضايا الأخرى التلوث ، واستخدام المياه للري والمعالجة، وتوازن الطاقة ، وكثافة الانبعاثات طوال دورة حياة إنتاج الإيثانول. ^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]}

انبعاثات غازات الاحتباس الحراري

أظهرت العديد من الدراسات الشاملة لدورة حياة المنتج أن إيثانول الذرة يقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من المصدر إلى المستهلك بنسبة تصل إلى 50% مقارنةً بالبنزين. ^{[ 20 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]} وقدّر تحليلٌ لدورة الحياة أُجري عام 2022 بقيادة مختبر أرغون الوطني كثافة الكربون الحالية لإيثانول الذرة في الولايات المتحدة بنحو 52.4 غرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل ميغا جول. وخلصت الدراسة إلى أن الجمع بين تدابير الكفاءة، وتغيير نوع الوقود (مثل استخدام الغاز التخليقي أو الغاز الطبيعي المتجدد بدلاً من الغاز الطبيعي)، واحتجاز الكربون، يمكن أن يقلل كثافة الكربون إلى -18.4 غرام من مكافئ ثاني أكسيد الكربون لكل ميغا جول، بما في ذلك تغيير استخدام الأراضي. ^{[ 12 ]} كما أخذ التحليل في الاعتبار الاعتمادات من المنتجات الثانوية مثل مخلفات تقطير الحبوب المجففة مع المواد الذائبة (DDGS)، والتي تحل محل الأعلاف الحيوانية التقليدية، وبالتالي تقلل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الإجمالية لدورة الحياة. ^{[ 12 ]} ومع ذلك، تشير الأبحاث الحديثة المستندة إلى تحليل البيانات من السنوات الثماني الأولى من تطبيق معيار الوقود المتجدد الأمريكي إلى أن إيثانول الذرة ينتج انبعاثات كربونية أكثر لكل وحدة طاقة من البنزين، عند الأخذ في الاعتبار استخدام الأسمدة وتغيير استخدام الأراضي . ^{[ 34 ]}

تفي أنواع الوقود المخلوطة بالإيثانول المتوفرة حاليًا في السوق - سواء كانت E10 أو E85 - بمعايير انبعاثات العادم الصارمة. ^{[ 20 ]}

الأراضي الزراعية واستخدام الأراضي

من أبرز القضايا الخلافية المتعلقة بإنتاج الإيثانول من الذرة ضرورة تخصيص أراضٍ زراعية لزراعة الذرة لإنتاج الإيثانول، مما يحول دون زراعة الذرة للاستهلاك البشري أو الحيواني . ^{[ 35 ]} في الولايات المتحدة، يُستخدم 40% من المساحة المخصصة لزراعة حبوب الذرة لإنتاج الإيثانول، منها 25% تُحوّل إلى إيثانول بعد احتساب المنتجات الثانوية، ليتبقى 60% فقط من محصول الذرة للاستهلاك البشري أو الحيواني. ^{[ 36 ]}

يُعدّ زراعة الذرة لإنتاج وقود سيارات الاحتراق الداخلي استخدامًا غير فعّال للأراضي. فمحطة الطاقة الشمسية التي تولد الكهرباء لتشغيل سيارة كهربائية ستغطي مسافةً تزيد بنحو 85 ضعفًا عن المسافة التي يغطيها إنتاج الإيثانول من الذرة المزروعة على نفس المساحة. ^{[ 37 ]}

تزعم جمعية الوقود المتجدد (RFA)، وهي جماعة ضغط تمثل صناعة الإيثانول، أن إنتاج الإيثانول يرفع سعر الذرة نتيجةً لزيادة الطلب عليها. وتدّعي الجمعية أن لإنتاج الإيثانول أثراً اقتصادياً إيجابياً على المزارعين الأمريكيين، لكنها لا توضح أثره على المجتمعات الأخرى التي تُعدّ الذرة جزءاً أساسياً من غذائها. ذكرت وثيقة صادرة عن جماعة ضغط تابعة لرابطة الوقود المتجدد (RFA) أنه "في بيان صدر في يناير 2007، صرّح كبير الاقتصاديين في وزارة الزراعة الأمريكية بأنه من المتوقع خفض مدفوعات برنامج دعم المزارع بنحو 6 مليارات دولار أمريكي بسبب ارتفاع قيمة بوشل الذرة. ^{[ 38 ]} وبلغ إنتاج الذرة في عام 2009 أكثر من 13.2 مليار بوشل، وقفز متوسط ​​إنتاجية الفدان إلى أكثر من 165 بوشلًا للفدان. ^{[ 39 ]} وفي الولايات المتحدة، استُخدم 5.05 مليار بوشل من الذرة لإنتاج الإيثانول من أصل 14.99 مليار بوشل تم إنتاجها في عام 2020، وفقًا لبيانات وزارة الزراعة الأمريكية . ^{[ 40 ]} ووفقًا لمركز بيانات الوقود البديل التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، "يبدو أن زيادة إنتاج الإيثانول ناتجة عن زيادة إجمالي إنتاج الذرة وانخفاض طفيف في كمية الذرة المستخدمة كعلف للحيوانات واستخدامات أخرى متبقية." ظلت كمية الذرة المستخدمة لأغراض أخرى، بما في ذلك الاستهلاك البشري، ثابتة نسبيًا من عام لآخر. ^{[ 40 ]} لكن هذا لا ينفي وجود تأثير على الإمدادات الغذائية: فبما أن إنتاج الذرة في الولايات المتحدة قد تضاعف (تقريبًا) بين عامي 1987 و2018، فمن المحتمل أن بعض الأراضي الزراعية التي كانت تُستخدم سابقًا لزراعة محاصيل غذائية أخرى تُستخدم الآن لزراعة الذرة. ومن الممكن أيضًا، أو من المرجح، أن بعض الأراضي الهامشية قد حُوّلت أو أُعيدت إلى الاستخدام الزراعي. وقد يكون لذلك آثار بيئية سلبية.

يمكن استخدام مخلفات إنتاج الغذاء، مثل سيقان الذرة، لإنتاج الإيثانول بدلاً من الذرة المستخدمة في الغذاء. ويُسهم الإيثانول المُستخلص من بنجر السكر، كما هو الحال في أوروبا، أو من قصب السكر في البرازيل، في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة تصل إلى 80% خلال دورة حياة المنتج . ويُعتبر استخدام الكتلة الحيوية السليلوزية لإنتاج الإيثانول من الجيل الثاني من الوقود الحيوي ، والذي يراه البعض حلاً لمعضلة الغذاء مقابل الوقود، ولديه القدرة على خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري خلال دورة حياته بنسبة تصل إلى 86% مقارنةً بالبنزين. ^{[ 20 ]}

• وقود الإيثانول
• وقود الإيثانول في الولايات المتحدة

• هل الطحالب أفضل من الذرة؟ من المتوقع أن تتفوق على مصادر الوقود الحيوي الأخرى ( معهد وورلد ووتش ).
• نهاية الطعام الرخيص. (مقال الغلاف). مجلة الإيكونوميست 2007، 385(8558): 11-12.
• قانون سياسة الطاقة لعام 2005. القانون العام 109-58 لعام 2005 .
• بيمينتل، ديفيد. 2009 إيثانول الذرة كمصدر للطاقة. مجلة هارفارد الدولية 31(2):50–52.
• سكولي، فوغان. 2007 آثار طفرة الوقود الحيوي. بزنس ويك أونلاين: 26-26.
• والتز، إميلي. 2008 ازدهار الإيثانول السليلوزي على الرغم من نماذج الأعمال غير المثبتة. مجلة نيتشر للتكنولوجيا الحيوية 26(1):8–9.
• بديل نشا الذرة
• مارتن، جيريمي. 2017. تزويد مستقبل النقل النظيف بالوقود. اتحاد العلماء المهتمين .