Войти
Кукуруза является основным сырьем, используемым для производства топливного этанола в США. Кукурузный этанол представляет собой этанол, произведенный из кукурузы биомассы, и является основным источником этанольного топлива в Соединенных Штатах. Кукурузный этанол получают ферментацией этанола и дистилляцией. Спорный вопрос, приводит ли производство и использование этанола из кукурузы к более низким выбросам парниковых газов, чем бензин. Примерно 25% кукурузы пахотных земель в США используется для производства этанола.
С 2001 года производство этанола из кукурузы увеличилось более чем в семь раз. Из 9,50 миллиардов бушелей кукурузы, произведенных в 2001 году, 0,71 миллиарда бушелей было использовано для производства кукурузного этанола. По данным Министерства энергетики США, по сравнению с 2018 годом из 14,62 млрд бушелей произведенной кукурузы 5,60 млрд бушелей было использовано для производства кукурузного этанола. В целом 95% этанола производится из кукурузы.
В настоящее время кукурузный этанол в основном используется в смесях с бензином для создания таких смесей, как E10, E15 и E85. Этанол смешивается с более чем 98% бензина в США, чтобы уменьшить загрязнение воздуха. Кукурузный этанол используется как оксигенат при смешивании с бензином. E10 и E15 могут использоваться во всех двигателях без модификации. Однако смеси, подобные E85, с гораздо большим содержанием этанола, требуют внесения значительных модификаций, прежде чем двигатель сможет работать на смеси без повреждения двигателя. Некоторые автомобили, которые в настоящее время используют топливо E85, также называемое flex fuel, включают в себя Ford Focus, Dodge Durango и Toyota Tundra и др.
Будущее использование кукурузного этанола в качестве замены основного бензина неизвестно. Кукурузный этанол еще не доказал свою рентабельность, как бензин, поскольку кукурузный этанол гораздо дороже в производстве по сравнению с бензином. Кукурузный этанол должен пройти обширный процесс измельчения, прежде чем его можно будет использовать в качестве источника топлива. Одним из основных недостатков кукурузного этанола является возвращаемая энергия на вложенную энергию (EROI ), то есть выделяемая энергия по сравнению с энергией, необходимой для вывода этой энергии. По сравнению с маслом, с EROI 11: 1 кукурузный этанол имеет гораздо более низкий EROI 1,5: 1, что, в свою очередь, также обеспечивает меньший пробег на галлон по сравнению с бензином. В будущем, по мере развития технологий и сокращения количества нефти, процесс измельчения может потребовать меньше энергии, что приведет к EROI, близкому к таковому для нефти. Еще одна серьезная проблема, связанная с кукурузным этанолом в качестве замены бензина, - это повреждение двигателя на стандартных автомобилях. E10 содержит десять процентов этанола и приемлем для большинства современных транспортных средств, в то время как E15 содержит пятнадцать процентов этанола и обычно запрещен для автомобилей, выпущенных до 2001 года. Однако в надежде на замену бензина в будущем, E85, который содержит 85% этанола, требует модификации двигателя, прежде чем двигатель сможет работать при высоких объем этанола в течение длительного периода времени. Следовательно, большинство старых и современных транспортных средств устарели бы без надлежащей модификации двигателя, чтобы справиться с повышением коррозионной активности из-за большого объема этанола. Также на большинстве заправок не производится заправка автомобилей E85. Министерство энергетики США сообщает, что только 3 355 заправочных станций из 168 000 в США предлагают заправку этанолом для автомобилей E85.
Завод топливного этанола в Вест-Берлингтон, штат Айова.Существует два основных типа производства этанола из кукурузы: сухой помол и мокрый помол, которые различаются методом первичной обработки зерна и побочными продуктами.
Подавляющее большинство (≈80%) кукурузного этанола в Соединенных Штатах - это производится методом сухого помола. В процессе сухого помола все кукурузное зерно измельчают в муку, или «пюре», которое затем суспендируют путем добавления воды. Ферменты. добавляются к затору для гидролиза крахмала до простых сахаров. Аммиак добавляется для контроля pH и в качестве питательного вещества для дрожжей, которое добавляется позже. Смесь обрабатывается при высоких температурах, чтобы снизить уровень бактерий. Затор переносят и охлаждают в ферментерах. Добавляются дрожжи, которые сбраживают сахара с образованием этанола и диоксида углерода. Весь процесс занимает от 40 до 50 часов, в течение которых сусло охлаждают и перемешивают, чтобы стимулировать активность дрожжей. этанол очищают путем сочетания дистилляции и дегидратации для создания топливного этанола. Затем затор переносят в дистилляционные колонны, где этанол удаляют из барды. этанол дегидратируют до примерно 200 пробы с использованием системы молекулярных сит. Добавляется денатурант, такой как бензин, чтобы сделать продукт непригодным для питья. Затем продукт готов к отправке розничным торговцам бензином или на терминалы. Оставшаяся барда перерабатывается в высокопитательный корм для скота, известный как дистилляторные сушеные зерна и растворимые вещества (DDGS). диоксид углерода, выделяемый в процессе, используется для карбонатных напитков и для производства сухого льда.
В мокром помоле кукурузное зерно разделяется на компоненты путем замачивания в разбавленной серной кислоте для От 24 до 48 часов. Затем суспензионная смесь проходит через ряд измельчителей для отделения зародышей кукурузы . Остальные компоненты волокна, глютена и крахмала разделяются с использованием ситового, гидроклонического и центробежного сепараторов. кукурузный крахмал и оставшаяся вода могут быть ферментированы в этанол посредством процесса, аналогичного процессу сухого помола, высушены и проданы как модифицированный кукурузный крахмал, или превращенный в кукурузный сироп. Белок глютен и замачивающий раствор сушат с получением кукурузной глютеновой муки, которая продается животноводческой промышленности. Сильная крутая вода также продается в качестве кормового ингредиента и используется как альтернатива соли в зимние месяцы. Кукурузное масло также добывается и продается.
Кукурузный этанол приводит к более низким выбросам парниковых газов, чем бензин, и является полностью биоразлагаемым, в отличие от некоторых присадки к топливу, такие как МТБЭ. Однако, поскольку энергия для работы многих ликероводочных заводов США поступает в основном от угольных заводов, ведутся серьезные споры по поводу устойчивости кукурузного этанола при замене ископаемого топлива. Дополнительные разногласия касаются большого количества пахотных земель, необходимых для выращивания сельскохозяйственных культур, и его влияния на предложение зерна и прямые и косвенные эффекты изменения землепользования. Другие проблемы связаны с загрязнением, использованием воды для орошения и обработки, энергетическим балансом и интенсивностью выбросов для полной жизни. цикл производства этанола.
Кукурузный завод около Колумбуса, Небраска.Несколько исследований полного жизненного цикла показали, что кукурузный этанол сокращает колесо с приводом выбросы парниковых газов до 50 процентов по сравнению с бензином. Топливо на основе этанола, представленное в настоящее время на рынке - будь то E10 или E85 - соответствует строгим стандартам выбросов из выхлопных труб.
Одним из основных противоречий, связанных с производством этанола из кукурузы, является необходимость возделываемых земель. пахотные земли для выращивания кукурузы для производства этанола, который затем становится недоступным для выращивания кукурузы для потребления людьми или животными. В Соединенных Штатах 40% площадей, отведенных под кукурузное зерно, используется для производства кукурузного этанола, из которых 25% было преобразовано в этанол после учета побочных продуктов, оставляя только 60% урожая для потребления людьми или животными.
Ассоциация возобновляемых источников топлива (RFA), лоббистская группа по производству этанола, утверждает, что производство этанола увеличивает цену на кукурузу за счет увеличения спроса. RFA утверждает, что производство этанола имеет положительный экономический эффект для американских фермеров, но не уточняет влияние на другие группы населения, где кукуруза является частью основного рациона. В документе лоббирования RFA говорится: «В заявлении от января 2007 года главный экономист Министерства сельского хозяйства США заявил, что ожидается сокращение выплат по сельскохозяйственной программе примерно на 6 миллиардов долларов из-за более высокой стоимости бушеля кукурузы. Производство кукурузы в 2009 году превысило 13,2 миллиарда. бушелей, а урожайность с акра подскочила до 165 бушелей с акра. Согласно предварительным данным за 2018 год , в США для производства этанола было использовано 5,6 млн бушелей кукурузы из произведенных 14,6 млн бушелей. Данные USDA. Согласно Центру данных по альтернативным видам топлива Министерства энергетики США, «увеличение [производства] этанола, по всей видимости, произошло из-за увеличения общего производства кукурузы и небольшого уменьшения кукурузы, используемой для корма для животных и других остаточных видов использования.. Количество кукурузы, используемой для других целей, включая потребление человеком, оставалось довольно постоянным из года в год ". Это не доказывает, что не было никакого воздействия на поставки продовольствия: поскольку производство кукурузы в США увеличилось (приблизительно) вдвое в период с 1987 по 2018 год, оно вполне вероятно, что некоторые пахотные земли, ранее использовавшиеся для выращивания других продовольственных культур, теперь используются для выращивания кукурузы. Также возможно или вероятно, что некоторые маргинальные земли были преобразованы или возвращены в сельскохозяйственное использование. Это может иметь негативные последствия для окружающей среды.
Остатки производства продуктов питания, такие как кукурузная солома, могут использоваться для производства этанола вместо пищевой кукурузы. Этанол, полученный из сахарной свеклы, как используется в Европе, или сахарного тростника в Бразилии наблюдается снижение межколесной системы двуокиси углерода до 80%. Использование целлюлозной биомассы для производства этанола является считается вторым поколением биотопливом, которое, по мнению некоторых, является решением проблемы питания и топлива, и имеет потенциал для сокращения жизненного цикла выбросов парниковых газов до 86 процентов по сравнению с бензином.
