Дослідження Університету Каліфорнії в Ріверсайді (UC Riverside) показало, що збільшення частки етанолу в автомобільному бензині Каліфорнії з 10% до 15% не лише скорочує шкідливі викиди, а й потенційно здешевлює пальне до 20 центів за галон, створюючи новий баланс між екологічною політикою, енергетичною безпекою та підтримкою американських фермерів.

Вплив переходу на бензин E15 у Каліфорнії

• Екологічний ефект
  • Скорочення викидів чадного газу, загальних вуглеводнів та неметанових вуглеводнів.
  • Відчутне зниження викидів твердих частинок та ультрадрібних частинок, які становлять найбільші ризики для здоров’я.
  • Незначна зміна викидів оксидів азоту (NOx), ключового компонента смогу.
• Економіка та споживач
  • Потенційне зниження ціни бензину E15 до 20 центів за галон.
  • Заміщення частини дорожчого пального з сирої нафти дешевшим етанолом з вітчизняної сировини.
• Регулювання та політика
  • Дослідження UC Riverside стало однією з підстав для рішення губернатора Каліфорнії Гевіна Ньюсома дозволити реалізацію E15.
  • Сформовано наукову базу для перегляду так званої «етанолової стінки» у штаті (поточного обмеження на рівні 10%).
• Енергетична безпека та агросектор
  • Етанол здебільшого виробляється з кукурудзи та сої, вирощених у США.
  • Очікуване зростання попиту на біопаливо від каліфорнійського ринку стимулюватиме американських фермерів.
  • Посилення енергетичної безпеки за рахунок зменшення залежності від імпортної нафти.
• Кліматичний вимір
  • Етанол має нижчий вуглецевий слід порівняно зі звичайним бензином.
  • Викиди CO₂ при його спалюванні переважно рециклюють вуглець, поглинений рослинами під час росту.
• Майбутнє транспорту
  • Вищі етанолові суміші розглядаються як частина комплексу низьковуглецевих рішень для транспорту.
  • E15 має співіснувати з електромобілями та іншими чистими технологіями.

Як перевіряли бензин E15

Ключові висновки щодо впливу етанолу на викиди в Каліфорнії отримані в межах дослідження, яке у 2023 році провела команда Центру екологічних досліджень і технологій у транспорті (College of Engineering Center for Environmental Research and Technology, CE-CERT) Університету Каліфорнії в Ріверсайді.

• Керівник дослідження — професор хімічної та екологічної інженерії Георгіос Каравалакіс.
• Випробування проводилися на флоті з 20 легкових автомобілів та легких вантажівок, які репрезентують сучасний автопарк Каліфорнії.
• Автомобілі відбиралися за:
  • обсягами продажів у штаті,
  • різними екологічними стандартами,
  • пробігом та технічними параметрами.
• Паливо для тестів формували з бензину, зібраного:
  • з трьох нафтопереробних заводів Південної Каліфорнії та
  • одного НПЗ у затоці Сан-Франциско,
  • після чого змішували в рівних пропорціях для отримання «середнього» каліфорнійського бензину.
• Тести виконувалися на шасі-диномометрі за федерально затвердженими процедурами.

Такий підхід дозволив максимально наблизити лабораторні умови до реальної експлуатації транспорту на дорогах штату.

Як E15 впливає на викиди

Дослідники порівнювали викиди стандартного бензину з 10% етанолу (E10) з бензином, у якому частка етанолу становила 15% (E15).

• Оксиди азоту (NOx)
  • Зміни викидів NOx виявилися несуттєвими, тобто збільшення частки етанолу не погіршило ситуацію з утворенням приземного озону.
• Чадний газ (CO), загальні та неметанові вуглеводні
  • За використання E15 відбулося зниження викидів CO.
  • Також зафіксовано зменшення загальних вуглеводнів і неметанових вуглеводнів.
• Тверді частинки
  • Найбільш помітний ефект — значне скорочення викидів твердих частинок.
  • Йдеться як про частинки, що формують завислі аерозолі, так і про ультрадрібні частинки, які становлять серйозну загрозу для здоров’я людини.

«Етанол забезпечує набагато чистіше згоряння пального, оскільки містить кисень. Саме тому ми спостерігаємо зменшення викидів твердих частинок та ультрадрібних частинок, тобто дуже малих частинок, які легко вдихаються і можуть проникати дуже глибоко в дихальну систему», — пояснює Георгіос Каравалакіс.

Наукова логіка тут проста: додатковий кисень у складі пального сприяє повнішому згорянню палива, зменшуючи кількість незгорілих фрагментів, що перетворюються на тверді частинки та токсичні вуглеводні.

Як дослідження може змінити правила гри

Протягом тривалого часу Каліфорнія дотримувалася так званої «етанолової стінки» — регуляторного обмеження, яке не дозволяло перевищувати 10% етанолу в бензині.

• Причиною обережності були:
  • хронічні проблеми з забрудненням повітря у Південно-Каліфорнійському повітряному басейні,
  • перевищення федеральних стандартів за смогом і твердими частинками у долині Сан-Хоакін та інших регіонах.
• Дані UC Riverside створюють наукове підґрунтя для перегляду цієї політики.

Саме результати дослідження, завершеного у 2023 році, стали одним з ключових аргументів для схвалення губернатором Гевіном Ньюсомом законодавства, яке дозволяє заправним станціям Каліфорнії реалізовувати суміш бензину з 15% етанолу під час подальших перевірок її відповідності нормам чистого повітря штату.

«Вищі етанолові суміші, як і інші низьковуглецеві та безвуглецеві біопалива, мають бути частиною загального набору рішень для сталого та чистого транспортного сектору, який співіснуватиме з іншими перевіреними чистими технологіями, такими як акумуляторні електромобілі», — наголошує Георгіос Каравалакіс.

Таким чином, дослідження не лише оцінює наслідки конкретної паливної суміші, а й вписує E15 у ширшу стратегію декарбонізації транспорту.

Фінансовий ефект: до 20 центів економії на галоні

Окреме дослідження, проведене фахівцями Університету Каліфорнії в Берклі та Військово-морської академії США, показало: перехід на бензин E15 може знизити роздрібну ціну на галон до 20 центів.

• Економіка використання палвної суміші:
  • етанол, вироблений переважно з кукурудзи та сої, вирощених у США,
  • є дешевшим за бензин, отриманий із сирої нафти,
  • збільшення частки етанолу зменшує частку дорожчого нафтового компоненту в кожному галоні пального.

Отже, споживачі отримують подвійний дивіденд: з одного боку — чистіше повітря, з іншого — потенційно нижчу ціну на паливо.

«Йдеться не лише про споживача, а й про промисловість. Ми говоримо про біопаливо, яке виробляється всередині країни американськими фермерами, і тепер їм доведеться виробляти більше, аби задовольнити потреби Каліфорнії. Така практика також сприятиме енергетичній безпеці», — підкреслює Георгіос Каравалакіс.

Підтримка американських фермерів та енергетична безпека

Оскільки етанол є відновлюваним паливом, яке здебільшого виробляється з внутрішніх аграрних ресурсів, розширення його використання має низку додаткових ефектів:

• Підтримка агросектору США
  • зростання попиту на етанол стимулює виробництво кукурудзи та целюлозної біомаси всередині країни;
  • виникають додаткові можливості для фермерів та переробної промисловості.
• Посилення енергетичної безпеки
  • заміщення частини імпортної нафти вітчизняним біопаливом зменшує вразливість до коливань світових цін на нафту;
  • створюється стабільніша та більш диверсифікована паливна база.

Кліматичні переваги етанолу

Окремий вимір — вуглецевий баланс. Етанол має нижчий вуглецевий слід порівняно з традиційним бензином, оскільки:

• зазвичай виробляється з кукурудзи або целюлозної біомаси;
• під час росту рослини поглинають CO₂ з атмосфери;
• при спалюванні етанолу в двигуні цей CO₂ повертається в атмосферу, але не додає нового викопного вуглецю;
• таким чином відбувається рециклінг вуглецю, а не його постійне накопичення в атмосфері.

Це робить E15 важливим елементом у стратегії поступового скорочення викидів парникових газів у транспорті, особливо в перехідний період, коли автопарк ще значною мірою складається з машин з двигунами внутрішнього згоряння.

Де вже працює E15

Хоча Каліфорнія досі обмежувалася 10% вмістом етанолу в бензині, на федеральному рівні ситуація інша.

• Агентство з охорони довкілля США (EPA) дозволяє використовувати E15:
  • у всіх автомобілях 2001 року випуску та новіших.
• Суміш E15 вже:
  • продається у 31 штаті США,
  • доступна на понад 3 000 автозаправних станцій.

Отже, Каліфорнія фактично наздоганяє загальнонаціональний тренд, але робить це з особливим акцентом на відповідність жорстким стандартам якості повітря.

Команда UC Riverside наголошує, що їхнє дослідження може забезпечити регуляторів необхідними даними для ширшого впровадження E15 у штаті, де до екологічних показників висувають особливо суворі вимоги.

Наукове оформлення результатів

Результати роботи опубліковані в науковому журналі Fuel у статті під назвою «Expanding the ethanol blend wall in California: Emissions comparison» («Розширення етанолової стінки в Каліфорнії: порівняння викидів»).

«Ми спостерігаємо зростання інтересу до розширення використання низьковуглецевих палив у Каліфорнії. Це дослідження показує, що такі кроки можуть принести реальні переваги з точки зору викидів — не лише в теорії, а й безпосередньо на дорозі», — резюмує Георгіос Каравалакіс.

Таким чином, результати UC Riverside виконують подвійну функцію: вони підтверджують екологічні та економічні переваги E15 і водночас надають аргументи для оновлення регуляторної бази в одному з найамбітніших з погляду кліматичної політики регіонів світу.

Джерело: Terminal

За матеріалами: University of California