Etanol z kukurydzy - Corn ethanol

Kukurydza jest głównym surowcem używanym do produkcji paliwa etanolowego w Stanach Zjednoczonych.

Etanol z kukurydzy to etanol produkowany z biomasy kukurydzianej i jest głównym źródłem paliwa etanolowego w Stanach Zjednoczonych . Etanol z kukurydzy jest wytwarzany w procesie fermentacji i destylacji etanolu . Dyskusyjne jest, czy produkcja i stosowanie etanolu z kukurydzy skutkuje niższymi emisjami gazów cieplarnianych niż benzyna. Około 25% pól uprawnych kukurydzy w USA jest wykorzystywanych do produkcji etanolu .

Używa

Od 2001 roku produkcja etanolu z kukurydzy wzrosła ponad siedmiokrotnie. Z 9,5 miliarda buszli kukurydzy wyprodukowanych w 2001 r. Do produkcji etanolu z kukurydzy zużyto 0,71 miliarda buszli. W porównaniu z 2018 r., Z 14,62 miliardów buszli wyprodukowanych kukurydzy 5,60 miliardów buszli zostało zużytych do produkcji etanolu z kukurydzy, jak podał Departament Energii Stanów Zjednoczonych . Ogólnie 95% etanolu jest wytwarzane z kukurydzy.

Obecnie etanol z kukurydzy jest stosowany głównie w mieszankach z benzyną do tworzenia mieszanin, takich jak E10 , E15 i E85 . Etanol jest dodawany do ponad 98% benzyny w Stanach Zjednoczonych w celu zmniejszenia zanieczyszczenia powietrza. Etanol z kukurydzy jest używany jako utleniacz po zmieszaniu z benzyną . E10 i E15 można stosować we wszystkich silnikach bez modyfikacji. Jednak mieszanki takie jak E85, o znacznie większej zawartości etanolu , wymagają znacznych modyfikacji, które należy wprowadzić, zanim silnik będzie mógł pracować na mieszance bez uszkadzania silnika. Niektóre pojazdy, które obecnie używają paliwa E85 , zwanego również paliwem flex , to między innymi Ford Focus , Dodge Durango i Toyota Tundra .

Przyszłe zastosowanie etanolu z kukurydzy jako głównego zamiennika benzyny nie jest znane. Nie udowodniono jeszcze, że etanol z kukurydzy jest tak samo opłacalny jak benzyna, ponieważ jego wytworzenie jest znacznie droższe w porównaniu z benzyną . Etanol z kukurydzy musi przejść intensywny proces mielenia , zanim będzie można go wykorzystać jako źródło paliwa. Jedną z głównych wad etanolu z kukurydzy jest energia zwracana z zainwestowanej energii ( EROI ), co oznacza energię wytworzoną w porównaniu z energią wymaganą do wytworzenia tej energii. W porównaniu z olejem, z EROI 11: 1 , etanol z kukurydzy ma znacznie niższy EROI, wynoszący 1,5: 1, co z kolei zapewnia również mniejszy przebieg na galon w porównaniu z benzyną. W przyszłości, wraz z postępem technologicznym i zmniejszaniem się obfitości ropy naftowej, proces mielenia może wymagać mniej energii, co spowoduje, że EROI będzie bliższe tej ropy. Innym poważnym problemem związanym z etanolem z kukurydzy jako zamiennikiem benzyny jest uszkodzenie silnika w standardowych pojazdach. E10 zawiera dziesięć procent etanolu i jest akceptowalny dla większości pojazdów poruszających się obecnie po drogach, podczas gdy E15 zawiera piętnaście procent etanolu i jest zwykle zabroniony w samochodach wyprodukowanych przed 2001 rokiem. Jednak mając nadzieję na zastąpienie benzyny w przyszłości, E85 , który zawiera 85% etanolu , wymaga modyfikacji silnika, zanim silnik będzie mógł wytrzymać przetwarzanie dużej ilości etanolu przez dłuższy czas. Dlatego większość starszych i współczesnych pojazdów stałaby się przestarzała bez odpowiednich modyfikacji silnika, aby poradzić sobie ze wzrostem korozyjności spowodowanym dużą ilością etanolu . Ponadto większość stacji benzynowych nie oferuje tankowania pojazdów E85. Departament Energii Stanów Zjednoczonych doniesienia, że tylko 3355 stacji benzynowych, spośród 168.000, po drugiej stronie Stanów Zjednoczonych, oferta etanolu tankowania E85 pojazdów.

Proces produkcji

Zobacz także: Mielenie na mokro kukurydzy i Mielenie na sucho i frakcjonowanie ziarna
Paliwo etanol roślin w West Burlington, Iowa .

Istnieją dwa główne rodzaje produkcji etanolu z kukurydzy: mielenie na sucho i mielenie na mokro , które różnią się początkową metodą obróbki ziarna i produktami ubocznymi.

Mielenie na sucho

Zdecydowana większość (≈80%) etanolu z kukurydzy w Stanach Zjednoczonych pochodzi z mielenia na sucho . W procesie mielenia na sucho całe ziarno kukurydzy jest mielone na mąkę lub „zacier”, który jest następnie zawieszany przez dodanie wody. Do zacieru dodaje się enzymy w celu hydrolizy skrobi do cukrów prostych . Amoniak jest dodawany w celu kontrolowania pH i jako składnik odżywczy dla drożdży , który jest dodawany później. Mieszanka jest przetwarzana w wysokich temperaturach, aby zmniejszyć poziom bakterii. Zacier jest przenoszony i chłodzony w fermentorach . Dodawane są drożdże , które fermentują cukry do etanolu i dwutlenku węgla . Cały proces trwa od 40 do 50 godzin, podczas których zacier jest schładzany i mieszany, aby pobudzić aktywność drożdży . Etanol oczyszcza się za pomocą kombinacji destylacji i odwodnienie do tworzenia etanolu jako paliwa. Zacier jest następnie przenoszony do kolumn destylacyjnych , gdzie etanol jest usuwany z wywaru . Etanol odwadnia się do około 200 stopniach przy użyciu sita molekularnego systemu. Czynnika denaturującego , takiego jak benzyny dodano uczynić produkt nie do picia. Produkt jest następnie gotowy do wysyłki do sprzedawców benzyny lub terminali. Pozostały wywar jest przetwarzany na wysoce pożywną paszę dla zwierząt, znaną jako suszone ziarna gorzelnicze i substancje rozpuszczalne (DDGS). Dwutlenek węgla uwalniany z procesu stosuje się węglan napojów i do wytwarzania suchego lodu .

Frezowanie na mokro

W mokro The ziarna kukurydzy rozdziela się składniki po moczeniu w rozcieńczonym roztworze kwasu siarkowego, 24 do 48 godzin. Mieszanka gnojowicy przechodzi następnie przez serię młynków, aby oddzielić zarodki kukurydzy . Pozostałe składniki błonnika, glutenu i skrobi są segregowane za pomocą separatorów sitowych, hydroklonicznych i odśrodkowych. Skrobia kukurydziana i pozostała woda ulega fermentacji do etanolu podobny proces jak mielenie na sucho , wysuszono i sprzedawane jako zmodyfikowanej skrobi kukurydzianej , albo wykonane w syropu kukurydzianego . Glutenu białka i rozmiękczania alkohol suszy dokonać mączki glutenu kukurydzianego , który jest sprzedawany w przemyśle hodowli zwierząt. Ciężka stroma woda jest również sprzedawana jako składnik paszy i stosowana jako alternatywa dla soli w miesiącach zimowych. Wydobywany i sprzedawany jest również olej kukurydziany .

Kwestie ochrony środowiska

Zobacz także: Wpływ etanolu na środowisko i społeczeństwo w USA

Etanol z kukurydzy powoduje niższą emisję gazów cieplarnianych niż benzyna i jest w pełni biodegradowalny , w przeciwieństwie do niektórych dodatków do paliw, takich jak MTBE . Jednakże, ponieważ energia potrzebna do zasilania wielu gorzelni w USA pochodzi głównie z elektrowni węglowych, toczyła się poważna debata na temat trwałości etanolu z kukurydzy w zastępowaniu paliw kopalnych . Dodatkowe kontrowersje dotyczą dużej ilości gruntów ornych potrzebnych do upraw i jej wpływu na podaż zboża oraz bezpośrednich i pośrednich skutków zmiany użytkowania gruntów . Inne kwestie dotyczą zanieczyszczenia , zużycia wody do nawadniania i przetwarzania, bilansu energetycznego i intensywności emisji w całym cyklu życia produkcji etanolu.

Emisja gazów cieplarnianych

Zakład przetwórstwa kukurydzy w pobliżu Columbus w stanie Nebraska .

Kilka badań pełnego cyklu życia wykazało, że etanol z kukurydzy redukuje emisje gazów cieplarnianych z odwiertu do kół nawet o 50 procent w porównaniu z benzyną. Dostępne obecnie na rynku paliwa z domieszką etanolu - czy to E10, czy E85 - spełniają rygorystyczne normy emisji spalin z rury wydechowej.

Pola uprawne

Jedną z głównych kontrowersji związanych z produkcją etanolu z kukurydzy jest konieczność uprawy na gruntach ornych kukurydzy przeznaczonej na etanol, który nie jest wówczas dostępny do uprawy kukurydzy przeznaczonej do spożycia przez ludzi lub zwierzęta. W Stanach Zjednoczonych 40% areału przeznaczonego na ziarno kukurydzy jest wykorzystywane do produkcji etanolu z kukurydzy, z czego 25% zostało zamienione na etanol po uwzględnieniu produktów ubocznych, pozostawiając jedynie 60% plonów przeznaczonych do spożycia przez ludzi lub zwierzęta.

Ekonomiczny wpływ etanolu z kukurydzy

Stowarzyszenie Renewable Fuels Association (RFA), grupa lobbingowa przemysłu etanolowego, twierdzi, że produkcja etanolu zwiększa cenę kukurydzy poprzez wzrost popytu. RFA twierdzi, że produkcja etanolu ma pozytywny wpływ ekonomiczny na rolników ze Stanów Zjednoczonych, ale nie omawia wpływu na inne populacje, w których kukurydza polowa jest częścią podstawowej diety. Dokument lobbujący RFA stwierdza, że ​​„W oświadczeniu ze stycznia 2007 r. Główny ekonomista USDA stwierdził, że spodziewane jest zmniejszenie płatności z tytułu programów rolniczych o około 6 miliardów dolarów ze względu na wyższą wartość buszla kukurydzy. Produkcja kukurydzy w 2009 roku osiągnęła ponad 13,2 miliarda buszli, a plony z akr wzrosły do ​​ponad 165 buszli z akr. Według wstępnych danych USDA z 2018 r . w Stanach Zjednoczonych do produkcji etanolu zużyto 5,6 mln buszli kukurydzy z 14,6 mln buszli wyprodukowanych . Energy's Alternative Fuels Data Center, „Wydaje się, że zwiększona produkcja etanolu pochodzi ze wzrostu ogólnej produkcji kukurydzy i niewielkiego spadku jej wykorzystania na paszę dla zwierząt i innych zastosowań resztkowych. Ilość kukurydzy wykorzystywanej do innych celów, w tym do spożycia przez ludzi, utrzymywała się z roku na rok na dość stałym poziomie. ”Nie dowodzi to, że nie miało to żadnego wpływu na dostawy żywności: ponieważ produkcja kukurydzy w USA podwoiła się (w przybliżeniu) w latach 1987–2018, Jest prawdopodobne, że niektóre grunty uprawne, na których uprawiano wcześniej inne rośliny spożywcze, są obecnie wykorzystywane pod uprawę kukurydzy. Jest również możliwe lub prawdopodobne, że niektóre grunty marginalne zostały przekształcone lub przywrócone do użytku rolnego, co może mieć negatywny wpływ na środowisko.

Alternatywna biomasa na etanol

Pozostałości z produkcji żywności, takie jak słoma kukurydziana, można wykorzystać do produkcji etanolu zamiast kukurydzy. Etanol pochodzące z buraków cukrowych, jak stosuje się w Europie lub trzciny cukrowej w Brazylii zawiera do 80% redukcja również do koła dwutlenku węgla . Wykorzystanie biomasy celulozowej do produkcji etanolu jest uważane za biopaliwo drugiej generacji, które przez niektórych jest uważane za rozwiązanie debaty na temat żywności kontra paliwo i może zmniejszyć emisję gazów cieplarnianych w całym cyklu życia nawet o 86 procent w porównaniu z benzyną.

Zobacz też

Bibliografia

Linki zewnętrzne