Nebraska produsert 1.81 milliarder bushels for korn i 2019. 790 millioner bushels går til etanol produksjon. Foto: F. John Hay

Korn Korn som et Etanol Råstoff

Innledning
Mais (Zea Mays) er en populær råstoff for etanol produksjonen i Usa på grunn av sin overflod og relativ enkel konvertering til ethyl alkohol (etanol). Korn og andre høy stivelse korn har blitt omdannet til etanol for tusenvis av år, men bare i det siste århundret har sin bruk som drivstoff sterkt utvidet., Konvertering omfatter sliping, matlaging med enzymer, gjæring med gjær, destillasjon for å fjerne vann. For fuel ethanol to flere trinn er inkludert; molekylær sil for å fjerne den siste av vann og denaturing å lage etanol udrikkelig.

Gjeldende Potensial for Bruk som Biodrivstoff

Korn korn gjør en god biodrivstoff råstoff på grunn av sitt innhold av stivelse og relativ enkel konvertering til etanol. Infrastruktur til å plante, høste og store korn i store mengder fordeler mais etanol industri., I motsetning til sukkerrør hvor presset sukker vann kan være direkte gjæret, maisstivelse må kokes med alfa og gluco-amylase enzymer for å konvertere stivelse til enkle sukkerarter. Cellulosic feedstocks er enda mer gjenstridige, og krever tid og energi til å konvertere til enkle sukkerarter.
Under fornybare drivstoff standard satt av kongressen i 2007 (RFS-2) grain based ethanol kan gjøre opptil 15 milliarder liter i 36 milliarder gallon per år. Etanol produksjonskapasitet er 14.7 milliarder liter i 2015, opp fra 10,6 milliarder liter per år i 2009 (eia.gov).
kornproduksjon i USA, nådd record highs i 2014 med 14.2 milliarder bushels (Nasjonale Ag Statistikk Service). Ved hjelp av en mais til etanol konvertering av 2,8 liter etanol fra a bushel for mais totale AMERIKANSKE produksjon av korn kunne produsere om lag 38 milliarder liter etanol som ville gi omtrent 26% av våre 137 milliarder gallon per år bensin forbruk (Energy Information Administration). Ved hjelp av alle våre mais for etanol er ikke realistisk, og har ikke vært foreslått. Lager 15 milliarder liter under RFS-2 ville kreve 5,4 milliarder skjepper eller ca 39% av vår 2015 corn crop., En tredel av kornet inn i en etanol biorefinery vil forlate som distillers grains som kan brukes til å erstatte korn i storfe, svin og fjørfe dietter. Dette erstatning av korn med distillers grains ville endre tallene. Det ville kreve 27% av vår 2015 corn crop. Med en jevn økning i rentene i USA har potensial til å øke mais etanol produksjon, uten å utvide til nye dekar.
Biologi og Tilpasning
Mais (Zea Mays) oppsto i Sentral-Amerika med første temming-prosessen påstått å være i Tehuacan Valley of Mexico., Sprer seg over hele det Nord-Amerikanske kontinentet mais ble en viktig beskjære for tidlig Amerikanere. På sitt høydepunkt i 1917, 111 millioner dekar av korn var plantet i USA i Dag mais er plantet i mange deler av verden og på tvers av mange stater i USA fra Sør-Nord-Dakota til Texas og Øst til New York. Mais er godt tilpasset å vokse i temperaturer mellom 50 og 86 grader Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). For å produsere korn, mais vil bruke ca 22 inches av vann som krever 12 til 20 inches av regn eller vanning i løpet av vekstsesongen., Mange deler av den øvre Midtvesten er godt egnet til å dyrke korn, og dette området er noen ganger referert til som mais-belte.
Produksjon og Agronomic Informasjon
Korn i øvre Midtvesten er fordelt mellom Mars og Mai og slaktet mellom September og November i de fleste år. Et flertall av korn sådd i dag har genetisk resistens mot ugressmidler og noen insekter disse trekkene aids produsenter i kontroll av ugress og insekter. I ætt motstand genetikk er et resultat av genteknologi og planteforedling. Mye av kornet-belte roterer kornproduksjon med soyabønner eller hvete., Disse rotasjoner bryte ugress og insekter sykluser og redusere kostnadene i produksjonen. Mais svarer best til svært fruktbar jord med supplerende gjødsel brukes i de fleste år. Gjødsel kan være uorganisk kjemisk gjødsel eller husdyrgjødsel. Viktigste næringsstoffene som kreves av mais er nitrogen, fosfor og kalium. Uorganisk nitrogen gjødsel produksjon er svært energiintensive og som et resultat av nitrogen gjødsel utgjør nesten 30% av energi-innganger i kornproduksjon (BESS 2009). Andre store innganger inkluderer vanning og korn tørking., Mindre, men likevel betydelige energi-input til kornproduksjon er diesel som drivstoff til traktorer, transport, harvest, og pest management kjemikalier og program.
Potensiell Avkastning
Gjennomsnittlig mais avkastning nasjonalt var 167.5 bushels per acre i 2015. Mais avkastning har økt med ca 2 bushels per acre per år siden 1940 (NASS 2009). Denne økningen vil trolig fortsette inn i fremtiden med noen mennesker å forutsi yield trend å øke i et større pris på grunn av bioteknologi og går videre i avl. Etanol avkastning per dekar ville være 462 liter per dekar fra 165 skjepper korn., En acre av sukkerrør kan produsere omtrentlig 35 tonns kapasitet, eller om 560 liter etanol (Hofstrand, 2009).
Produksjon Utfordringer
kornproduksjon er velsignet med nesten 100 år av infrastruktur som bygger opp og forskning. Produsentene har stor kunnskap og erfaring voksende korn. Denne infrastrukturen og dyrker kunnskap gjør mais en naturlig beskjære for utvidet bruker som etanol. Likevel, høye produksjonskostnader og høye innganger gjøre mais en veldig intensiv avling. Andre bioenergi avlinger kan være mindre intensiv krever færre innganger., Kostnadene versus resultat pr. acre må være forhold som økonomi er en viktig driver i beslutningen som beskjære er best. Voksende en annen avling på en tomt der mais kan dyrkes har risikoen kjent som muligheten kostnader. Risiko kan omfatte; en ny beskjæring system, ingen fangst, transport eller lagring infrastruktur og heller ingen varemarkedet å falle tilbake på hvis biodrivstoff markedet svikter.
Estimerte produksjonskostnader
produksjonskostnader varierer mye, avhengig av jordbearbeiding, vanning, gi mål (jord fruktbarhet), sprøyting planlegge eller frø utvalget, og rotasjon., Et eksempel korn budsjett med rainfed, ikke-till, biotech frø, korn soyabønner rotasjon, og 125 skjeppe avkastning mål vil omfatte: Spray, Anlegg, Spray Spray Spray, Harvest, Handlevogn, Lastebil, og Tørre Korn som virksomhet for en total kostnad på $211 per acre hvis overhead (beskjære forsikring, land, avgifter, osv.) er inkludert i den totale er $483 per acre. Produksjonskostnadene øke til over $900 på vannes felt med kontinuerlig mais (Klein og Wilson, 2015).
Miljø-og bærekraftspørsmål
livssyklusanalyse (LCA) for produksjon av etanol fra mais korn har gitt en netto energi-forhold på 1,2 til 1.,45 (Liska et. al. 2009). Dette representerer bare en 20 til 45% positiv energibalanse ved produksjon av etanol fra mais. Dette tallet har vært kritikk av mais etanol på grunn av den store mengden av fossil energi som brukes til å produsere etanol. En USDA Studie publisert i 2016 rapporter økt effektivitet på etanol fasiliteter har ført til fossil energi forholdstall nasjonalt på 2.0 til 1, og med enkelte fasiliteter med forholdstall så høyt som 4.0-til-1., (2015 energibalanse For Corn Ethanol Industry)
kornproduksjon er svært intensiv rad planteproduksjon, inkludert bruk av store mengder gjødsel og plantevernmidler. Over mange år noen vannforekomster har blitt forurenset med jord, næringsstoff og plantevernmiddel avrenning fra jordbruksområder. Økningen i ikke-till og redusert jordbearbeiding praksis har redusert jorderosjon og senere næringsstoff og plantevernmiddel avrenning og trenden for bedre bevaring på disse dekar fortsetter., I dag er mais produsenter er å produsere mer korn på mindre dekar med bedre bevaring teknikker enn forrige generasjon.

Biodrivstoff Energi Systemer Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, En Modell for Life-Cycle Energy & Utslipp Analyse av Korn-Etanol Biodiesel Produksjon Systemer, University of Nebraska-Lincoln
Bromberg L. og Cohn D. R.,, 2008, Effektiv Oktan og Effektivitet Fordelene med Direkte Injeksjon Alkohol Motorer, MIT Laboratorium 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 Mais og Soyabønner Produksjon, MCSP Publikasjoner Champaign IL
Hofstrand D., 2009, Brasil ‘ s Etanol Industri, Ag beslutningstaker, Iowa State University, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R.N., og Wilson R. K.,, 2010, Beskjære Budsjetter Nebraska 2010, University of Nebraska – Lincoln Extension, EF 872, januar
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., Eriksen G. E., Cassman K. G., 2009, Forbedringer i livssyklusen energieffektivitet og klimagassutslipp av Korn-Etanol, Journal of Industrial Ecology, 13, 58-74
Nasjonale Landbruk Statistikk Service (NASS), http://www.nass.usda.gov
Fornybare Drivstoff Association, http://www.ethanolrfa.org
Smith J. L. og Arbeider J. P., 2004, Alkohol for motordrivstoff, Gård og Ranch-Serien Utstyr ingen. 5.010,