Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Кукуруза является основным сырьем для производства этанола в США.

Кукурузный этанол - это этанол, производимый из биомассы кукурузы, и он является основным источником этанола в США . Кукурузный этанол получают путем ферментации и дистилляции этанола . Спорный вопрос, приводит ли производство и использование этанола из кукурузы к снижению выбросов парниковых газов по сравнению с бензином. [1] [2] Приблизительно 25% пахотных земель кукурузы в США используются для производства этанола . [3]

Использует [ редактировать ]

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 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. [5]

В настоящее время кукурузный этанол в основном используется в смесях с бензином для создания смесей, таких как E10 , E15 и E85 . Этанол смешивается с более чем 98% бензина в США, чтобы уменьшить загрязнение воздуха. [5] Кукурузный этанол используется в качестве оксигената при смешивании с бензином . E10 и E15 могут использоваться во всех двигателях без модификации. Однако смеси, такие как E85, с гораздо большим содержанием этанола , требуют внесения значительных модификаций, прежде чем двигатель сможет работать на смеси без повреждения двигателя. [6] Некоторые автомобили, которые в настоящее время используют E85.Топливо, также называемое гибким топливом , включает , среди прочего , Ford Focus , Dodge Durango и Toyota Tundra . [ необходима цитата ]

Будущее использование кукурузного этанола в качестве замены основного бензина неизвестно. Еще предстоит доказать, что этанол из кукурузы является таким же рентабельным, как бензин, поскольку этанол из кукурузы намного дороже в производстве по сравнению с бензином . [6] Кукурузный этанол должен пройти обширный процесс измельчения, прежде чем его можно будет использовать в качестве источника топлива. Одним из основных недостатков кукурузного этанола является энергия, возвращаемая за счет вложенной энергии ( 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. [7] В будущем, по мере развития технологий и уменьшения количества нефти, процесс измельчения может потребовать меньше энергии, в результате чего EROI будет ближе 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 автомобилей, в то время как E15 содержит пятнадцать процентов этанола и обычно запрещен для автомобилей, построенных до 2001 года. [5] Однако с надеждой на замену бензина в будущем,E85 , который содержит 85% этанола , требует модификации двигателя, прежде чем двигатель сможет работать при переработке большого объема этанола в течение длительного периода времени. Следовательно, большинство старых и современных автомобилей устарели бы без надлежащей модификации двигателя, чтобы справиться с увеличением коррозионной активности из-за большого объема этанола . Также на большинстве заправок не производится заправка автомобилей E85. США Департамент энергетика сообщает , что только 3355 заправочные станции, из 168000, по всей территории Соединенных Штатов, предлагает этанол дозаправки для E85 транспортных средств. [8]

Производственный процесс [ править ]

См. Также: Мокрый помол кукурузы и Сухой помол и фракционирование зерна.
Топливный этанол завод в Западной Берлингтон, штат Айова .

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

Сухое измельчение [ править ]

Подавляющее большинство (≈80%) этанола из кукурузы в США производится путем сухого помола . [10] В процессе сухого помола все зерно кукурузы измельчается в муку или «пюре», которое затем суспендируется путем добавления воды. [11] Ферменты добавляют в затор 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. Сусло переносится и охлаждается в ферментерах . Дрожжидобавляются, которые ферментируют сахара в этанол и диоксид углерода . Весь процесс занимает от 40 до 50 часов, в течение которых сусло охлаждают и перемешивают, чтобы повысить активность дрожжей . Этанол очищает путь сочетания перегонки и обезвоживание для создания топливного этанола. Затем затор переносят в дистилляционные колонны , где этанол удаляется из барды . Этанол обезвоживается до 200 доказательства с использованием молекулярного сита системы. Денатурирующий , такие как бензиндобавляется, 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 сушеные зерна и растворимые продукты (DDGS). [12] углекислый газ высвобождается из процесса используется для карбонатных напитков и для производства сухого льда . [ необходима цитата ]

Мокрый помол [ править ]

В мокром помоле , то кукурузное зерно разделяется на компоненты путем замачивания в разбавленной серной кислоте в течение от 24 до 48 часов. [13] Затем смесь навозной жижи проходит через несколько мельниц для отделения зародышей кукурузы . Остальные компоненты клетчатки, глютена и крахмала разделяются с помощью ситового, гидроклонического и центробежного сепараторов. Кукурузный крахмал и оставшуюся воду можно ферментировать в этанол через аналогичный процесс , как сухого размола , сушат и продается как модифицированный кукурузный крахмал , или в виде кукурузного сиропа . клейковинабелок и настойка сушатся, чтобы сделать кукурузную глютеновую муку, которая продается животноводческой промышленности. Сильная крутая вода также продается в качестве ингредиента корма и используется в качестве альтернативы соли в зимние месяцы. Также добывается и продается кукурузное масло . [ необходима цитата ]

Экологические проблемы [ править ]

См. Также: Экологические и социальные последствия использования этанольного топлива в США.

Кукурузный этанол приводит к более низким выбросам парниковых газов, чем бензин, и является полностью биоразлагаемым , в отличие от некоторых топливных добавок, таких как МТБЭ . [14] Однако, поскольку энергия для работы многих ликероводочных заводов США поступает в основном от угольных электростанций, ведутся серьезные споры об устойчивости кукурузного этанола в качестве замены ископаемого топлива . Дополнительные разногласия касаются большого количества пахотных земель, необходимых для выращивания сельскохозяйственных культур, и его влияния на предложение зерна, а также прямых и косвенных последствий изменения землепользования . Другие проблемы связаны с загрязнением, использование воды для орошения и обработки, энергетический баланс и интенсивность выбросов для полного жизненного цикла производства этанола. [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]

Выбросы парниковых газов [ править ]

Завод по переработке кукурузы недалеко от Колумбуса, Небраска .

Несколько исследований полного жизненного цикла показали, что этанол из кукурузы снижает выбросы парниковых газов от скважины до колеса до 50 процентов по сравнению с бензином. [14] [25] [26] [27] Топлива на основе этанола, представленные в настоящее время на рынке - будь то E10 или E85 - соответствуют строгим стандартам выбросов выхлопных газов. [14]

Пахотные земли [ править ]

Одним из основных противоречий, связанных с производством этанола из кукурузы, является необходимость пахотных земель для выращивания кукурузы для производства этанола, который затем становится недоступным для выращивания кукурузы для потребления людьми или животными. [28] В Соединенных Штатах 40% площадей, предназначенных для кукурузного зерна, используется для производства кукурузного этанола, из которых 25% было преобразовано в этанол после учета побочных продуктов, оставляя только 60% урожая сельскохозяйственных культур для человека или потребление животных. [3]

Экономическое влияние кукурузного этанола [ править ]

Ассоциация возобновляемых источников топлива (RFA), лоббистская группа индустрии этанола, утверждает, что производство этанола увеличивает цены 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. [29] Производство кукурузы в 2009 году достигло уровня. более 13,2 миллиарда бушелей, а урожайность с акра подскочила до 165 бушелей с акра [30]. В Соединенных Штатах на выращивание кукурузы использовалось 5,6 миллиона бушелей. производство этанола из произведенных 14,6 млн бушелей, согласно предварительным данным USDA за 2018 год . [31] 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 кормов для животных и других остаточных видов использования. кукурузы, используемой для других целей, в том числе для употребления в пищу, из года в год оставалось довольно стабильным ". [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, 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. [ необходима цитата ]

Альтернативная биомасса для этанола [ править ]

Остатки производства продуктов питания, такие как кукурузная солома, могут использоваться для производства этанола вместо пищевой кукурузы. Этанол, полученный из сахарной свеклы, используемой в Европе, или сахарного тростника в Бразилии, имеет до 80% сокращения выбросов углекислого газа из скважины . Использование целлюлозной биомассы для производства этанола считается биотопливом второго поколения, которое, по мнению некоторых, является решением проблемы питания против топлива и может сократить выбросы парниковых газов в течение всего жизненного цикла на 86 процентов по сравнению с бензином. [14]

См. Также [ править ]

  • Целлюлозный этанол
  • Топливный этанол
  • Топливо этанол в США

Ссылки [ править ]

  1. ^ Смил, Вацлав (2017). Энергетические переходы: 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 . Проверено 1 апреля 2019 года .
  3. ^ а б Мумм, Рита Н; 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. DOI : 10,1186 / 1754-6834-7-61 . ISSN 1754-6834 . PMC 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 продукта кормов.   
  4. ^ «Центр данных по альтернативным видам топлива: карты и данные - кукуруза США для топливного этанола, кормов и других целей» . afdc.energy.gov . Проверено 16 апреля 2019 .
  5. ^ a b c «Центр данных по альтернативным видам топлива: основы этанольного топлива» . afdc.energy.gov . Проверено 16 апреля 2019 .
  6. ^ a b «Использование этанола из кукурузы на Среднем Западе» . large.stanford.edu . Проверено 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 (EROI) в области открытия и добычи нефти и газа в США» . Устойчивое развитие . 3 (10): 1866–1887. DOI : 10,3390 / su3101866 .
  8. ^ "Центр данных по альтернативным видам топлива: Расположение станций заправки этанолом" . afdc.energy.gov . Проверено 16 апреля 2019 .
  9. ^ Bothast, RJ; Шлихер, Массачусетс (2014). «Биотехнологические процессы переработки кукурузы в этанол». Прикладная микробиология и биотехнология . 67 (1): 19–25. DOI : 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, DW; 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, Подразделение животноводства и растениеводства, Подразделение 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 . Проверено 23 ноября 2018 года .
  13. ^ Джексон, Дэвид S .; Shandera, Дональд Л. (1995), "Кукуруза Мокрый помол: Отделение химии и технологии", достижения в области пищевых продуктов и питания исследований , Elsevier, 38 : 271-300, DOI : 10.1016 / s1043-4526 (08) 60085-6 , ISBN 9780120164387, PMID  15918293
  14. ^ a b c d Мифы и факты об этаноле. Архивировано 15 декабря 2010 г. в Wayback Machine.
  15. ^ «Биотопливо: перспективы и риски, в Докладе о мировом развитии 2008» (PDF) . Всемирный банк. 2008. С. 70–71 . Проверено 4 мая 2008 года .
  16. ^ Тимоти Сёрчингер; и другие. (29 февраля 2008 г.). «Использование пахотных земель в США для производства биотоплива увеличивает парниковые газы за счет выбросов в результате изменений в землепользовании». Наука . 319 (5867): 1238–1240. Bibcode : 2008Sci ... 319.1238S . DOI : 10.1126 / science.1151861 . PMID 18258860 . S2CID 52810681 .  Первоначально опубликовано в журнале Science Express 7 февраля 2008 г. См. «Письма в науку » Ванга и Хака. Эти результаты критикуют за предположение наихудшего сценария.
  17. ^ «Другая неудобная правда» (PDF) . Oxfam . 28 июня 2008. Архивировано из оригинального (PDF) от 19 августа 2008 года . Проверено 6 августа 2008 . 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 . DOI : 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. ^ «Предлагаемые правила по внедрению стандарта низкоуглеродного топлива. Том I: Отчет персонала: первоначальное изложение причин» (PDF) . Калифорнийский совет по воздушным ресурсам . 5 марта 2009 . Проверено 26 апреля 2009 года .
  20. ^ Янгквист, W. Geodestinies , Национальная книжная компания, Портленд, штат Орегон, 499p.
  21. ^ Грязная правда о биотопливе
  22. ^ Вырубка дизель - безумие биотопливе
  23. ^ Пауэрс, Сьюзен Э; Домингес-Фаус, Роза; Альварес, Педро Дж. Дж. (Март 2010 г.). «Водный след производства биотоплива в США». Биотопливо . 1 (2): 255–260. DOI : 10,4155 / BFS.09.20 . S2CID 130923687 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  24. ^ Национальный исследовательский совет США , Комитет по водным последствиям производства биотоплива в США (2008). Водные последствия производства биотоплива в Соединенных Штатах . 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 : 2006Sci ... 311..506F . DOI : 10.1126 / science.1121416 . ISSN 0036-8075 . PMID 16439656 . S2CID 16061891 .   
  26. Перейти ↑ Daniel., Sperling (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. DOI : 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 . WW Norton & Company. ISBN 9780393325232.
  29. ^ «Факты об этаноле: сельское хозяйство» . www.ethanolrfa.org. 12 января 2010 . Проверено 4 апреля 2010 года .
  30. ^ «2009 год урожая - один для книг рекордов, отчеты USDA» . Nass.usda.gov. 12 января 2010. Архивировано из оригинала 14 января 2010 года . Проверено 4 апреля 2010 года .
  31. ^ a b «Центр данных по альтернативным видам топлива: карты и данные - Производство кукурузы и доля, используемая для топливного этанола» . afdc.energy.gov . Проверено 29 августа 2019 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Лучше кукурузы? Морские водоросли выберут другое сырье для биотоплива ( Институт Worldwatch ).
  • Конец дешевой еды. (История с обложки). 2007 Экономист 385 (8558): 11-12.
  • Закон об энергетической политике 2005 г. Публичный закон 2005 г. 109-58.
  • Пиментель, Давид. 2009 Кукурузный этанол как энергия. Harvard International Review 31 (2): 50-52.
  • Скалли, Воан. 2007 Последствия биотопливного бума. BusinessWeek Online: 26–26.
  • Вальс, Эмили. 2008 г. бум целлюлозного этанола, несмотря на непроверенные бизнес-модели. Природная биотехнология 26 (1): 8-9.
  • Заменитель кукурузного крахмала
  • Мартин, Джереми. 2017. Заправляя экологически чистое будущее транспорта. Союз неравнодушных ученых .