Nebraska a produs 1,81 miliarde de bushels de porumb în 2019. Aproximativ 790 de milioane de bushels merg la producția de etanol. Fotografie prin amabilitatea F. John Hay

cereale de porumb ca materie primă etanol

introducere
porumb (Zea Mays) este o materie primă populară pentru producția de etanol în Statele Unite, datorită abundenței sale și ușurința relativă de conversie la alcool etilic (etanol). Porumb și alte boabe de amidon ridicat au fost transformate în etanol de mii de ani, dar numai în secolul trecut a utilizării sale ca combustibil extins foarte mult., Conversia include măcinarea, gătitul cu enzime, fermentarea cu drojdie, distilarea pentru a îndepărta apa. Pentru etanolul combustibil sunt incluse încă două etape; sită moleculară pentru a îndepărta ultima apă și denaturarea pentru a face etanolul de băut.

potențialul actual de utilizare ca biocombustibil

cerealele de porumb fac o bună materie primă pentru biocombustibili datorită conținutului său de amidon și conversiei relativ ușoare în etanol. Infrastructura de plantare, recoltare și depozitare a porumbului în cantități masive beneficiază industria etanolului de porumb., Spre deosebire de trestia de zahăr în care apa de zahăr stoarsă poate fi fermentată direct, amidonul de porumb trebuie gătit cu enzime alfa și gluco-amilază pentru a transforma amidonul în zaharuri simple. Materiile prime celulozice sunt și mai recalcitrante și necesită timp și energie pentru a se transforma în zaharuri simple.
în conformitate cu standardul de combustibil regenerabil stabilit de Congres în 2007 (RFS-2) etanol pe bază de cereale poate face până 15 miliarde de galoane de 36 miliarde de galoane pe an. Capacitatea de producție a etanolului este de 14,7 miliarde de galoane în 2015, de la 10,6 miliarde de galoane pe an în 2009 (eia.gov).
producția de porumb în SUA, a atins niveluri record în 2014 cu 14, 2 miliarde de bushels (Serviciul Național de Statistică Ag). Folosind un porumb pentru etanol de conversie de 2.8 litri de etanol dintr-o baniță de porumb total SUA producția de porumb poate produce aproximativ 38 de miliarde de galoane de etanol care ar oferi aproximativ 26% din 137 de miliarde de galoane pe an consumul de benzina (Energy Information Administration). Utilizarea tuturor porumbului nostru pentru etanol nu este realistă și nu a fost propusă. Crearea celor 15 miliarde de galoane în cadrul RFS-2 ar necesita 5.4 miliarde de bushels sau aproximativ 39% din cultura noastră de porumb 2015., O treime din porumbul care intră într-o biorafinărie cu etanol va lăsa ca distilatoare boabe care pot fi folosite pentru a înlocui porumbul în dietele de bovine, porcine și păsări de curte. Această înlocuire a porumbului cu boabe distilatoare ar schimba numerele. Ar fi nevoie de 27% din recolta noastră de porumb 2015. Cu o creștere constantă a randamentelor, SUA are potențialul de a crește producția de etanol de porumb fără a se extinde la noi acri.
Biologie și adaptare
porumbul (Zea Mays) își are originea în America Centrală, cu prima domesticire pretinsă a fi în Valea Tehuacan din Mexic., Răspândirea porumbului pe continentul nord-American a devenit o cultură importantă pentru americanii timpurii. La apogeul său în 1917, 111 milioane de acri de porumb au fost plantate în SUA astăzi porumbul este plantat în multe părți ale lumii și în multe state din SUA, de la sudul Dakotei de Nord la Texas și de la est la New York. Porumbul este bine adaptat la creșterea la temperaturi cuprinse între 50 și 86 de grade Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). Pentru a produce cereale, porumb va folosi aproximativ 22 inci de apă care necesită 12-20 inci de precipitații sau irigare în timpul sezonului de creștere., Multe părți din Midwest superioară sunt bine adaptate să crească porumb și această zonă este uneori menționată ca porumb-centura.producția și informații Agronomice porumbul din Midwest-ul superior este însămânțat între martie și mai și recoltat între septembrie și noiembrie în majoritatea anilor. Majoritatea porumbului plantat astăzi are rezistență genetică la erbicide, iar unele insecte aceste trăsături ajută producătorii să controleze buruienile și insectele. În rezistența la semințe, genetica este rezultatul ingineriei genetice și al creșterii plantelor. O mare parte din centura de porumb rotește producția de porumb cu soia sau grâu., Aceste rotații sparg ciclurile de buruieni și insecte și reduc costul de producție. Porumbul răspunde cel mai bine solurilor foarte fertile cu îngrășăminte suplimentare aplicate în majoritatea anilor. Îngrășământul poate fi îngrășământ chimic anorganic sau gunoi de grajd. Nutrienții majori necesari de porumb sunt azotul, fosforul și potasiul. Anorganice de azot producția de îngrășăminte este foarte mari consumatoare de energie și, ca urmare îngrășăminte cu azot reprezintă aproape 30% din intrările de energie în producția de porumb (BESS 2009). Alte intrări majore includ irigarea și uscarea cerealelor., Consumul de energie mai mic, dar încă semnificativ, pentru producția de porumb este combustibilul diesel pentru tractoare, transport, recoltare și produse chimice de gestionare a dăunătorilor și aplicații.randamentul mediu de porumb la nivel național a fost de 167,5 bushels pe acru în 2015. Producția de porumb a crescut cu aproximativ 2 bushels pe acru pe an de la 1940 (NASS 2009). Această creștere va continua probabil în viitor, unii oameni prezicând tendința randamentului de a crește într-un ritm mai mare datorită biotehnologiei și progreselor în reproducere. Randamentul etanolului pe acru ar fi 462 galoane pe acru de la 165 bushels de porumb., Un acru de trestie de zahăr poate produce aproximativ 35 tone randament sau aproximativ 560 galoane de etanol (Hofstrand, 2009).
provocări de producție
producția de porumb este binecuvântat cu aproape 100 de ani de infrastructură build-up și de cercetare. Producătorii au o mare cunoaștere și experiență în cultivarea porumbului. Această infrastructură și cunoștințele cultivatorului fac din porumb o cultură naturală pentru utilizări extinse, cum ar fi etanolul. Cu toate acestea, costurile mari de producție și intrările mari fac din porumb o cultură foarte intensă. Alte culturi de bioenergie pot fi mai puțin intensive, necesitând mai puțini factori de producție., Costurile versus profit pe acru trebuie să fie comparate ca economie sunt un factor major în decizia cu privire la care cultura este cel mai bun. Cultivarea unei alte culturi pe un acru în care ar putea fi cultivat porumb are un risc cunoscut sub numele de costuri de oportunitate. Riscurile pot include: un nou sistem de recoltare, nicio infrastructură de recoltare, transport sau depozitare și, de asemenea, nicio piață de mărfuri pe care să se retragă dacă piața biocombustibililor eșuează.
costurile de producție estimate
costurile de producție variază foarte mult în funcție de lucrare, irigare, obiectivul de randament (fertilitatea solului), programul de pulverizare sau selecția semințelor și rotația., Un exemplu de porumb buget cu neirigat, no-till, biotech semințe, porumb, soia rotație, și 125 obroc randament obiectivul va include: de Pulverizare, de Plante, Spray, Spray, Pulverizare, Recolta, Coș, Camion, și Cereale Uscate și operațiunile pentru un cost total de 211 dolari pe acru dacă aeriene (asigurarea culturilor, terenuri, impozite, etc…) este inclus totalul este de 483 dolari pe acru. Costurile de producție cresc la peste 900 USD pe câmpurile irigate cu porumb continuu (Klein și Wilson, 2015).
Probleme de mediu și durabilitate
analiza ciclului de viață (LCA) a producției de etanol din boabe de porumb a dat un raport energetic net de 1,2 la 1.,45 (Liska et. al. 2009). Aceasta reprezintă doar un echilibru energetic pozitiv de 20 până la 45% atunci când se produce etanol din porumb. Acest număr a fost critica etanolului de porumb din cauza cantității mari de energie fosilă utilizată pentru a produce etanol. Un studiu USDA publicat în 2016 raportează o eficiență crescută la instalațiile de etanol au dus la raporturi de energie fosilă la nivel național la 2.0 la 1 și cu unele instalații individuale cu raporturi de până la 4.0 la 1., (Balanța energetică 2015 pentru industria etanolului de porumb)
producția de porumb este o producție intensivă a culturilor de rând, inclusiv utilizarea unor cantități mari de îngrășăminte și pesticide. De-a lungul multor ani, unele corpuri de apă au devenit contaminate cu sol, nutrienți și scurgeri de pesticide din câmpurile agricole. Creșterea practicilor de prelucrare a solului și reducerea acestora a redus eroziunea solului și, ulterior, scurgerea nutrienților și a pesticidelor, iar tendința de conservare mai bună pe aceste acri continuă., Producătorii de porumb de astăzi produc mai multe cereale pe mai puțin acri folosind tehnici de conservare mai bune decât generația anterioară.

Biofuel Energy Systems Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, Un Model de Ciclu de Viață de Energie & Analiza Emisiilor de Porumb-Etanol Biocombustibil Sisteme de Producție, de la Universitatea din Nebraska-Lincoln
Bromberg L. și D. R. Cohn,, 2008, Eficiente cifră Octanică ridicată și Eficiență Avantaje de Injecție Directă de Alcool Motoare, MIT Laborator pentru Energie și a Raportului de Mediu, LFEE 2008-01 RP
Agenția de Protecție a Mediului, http://www.EPA.gov
Hoeft R. G., Nafziger E. D., Johnson, R. R., 2000, Aldrich S. R. Moderne Producția de Porumb și Soia, MCSP Publicații Champaign IL
Hofstrand D., 2009, Brazilia Etanol Industrie, Ag factor de Decizie, Universitatea de Stat din Iowa, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein, medic rezident, și Wilson R. K.,, 2010, Cultură Bugetele Nebraska 2010, Universitatea din Nebraska – Lincoln Extensie, CE 872, ianuarie
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., G. E. Erickson, Goldinger K. G., 2009, Îmbunătățiri în Ciclul de Viață în Eficiența Energetică și Emisiile de Gaze cu efect de Porumb-Etanol, Revista de Ecologie Industrială, 13, 58-74
National de Statistica Agriculturii Service (NASS), http://www.nass.usda.gov
de Combustibil din surse Regenerabile de Asociere, http://www.ethanolrfa.org
Smith, J. L. și Muncitor J. P., 2004, Alcool pentru Carburanți, Ferme și Ranch Serie de Echipamente nr. 5.010,