Nebraska 1, 81 milliárd bokor kukoricát termelt 2019-ben. Körülbelül 790 millió bokor megy az etanol termelésére. Fotó jóvoltából F. John Hay

kukorica gabona etanol alapanyagként

Bevezetés
a kukorica (Zea Mays) népszerű alapanyag az etanol előállításához az Egyesült Államokban az etil-alkoholra (etanolra) való áttérés bősége és relatív könnyűsége miatt. A kukoricát és más magas keményítőtartalmú gabonát évezredek óta etanolokká alakítják át, de csak az elmúlt évszázadban bővült jelentősen üzemanyagként való felhasználása., Konverziós tartalmaz, őrlés, főzés, enzimek, erjedést az élesztő, lepárlás, hogy távolítsa el a víz. Az üzemanyag-etanolhoz még két lépés tartozik: molekulaszűrő, amely eltávolítja az utolsó vizet, és denaturálja az etanolt, hogy az elsüllyeszthetetlen legyen.

A jelenlegi bioüzemanyag-Felhasználási lehetőség

a kukoricaszem jó bioüzemanyag-alapanyag a keményítőtartalma és az etanolra való viszonylagos könnyű átállás miatt. A kukorica tömegmennyiségekben történő ültetésére, betakarítására és tárolására szolgáló infrastruktúra előnyös a kukorica-etanol ipar számára., A cukornádtól eltérően, ahol a préselt cukorvíz közvetlenül erjeszthető, a kukoricakeményítőt alfa-és glüko-amiláz enzimekkel kell főzni, hogy a keményítőt egyszerű cukrokká alakítsák. A cellulóz alapanyagai még inkább ellenszenvesek, és időt és energiát igényelnek ahhoz, hogy egyszerű cukrokká váljanak.
a kongresszus által 2007-ben (RFS-2) meghatározott megújuló üzemanyag-szabvány szerint a gabonaalapú etanol évi 36 milliárd gallonból 15 milliárd gallon lehet. Az etanol termelési kapacitása 2015-ben 14, 7 milliárd gallon, a 2009-es évi 10, 6 milliárd gallonról (eia.gov).
kukoricatermesztés az Egyesült Államokban., 2014-ben 14,2 milliárd bushel (National Ag Statistics Service) rekordmagasságot ért el. Használatával a kukorica etanol átalakítás 2,8 liter etanol a véka kukorica teljes AMERIKAI termelés kukorica lehetne előállítani mintegy 38 milliárd gallon etanol, amely biztosítja a mintegy 26% – a, a 137 milliárd gallon / év üzemanyag fogyasztás (Energy information Administration). Az összes kukoricánk etanolra való felhasználása nem reális, és nem javasolták. A 15 milliárd gallon létrehozása az RFS-2 Alatt 5, 4 milliárd véka, vagyis a 2015-ös kukoricatermés körülbelül 39% – A lenne szükség., Az etanolos biofinomítóba kerülő kukorica harmada lepárlóként hagyja el a kukoricát a szarvasmarhák, a sertések és a baromfi étrendjében. A kukorica lepárlókkal való helyettesítése megváltoztatná a számokat. Ehhez a 2015-ös kukoricatermés 27% – ára lenne szükség. A hozamok folyamatos növekedésével az Egyesült Államok növelheti a kukorica etanol termelését anélkül, hogy új hektárra bővülne.
biológia és alkalmazkodás
a kukorica (Zea Mays) Közép-Amerikából származik, az első háziasítás állítólag a Mexikói Tehuacan-völgyben történt., Az észak-amerikai kontinensen a kukorica elterjedése fontos termény lett a korai amerikaiak számára. Az 1917-es csúcspontján 111 millió hektárnyi kukoricát ültettek be az Egyesült Államokban. ma a kukoricát a világ számos részén, az Egyesült Államok számos államában ültetik Dél-Észak-Dakotától Texasig és Kelet – New Yorkig. A kukorica jól alkalmazkodik az 50-86 fokos Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). A gabona előállításához a kukorica körülbelül 22 hüvelyk vizet fog használni, amelyhez 12 nak nek 20 hüvelyk Csapadék vagy öntözés szükséges a vegetációs időszakban., A felső-Középnyugat számos részén jól alkalmazható a kukorica termesztése, és ezt a területet néha kukoricaövnek is nevezik.
Termelési és agronómiai információk
a felső-középnyugati kukoricát március és május között vetik be, és a legtöbb évben szeptember és November között szüretelik. A ma ültetett kukorica nagy része genetikai ellenállással rendelkezik a gyomirtó szerekkel szemben, és egyes rovarok ezek a tulajdonságok segítik a termelőket a gyomok és rovarok elleni védekezésben. A magrezisztenciában a genetika a géntechnológia és a növénynemesítés eredménye. Sok a kukorica-öv forog kukorica termelés szójabab vagy búza., Ezek a forgások megtörik a gyomnövényeket és a rovarokat, és csökkentik a termelési költségeket. A kukorica leginkább a nagyon termékeny talajokra reagál, a legtöbb évben alkalmazott kiegészítő műtrágyával. A műtrágya szervetlen kémiai műtrágya vagy trágya lehet. A kukorica által igényelt legfontosabb tápanyagok a nitrogén, a foszfor és a kálium. A szervetlen nitrogén műtrágyagyártás nagyon energiaigényes, ennek eredményeként a nitrogénműtrágya a kukoricatermelés energiafelhasználásának közel 30% – át teszi ki (BESS 2009). További fontos inputok az öntözés és a gabonaszárítás., A kukoricatermelés kisebb, de még mindig jelentős energiabevitele a traktorok dízelüzemanyaga, a szállítás, a betakarítás, valamint a növényvédelmi vegyszerek és az alkalmazás.
potenciális hozamok
a kukorica átlagos hozama 2015-ben hektáronként 167,5 bokor volt. A kukorica terméshozama 1940 óta évente körülbelül 2 bokorral nőtt hektáronként (NASS 2009). Ez a növekedés valószínűleg a jövőben is folytatódni fog, néhány ember azt jósolja, hogy a biotechnológia és a tenyésztés fejlődése miatt a hozamemelkedés nagyobb ütemben növekszik. Az etanol hektáronkénti hozama hektáronként 462 gallon lenne 165 bokor kukoricából., Egy hektár cukornád körülbelül 35 tonna hozamot vagy körülbelül 560 liter etanolt képes előállítani (Hofstrand, 2009).
Termelési kihívások
a kukoricatermesztés közel 100 éves infrastrukturális Építkezéssel és kutatással áldott meg. A termelők nagy tudással és tapasztalattal rendelkeznek a kukorica termesztésében. Ez az infrastruktúra és a termesztői tudás teszi a kukoricát természetes terménynek a kiterjesztett felhasználásokhoz, például az etanolhoz. A magas termelési költségek és a magas ráfordítások azonban igen intenzív terménygé teszik a kukoricát. Más bioenergia-növények kevésbé intenzívek lehetnek, kevesebb ráfordítást igényelnek., Az hektáronkénti nyereséggel kapcsolatos költségeket össze kell hasonlítani, mivel a közgazdaságtan fontos szerepet játszik abban, hogy melyik termés a legjobb. Egy másik növény termesztése egy hektáron, ahol kukoricát lehet termeszteni, kockázatként ismert, mint lehetőségköltségek. A kockázatok közé tartozhat egy új kitermelési rendszer, nincs betakarítási, szállítási vagy tárolási infrastruktúra, valamint nincs olyan árupiac, amelyre vissza kellene esnie, ha a bioüzemanyag-piac kudarcot vall.
Becsült Termelési Költségek
Termelési költségek eltérőek attól függően, talajművelés, öntözés, hozam cél (talaj termékenység), permetezés menetrend, vagy a vetőmag kiválasztása, valamint a forgatás., Egy példa kukorica költségvetés eső, no-till, biotech mag, kukorica szójabab forgatás, és 125 véka hozam cél magában foglalja: Spray, növény, Spray, Spray, Spray, betakarítás, kosár, teherautó, és száraz gabona műveletek összköltsége $ 211 hektáronként ha overhead (növénybiztosítás, föld, adók, stb…) tartalmazza a teljes $ 483 hektáronként. A termelési költségek több mint 900 dollárra emelkednek a folyamatos kukoricával öntözött területeken (Klein and Wilson, 2015).
környezeti és fenntarthatósági kérdések
az etanol kukoricaszemből történő előállításának életciklus-elemzése (lca) 1,2-1 nettó energiaarányt eredményezett.,45 (Liska et. al. 2009). Ez mindössze 20-45% – os pozitív energiamérleget jelent a kukoricából származó etanol előállítása során. Ez a szám a kukorica-etanol kritikája volt az etanol előállításához használt nagy mennyiségű fosszilis energia miatt. Egy 2016-ban közzétett USDA-tanulmány szerint az etanolüzemekben a hatékonyság növelése nemzeti szinten 2, 0-1-es fosszilis energiahordozók arányához vezetett, egyes egyedi létesítményekkel pedig 4, 0-1-es arányokkal., (2015 Energia-Egyensúly, A Kukorica-Etanol Ipar)
Kukorica termelés rendkívül intenzív sor növénytermesztés, beleértve a használata nagy mennyiségű műtrágya, valamint a növényvédő szerek. Sok éven át néhány víztest talajjal, tápanyaggal és növényvédőszer-lefolyással szennyeződött a mezőgazdasági területekről. A talajeróziót, majd a tápanyag-és növényvédőszer-lefolyást a talajerózió mérsékelte, és ezen a hektáron folytatódik a jobb megőrzés tendenciája., A mai kukoricatermelők több gabonát termelnek kevesebb hektáron, jobb védelmi technikák alkalmazásával, mint az előző generáció.

Biofuel Energy Systems Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, a Model for Life-Cycle Energy & Emission Analysis of Corn-etanol Biofuel Production Systems, University of Nebraska-Lincoln
Bromberg L. and Cohn D. R.,, 2008, effektív oktánszám és hatékonyság előnyei közvetlen befecskendezésű alkohol motorok, MIT Laboratory for Energy and Environment Report, LFEE 2008-01 RP
Environmental Protection Agency, http://www.EPA.gov
Hoeft R. G., Nafziger E. D., Johnson R. R. R., 2000, Aldrich S. R. Modern Corn and Soybean Production, MCSP Publications Champaign IL
Hofstrand D., 2009, Brazil ‘ s Ethanol Industry, AG Decision Maker, Iowa State University, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R. N., and Wilson R. K.,, 2010, Crop Budgets Nebraska 2010, University of Nebraska – Lincoln Extension, EC 872, január
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., Erickson G. E., Cassman K. G., 2009, Improvements in Life Cycle Energy Efficiency and Greenhouse Gas Emissions of Corn-etanol, Journal of Industrial Ecology, 13, 58-74
National Agriculture Statistics Service (nass), http://www.nass.usda.gov
megújuló üzemanyag egyesület, http://www.ethanolrfa.org
Smith J. L. and Workman J. P., 2004, alkohol Motorüzemanyagok, Farm and Ranch Series equipment no. 5.010,