Целлюлозный этанол — биотопливо второго поколения, которое производится путем переработки растительности, непригодной для употребления человеком, в этиловый спирт (этанол). Если для производства биотоплива первого поколения используется съедобное сырье, например кукуруза, то целлюлозный этанол может быть произведен из такого сырья, как древесина, трава или несъедобные части растений. Все виды биотоплива являются возобновляемыми, но целлюлозный этанол оказывает меньшее влияние на пищевую цепочку, чем биотопливо первого поколения, поскольку его можно производить из отходов сельскохозяйственного производства или из энергетических культур, выращенных на землях, которые лишь в незначительной степени пригодны для производства продуктов питания. Однако степень преобразования сырья в конечный продукт у целлюлозного этанола ниже, чем у биотоплива первого поколения, и без усовершенствования технологии производства будущее целлюлозного этанола может быть скорее в качестве добавки к топливу, чем в качестве замены нефти.
Использование обычного сырья в качестве основного компонента биотоплива первого поколения вызвало дискуссию на тему «еда против топлива», которая поставила под сомнение ценность биотоплива первого поколения как экологически чистой альтернативы нефти. Утверждалось, что отвлечение пахотных земель и сырья из пищевой цепи человека приведет к тому, что производство биотоплива напрямую повлияет на цены на продукты питания для потребителей. Критики биотоплива утверждали, что по мере роста спроса на сырье фермеры будут продавать урожай не традиционным покупателям, а более высокооплачиваемым производителям биотоплива, что приведет к дефициту продовольствия и быстрому росту цен. Хотя после внедрения биотоплива первого поколения действительно наблюдался глобальный рост цен на продовольствие и его нехватка, особенно в 2007 и 2008 годах, сторонники утверждают, что это объясняется ростом цен на нефть, а не производством биотоплива. В ходе этих дебатов в 2006 году появился целлюлозный этанол как альтернатива этанолу первого поколения, поскольку для его производства можно использовать отходы и непищевые растения, выращенные на менее качественных землях. Многие из энергетических культур также требуют меньше удобрений, чем пищевые культуры, используемые для производства этанола первого поколения.
Поскольку очень немногие страны, такие как Бразилия, обладают географическими и климатическими условиями для производства целлюлозного этанола в достаточном количестве, чтобы полностью перейти с нефти на биотопливо, многие страны предпочитают смешивать нефть с целлюлозным этанолом. В большинстве случаев доля целлюлозного этанола в смеси составляет 5-10 процентов, поэтому его можно использовать в современных автомобилях без модификации двигателя.
Целлюлозный этанол производится из лигноцеллюлозной биомассы, которая в основном состоит из целлюлозы и лигнина, содержащихся в сухой растительной массе. Лигноцеллюлозную биомассу можно разделить на первичную биомассу из естественных растений, отходы биомассы из побочных продуктов промышленности и сельского хозяйства, а также энергетические культуры, которые выращиваются специально для производства целлюлозного этанола. Большая часть целлюлозного этанола производится из отходов биомассы, особенно из сахарного тростника, а также из энергетических культур, таких как паслен (Panicum virgatum). Для превращения в биотопливо лигноцеллюлозную биомассу необходимо предварительно обработать, а затем гидролизовать с помощью кислоты или ферментов, чтобы расщепить целлюлозу до простых сахаров. Затем эти сахара подвергаются микробной ферментации для получения этанола, который дистиллируется до чистоты около 95 процентов. Целлюлозный этанол также может быть получен путем газификации, в результате которой образуется газовая смесь, состоящая из водорода, угарного газа и углекислого газа, которая затем ферментируется или химически катализируется в этанол.
Одна из многочисленных проблем, связанных с производством целлюлозного этанола, заключается в том, что коэффициент конверсии ниже, чем у биотоплива первого поколения, а значит, для производства того же объема этанола требуется больше сырья. Ферменты, используемые для гидролиза, также дороги и являются одним из основных факторов, ограничивающих экономическую эффективность технологии. Для повышения эффективности этого этапа процесса ведутся исследования альтернативных методов преобразования, модифицированных ферментов и новых энергетических культур.
Целлюлозный этанол продолжает пользоваться политической популярностью во многих странах мира, включая США, Бразилию и Европейский союз, и преподносится как возможное решение проблемы энергетической независимости, а также как метод повторного использования некоторых отходов. В некоторых странах, в том числе в США, действует законодательство, обязывающее производителей топлива добавлять в свою продукцию определенный процент биотоплива. Такое законодательство является одним из основных факторов роста рынка, что делает технологию уязвимой перед экономическим спадом или колебаниями в законодательстве, которые могут серьезно повлиять на ее будущее. Биотопливо также является сильно субсидируемым источником энергии и, скорее всего, не сможет конкурировать на современном рынке без государственных субсидий. Хотя не исключено, что стоимость производства целлюлозного биотоплива однажды станет ниже стоимости производства нефти, для такого изменения потребуется резкий рост цен на ископаемое топливо, а также снижение стоимости производства. В настоящее время смешиваемое топливо, скорее всего, будет реальным долгосрочным решением и наиболее жизнеспособным применением целлюлозного этанола.
