El etanol de maíz es etanol producido a partir de biomasa de maíz y es la principal fuente de combustible de etanol en los Estados Unidos . El etanol de maíz se produce por fermentación y destilación de etanol . Es discutible si la producción y el uso de etanol de maíz resultan en menores emisiones de gases de efecto invernadero que la gasolina. [1] [2] Aproximadamente el 25% de las tierras de cultivo de maíz de EE. UU. Se utilizan para la producción de etanol . [3]
Usos
Desde 2001, la producción de etanol de maíz se ha multiplicado por más de siete. [4] De los 9,50 billones de bushels de maíz producidos en 2001, 0,71 billones de bushels se utilizaron para producir etanol de maíz. En comparación con 2018, de 14,62 billones de bushels de maíz producidos, 5,60 billones de bushels se utilizaron para producir etanol de maíz, según informó el Departamento de Energía de los Estados Unidos . En general, el 95% del etanol se produce a partir de maíz. [5]
Actualmente, el etanol de maíz se usa principalmente en mezclas con gasolina para crear mezclas como E10 , E15 y E85 . El etanol se mezcla con más del 98% de la gasolina de los Estados Unidos para reducir la contaminación del aire. [5] El etanol de maíz se utiliza como oxigenado cuando se mezcla con gasolina . E10 y E15 se pueden utilizar en todos los motores sin modificaciones. Sin embargo, mezclas como E85, con un contenido de etanol mucho mayor , requieren modificaciones significativas antes de que un motor pueda funcionar con la mezcla sin dañar el motor. [6] Algunos vehículos que actualmente usan combustible E85 , también llamado combustible flexible , incluyen el Ford Focus , Dodge Durango y Toyota Tundra , entre otros. [ cita requerida ]
Se desconoce el uso futuro del etanol de maíz como principal reemplazo de la gasolina . El etanol de maíz aún no ha demostrado ser tan rentable como la gasolina debido a que el etanol de maíz es mucho más caro de producir en comparación con la gasolina . [6] El etanol de maíz tiene que pasar por un extenso proceso de molienda antes de que pueda usarse como fuente de combustible. Un inconveniente importante del etanol de maíz es la energía que se devuelve sobre la energía invertida ( EROI ), es decir, la energía producida en comparación con la energía necesaria para producir esa energía. En comparación con el petróleo, con un EROI de 11: 1 , el etanol de maíz tiene un EROI mucho más bajo de 1.5: 1, que, a su vez, también proporciona menos kilometraje por galón en comparación con la gasolina. [7] En el futuro, a medida que avanza la tecnología y el aceite se vuelve menos abundante, el proceso de molienda puede requerir menos energía, lo que resulta en una EROI más cercana a la del aceite. Otro problema serio con el etanol de maíz como reemplazo de la gasolina es el daño al motor de los vehículos estándar. El E10 contiene un diez por ciento de etanol y es aceptable para la mayoría de los vehículos que circulan en la actualidad, mientras que el E15 contiene un quince por ciento de etanol y generalmente está prohibido para los automóviles fabricados antes de 2001. [5] Sin embargo, con la esperanza de reemplazar la gasolina en el futuro, el E85 , que contiene un 85% de etanol , requiere una modificación del motor antes de que un motor pueda durar mientras se procesa un alto volumen de etanol durante un período de tiempo prolongado. Por lo tanto, la mayoría de los vehículos más antiguos y modernos se volverían obsoletos sin las modificaciones adecuadas del motor para manejar el aumento de la corrosividad del alto volumen de etanol . Además, la mayoría de las estaciones de servicio no ofrecen repostaje de vehículos E85. El Departamento de Energía de los Estados Unidos informa que solo 3.355 estaciones de servicio, de las 168.000, en todo Estados Unidos, ofrecen reabastecimiento de etanol para vehículos E85 . [8]
Proceso de producción
Hay dos tipos principales de producción de etanol de maíz: molienda en seco y molienda en húmedo , que difieren en el método de tratamiento inicial del grano y en los coproductos. [9]
Molienda en seco
La gran mayoría (≈80%) del etanol de maíz en los Estados Unidos se produce mediante molienda en seco . [10] En el proceso de molienda en seco , todo el grano de maíz se muele en harina , o "puré", que luego se mezcla con agua. [11] Se agregan enzimas al puré para hidrolizar el almidón en azúcares simples . Se agrega amoníaco para controlar el pH y como nutriente para la levadura , que se agrega posteriormente. La mezcla se procesa a altas temperaturas para reducir los niveles de bacterias. El puré se transfiere y se enfría en fermentadores . Se agregan levaduras , que fermentan los azúcares en etanol y dióxido de carbono . El proceso completo toma de 40 a 50 horas, tiempo durante el cual el macerado se mantiene fresco y agitado para promover la actividad de la levadura . El etanol se purifica mediante una combinación de destilación y deshidratación para crear etanol combustible. A continuación, el puré se transfiere a columnas de destilación , donde se elimina el etanol de la vinaza . El etanol se deshidrata a aproximadamente 200 grados usando un sistema de tamiz molecular . Se agrega un desnaturalizante como la gasolina para hacer que el producto no se pueda beber. Luego, el producto está listo para enviarse a minoristas o terminales de gasolina. La vinaza restante se procesa en un alimento para ganado altamente nutritivo conocido como granos secos y solubles de destilería (DDGS). [12] El dióxido de carbono liberado del proceso se utiliza para carbonatar bebidas y fabricar hielo seco . [ cita requerida ]
Fresado húmedo
En la molienda húmeda , el grano de maíz se separa en componentes sumergiéndolo en ácido sulfúrico diluido durante 24 a 48 horas. [13] La mezcla de lechada pasa luego por una serie de molinillos para separar el germen de maíz . Los componentes restantes de fibra, gluten y almidón se segregan utilizando separadores de pantalla, hidroclónicos y centrífugos. El almidón de maíz y el agua restante se pueden fermentar en etanol mediante un proceso similar al de la molienda en seco , secar y vender como almidón de maíz modificado o convertirlo en jarabe de maíz . La proteína de gluten y el licor de remojo se secan para hacer una harina de gluten de maíz que se vende a la industria ganadera. El agua pesada también se vende como ingrediente alimentario y se utiliza como alternativa a la sal en los meses de invierno. El aceite de maíz también se extrae y vende. [ cita requerida ]
Cuestiones ambientales
El etanol de maíz produce menos emisiones de gases de efecto invernadero que la gasolina y es completamente biodegradable , a diferencia de algunos aditivos de combustible como el MTBE . [14] Sin embargo, debido a que la energía para operar muchas destilerías estadounidenses proviene principalmente de plantas de carbón , ha habido un debate considerable sobre la sostenibilidad del etanol de maíz en la sustitución de los combustibles fósiles . Controversia adicional se refiere a la gran cantidad de tierra cultivable necesaria para los cultivos y su impacto en el suministro de grano y de los efectos directos e indirectos de cambio de uso de la tierra . Otros problemas se relacionan con la contaminación , el uso del agua para riego y procesamiento, el balance energético y la intensidad de las emisiones para el ciclo de vida completo de la producción de etanol. [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]
Emisiones de gases de efecto invernadero
Varios estudios de ciclo de vida completo han encontrado que el etanol de maíz reduce las emisiones de gases de efecto invernadero del pozo a la rueda hasta en un 50 por ciento en comparación con la gasolina. [14] [25] [26] [27] Los combustibles mezclados con etanol actualmente en el mercado, ya sea E10 o E85, cumplen con las estrictas normas de emisión del tubo de escape. [14]
Tierras de cultivo
Una de las principales controversias relacionadas con la producción de etanol de maíz es la necesidad de tierras de cultivo arables para producir etanol, que luego no está disponible para cultivar maíz para consumo humano o animal. [28] En los Estados Unidos, el 40% de la superficie destinada al grano de maíz se utiliza para la producción de etanol de maíz, de la cual el 25% se convirtió en etanol después de contabilizar los coproductos, dejando solo el 60% del rendimiento de la cosecha para humanos o consumo animal. [3]
Impacto económico del etanol de maíz
La Asociación de Combustibles Renovables (RFA), el grupo de presión de la industria del etanol, afirma que la producción de etanol aumenta el precio del maíz al aumentar la demanda. La RFA afirma que la producción de etanol tiene un efecto económico positivo para los agricultores estadounidenses, pero no detalla el efecto para otras poblaciones donde el maíz de campo es parte de la dieta básica. Un documento de lobby de la RFA afirma que "en una declaración de enero de 2007, el economista jefe del USDA declaró que se esperaba que los pagos del programa agrícola se redujeran en unos $ 6 mil millones debido al mayor valor de una fanega de maíz. [29] La producción de maíz en 2009 alcanzó más de 13,2 mil millones de bushels, y el rendimiento por acre saltó a más de 165 bushels por acre. [30] En los Estados Unidos, se utilizaron 5,6 millones de bushels de maíz para la producción de etanol de 14,6 millones de bushels producidos, según datos preliminares del USDA de 2018 . [31] Según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de EE. UU., "El aumento [producción] de etanol parece provenir del aumento en la producción general de maíz y una pequeña disminución en el maíz utilizado para la alimentación animal y otros usos residuales. La cantidad de maíz utilizada para otros usos, incluido el consumo humano, se ha mantenido bastante constante de un año a otro ". [31] Esto no prueba que no haya un impacto en el suministro de alimentos: dado que la producción de maíz de EE. UU. Se duplicó (aproximadamente) entre 1987 y 2018, es probable que algunas tierras de cultivo que anteriormente se usaban para cultivar otros cultivos alimentarios ahora se usen para cultivar maíz. También es posible o probable que algunas tierras marginales se hayan convertido o devuelto a uso agrícola. Eso puede tener impactos ambientales negativos. [ Cita necesario ]
Biomasa alternativa para etanol
Los restos de la producción de alimentos, como el rastrojo de maíz, podrían utilizarse para producir etanol en lugar de maíz alimentario. El etanol derivado de la remolacha azucarera que se usa en Europa o la caña de azúcar en Brasil tiene una reducción de hasta un 80% en el dióxido de carbono del pozo a la rueda . El uso de biomasa celulósica para producir etanol se considera biocombustible de segunda generación que algunos consideran una solución al debate entre alimentos y combustibles, y tiene el potencial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero del ciclo de vida hasta en un 86 por ciento en relación con la gasolina. [14]
Ver también
- Etanol celulósico
- Combustible de etanol
- Combustible de etanol en los Estados Unidos
Referencias
- ^ Smil, Vaclav (2017). Transiciones energéticas: perspectivas globales y nacionales . Santa Bárbara, California: Praeger, una editorial de ABC-CLIO, LLC. pag. 162. ISBN 978-1-4408-5324-1. OCLC 955778608 .
- ^ Conca, James. "Es final: el etanol de maíz no sirve" . Forbes . Consultado el 1 de abril de 2019 .
- ^ a b Mumm, Rita H; Goldsmith, Peter D; Rausch, Kent D; Stein, Hans H (2014). "Uso de la tierra atribuido a la producción de etanol de maíz en los Estados Unidos: sensibilidad a los avances tecnológicos en el rendimiento de grano de maíz, conversión de etanol y utilización de coproductos" . Biotecnología para biocombustibles . 7 (1): 61. doi : 10.1186 / 1754-6834-7-61 . ISSN 1754-6834 . PMC 4022103 . PMID 24725504 .
Aunque el 40,5% del grano de maíz se canalizó al procesamiento de etanol en 2011, solo el 25% de la superficie cultivada de maíz en EE. UU. Se atribuyó al etanol cuando se tiene en cuenta la utilización de coproductos alimenticios.
- ^ "Centro de datos de combustibles alternativos: mapas y datos - maíz estadounidense para combustible etanol, piensos y otros usos" . afdc.energy.gov . Consultado el 16 de abril de 2019 .
- ^ a b c "Centro de datos de combustibles alternativos: conceptos básicos de combustible de etanol" . afdc.energy.gov . Consultado el 16 de abril de 2019 .
- ^ a b "Uso de etanol de maíz en el Medio Oeste" . large.stanford.edu . Consultado el 16 de abril de 2019 .
- ^ Cleveland, Cutler J .; O'Connor, Peter; Hall, Charles AS; Guilford, Megan C. (octubre de 2011). "Una nueva evaluación a largo plazo del rendimiento energético de la inversión (EROI) para el descubrimiento y la producción de petróleo y gas de EE. UU . " . Sustentabilidad . 3 (10): 1866–1887. doi : 10.3390 / su3101866 .
- ^ "Centro de datos de combustibles alternativos: ubicaciones de la estación de combustible de etanol" . afdc.energy.gov . Consultado el 16 de abril de 2019 .
- ^ Bothast, RJ; Schlicher, MA (2014). "Procesos biotecnológicos para la conversión de maíz en etanol". Microbiología y Biotecnología Aplicadas . 67 (1): 19-25. doi : 10.1007 / s00253-004-1819-8 . ISSN 0175-7598 . PMID 15599517 . S2CID 10019321 .
- ^ Producción y distribución de etanol, centro de datos de combustibles alternativos, Departamento de Energía de EE. UU. < Http://www.afdc.energy.gov/fuels/ethanol_production.html >
- ^ Verser, DW; Eggeman, TJ Proceso para producir etanol a partir de la molienda en seco de maíz. US7888082B2. https://patents.google.com/patent/US7888082B2/en
- ^ Sección, Gobierno de Alberta, Agricultura y Silvicultura de Alberta, División de Ganadería y Cultivos, Subdivisión de Investigación y Extensión de Cultivos, Extensión de Investigación de Ganadería y Cultivos (1 de noviembre de 2011). "Alimentar a los cerdos con granos secos de destilería con solubles (DDGS)" . www1.agric.gov.ab.ca . Consultado el 23 de noviembre de 2018 .
- ^ Jackson, David S .; Shandera, Donald L. (1995), "Corn Wet Milling: Separation Chemistry and Technology", Advances in Food and Nutrition Research , Elsevier, 38 : 271–300, doi : 10.1016 / s1043-4526 (08) 60085-6 , ISBN 9780120164387, PMID 15918293
- ^ a b c d Mitos y hechos del etanol Archivado el 15 de diciembre de 2010 en la Wayback Machine.
- ^ "Biocombustibles: la promesa y los riesgos, en el Informe sobre el desarrollo mundial 2008" (PDF) . El Banco Mundial. 2008. págs. 70–71 . Consultado el 4 de mayo de 2008 .
- ^ Timothy Searchinger; et al. (29 de febrero de 2008). "El uso de tierras de cultivo estadounidenses para biocombustibles aumenta los gases de efecto invernadero a través de las emisiones del cambio de uso de la tierra". Ciencia . 319 (5867): 1238–1240. Código bibliográfico : 2008Sci ... 319.1238S . doi : 10.1126 / science.1151861 . PMID 18258860 . S2CID 52810681 .Publicado originalmente en línea en Science Express el 7 de febrero de 2008. Ver Letters to Science de Wang y Haq. Hay críticas a estos hallazgos por asumir el peor de los casos.
- ^ "Otra verdad incómoda" (PDF) . Oxfam . 28 de junio de 2008. Archivado desde el original (PDF) el 19 de agosto de 2008 . Consultado el 6 de agosto de 2008 .Documento informativo de Oxfam 114, gráfico 2 págs.
- ^ Fargione; Hill, J .; Tilman, D .; Polasky, S .; Hawthorne, P .; et al. (29 de febrero de 2008). "Desbroce de tierras y la deuda de carbono de los biocombustibles". Ciencia . 319 (5867): 1235–1238. Código bibliográfico : 2008Sci ... 319.1235F . doi : 10.1126 / science.1152747 . PMID 18258862 . S2CID 206510225 . Publicado originalmente en línea en Science Express el 7 de febrero de 2008. Hay refutaciones a estos hallazgos por asumir el peor de los casos.
- ^ "Propuesta de reglamento para implementar el estándar de combustibles bajos en carbono. Volumen I: Informe del personal: Declaración inicial de motivos" (PDF) . Junta de Recursos del Aire de California . 5 de marzo de 2009 . Consultado el 26 de abril de 2009 .
- ^ Youngquist, W. Geodestinies , compañía nacional del libro, Portland, OR, 499p.
- ^ La sucia verdad sobre los biocombustibles
- ^ Deforestación diesel - la locura del biocombustible
- ^ Powers, Susan E; Domínguez-Faus, Rosa; Álvarez, Pedro JJ (marzo de 2010). "La huella hídrica de la producción de biocombustibles en Estados Unidos". Biocombustibles . 1 (2): 255–260. doi : 10.4155 / BFS.09.20 . S2CID 130923687 .[ enlace muerto permanente ]
- ^ Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos , Comité sobre las implicaciones de la producción de biocombustibles en el agua en los Estados Unidos (2008). Implicaciones hídricas de la producción de biocombustibles en los Estados Unidos . The National Academy Press , Washington, DC ISBN 978-0-309-11361-8.
- ^ Farrell, Alexander E .; Plevin, Richard J .; Turner, Brian T .; Jones, Andrew D .; O'Hare, Michael; Kammen, Daniel M. (2006). "El etanol puede contribuir a los objetivos energéticos y medioambientales". Ciencia . 311 (5760): 506–508. Código bibliográfico : 2006Sci ... 311..506F . doi : 10.1126 / science.1121416 . ISSN 0036-8075 . PMID 16439656 . S2CID 16061891 .
- ^ Daniel., Sperling (2009). Dos mil millones de automóviles: conduciendo hacia la sostenibilidad . Gordon, Deborah, 1959-. Oxford: Prensa de la Universidad de Oxford. ISBN 9780199704095. OCLC 302414399 .
- ^ Liska, Adam L .; Yang, Haishun S .; Bremer, Virgil R .; Klopfenstein, Terry J .; Walters, Daniel T .; Erickson, Galen E .; Cassman, Kenneth G. (2009). "Mejoras en la eficiencia energética del ciclo de vida y las emisiones de gases de efecto invernadero del maíz-etanol" . Revista de Ecología Industrial . 13 : 58–74. doi : 10.1111 / j.1530-9290.2008.00105.x . S2CID 18630452 .
- ^ Brown, Lester Russell (2003). Plan B: Rescatar un planeta bajo estrés y una civilización en problemas . WW Norton & Company. ISBN 9780393325232.
- ^ "Hechos del etanol: agricultura" . www.ethanolrfa.org. 12 de enero de 2010 . Consultado el 4 de abril de 2010 .
- ^ "El año de cosecha 2009 es uno para los libros de récords, informes del USDA" . Nass.usda.gov. 12 de enero de 2010. Archivado desde el original el 14 de enero de 2010 . Consultado el 4 de abril de 2010 .
- ^ a b "Centro de datos de combustibles alternativos: mapas y datos - producción de maíz y porción utilizada para combustible de etanol" . afdc.energy.gov . Consultado el 29 de agosto de 2019 .
enlaces externos
- ¿Mejor que el maíz? Las algas se preparan para vencer a otras materias primas para biocombustibles ( Worldwatch Institute ).
- El fin de la comida barata. (Artículo de portada). 2007 Economist 385 (8558): 11-12.
- Ley de Política Energética de 2005. Ley Pública de 2005 109-58.
- Pimentel, David. 2009 Etanol de maíz como energía. Harvard International Review 31 (2): 50-52.
- Scully, Vaughan. 2007 Efectos del auge de los biocombustibles. BusinessWeek en línea: 26-26.
- Vals, Emily. 2008 Auge del etanol celulósico a pesar de modelos comerciales no probados. Nature Biotechnology 26 (1): 8-9.
- Sustituto de maicena
- Martin, Jeremy. 2017. Impulsando un futuro de transporte limpio. Unión de científicos interesados .