Nebraska producerede 1.81 milliarder bushels majs i 2019. 790 millioner bushels går til ethanolproduktion. Foto Venligst udlånt af F. John Hay

majskorn som et Ethanol råmateriale

introduktion
majs (Cornea Mays) er et populært råmateriale til ethanolproduktion i USA på grund af dets overflod og relative lethed ved omdannelse til ethylalkohol (ethanol). Majs og andre højstivelseskorn er blevet omdannet til ethanol i tusinder af år, men kun i det forrige århundrede har dets anvendelse som brændstof kraftigt udvidet., Konvertering omfatter slibning, madlavning med en .ymer, gæring med gær, destillation for at fjerne vand. For brændstof ethanol yderligere to trin er inkluderet; molekylsigte til at fjerne den sidste af vandet og denaturering at gøre ethanol udrikkeligt.

nuværende potentiale for anvendelse som biobrændstof

majskorn gør et godt biobrændstof råmateriale på grund af dets stivelsesindhold og relativ let omdannelse til ethanol. Infrastruktur til at plante, høste og opbevare majs i massemængder gavner majs ethanol industrien., I modsætning til sukkerrør, hvor presset sukkervand kan gæres direkte, skal majsstivelse koges med alfa-og gluco-amylase en .ymer for at omdanne stivelsen til enkle sukkerarter. Celluloseholdige råmaterialer er endnu mere genstridige og kræver tid og energi til at konvertere til enkle sukkerarter.
under den vedvarende brændstofstandard, der blev fastsat af kongressen i 2007 (RFS-2), kan kornbaseret ethanol udgøre 15 milliarder gallon af de 36 milliarder gallon om året. Ethanol produktionskapacitet er 14,7 milliarder gallon i 2015 op fra 10,6 milliarder gallon om året i 2009 (eia.gov).
majsproduktion i USA, nåede rekordhøjder i 2014 med 14, 2 milliarder bushels (National Ag Statistics Service). Ved hjælp af en majs til ethanol konvertering af 2,8 liter ethanol fra en skæppe korn samlede AMERIKANSKE produktion af majs kunne producere cirka 38 millioner liter ethanol, hvilket vil give cirka 26% af vores 137 milliarder gallon per år benzin forbrug (Energy Information Administration). Brug af al vores majs til ethanol er ikke realistisk og er ikke blevet foreslået. Oprettelse af 15 milliarder gallons under RFS-2 ville kræve 5.4 milliarder bushels eller omkring 39% af vores 2015 majsafgrøde., En tredjedel af majs ind i et ethanol bioraffinery vil forlade som destillerier korn, som kan bruges til at erstatte majs i kvæg, svin, og fjerkræ kost. Denne udskiftning af majs med destilleri korn ville ændre tallene. Det ville kræve 27% af vores majsafgrøde i 2015. Med en støt stigning i udbyttet USA har potentiale til at øge majs ethanol produktion uden at udvide til nye acres.
Biologi og Tilpasning
Majs (Zea Mays) opstod i Mellemamerika med første domesticering, foregav at være i Tehuacan Valley of Mexico., Spredning i hele det nordamerikanske kontinent blev majs en vigtig afgrøde for tidlige amerikanere. På sit højdepunkt i 1917, 111 millioner hektar majs blev plantet i USA i Dag, majs er plantet i mange dele af verden, og i mange stater i USA fra det Sydlige North Dakota til Texas og Øst til New York. Majs er godt tilpasset til at vokse i temperaturer mellem 50 og 86 grader Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). 22 inches af vand, som kræver 12 til 20 inches af nedbør eller kunstvanding i vækstsæsonen., Mange dele af den øvre Midtvesten er velegnet til at dyrke majs og dette område er undertiden benævnt majs-bælte.
produktion og agronomisk Information
majs i det øvre Midtvesten er podet mellem marts og maj og høstet mellem September og November i de fleste år. Et flertal af majs plantet i dag har genetisk resistens over for herbicider og nogle insekter disse træk aids producenter i kontrol af ukrudt og insekter. I frø resistens genetik er et resultat af genteknologi og planteavl. Meget af majsbæltet roterer majsproduktion med sojabønner eller hvede., Disse rotationer bryder ukrudt og insektcyklusser og reducerer produktionsomkostningerne. Majs reagerer bedst på meget frugtbare jordarter med supplerende gødning anvendt i de fleste år. Gødning kan være uorganisk kemisk gødning eller gødning. Vigtige næringsstoffer, der kræves af majs, er nitrogen, fosfor og kalium. Produktionen af uorganisk kvælstofgødning er meget energiintensiv, og som følge heraf udgør kvælstofgødning næsten 30% af energitilførslerne i majsproduktion (BESS 2009). Andre vigtige input omfatter kunstvanding og Korntørring., Mindre, men stadig betydelig energi input til majs produktion er dieselolie til traktorer, transport, høst, og skadedyrsbekæmpelse kemikalier og anvendelse.
potentielle udbytter
gennemsnitligt majsudbytte nationalt var 167.5 bushels pr. 2 skæpper pr acre om året siden 1940 (NASS 2009). Denne stigning vil sandsynligvis fortsætte ind i fremtiden, hvor nogle mennesker forudsiger, at udbyttetendensen vil stige med en større hastighed på grund af bioteknologi og fremskridt inden for avl. Acre ville være 462 gallon pr. acre fra 165 bushels majs., En acre af sukkerrør kan producere omtrentlige 35 ton udbytte eller omkring 560 gallon ethanol (Hofstrand, 2009).
Produktionsudfordringer
majsproduktion er velsignet med næsten 100 års infrastrukturopbygning og forskning. Producenter har stor viden og erfaring med at dyrke majs. Denne infrastruktur og dyrkerkendskab gør majs til en naturlig afgrøde til udvidede anvendelser såsom ethanol. Alligevel gør høje produktionsomkostninger og høje input majs til en meget intensiv afgrøde. Andre bioenergiafgrøder kan være mindre intensive, hvilket kræver færre input., Acre skal sammenlignes, da økonomi er en vigtig drivkraft i beslutningen om, hvilken afgrøde der er bedst. Dyrkning af en anden afgrøde på en acre, hvor majs kunne dyrkes, har risiko kendt som mulighedsomkostninger. Risici kan omfatte; et nyt beskæringssystem, ingen høst -, transport-eller lagringsinfrastruktur og heller ikke noget råvaremarked at falde tilbage på, hvis biobrændstofmarkedet mislykkes.
anslåede produktionsomkostninger
produktionsomkostninger varierer meget afhængigt af jordbearbejdning, kunstvanding, udbytte mål (jordens frugtbarhed), sprøjtning tidsplan eller frø udvælgelse, og rotation., Et eksempel majs budget med rainfed, no-till, biotek frø, majs, sojabønner rotation, og 125 skæppe udbytte mål omfatter: Spray -, Plante -, Spray, Spray, Spray, Høst, Vogn, Lastbil, og Tørre Korn, som transaktioner til en samlet pris af $211 per hektar, hvis overhead (afgrøde, forsikrings -, jord -, skatter, etc…) er inkluderede i alt er $483 per hektar. Produktionsomkostningerne stiger til over $ 900 på kunstvandede marker med kontinuerlig majs (Klein og 2015ilson, 2015).
miljø-og bæredygtighedsspørgsmål
livscyklusanalyse (LCA) af ethanolproduktion fra majskorn har givet et nettoenergiforhold på 1,2 til 1.,45 (Liska et . al. 2009). Dette repræsenterer kun en 20 Til 45% positiv energibalance, når man producerer ethanol fra majs. Dette tal har været kritik af majs ethanol på grund af den store mængde fossil energi, der anvendes til at producere ethanol. En USDA-undersøgelse, der blev offentliggjort i 2016, rapporterer øget effektivitet ved ethanolfaciliteter, har ført til fossile energiforhold nationalt på 2.0 til 1 og med nogle individuelle faciliteter med forhold så høje som 4.0 til 1., (2015 energibalance for majs Ethanol industrien)
majs produktion er meget intensiv række afgrøde produktion, herunder anvendelse af store mængder af gødning og pesticider. Gennem mange år er nogle vandområder blevet forurenet med jord, næringsstoffer og pesticidafstrømning fra landbrugsområder. Stigningen i No-till og reduceret jordbearbejdningspraksis har reduceret jorderosion og efterfølgende næringsstof – og pesticidafstrømning, og tendensen til bedre bevarelse på disse hektar fortsætter., Dagens majsproducenter producerer mere korn på mindre hektar ved hjælp af bedre bevaringsteknikker end den foregående generation.

Biofuel Energy Systems Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, En Model for Life-Cycle Energy & Emissioner, Analyse af Majs-Ethanol Produktion af Biobrændstoffer Systemer, University of Nebraska-Lincoln
Bromberg L. og Cohn D. R.,, 2008, Effektiv Oktan og Effektivitet Fordele ved Direkte Indsprøjtning af Alkohol Motorer, MIT Laboratory for Energi og Miljø Rapport, LFEE 2008-01 RP
Environmental Protection Agency http://www.EPA.gov
Hoeft R. G., Nafziger E. D., Johnson, R. R., 2000, Aldrich S. R. Moderne Majs og Soja Produktion, MCSP Publikationer Champaign IL
Hofstrand D., 2009, Brasiliens Ethanol-Industrien, Ag beslutningstager, Iowa State University, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R.N., og Wilson R. K.,, 2010, Beskære Budgetterne Nebraska 2010, University of Nebraska – Lincoln Udvidelse, EF-872, januar
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., Erickson, G. E., Cassman K. G., 2009, Forbedringer i Livscyklus Energieffektivitet og reduktion af Emissionerne af Majs-Etanol, Journal of Industrial Ecology, 13, 58-74
Nationale Landbrugs-Statistik Service (NASS), http://www.nass.usda.gov
Vedvarende Brændstof Forening, http://www.ethanolrfa.org
Smith, J. L. og Håndværker J. P., 2004, Alkohol i motorbrændstof, Gård og Ranch-Serien Udstyr nr. 5.010,