le Nebraska a produit 1,81 milliard de boisseaux de maïs en 2019. Environ 790 millions de boisseaux sont destinés à la production d’éthanol. Photo reproduite avec L’aimable autorisation de F. John Hay

Le Grain de maïs comme matière première D’Éthanol

Introduction
Le maïs (Zea Mays) est une matière première populaire pour la production d’éthanol aux États-Unis en raison de son abondance et de sa facilité relative de conversion en alcool éthylique (éthanol). Le maïs et d’autres grains riches en amidon ont été convertis en éthanol pendant des milliers d’années, mais ce n’est qu’au siècle dernier que son utilisation comme carburant a considérablement augmenté., La Conversion comprend le broyage, la cuisson avec des enzymes, la fermentation avec de la levure, la distillation pour éliminer l’eau. Pour l’éthanol de carburant, deux autres étapes sont incluses; tamis moléculaire pour éliminer le dernier de l’eau et dénaturation pour rendre l’éthanol Impropre à la consommation.

potentiel actuel d’utilisation comme biocarburant

le grain de maïs constitue une bonne matière première de biocarburant en raison de sa teneur en amidon et de sa conversion relativement facile en éthanol. L’Infrastructure pour planter, récolter et stocker le maïs en quantités massives profite à l’industrie de l’éthanol de maïs., Contrairement à la canne à sucre où l’eau sucrée pressée peut être directement fermentée, l’amidon de maïs doit être cuit avec des enzymes alpha et gluco-amylase pour convertir l’amidon en sucres simples. Les matières premières cellulosiques sont encore plus récalcitrantes et nécessitent du temps et de l’énergie pour se convertir en sucres simples.
En vertu de la norme sur les carburants renouvelables fixée par le congrès en 2007 (RFS-2), l’éthanol à base de céréales peut représenter 15 milliards de gallons sur les 36 milliards de gallons par an. La capacité de production d’éthanol est de 14,7 milliards de gallons en 2015, contre 10,6 milliards de gallons par an en 2009 (eia.gov).
La production de maïs aux États-Unis., atteint des records en 2014 avec 14,2 milliards de boisseaux (National Ag Statistics Service). En utilisant une conversion de maïs en éthanol de 2,8 gallons d’éthanol à partir d’un boisseau de maïs, la production totale de maïs aux États-Unis pourrait produire environ 38 milliards de gallons d’éthanol, ce qui fournirait environ 26% de notre consommation d’essence de 137 milliards de gallons par année (Energy Information Administration). L’utilisation de tout notre maïs pour l’éthanol n’est pas réaliste et n’a pas été proposée. La création des 15 milliards de gallons dans le cadre du RFS – 2 nécessiterait 5,4 milliards de boisseaux, soit environ 39% de notre récolte de maïs de 2015., Un tiers du maïs entrant dans une bioraffinerie d’éthanol partira en tant que grains de distillation qui peuvent être utilisés pour remplacer le maïs dans les régimes alimentaires des bovins, des porcs et des volailles. Ce remplacement du maïs par des grains de distillerie changerait les chiffres. Il faudrait 27% de notre récolte de maïs 2015. Avec une augmentation constante des rendements, les États-Unis ont le potentiel d’augmenter la production d’éthanol de maïs sans s’étendre à de nouveaux acres.
biologie et Adaptation
Le maïs (Zea Mays) est originaire d’Amérique centrale et sa première domestication aurait eu lieu dans la vallée de Tehuacan au Mexique., S’étendant sur tout le continent nord-américain, le maïs devint une culture importante pour les premiers Américains. À son apogée en 1917, 111 millions d’acres de maïs ont été plantés aux États-Unis.aujourd’hui, le maïs est planté dans de nombreuses régions du monde et dans de nombreux états des États-Unis, du Sud du Dakota du Nord au Texas et de L’est à New York. Le maïs est bien adapté à la croissance à des températures comprises entre 50 et 86 degrés Fahrenheit (Hoeft et. Al. 2000). Pour produire du grain, le maïs utilisera environ 22 pouces d’eau, ce qui nécessite 12 à 20 pouces de précipitations ou d’irrigation pendant la saison de croissance., De nombreuses parties du Haut Midwest sont bien adaptées à la culture du maïs et cette région est parfois appelée la ceinture de maïs.
Production et information Agronomique
Le maïs du Haut Midwest est ensemencé entre Mars et mai et récolté entre septembre et novembre la plupart des années. La majorité du maïs planté aujourd’hui a une résistance génétique aux herbicides et certains insectes ces caractéristiques aident les producteurs à contrôler les mauvaises herbes et les insectes. Dans la résistance des semences, la génétique est le résultat du génie génétique et de la sélection végétale. Une grande partie de la ceinture de maïs tourne la production de maïs avec du soja ou du blé., Ces rotations brisent les cycles des mauvaises herbes et des insectes et réduisent le coût de production. Le maïs répond mieux aux sols très fertiles avec un engrais supplémentaire appliqué la plupart des années. L’engrais peut être un engrais chimique inorganique ou du fumier. Les principaux nutriments nécessaires au maïs sont l’azote, le phosphore et le potassium. La production d’engrais azotés inorganiques consomme beaucoup d’énergie et, par conséquent, les engrais azotés représentent près de 30% des intrants énergétiques de la production de maïs (BESS, 2009). L’irrigation et le séchage des grains sont d’autres facteurs importants., Le carburant diesel pour les tracteurs, le transport, la récolte et les produits chimiques de lutte antiparasitaire et leur application sont des intrants énergétiques plus petits mais toujours importants pour la production de maïs.
rendements potentiels
Le rendement moyen du maïs à l’échelle nationale était de 167,5 boisseaux par acre en 2015. Le rendement du maïs a augmenté d’environ 2 boisseaux par acre par année depuis 1940 (NASS, 2009). Cette augmentation se poursuivra probablement à l’avenir, certaines personnes prédisant que la tendance au rendement augmentera à un rythme plus élevé en raison de la biotechnologie et des progrès de la sélection. Le rendement en éthanol par acre serait de 462 gallons par acre à partir de 165 boisseaux de maïs., Un acre de canne à sucre peut produire un rendement approximatif de 35 tonnes ou environ 560 gallons d’éthanol (Hofstrand, 2009).
défis de Production
La production de maïs bénéficie de près de 100 ans d’infrastructure et de recherche. Les producteurs ont une grande connaissance et une grande expérience de la culture du maïs. Cette infrastructure et les connaissances des producteurs font du maïs une culture naturelle pour des utilisations élargies telles que l’éthanol. Pourtant, les coûts de production élevés et les intrants élevés font du maïs une culture très intensive. D’autres cultures bioénergétiques peuvent être moins intensives nécessitant moins d’intrants., Les coûts par rapport au profit par acre doivent être comparés car l’économie est un moteur majeur dans la décision quant à la meilleure culture. Cultiver une autre culture sur un acre où le maïs pourrait être cultivé présente un risque connu sous le nom de coûts d’opportunité. Les risques peuvent inclure: un nouveau système de culture, aucune infrastructure de récolte, de transport ou de stockage et également aucun marché de produits de base sur lequel se rabattre si le marché des biocarburants échoue.
coûts de Production estimés
les coûts de Production varient considérablement en fonction du travail du sol, de l’irrigation, de l’objectif de rendement (fertilité du sol), du calendrier de pulvérisation ou de la sélection des semences et de la rotation., Un exemple de budget de maïs avec rainfed, no-till, Biotech seed, maïs soya rotation, et 125 boisseau objectif de rendement comprendrait: pulvérisation, plante, pulvérisation, pulvérisation, pulvérisation, récolte, chariot, camion, et Grain sec comme opérations pour un coût total de 211 per par acre si les frais généraux (assurance récolte, terre, taxes, etc)) est inclus le total est de 483 per par acre. Les coûts de Production augmentent à plus de 900 $sur les champs irrigués avec du maïs continu (Klein et Wilson, 2015).
questions environnementales et de durabilité
l’analyse du cycle de vie (ACV) de la production d’éthanol à partir de grains de maïs a donné un rapport énergétique net de 1,2 pour 1.,45 (Liska et. Al. 2009). Cela ne représente qu’un bilan énergétique positif de 20 à 45% lors de la production d’éthanol à partir de maïs. Ce nombre a été la critique de l’éthanol de maïs en raison de la grande quantité d’énergie fossile utilisée pour produire de l’éthanol. Une étude de L’USDA publiée dans 2016 rapporte que l’efficacité accrue des installations d’éthanol a conduit à des ratios d’énergie fossile à l’échelle nationale à 2.0 pour 1 et avec certaines installations individuelles avec des ratios aussi élevés que 4.0 pour 1., (Bilan énergétique 2015 pour L’industrie de L’Éthanol de maïs)
La production de maïs est une production de culture en rangée très intensive, y compris l’utilisation de grandes quantités d’engrais et de pesticides. Au fil des ans, certains plans d’eau ont été contaminés par le sol, les nutriments et le ruissellement de pesticides des champs agricoles. L’augmentation des pratiques de labour sans labour et de labour réduit a réduit l’érosion des sols et, par la suite, le ruissellement des nutriments et des pesticides, et la tendance à une meilleure conservation de ces acres se poursuit., Les producteurs de maïs d’aujourd’hui produisent plus de céréales sur moins d’acres en utilisant de meilleures techniques de conservation que la génération précédente.

Biocarburants Systèmes d’Énergie Simulateur (BESS), 2008, ver.2008.3.1, Un Modèle de Cycle de Vie de l’Énergie & l’Analyse des Émissions de Maïs-Éthanol à des Systèmes de Production, de l’Université de Nebraska-Lincoln
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