Кукурузный этанол - Википедия - Corn ethanol

Кукуруза является основным сырьем для производства этанол топливо В Соединенных Штатах.

Кукурузный этанол является этиловый спирт произведено из кукуруза биомасса и является основным источником этанольное топливо в США. Кукурузный этанол производится ферментация этанола и дистилляция. Спорный вопрос, приводит ли производство и использование этанола из кукурузы к снижению Выбросы парниковых газов чем бензин.[1][2] Примерно 25% кукурузы США пахотные земли используются для этиловый спирт производство.[3]

Использует

С 2001 года производство этанола из кукурузы увеличилось более чем в семь раз.[4] Из 9,50 миллиардов бушелей кукурузы, произведенных в 2001 году, 0,71 миллиарда бушелей было использовано для производства кукурузного этанола. По сравнению с 2018 годом, из 14,62 млрд бушелей произведенной кукурузы 5,60 млрд бушелей было использовано для производства этанола из кукурузы, сообщает Министерство энергетики США. В целом 95% этанола производится из кукурузы.[5]

В настоящее время кукурузный этанол в основном используется в смесях с бензин для создания смесей, таких как E10, E15, и E85. Этиловый спирт смешивается с более чем 98% бензина США, чтобы уменьшить загрязнение воздуха.[5] Кукурузный этанол используется как насыщать кислородом при смешивании с бензин. E10 и E15 может использоваться во всех двигателях без модификации. Однако такие смеси, как E85, с гораздо большей этиловый спирт содержание, требуют внесения значительных изменений, прежде чем двигатель сможет работать на смеси без повреждения двигателя.[6] Некоторые автомобили, которые в настоящее время используют E85 топливо, также называемое гибкое топливо, включить Ford Focus, Додж Дуранго, и Тойота Тундра, среди прочего.

Будущее использование кукурузного этанола в качестве основного бензин замена неизвестна. Кукурузный этанол еще не доказал свою рентабельность. бензин из-за того, что производство этанола из кукурузы намного дороже по сравнению с бензин.[6] Кукурузный этанол должен пройти обширную фрезерование процесс, прежде чем его можно будет использовать в качестве источника топлива. Одним из основных недостатков кукурузного этанола является возврат энергии за счет вложенной энергии (EROI ), что означает выделенную энергию по сравнению с энергией, необходимой для вывода этой энергии. По сравнению с маслом, с соотношением 11: 1 EROI, этанол из кукурузы имеет гораздо более низкую EROI 1,5: 1, что, в свою очередь, также обеспечивает меньший пробег на галлон по сравнению с бензином.[7] В будущем, по мере развития технологий и уменьшения количества нефти, процесс фрезерование может потребовать меньше энергии, в результате EROI ближе к маслу. Еще одна серьезная проблема с кукурузным этанолом в качестве замены бензин, - повреждение двигателя на стандартных автомобилях. E10 содержит десять процентов этиловый спирт и приемлемо для большинства транспортных средств сегодня, в то время как E15 содержит пятнадцать процентов этиловый спирт и обычно запрещен для автомобилей, выпущенных до 2001 года.[5] Однако с надеждой на замену бензин в будущем, E85, который содержит 85% этиловый спирт, требует модификации двигателя, прежде чем двигатель сможет работать при обработке большого объема этиловый спирт в течение длительного периода времени. Следовательно, большинство старых и современных транспортных средств устареют без надлежащей модификации двигателя, чтобы справиться с увеличением коррозионная активность из большого объема этиловый спирт. Также на большинстве заправок не производится заправка автомобилей E85. В Министерство энергетики США сообщает, что только 3 355 заправочных станций из 168 000 в США предлагают этиловый спирт заправка для E85 транспортных средств.[8]

Производственный процесс

Смотрите также: Мокрый помол кукурузы и Сухой помол и фракционирование зерна
An этанол топливо посадить в Западный Берлингтон, Айова.

Существует два основных типа производства этанола из кукурузы: сухое измельчение и мокрый помол, которые различаются способом первичной обработки зерна и побочными продуктами.[9]

Сухое измельчение

Подавляющее большинство (≈80%) этанола из кукурузы в США производится сухое измельчение.[10] в сухое измельчение процесс, весь кукурузное зерно измельчается в мука, или «пюре», которое затем суспендируют, добавляя воду.[11] Ферменты добавляются в затор для гидролиза крахмала до простые сахара. Аммиак добавлен для управления pH и как питательное вещество для дрожжи, который будет добавлен позже. Смесь обрабатывается при высоких температурах, чтобы снизить уровень бактерий. Месиво переносится и охлаждается в ферментеры. Дрожжи добавлены, которые ферментируют сахар в этиловый спирт и углекислый газ. Весь процесс занимает от 40 до 50 часов, в течение которых затор охлаждают и перемешивают, чтобы способствовать дрожжи Мероприятия. В этиловый спирт очищается путем сочетания дистилляции и дегидратации для создания топливного этанола. Затем затор переносят в ректификационные колонны, где этиловый спирт удален из барда. В этиловый спирт обезвоживается примерно до 200 доказательств с использованием молекулярная решетка система. А денатурирующий агент Такие как бензин добавляется, чтобы сделать продукт непригодным для питья. Затем продукт готов к отправке розничным торговцам бензином или на терминалы. Остальные барда перерабатывается в очень питательный корм для скота известное как сушеные зерна и растворимые вещества дистиллятора (DDGS).[12] В углекислый газ освобожденный от процесса используется для газированные напитки и для сухой лед изготовление.

Мокрый помол

В мокрый помол, то кукурузное зерно разделяется на компоненты путем замачивания в разбавленном серная кислота от 24 до 48 часов.[13] Затем смесь навозной жижи проходит через серию мельниц для отделения кукурузы. зародыш. Остальные компоненты волокна, глютен, и крахмал отделяют с помощью ситового, гидроклонического и центробежного сепараторов. В кукурузный крахмал а оставшаяся вода может быть сброжена в этиловый спирт через аналогичный процесс, как сухое измельчение, сушеные и продаются в модифицированном виде кукурузный крахмал, или превращен в кукурузный сироп. В глютен белок и настойку сушат, чтобы кукурузная глютеновая мука который продается животноводческой отрасли. Сильная крутая вода также продается в качестве кормового ингредиента и используется как альтернатива соли в зимние месяцы. Кукурузное масло также добывается и продается.

Экологические проблемы

Смотрите также: Экологические и социальные последствия использования этанола в США.

Кукурузный этанол снижает Выбросы парниковых газов чем бензин и полностью биоразлагаемый в отличие от некоторых топливные присадки Такие как МТБЭ.[14] Однако, поскольку энергия для работы многих винокурен США поступает в основном от каменный уголь растения, было много споров по поводу устойчивость кукурузного этанола в замену ископаемое топливо. Дополнительные разногласия касаются большого количества пахотных земель, необходимых для выращивания сельскохозяйственных культур, и его воздействия на поставка зерна и прямые и косвенные эффекты изменения землепользования. Другие вопросы касаются загрязнение, водопользование для орошение и обработка, энергетический баланс, а эмиссия интенсивность для полный жизненный цикл производства этанола.[15][16][17][18][19][20][21][22][23][24]

Выбросы парниковых газов

Завод по переработке кукурузы рядом Колумбус, Небраска.

Несколько полный жизненный цикл исследования показали, что этанол из кукурузы снижает хорошо к рулю Выбросы парниковых газов до 50 процентов по сравнению с бензином.[14][25][26][27] Топливо на основе этанола, представленное в настоящее время на рынке - будь то E10 или E85 - соответствует строгим стандартам выбросов выхлопных газов.[14]

Пахотные земли

Одним из основных противоречий, связанных с производством этанола из кукурузы, является необходимость пахотные земли выращивать кукурузу для производства этанола, который затем становится недоступным для выращивания кукурузы для потребления людьми или животными.[28] 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.[3]

Экономическое влияние кукурузного этанола

В Ассоциация возобновляемых источников топлива (RFA), лоббистская группа производителей этанола, утверждает, что производство этанола увеличивает цены на кукурузу за счет увеличения спроса. RFA утверждает, что производство этанола имеет положительный экономический эффект для фермеров США, но в нем не уточняется 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.[29] Производство кукурузы в 2009 году превысило 13,2 миллиарда бушелей, а урожайность с акра подскочила до 165 бушелей с акра.[30]В Соединенных Штатах 5,6 миллиона бушелей кукурузы было использовано для этиловый спирт производство из 14,6 млн. бушелей произведенных, по предварительным данным 2018 г. USDA данные.[31] Согласно Центру данных по альтернативным видам топлива Министерства энергетики США, «увеличение [производства] этанола, по всей видимости, произошло за счет увеличения общего производства кукурузы и небольшого уменьшения кукурузы, используемой для корма для животных и других остаточных видов использования. Количество используемой кукурузы для других целей, включая потребление человеком, оставалась довольно постоянной из года в год ".[31]Это не доказывает, что это не повлияло на запасы продовольствия: поскольку производство кукурузы в США увеличилось (примерно) вдвое (приблизительно) в период с 1987 по 2018 год, вероятно, что некоторые пахотные земли, ранее использовавшиеся для выращивания других продовольственных культур, теперь используются для выращивания кукурузы. Также возможно или вероятно, что некоторая маргинальная земля была преобразована или возвращена в сельскохозяйственное использование. Это может иметь негативные последствия для окружающей среды.

Альтернативная биомасса для этанола

Остатки производства продуктов питания, такие как кукурузная солома может использоваться для производства этанола вместо пищевой кукурузы. Этанол, полученный из сахарной свеклы, используемой в Европе, или сахарного тростника в Бразилии, снижает до 80% хорошо к рулю углекислый газ. Использование целлюлозная биомасса производить этиловый спирт считается вторым поколением биотопливо которые, по мнению некоторых, являются решением споров о еде и топливе, и могут сократить жизненный цикл Выбросы парниковых газов до 86 процентов по сравнению с бензином.[14]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Смил, Вацлав (2017). Энергетический переход: глобальные и национальные перспективы. Санта-Барбара, Калифорния: Praeger, принадлежащий ABC-CLIO, LLC. п. 162. ISBN  978-1-4408-5324-1. OCLC  955778608.
  2. ^ Конка, Джеймс. «Это конец - кукурузный этанол бесполезен». Forbes. Получено 1 апреля 2019.
  3. ^ а б Мамм, Рита Х; Голдсмит, Питер Д; Рауш, Кент Д.; Штейн, Ханс Х (2014). «Землепользование, связанное с производством этанола из кукурузы в США: чувствительность к технологическим достижениям в урожайности зерна кукурузы, конверсии этанола и утилизации побочных продуктов». Биотехнология для биотоплива. 7 (1): 61. Дои:10.1186/1754-6834-7-61. ISSN  1754-6834. ЧВК  4022103. PMID  24725504. Хотя в 2011 году 40,5% кукурузного зерна было направлено на переработку этанола, только 25% посевных площадей под кукурузой в США приходилось на этанол при учете использования побочного корма.
  4. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: карты и данные - кукуруза США для топливного этанола, кормов и других целей». afdc.energy.gov. Получено 16 апреля 2019.
  5. ^ а б c «Центр данных по альтернативным видам топлива: основы этанольного топлива». afdc.energy.gov. Получено 16 апреля 2019.
  6. ^ а б «Использование кукурузного этанола на Среднем Западе». large.stanford.edu. Получено 16 апреля 2019.
  7. ^ Кливленд, Катлер Дж .; О'Коннор, Питер; Холл, Чарльз А. С .; Гилфорд, Меган С. (октябрь 2011 г.). «Новая долгосрочная оценка окупаемости инвестиций в добычу и добычу нефти и газа в США». Устойчивость. 3 (10): 1866–1887. Дои:10.3390 / su3101866.
  8. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: расположение станций заправки этанолом». afdc.energy.gov. Получено 16 апреля 2019.
  9. ^ Bothast, R.J .; Шлихер, М.А. (2014). «Биотехнологические процессы переработки кукурузы в этанол». Прикладная микробиология и биотехнология. 67 (1): 19–25. Дои:10.1007 / s00253-004-1819-8. ISSN  0175-7598. PMID  15599517. S2CID  10019321.
  10. ^ Производство и распределение этанола, Центр данных по альтернативным видам топлива, Министерство энергетики США <http://www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_production.html >
  11. ^ Verser, D. W .; Эггеман, Т. Дж. Процесс производства этанола из сухого помола кукурузы. US7888082B2. https://patents.google.com/patent/US7888082B2/en
  12. ^ Секция, Правительство Альберты, Сельское и лесное хозяйство Альберты, Отдел животноводства и растениеводства, Сектор исследований и распространения сельскохозяйственных культур, Расширение исследований в области животноводства и сельскохозяйственных культур (1 ноября 2011 г.). «Кормление свиней сушеным зерном с растворимыми веществами (DDGS)». www1.agric.gov.ab.ca. Получено 23 ноября 2018.
  13. ^ Джексон, Дэвид С .; Шандера, Дональд Л. (1995), "Мокрый помол кукурузы: химия и технология разделения", Достижения в исследованиях в области пищевых продуктов и питания, Эльзевьер, 38: 271–300, Дои:10.1016 / с1043-4526 (08) 60085-6, ISBN  9780120164387, PMID  15918293
  14. ^ а б c d Мифы и факты об этаноле В архиве 15 декабря 2010 г. Wayback Machine
  15. ^ «Биотопливо: перспективы и риски, в Докладе о мировом развитии, 2008 г.» (PDF). Всемирный банк. 2008. С. 70–71.. Получено 4 мая 2008.
  16. ^ Тимоти Сёрчингер; и другие. (29 февраля 2008 г.). «Использование пахотных земель в США для производства биотоплива увеличивает выбросы парниковых газов в результате изменений в землепользовании». Наука. 319 (5867): 1238–1240. Bibcode:2008Наука ... 319.1238S. Дои:10.1126 / science.1151861. PMID  18258860. S2CID  52810681. Первоначально опубликовано в Интернете в журнале Science Express 7 февраля 2008 г. См. Письма к Наука Авторы: Ван и Хак. Эти выводы критикуют за наихудший сценарий.
  17. ^ «Еще одна неудобная правда» (PDF). Oxfam. 28 июня 2008 г. Архивировано с оригинал (PDF) 19 августа 2008 г.. Получено 2008-08-06.Информационный документ Oxfam 114, рис. 2, стр. 8
  18. ^ Фарджоне; Hill, J .; Tilman, D .; Polasky, S .; Hawthorne, P .; и другие. (29 февраля 2008 г.). «Очистка земель и углеродная задолженность за биотопливо». Наука. 319 (5867): 1235–1238. Bibcode:2008Sci ... 319.1235F. Дои:10.1126 / science.1152747. PMID  18258862. S2CID  206510225. Первоначально опубликовано в Интернете в Science Express 7 февраля 2008 г. Эти выводы опровергают предположение о наихудшем сценарии.
  19. ^ «Предлагаемый регламент по внедрению стандарта низкоуглеродного топлива. Том I: Отчет персонала: первоначальное изложение причин» (PDF). Калифорнийский совет по воздушным ресурсам. 5 марта 2009 г.. Получено 26 апреля 2009.
  20. ^ Янгквист, В. Геодестины, Национальная книжная компания, Портленд, штат Орегон, 499p.
  21. ^ Грязная правда о биотопливе
  22. ^ Дизель для вырубки лесов - безумие биотоплива
  23. ^ Пауэрс, Сьюзан Э; Домингес-Фаус, Роза; Альварес, Педро Дж. Дж. (Март 2010 г.). «Водный след производства биотоплива в США». Биотопливо. 1 (2): 255–260. Дои:10.4155 / BFS.09.20. S2CID  130923687.[постоянная мертвая ссылка ]
  24. ^ Национальный исследовательский совет США, Комитет по водным последствиям производства биотоплива в Соединенных Штатах (2008 г.). Влияние производства биотоплива на воду в США. Национальная академия прессы, Вашингтон, округ Колумбия. ISBN  978-0-309-11361-8.
  25. ^ Фаррелл, Александр Е .; Плевин, Ричард Дж .; Тернер, Брайан Т .; Джонс, Эндрю Д .; О'Хара, Майкл; Каммен, Дэниел М. (2006). «Этанол может способствовать достижению целей в области энергетики и окружающей среды». Наука. 311 (5760): 506–508. Bibcode:2006Научный ... 311..506F. Дои:10.1126 / science.1121416. ISSN  0036-8075. PMID  16439656. S2CID  16061891.
  26. ^ Дэниел., Сперлинг (2009). Два миллиарда автомобилей: на пути к устойчивости. Гордон, Дебора, 1959-. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  9780199704095. OCLC  302414399.
  27. ^ Лиска, Адам Л .; Yang, Haishun S .; Бремер, Вирджил Р .; Klopfenstein, Terry J .; Уолтерс, Дэниел Т .; Эриксон, Гален Э .; Кассман, Кеннет Г. (2009). «Повышение энергоэффективности жизненного цикла и выбросов парниковых газов кукурузы-этанола». Журнал промышленной экологии. 13: 58–74. Дои:10.1111 / j.1530-9290.2008.00105.x. S2CID  18630452.
  28. ^ Браун, Лестер Рассел (2003). План Б: Спасение планеты в условиях стресса и цивилизации в беде. W. W. Norton & Company. ISBN  9780393325232.
  29. ^ «Факты об этаноле: сельское хозяйство». www.ethanolrfa.org. 12 января 2010 г.. Получено 4 апреля 2010.
  30. ^ «2009 год - год урожая - один из книг рекордов Министерства сельского хозяйства США». Nass.usda.gov. 12 января 2010. Архивировано с оригинал 14 января 2010 г.. Получено 4 апреля 2010.
  31. ^ а б «Центр данных по альтернативным видам топлива: карты и данные - производство кукурузы и доля, используемая для топливного этанола». afdc.energy.gov. Получено 29 августа 2019.

внешняя ссылка