Nebraska produjo 1.81 mil millones de bushels de maíz en 2019. Aproximadamente 790 millones de bushels se destinan a la producción de etanol. Foto Cortesía de F. John Hay

grano de maíz como materia prima de etanol

Introducción
El maíz (Zea Mays) es una materia prima popular para la producción de etanol en los Estados Unidos debido a su abundancia y relativa facilidad de conversión a alcohol etílico (etanol). El maíz y otros granos con alto contenido de almidón se han convertido en etanol durante miles de años, pero solo en el siglo pasado se ha ampliado su uso como combustible., La conversión incluye molienda, cocción con enzimas, fermentación con levadura, destilación para eliminar agua. Para el etanol combustible se incluyen dos pasos más; tamiz molecular para eliminar la última parte del agua y desnaturalización para hacer que el etanol no sea potable.

potencial actual para su uso como biocombustible

El grano de maíz es una buena materia prima de biocombustible debido a su contenido de almidón y su conversión relativamente fácil a etanol. La infraestructura para plantar, cosechar y almacenar maíz en cantidades masivas beneficia a la industria del etanol de maíz., A diferencia de la caña de azúcar, donde el agua de azúcar exprimida puede fermentarse directamente, el almidón de maíz debe cocinarse con enzimas alfa y gluco-amilasa para convertir el almidón en azúcares simples. Las materias primas celulósicas son aún más recalcitrantes y requieren tiempo y energía para convertirse en azúcares simples.bajo el estándar de combustible renovable establecido por el congreso en 2007 (RFS-2) el etanol a base de granos puede constituir 15 mil millones de galones de los 36 mil millones de galones por año. La capacidad de producción de etanol es de 14.7 mil millones de galones en 2015 frente a 10.6 mil millones de galones por año en 2009 (eia.gov).
producción de maíz en los EE.UU., alcanzó máximos históricos en 2014 con 14,2 mil millones de bushels (National Ag Statistics Service). Usando una conversión de maíz a etanol de 2.8 galones de etanol de un bushel de maíz la producción total de maíz en los Estados Unidos podría producir aproximadamente 38 mil millones de galones de etanol, lo que proporcionaría aproximadamente el 26% de nuestros 137 mil millones de galones por año de consumo de gasolina (Energy Information Administration). Usar todo nuestro maíz para etanol no es realista y no se ha propuesto. Crear los 15 mil millones de galones bajo el RFS-2 requeriría 5.4 mil millones de bushels o aproximadamente el 39% de nuestra cosecha de maíz de 2015., Un tercio del maíz que entra en una biorrefinería de etanol saldrá como granos destiladores que se pueden usar para reemplazar el maíz en las dietas de ganado, cerdos y aves de corral. Este reemplazo del maíz por granos de destiladores cambiaría los números. Requeriría el 27% de nuestra cosecha de maíz de 2015. Con un aumento constante en los rendimientos de los EE.UU. tiene el potencial de aumentar la producción de etanol de maíz sin expandirse a nuevos acres.
Biología y adaptación
El maíz (Zea Mays) se originó en América Central con la primera domesticación supuestamente en el Valle de Tehuacán de México., Extendiéndose por todo el continente norteamericano, el maíz se convirtió en un cultivo importante para los primeros estadounidenses. En su apogeo en 1917, se plantaron 111 millones de acres de maíz en Estados Unidos.hoy en día, el maíz se siembra en muchas partes del mundo y en muchos estados de Estados Unidos, desde el sur de Dakota del Norte hasta Texas y el Este hasta Nueva York. El maíz está bien adaptado para crecer en temperaturas entre 50 y 86 grados Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). Para producir grano, el maíz utilizará aproximadamente 22 pulgadas de agua, lo que requiere de 12 a 20 pulgadas de lluvia o riego durante la temporada de crecimiento., Muchas partes del Medio Oeste superior son muy adecuadas para cultivar maíz y esta área a veces se conoce como el cinturón de maíz.
producción e información Agronómica
El maíz en el Medio Oeste superior se siembra entre marzo y mayo y se cosecha entre septiembre y noviembre en la mayoría de los años. La mayoría del maíz plantado hoy en día tiene resistencia genética a los herbicidas y algunos insectos estos rasgos ayudan a los productores a controlar las malas hierbas e insectos. En la resistencia de las semillas la genética es el resultado de la ingeniería genética y el fitomejoramiento. Gran parte del cinturón de maíz rota la producción de maíz con soja o trigo., Estas rotaciones rompen los ciclos de malezas e insectos y reducen el costo de producción. El maíz responde mejor a los suelos altamente fértiles con fertilizante suplementario aplicado en la mayoría de los años. El fertilizante puede ser fertilizante químico inorgánico o estiércol. Los principales nutrientes requeridos por el maíz son nitrógeno, fósforo y potasio. La producción de fertilizantes nitrogenados inorgánicos es muy intensiva en energía y, como resultado, el fertilizante nitrogenado representa casi el 30% de los insumos de energía en la producción de maíz (BESS 2009). Otros insumos importantes son el riego y el secado de granos., El aporte de energía más pequeño pero aún significativo para la producción de maíz es el combustible diesel para tractores, transporte, cosecha y productos químicos y aplicaciones de manejo de plagas.el rendimiento promedio de maíz a nivel nacional fue de 167.5 bushels por acre en 2015. El rendimiento de maíz ha aumentado en aproximadamente 2 bushels por acre por año desde 1940 (NASS 2009). Este aumento probablemente continuará en el futuro y algunas personas predicen que la tendencia del rendimiento aumentará a un ritmo mayor debido a la biotecnología y los avances en el mejoramiento. El rendimiento de etanol por acre sería de 462 galones por acre de 165 bushels de maíz., Un acre de caña de azúcar puede producir un rendimiento aproximado de 35 toneladas o aproximadamente 560 galones de etanol (Hofstrand, 2009).
desafíos de la producción
La producción de maíz está bendecida con casi 100 años de construcción de infraestructura e investigación. Los productores tienen un gran conocimiento y experiencia en el cultivo de maíz. Esta infraestructura y el conocimiento del productor hacen que el maíz sea un cultivo natural para usos expandidos como el etanol. Sin embargo, los altos costos de producción y los altos insumos hacen que el maíz sea un cultivo muy intensivo. Otros cultivos bioenergéticos pueden ser menos intensivos y requerir menos insumos., Los costos versus beneficio por acre deben compararse, ya que la economía es un factor importante en la decisión de qué cultivo es el mejor. Cultivar otro cultivo en un acre donde se podría cultivar maíz tiene un riesgo conocido como costos de oportunidad. Los riesgos pueden incluir: un nuevo sistema de cultivo, ninguna infraestructura de cosecha, transporte o almacenamiento y también ningún mercado de productos básicos al que recurrir si falla el mercado de biocombustibles.
costos de producción estimados
Los costos de producción varían ampliamente dependiendo de la labranza, el riego, el objetivo de rendimiento (fertilidad del suelo), el programa de pulverización o la selección de semillas y la rotación., Un ejemplo de presupuesto de maíz con secano, labranza cero, semillas de biotecnología, rotación de soja de maíz y 125 objetivo de rendimiento de bushel incluiría: Spray, planta, Spray, Spray, Spray, cosecha, carro, camión y grano seco como operaciones por un costo total de 2 211 por acre si los gastos generales (seguro de cultivos, tierra, impuestos, etc.) se incluye el total es de 4 483 por acre. Los costos de producción aumentan a más de 9 900 en campos irrigados con maíz continuo (Klein y Wilson, 2015).el análisis del ciclo de vida (ACV) de la producción de etanol a partir de grano de maíz ha arrojado una relación energética neta de 1.2 A 1.,45 (Liska et. al. 2009). Esto representa solo un balance energético positivo del 20 al 45% cuando se produce etanol a partir de maíz. Este número ha sido la crítica del etanol de maíz debido a la gran cantidad de energía fósil utilizada para producir etanol. Un estudio del USDA publicado en 2016 informa que el aumento de la eficiencia en las instalaciones de etanol ha llevado a proporciones de energía fósil a nivel nacional en 2.0 a 1 y con algunas instalaciones individuales con proporciones tan altas como 4.0 a 1., (2015 Energy Balance For the Corn Ethanol Industry)
La producción de maíz es una producción de cultivos en hilera altamente intensiva que incluye el uso de grandes cantidades de fertilizantes y pesticidas. Durante muchos años, algunas masas de agua se han contaminado con tierra, nutrientes y escorrentía de pesticidas de los campos agrícolas. El aumento de las prácticas de labranza cero y labranza reducida ha reducido la erosión del suelo y, posteriormente, la escorrentía de nutrientes y pesticidas, y la tendencia a una mejor conservación en estos acres continúa., Los productores de maíz de hoy están produciendo más grano en menos acres utilizando mejores técnicas de conservación que la generación anterior.

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