Кукурузный этанол – это этанол , производимый из кукурузной биомассы и являющийся основным источником этанольного топлива в Соединенных Штатах . Согласно Стандарту возобновляемого топлива его следует смешивать с бензином . Кукурузный этанол получают путем ферментации и дистилляции этанола . Вопрос о том, приводит ли производство и использование кукурузного этанола к более низким выбросам парниковых газов , чем бензин, остается спорным. [1] [2] Примерно 45% посевов кукурузы в США используются для производства этанола . [3]
С 2001 года производство кукурузного этанола выросло более чем в несколько 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 94% этанола в США производится из кукурузы. [5]
В настоящее время кукурузный этанол в основном используется в смесях с бензином для создания таких смесей, как Е10 , Е15 и Е85 . Этанол добавляется в более чем 98% бензина в США для снижения загрязнения воздуха. [5] Кукурузный этанол используется в качестве оксигената при смешивании с бензином . Е10 и Е15 можно использовать во всех двигателях без доработок. Однако такие смеси, как E85, с гораздо большим содержанием этанола , требуют внесения значительных модификаций, прежде чем двигатель сможет работать на этой смеси, не повреждая двигатель. [6] Некоторые автомобили, которые в настоящее время используют топливо E85 , также называемое гибким топливом , включают, среди прочего, Ford Focus , Dodge Durango и Toyota Tundra . [ нужна цитата ]
Будущее использование кукурузного этанола в качестве основной замены бензина неизвестно. Кукурузный этанол еще не доказал свою рентабельность, как бензин , поскольку производство кукурузного этанола намного дороже 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 возврат энергии к вложенной энергии ( EROI ), то есть выведенная 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 требовать меньше энергии, в результате чего EROI будет приближаться к показателю нефти. Еще одна серьезная проблема, связанная с использованием кукурузного этанола в качестве замены бензина , — это повреждение двигателя стандартных автомобилей. E10 содержит десять процентов этанола и приемлем для большинства автомобилей, находящихся сегодня на дорогах, тогда как E15 содержит пятнадцать процентов этанола и обычно запрещен для автомобилей, выпущенных до 2001 года . [5] Однако с надеждой заменить бензин 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. Таким образом, большинство старых и современных автомобилей устареют без надлежащих модификаций двигателя, способных справиться с увеличением коррозионной активности из-за большого количества этанола . Также большинство заправок не предлагают заправку автомобилей Е85. Министерство энергетики США сообщает, что только 3355 заправочных станций из 168 000 в США предлагают заправку этанолом для автомобилей E85 . [8]
Существует два основных типа производства кукурузного этанола: сухой помол и мокрый помол , которые различаются методом первичной обработки зерна и попутной продукцией. [9]
Подавляющее большинство (≈80%) кукурузного этанола в США производится методом сухого помола . [10] В процессе сухого помола все зерно кукурузы измельчается в муку или «пюре», которое затем суспендируется путем добавления воды. [11] В затор добавляют ферменты для гидролиза крахмала до простых сахаров . Аммиак добавляется для контроля pH и в качестве питательного вещества для дрожжей , которые добавляются позже. Смесь обрабатывается при высоких температурах для снижения уровня бактерий. Затор переносят и охлаждают в ферментерах . Добавляются дрожжи , которые сбраживают сахара в этанол и углекислый газ . Весь процесс занимает от 40 до 50 часов, в течение которых затор охлаждают и перемешивают, чтобы стимулировать активность дрожжей . Затем сусло переносится в дистилляционные колонны , где из силоса удаляется этанол . Этанол обезвоживают примерно до 200 градусов с использованием системы молекулярных сит . Чтобы сделать продукт непригодным для питья, добавляют денатурирующий агент , например бензин . После этого продукт готов к отправке розничным продавцам бензина или терминалам. Оставшийся силос перерабатывается в высокопитательный корм для скота , известный как дистиллятное сухое зерно и растворимые вещества (DDGS). [12] Углекислый газ , выделяющийся в результате этого процесса, используется для газирования напитков и производства сухого льда . [ нужна цитата ]
При мокром помоле зерно кукурузы разделяется на компоненты путем замачивания в разбавленной серной кислоте в течение 24–48 часов. [13] Затем жидкая смесь проходит через ряд измельчителей для отделения зародышей кукурузы . Остальные компоненты клетчатки, клейковины и крахмала отделяются с помощью ситовых, гидроклонных и центробежных сепараторов. Кукурузный крахмал и оставшаяся вода могут быть ферментированы в этанол посредством процесса, аналогичного сухому помолу , высушены и проданы как модифицированный кукурузный крахмал или превращены в кукурузный сироп . Белок глютена и жидкость для замачивания сушат, чтобы получить кукурузную глютеновую муку , которая продается животноводству. Тяжелая крутая вода также продается в качестве кормового ингредиента и используется в качестве альтернативы соли в зимние месяцы. Кукурузное масло также добывают и продают. [ нужна цитата ]
Кукурузный этанол приводит к более низким выбросам парниковых газов, чем бензин , и полностью биоразлагаем , в отличие от некоторых топливных добавок , таких как МТБЭ . [14] Однако, поскольку энергия для работы многих ликеро-водочных заводов в США поступает в основном от угольных электростанций, ведутся серьезные споры об устойчивости кукурузного этанола при замене ископаемого топлива . Дополнительные разногласия связаны с большим количеством пахотных земель, необходимых для выращивания сельскохозяйственных культур, и их влиянием на поставки зерна , а также с прямыми и косвенными эффектами изменения землепользования . Другие проблемы связаны с загрязнением , использованием воды для орошения и переработки, энергетическим балансом и интенсивностью выбросов для полного жизненного цикла производства этанола. [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]
.JPG/1280px-ADM_corn_plant_(Columbus,_Nebraska).JPG)
Несколько исследований полного жизненного цикла показали, что кукурузный этанол снижает выбросы парниковых газов от скважины до колеса на 50 процентов по сравнению с бензином. [14] [25] [26] [27] Однако другие исследования пришли к выводу, что кукурузный этанол производит больше выбросов углекислого газа на единицу энергии, чем бензин, если учитывать использование удобрений и изменения в землепользовании [28]
Топливо с добавлением этанола, представленное в настоящее время на рынке, будь то E10 или E85, соответствует строгим стандартам выбросов в выхлопные трубы. [14]
Одним из основных противоречий, связанных с производством кукурузного этанола, является необходимость пахотных земель для выращивания кукурузы для производства этанола, которая в этом случае недоступна для выращивания кукурузы для потребления человеком или животными. [29] В Соединенных Штатах 40% площадей, отведенных под зерно кукурузы, используется для производства кукурузного этанола, из которых 25% было переработано в этанол после учета побочных продуктов, в результате чего только 60% урожая остается для человека или потребление животных. [30]
Ассоциация возобновляемых источников топлива (RFA), лоббистская группа индустрии этанола, утверждает, что производство этанола увеличивает цены на кукурузу из-за увеличения спроса. RFA утверждает, что производство этанола имеет положительный экономический эффект для фермеров США, но не уточняет эффект для других групп населения, где полевая кукуруза является частью основного рациона. В документе лобби RFA говорится: «В заявлении от января 2007 года главный экономист Министерства сельского хозяйства США заявил, что выплаты фермерским программам, как ожидается, будут сокращены примерно на 6 миллиардов долларов из-за более высокой стоимости бушеля кукурузы. [31] Производство кукурузы в 2009 году достигло По данным Министерства сельского хозяйства США, в США для производства этанола было использовано 5,05 млрд бушелей кукурузы из 14,99 млрд бушелей, произведенных в 2020 году . [33] По данным Центра данных по альтернативному топливу Министерства энергетики США, «увеличение [производства] этанола, по-видимому, произошло из-за увеличения общего производства кукурузы и небольшого сокращения кукурузы, используемой в качестве корма для животных и других остаточных видов использования. Количество кукурузы, используемой для других целей, включая потребление человеком, оставалось довольно постоянным из года в год » . В 2018 году 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 . нужный ]
Остатки производства продуктов питания, такие как кукурузная солома, можно использовать для производства этанола вместо пищевой кукурузы. Этанол, полученный из сахарной свеклы, используемой в Европе, или из сахарного тростника в Бразилии, снижает содержание углекислого газа от скважины до колеса на 80% . Использование целлюлозной биомассы для производства этанола считается биотопливом второго поколения , которое, по мнению некоторых, является решением спора о еде и топливе и потенциально может сократить выбросы парниковых газов в течение жизненного цикла до 86 процентов по сравнению с бензином. [14]
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Хотя в 2011 году 40,5% зерна кукурузы было направлено на переработку этанола, только 25% посевных площадей кукурузы в США приходилось на этанол, если учитывать использование побочного кормового продукта.