Почему мы в основном используем ископаемое топливо вместо более надёжного и более распространённого вида топлива?

Здесь не упомянута не только плотность, но и эффективность двигателя внутреннего сгорания.

Например, почему мы не используем электрические обогреватели для всего дома? Потому что это в 4–10 раз дороже, чем использование какого-либо вида газа.
Электричество «дешёвое» для таких приборов, как компьютер, но оно очень неэффективно с точки зрения затрат, когда речь идёт об охлаждении/обогреве. Поэтому мы обычно используем электричество только для охлаждения, так как горение не охлаждает предметы :).

По большей части основной причиной, по которой мы используем тот или иной источник энергии для какого-либо применения, является то, что он а) дешёвый с учётом стоимости и эффективности используемого двигателя; б) удобный и безопасный с учётом области применения.

Но очень важно учитывать двигатель. Эффективность — это показатель, который говорит о том, что вы вводите 1,00 единицу топлива, а получаете от двигателя только 0,80 или около того единиц работы, которую можно получить из этого топлива. И никто ещё не придумал ничего лучше двигателя внутреннего сгорания для небольших устройств.

Вы вполне можете использовать этанол вместо бензина, и, если не принимать во внимание некоторые довольно незначительные технические моменты, они более или менее взаимозаменяемы.

Проблема заключается в поставках. У нас есть возможность обеспечить надёжные поставки бензина за счёт добычи нефти, для которой создана хорошо развитая инфраструктура производства и переработки.

В контексте топлива «спирт» обычно означает «биоэтанол», получаемый в результате ферментации (или аналогичного промышленного процесса) растительных продуктов. Проблема в том, что это ставит производство топлива в прямую конкуренцию с производством продуктов питания. То же самое относится к «биодизелю» из растительных масел.

Для превращения спирта низкой концентрации, полученного в результате брожения (эквивалентного пиву), в полезное топливо путём дистилляции также требуется энергия.

На что вам действительно стоит обратить внимание, так это на Плотность энергии. Так называемое «ископаемое топливо» имеет очень высокую плотность энергии, что очень важно для автомобильного топлива, поскольку его нужно загружать и возить с собой.

На этой диаграмме топливо представлено в порядке убывания его энергетической плотности:

Итак, главная причина, по которой мы не используем X в качестве топлива, а все так любят бензин и дизельное топливо, заключается в том, что с точки зрения современных технологий они очень эффективны и обладают большой мощностью при небольших размерах. Добавьте к этому тот факт, что их легко хранить и распределять, и вы получите комбинацию, которую очень сложно превзойти.

Хотя плотность энергии является довольно привлекательным свойством бензина и дизельного топлива, она не является основным фактором, определяющим их использование. Вместо этого основным фактором является практичность: они дешевле.

С точки зрения потребителя, мы, как правило, этого не замечаем, поскольку в большинстве мест цены указаны за единицу объёма — столько-то за галлон. Чтобы увидеть «истинную» цену, нужно учесть такие факторы, как плотность энергии и эффективность двигателя. В конечном счёте важна цена в долларах за милю, а не за галлон. Если вы переведёте в другой формат, то увидите, что в США этанол (E85) стабильно на 20 % дороже (в пересчёте на милю).

Но более низкая плотность энергии этанола не отменяет расчётов. Это можно увидеть на примере Бразилии. В Бразилии много автомобилей, работающих на этаноле. В бразильском этаноле нет ничего особенного, что повышало бы его плотность энергии. Главное, что изменилось, — это то, что из-за большого количества плантаций сахарного тростника в Бразилии этанол намного дешевле, чем в других странах. Цена на топливо складывается из себестоимости производства, стоимости транспортировки и местной налоговой политики. То, что является самым дешёвым вариантом в одном месте, не будет самым дешёвым в другом, и люди будут выбирать то, что дешевле всего на их территории.

Если бы стоимость этанола за милю в США или Европе снизилась, то люди и там перешли бы на него — даже если бы им пришлось увеличить объём топливных баков или чаще заправляться. (Об этом свидетельствует переход людей на электромобили, несмотря на сравнительно низкую плотность энергии в аккумуляторах. Электроэнергия намного дешевле бензина и дизельного топлива за милю, поэтому имеет смысл перейти на неё, если вы готовы чаще заправляться.)