Nebraska producerade 1.81 miljarder bushels av majs i 2019. Cirka 790 miljoner bushels går till etanolproduktion. Foto med tillstånd av F. John Hay

majskorn som en etanol råmaterial

introduktion
majs (Zea Mays) är en populär råvara för etanolproduktion i USA på grund av dess överflöd och relativ enkel omvandling till etylalkohol (etanol). Majs och andra högstärkelsekorn har omvandlats till etanol i tusentals år, men bara under det senaste århundradet har dess användning som bränsle kraftigt expanderat., Omvandling innefattar slipning, matlagning med enzymer, jäsning med jäst, destillation för att avlägsna vatten. För etanol ingår ytterligare två steg: molekylsikt för att avlägsna den sista av vattnet och denaturering för att göra etanolen odrickbar.

nuvarande Användningspotential som biobränsle

majskorn gör ett bra biodrivmedel på grund av dess stärkelsehalt och relativ enkel omvandling till etanol. Infrastruktur för att plantera, skörda och lagra majs i massmängder gynnar majsetanolindustrin., Till skillnad från sockerrör där pressat sockervatten kan direkt fermenteras, måste majsstärkelse kokas med alfa-och gluko-amylasenzymer för att omvandla stärkelsen till enkla sockerarter. Cellulosa råvaror är ännu mer motsträviga och kräver tid och energi för att konvertera till enkla sockerarter.
enligt den förnybara bränslestandarden som kongressen fastställde 2007 (RFS-2) kan spannmålsbaserad etanol utgöra 15 miljarder gallon av 36 miljarder gallon per år. Etanolproduktionskapaciteten är 14,7 miljarder gallon i 2015 upp från 10,6 miljarder gallon per år i 2009 (eia.gov).
majsproduktion i USA, nådde rekordhöjningar 2014 med 14,2 miljarder bushels (National Ag Statistics Service). Med hjälp av en majs till etanol omvandling av 2.8 gallons etanol från en skäppa av majs totala amerikanska produktionen av majs kan producera cirka 38 miljarder gallon etanol som skulle ge cirka 26% av vår 137 miljarder gallon per år bensinförbrukning (Energy Information Administration). Att använda all vår majs för etanol är inte realistiskt och har inte föreslagits. Att skapa 15 miljarder gallon under RFS-2 skulle kräva 5.4 miljarder bushels eller cirka 39% av Vår 2015 majsgrödor., En tredjedel av majsen som kommer in i ett etanolbioraffinaderi kommer att lämna som distillers korn som kan användas för att ersätta majs i nötkreatur, svin och fjäderfädieter. Denna ersättning av majs med distillers korn skulle ändra siffrorna. Det skulle kräva 27% av Vår 2015 majsgrödor. Med en stadig ökning av avkastningen har USA potential att öka majsetanolproduktionen utan att expandera till nya tunnland.
biologi och anpassning
majs (Zea Mays) har sitt ursprung i Centralamerika med första domesticering påstås vara i Tehuacan dalen i Mexiko., Spridning över hela den nordamerikanska kontinenten majs blev en viktig gröda för tidiga amerikaner. På sin topp i 1917, 111 miljoner hektar majs planterades i USA idag majs planteras i många delar av världen och över många stater i USA från södra North Dakota till Texas och österut till New York. Majs är väl anpassad till odling i temperaturer mellan 50 och 86 grader Fahrenheit (Hoeft et. al. 2000). För att producera spannmål, majs kommer att använda ungefär 22 inches av vatten som kräver 12 till 20 inches av regn eller bevattning under växtsäsongen., Många delar av övre Mellanvästern är väl lämpade för att odla majs och detta område kallas ibland majsbältet.
produktion och agronomisk Information
majs i övre Mellanvästern är sådd mellan mars och maj och skördas mellan September och November under de flesta år. En majoritet av majs planterade idag har genetisk resistens mot herbicider och vissa insekter dessa egenskaper hjälper producenter i kontroll av ogräs och insekter. I frömotstånd genetik är ett resultat av genteknik och växtförädling. Mycket av majsbältet roterar majsproduktion med sojabönor eller vete., Dessa rotationer bryter ogräs och insektscykler och minskar produktionskostnaden. Corn svarar bäst på mycket bördiga jordar med kompletterande gödningsmedel som appliceras under de flesta år. Gödselmedel kan vara oorganiskt kemiskt gödningsmedel eller gödsel. Stora näringsämnen som krävs av majs är kväve, fosfor och kalium. Oorganisk kvävegödselproduktion är mycket energiintensiv och som ett resultat utgör kvävegödsel nästan 30% av energitillförseln i majsproduktionen (BESS 2009). Andra viktiga ingångar inkluderar bevattning och korntorkning., Mindre men fortfarande betydande energitillförsel till majsproduktion är dieselbränsle för traktorer, Transport, skörd och pest management kemikalier och tillämpning.
potentiella utbyten
Genomsnittlig majs avkastning nationellt var 167,5 bushels per hektar i 2015. Majsutbytet har ökat med cirka 2 bushels per hektar per år sedan 1940 (NASS 2009). Denna ökning kommer sannolikt att fortsätta in i framtiden med vissa människor som förutspår avkastningstendensen att öka i högre takt på grund av bioteknik och framsteg inom avel. Etanol utbyte per hektar skulle vara 462 gallon per hektar från 165 bushels av majs., En tunnland sockerrör kan producera ungefärligt 35 ton utbyte eller ca 560 gallon etanol (Hofstrand, 2009).
Produktionsutmaningar
majsproduktionen är välsignad med nästan 100 års infrastrukturuppbyggnad och forskning. Producenterna har stor kunskap och erfarenhet av att odla majs. Denna infrastruktur och odlar kunskap gör majs En naturlig gröda för expanderade användningsområden som etanol. Men höga produktionskostnader och höga insatsvaror gör majs till en mycket intensiv gröda. Andra bioenergigrödor kan vara mindre intensiva och kräva färre insatsvaror., Kostnaderna kontra vinst per hektar måste jämföras eftersom ekonomi är en viktig drivkraft i beslut om vilken gröda som är bäst. Att odla en annan gröda på en tunnland där majs kan odlas har risk som kallas alternativkostnader. Risker kan omfatta; ett nytt beskärningssystem, ingen skörd, transport eller lagring infrastruktur och inte heller någon råvarumarknad att falla tillbaka på om biobränslemarknaden misslyckas.
beräknade produktionskostnader
produktionskostnaderna varierar kraftigt beroende på jordbearbetning, bevattning, avkastningsmål (markens bördighet), sprutningsschema eller fröval och rotation., Ett exempel majs budget med rainfed, No-till, biotech seed, majs sojabönor rotation, och 125 bushel avkastning mål skulle omfatta: Spray, växt, Spray, Spray, skörd, vagn, lastbil, och torr spannmål som verksamhet för en total kostnad på $211 per acre om overhead (gröda försäkring, Mark, skatter, etc…) ingår totalt är $483 per acre. Produktionskostnaderna ökar till över $ 900 på bevattnade fält med kontinuerlig majs (Klein och Wilson, 2015).
miljö-och hållbarhetsfrågor
livscykelanalys (LCA) av etanolproduktion från majskorn har givit ett nettoenergiförhållande på 1,2 till 1.,45 (Liska et. al. 2009). Detta representerar bara en 20 till 45% positiv energibalans när man producerar etanol från majs. Detta nummer har varit kritiken av majsetanol på grund av den stora mängden fossila energi som används för att producera etanol. En USDA-studie publicerad i 2016 rapporter ökad effektivitet vid etanolanläggningar har lett till fossila energiförhållanden nationellt vid 2.0 till 1 och med vissa enskilda anläggningar med förhållanden så höga som 4.0 till 1., (2015 energibalans för Corn Ethanol Industry)
Corn production är mycket intensiv row crop production inklusive användning av stora mängder gödselmedel och bekämpningsmedel. Under många år har vissa vattenkroppar blivit förorenade med jord, näringsämne och bekämpningsmedel avrinning från jordbruksfält. Ökningen av NO-till och minskad jordbearbetning praxis har minskat jorderosion och därefter näringsämne och bekämpningsmedel avrinning och trenden för bättre bevarande på dessa hektar fortsätter., Dagens majsproducenter producerar mer spannmål på mindre tunnland med bättre bevarandeteknik än den tidigare generationen.

Biobränsle Energi System Simulator (BESS), 2008, ver.2008.3.1, en modell för Livscykelenergi & utsläpp analys av majs-etanol biobränsle produktionssystem, University of Nebraska-Lincoln
Bromberg L. Och Cohn D. R.,, 2008, Effektiv Oktan och Effektivitet Fördelar Direkt Injektion Alkohol Motorer, MIT Laboratorium för Energi och Miljö-Rapport, LFEE 2008-01 RP
naturvårdsverket http://www.EPA.gov
Hoeft R. G., Nafziger E. D., Johnson, R. R., 2000, Aldrich S. R. Moderna Majs och Sojabönor Produktion, MCSP Publikationer Champaign IL
Hofstrand D., 2009, brasilianska etanolindustrin, Ag beslutsfattare, Iowa State University, http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R.N., och Wilson, R. K.,, 2010, Beskära Budgetar Nebraska 2010, University of Nebraska – Lincoln Förlängning, EG 872, januari
Liska A. J., Yang H. S., Bremer V. R., Klopfenstein T. J., Walters D. T., G. E. Erickson, Cassman K. G., 2009, Förbättringar i Livscykeln Energieffektivitet och Utsläpp av växthusgaser Majs-Etanol, Journal of Industrial Ecology, 13, 58-74
National Agriculture Statistics Service (NASS), http://www.nass.usda.gov
Förnybart Bränsle Förening, http://www.ethanolrfa.org
Smith, J. L. och Arbetaren J. P., 2004, Alkohol för Drivmedel, Gården och Ranch-Serien Utrustning inte. 5.010,