Nebraska produceerde in 2019 1,81 miljard bushels maïs. Ongeveer 790 miljoen bushels gaan naar de productie van ethanol. Foto met dank aan F. John Hay

maïskorrel als Ethanol grondstof

Inleiding maïs (Zea Mays) is een populaire grondstof voor de productie van ethanol in de Verenigde Staten vanwege zijn overvloed en relatief gemak van omzetting in ethylalcohol (ethanol). Maïs en andere hoge zetmeelkorrels zijn omgezet in ethanol voor duizenden jaren, maar alleen in de afgelopen eeuw heeft zijn gebruik als brandstof sterk uitgebreid., Conversie omvat malen, koken met enzymen, fermentatie met gist, destillatie om water te verwijderen. Voor brandstof ethanol zijn nog twee stappen opgenomen; moleculaire zeef om het laatste van het water te verwijderen en denaturering om de ethanol ondrinkbaar te maken.

het huidige potentieel voor gebruik als biobrandstof

maïskorrel is een goede grondstof voor biobrandstof vanwege het zetmeelgehalte en de relatief eenvoudige omzetting in ethanol. Infrastructuur voor het planten, oogsten en opslaan van maïs in massa hoeveelheden komt ten goede aan de maïsethanolindustrie., In tegenstelling tot suikerriet waar geperst suikerwater direct kan worden gefermenteerd, moet maïszetmeel worden gekookt met alfa-en gluco-amylase-enzymen om het zetmeel om te zetten in eenvoudige suikers. Cellulosehoudende grondstoffen zijn nog meer recalcitrant en vereisen tijd en energie om te converteren naar eenvoudige suikers.volgens de renewable fuel standard van het Congres in 2007 (RFS-2) kan ethanol op basis van graan 15 miljard gallon van de 36 miljard gallon per jaar uitmaken. De productiecapaciteit van Ethanol is 14,7 miljard gallons in 2015 omhoog van 10,6 miljard gallons per jaar in 2009 (eia.gov).
maïsproductie in de VS, bereikte recordhoogtes in 2014 met 14,2 miljard bushels (National Ag Statistics Service). Met behulp van een maïs naar ethanol conversie van 2,8 gallons van ethanol uit een bushel van maïs totale Amerikaanse productie van maïs zou kunnen produceren ongeveer 38 miljard gallons ethanol die ongeveer 26% van onze 137 miljard gallon per jaar benzine verbruik (Energy Information Administration). Het gebruik van al onze maïs voor ethanol is niet realistisch en is niet voorgesteld. Het creëren van de 15 miljard gallons onder de RFS-2 zou 5,4 miljard bushels of ongeveer 39% van onze 2015 maïs gewas vereisen., Een derde van de maïs die een bio-ethanol bioraffinaderij binnenkomt zal vertrekken als distilleerders granen die kunnen worden gebruikt om maïs te vervangen in runderen, varkens en gevogelte diëten. Deze vervanging van maïs door distilleerderskorrels zou de aantallen veranderen. Het zou 27% van onze 2015 maïs gewas vereisen. Met een gestage toename van de opbrengsten heeft de VS het potentieel om de productie van maïsethanol te verhogen zonder uit te breiden naar nieuwe acres.Biologie en adaptatie maïs (Zea Mays) is ontstaan in Midden-Amerika met als eerste domesticatie de Tehuacan vallei in Mexico., Het verspreiden van maïs over het Noord-Amerikaanse continent werd een belangrijk gewas voor de vroege Amerikanen. Op zijn hoogtepunt in 1917, 111 miljoen hectare maïs werd geplant in de VS vandaag maïs wordt geplant in vele delen van de wereld en in vele staten in de VS van Zuid-North Dakota tot Texas en Oost naar New York. Maïs is goed aangepast aan de teelt bij temperaturen tussen de 50 en 86 graden Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). Om graan te produceren, gebruikt maïs ongeveer 22 centimeter water, wat 12 tot 20 centimeter regen of irrigatie nodig heeft tijdens het groeiseizoen., Veel delen van de upper Midwest zijn goed geschikt om maïs te verbouwen en dit gebied wordt soms aangeduid als de maïsgordel.in het bovenste Midwesten wordt maïs gezaaid tussen maart en mei en in de meeste jaren geoogst tussen September en November. Een meerderheid van de maïs vandaag geplant heeft genetische resistentie tegen herbiciden en sommige insecten deze eigenschappen helpt producenten in de controle van onkruid en insecten. In zaadbestendigheid is de genetica het resultaat van genetische manipulatie en plantenveredeling. Een groot deel van de maïsriem roteert de maïsproductie met sojabonen of tarwe., Deze rotaties breken onkruid – en insectencycli en verlagen de productiekosten. Maïs reageert het beste op zeer vruchtbare grond met aanvullende meststof toegepast in de meeste jaren. Meststof kan anorganische kunstmest of mest zijn. Belangrijke voedingsstoffen die nodig zijn door maïs zijn stikstof, fosfor en kalium. De productie van anorganische stikstofmeststoffen is zeer energie-intensief en vertegenwoordigt daardoor bijna 30% van de energie-input in de maïsproductie (BESS 2009). Andere belangrijke inputs zijn Irrigatie en graan drogen., Kleinere maar nog steeds significante energie-input voor de maïsproductie zijn dieselbrandstof voor tractoren, transport, oogst, en ongediertebestrijding chemicaliën en toepassing.
potentiële opbrengsten
gemiddelde maïsopbrengst nationaal was 167,5 bushels per hectare in 2015. De maïsopbrengst is sinds 1940 met ongeveer 2 bushels per hectare per jaar gestegen (NASS 2009). Deze stijging zal zich waarschijnlijk in de toekomst voortzetten en sommige mensen voorspellen dat de opbrengsttrend door de biotechnologie en de vooruitgang in de fokkerij in een hoger tempo zal toenemen. Ethanol opbrengst per acre zou 462 gallons per acre uit 165 bushels van maïs., Een hectare suikerriet kan ongeveer 35 ton opleveren of ongeveer 560 gallons ethanol (Hofstrand, 2009).
Productieuitdagingen
maïsproductie is gezegend met bijna 100 jaar infrastructuuropbouw en onderzoek. Producenten hebben veel kennis en ervaring met het kweken van maïs. Deze infrastructuur en kweker kennis maakt maïs een natuurlijk gewas voor uitgebreide toepassingen zoals ethanol. Toch maken hoge productiekosten en hoge inputs maïs tot een zeer intensief gewas. Andere bio-energiegewassen kunnen minder intensief zijn en vereisen minder input., De kosten versus de winst per hectare moeten worden vergeleken, omdat de economie een belangrijke drijvende kracht is bij de beslissing over welk gewas het beste is. Het verbouwen van een ander gewas op een hectare waar maïs kan worden geteeld heeft risico bekend als opportunity costs. Risico ‘ s kunnen zijn: een nieuw teeltsysteem, geen oogst -, transport-of opslaginfrastructuur en ook geen grondstoffenmarkt om op terug te vallen als de biobrandstofmarkt faalt.
geraamde productiekosten
productiekosten variëren sterk afhankelijk van grondbewerking, irrigatie, opbrengstdoel (bodemvruchtbaarheid), sproeischema of zaadselectie en rotatie., Een voorbeeld maïs budget met regen, no-till, biotech seed, maïs soja rotatie, en 125 bushel opbrengst doel zou omvatten: Spray, Plant, Spray, Spray, Spray, oogst, kar, vrachtwagen, en droge graan als operaties voor een totale kosten van $211 per acre als overhead (gewasverzekering, land, belastingen, enz…) is opgenomen het totaal is $483 per acre. Productiekosten stijgen naar meer dan $900 op geïrrigeerde velden met continue maïs (Klein and Wilson, 2015).de levenscyclusanalyse (LCA) van de ethanolproductie uit maïskorrel heeft een netto-energieverhouding van 1,2 op 1 opgeleverd.,45 (Liska et. al. 2009). Dit vertegenwoordigt slechts een 20 tot 45% positieve energiebalans bij de productie van ethanol uit maïs. Dit aantal is de kritiek op maïsethanol vanwege de grote hoeveelheid fossiele energie die wordt gebruikt om ethanol te produceren geweest. Een USDA-studie gepubliceerd in 2016 rapporten verhoogde efficiëntie op ethanol faciliteiten hebben geleid tot fossiele energie ratio ’s nationaal op 2,0 tot 1 en met sommige individuele faciliteiten met ratio’ s zo hoog als 4,0 tot 1., (2015 energiebalans voor de Maïsethanol-industrie)
de maïsproductie is een zeer intensieve rijgewas-productie, inclusief het gebruik van grote hoeveelheden kunstmest en pesticiden. In de loop van vele jaren zijn sommige waterlichamen verontreinigd met grond, voedingsstoffen en pesticiden die van landbouwvelden afvloeien. De toename van de no-till en de verminderde Grondbewerking heeft de bodemerosie en vervolgens de afvoer van nutriënten en pesticiden verminderd en de trend voor een betere instandhouding van deze acres zet zich voort., De huidige maïsproducenten produceren meer graan op minder hectare met behulp van betere conserveringstechnieken dan de vorige generatie.

Biofuel Energy Systems Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, A Model for Life-Cycle Energy & Emissions Analysis of Corn-Ethanol Biofuel Production Systems, University of Nebraska-Lincoln Bromberg L. en Cohn D. R.,, 2008, Effectieve Octaan en Efficiëntie Voordelen van Directe Injectie Alcohol Motoren, MIT Laboratorium voor Energie en Milieu Rapport, LFEE 2008-01 RP
Environmental Protection Agency, http://www.EPA.gov
Hoeft R. G., Nafziger E. D., R. Johnson, R., 2000, Aldrich S. R. Moderne Maïs en Soja Productie, MCSP Publicaties Champaign IL
Hofstrand D., 2009, Brazilië Ethanol-Industrie, Ag Decision Maker, Iowa State University, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R.N., en Wilson R. K.,, 2010, Gewas Budgetten Nebraska 2010, Universiteit van Nebraska – Lincoln-Extensie, EG 872, januari
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., Erickson G. E., Cassman K. G., 2009, Verbeteringen in de Levenscyclus van de Energie-Efficiëntie van Broeikasgassen en Emissies van Maïs-Ethanol, Journal of Industrial Ecology, 13, 58-74
de Nationale Landbouw-Statistieken-Service (NASS), http://www.nass.usda.gov
Hernieuwbare Brandstof Vereniging, http://www.ethanolrfa.org
Smith J. L. en Werkman J. P., 2004, Alcohol voor motorbrandstoffen, Farm and Ranch Serie Apparatuur niet. 5.010,