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 , cuyo mandato debe mezclarse con gasolina en el Estándar de Combustibles Renovables . El etanol de maíz se produce mediante 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 45% de las tierras de cultivo de maíz de EE. UU. se utilizan para la producción de etanol . [3]
Desde 2001, la producción de etanol de maíz se ha multiplicado por más de varias veces. [4] De los 9,50 mil millones de bushels de maíz producidos en 2001, 0,71 mil millones de bushels se utilizaron para producir etanol de maíz. En comparación con 2018, de 14,62 mil millones de bushels de maíz producidos, 5,60 mil millones de bushels se utilizaron para producir etanol de maíz, informó el Departamento de Energía de Estados Unidos . En general, el 94% del etanol en Estados Unidos se produce a partir de maíz. [5]
Actualmente, el etanol de maíz se utiliza principalmente en mezclas con gasolina para crear mezclas como E10 , E15 y E85 . El etanol se mezcla con más del 98% de la gasolina estadounidense para reducir la contaminación del aire. [5] El etanol de maíz se utiliza como oxigenante cuando se mezcla con gasolina . E10 y E15 se pueden utilizar en todos los motores sin modificaciones. Sin embargo, las mezclas como la E85, con un contenido de etanol mucho mayor , requieren modificaciones significativas antes de que un motor pueda funcionar con la mezcla sin dañarlo. [6] Algunos vehículos que actualmente utilizan combustible E85 , también llamado combustible flexible , incluyen el Ford Focus , el Dodge Durango y la Toyota Tundra , entre otros. [ cita necesaria ]
Se desconoce el uso futuro del etanol de maíz como principal sustituto de la gasolina . Aún no se ha demostrado que el etanol de maíz sea tan rentable como la gasolina debido a que su producción es mucho más costosa en comparación con la gasolina . [6] El etanol de maíz tiene que pasar por un extenso proceso de molienda antes de poder usarse como fuente de combustible. Un inconveniente importante del etanol de maíz es la energía recuperada de 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, lo que, a su vez, también proporciona menos kilometraje por galón en comparación con la gasolina. [7] En el futuro, a medida que la tecnología avance y el petróleo se vuelva menos abundante, el proceso de molienda puede requerir menos energía, lo que resultará en un TRE más cercano al del petróleo. Otro problema grave del etanol de maíz como sustituto de la gasolina es el daño al motor de los vehículos estándar. El E10 contiene diez por ciento de etanol y es aceptable para la mayoría de los vehículos que circulan hoy en día, mientras que el E15 contiene 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 85% de etanol , requiere modificación del motor antes de que un motor pueda durar mientras procesa un gran volumen de etanol durante un período prolongado. Por lo tanto, la mayoría de los vehículos antiguos y modernos quedarían obsoletos sin las modificaciones adecuadas en el motor para soportar el aumento de la corrosividad debido al alto volumen de etanol . Además, la mayoría de las gasolineras no ofrecen repostaje de vehículos E85. El Departamento de Energía de Estados Unidos informa que sólo 3.355 gasolineras, de 168.000, en todo Estados Unidos, ofrecen repostaje de etanol para vehículos E85 . [8]
Hay dos tipos principales de producción de etanol de maíz: molienda seca y molienda húmeda , que se diferencian en el método de tratamiento inicial del grano y los coproductos. [9]
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 hasta obtener harina o "puré", que luego se mezcla añadiendo agua. [11] Se añaden enzimas al puré para hidrolizar el almidón en azúcares simples . Se añade amoniaco para controlar el pH y como nutriente para la levadura , que se añade posteriormente. La mezcla se procesa a altas temperaturas para reducir los niveles de bacterias. El mosto se traslada y se enfría en fermentadores . Se añaden levaduras , que fermentan los azúcares hasta obtener etanol y dióxido de carbono . Todo el proceso dura de 40 a 50 horas, tiempo durante el cual el puré se mantiene fresco y se agita para promover la actividad de la levadura . Luego el puré se transfiere a columnas de destilación , donde se elimina el etanol del ensilaje . El etanol se deshidrata a aproximadamente 200 grados utilizando un sistema de tamiz molecular . Se añade un desnaturalizante , como gasolina, para que el producto no sea potable. Luego, el producto está listo para enviarse a terminales o minoristas de gasolina. El ensilaje restante se procesa para obtener un alimento para ganado altamente nutritivo conocido como granos secos y solubles de destilería (DDGS). [12] El dióxido de carbono liberado en el proceso se utiliza para carbonatar bebidas y para fabricar hielo seco . [ cita necesaria ]
En la molienda húmeda , el grano de maíz se separa en componentes mediante maceración en ácido sulfúrico diluido durante 24 a 48 horas. [13] Luego, la mezcla de lechada pasa por una serie de molinos para separar el germen de maíz . Los componentes restantes de fibra, gluten y almidón se separan mediante separadores de criba, hidroclónicos y centrífugos. El almidón de maíz y el agua restante pueden fermentarse para obtener etanol mediante un proceso similar al de la molienda en seco , secarse y venderse como almidón de maíz modificado o convertirse en jarabe de maíz . La proteína del gluten y el licor de maceración se secan para elaborar una harina de gluten de maíz que se vende a la industria ganadera. El agua espesa y macerada también se vende como ingrediente de piensos y se utiliza como alternativa a la sal en los meses de invierno. También se extrae y vende aceite de maíz . [ cita necesaria ]
El etanol de maíz produce menores emisiones de gases de efecto invernadero que la gasolina y es completamente biodegradable , a diferencia de algunos aditivos para combustibles como el MTBE . [14] Sin embargo, debido a que la energía para hacer funcionar 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 . Otra controversia se relaciona con la gran cantidad de tierra cultivable requerida para los cultivos y su impacto en el suministro de granos y los efectos directos e indirectos del cambio en el uso de la tierra . Otras cuestiones se relacionan con la contaminación , el uso del agua para riego y procesamiento, el balance energético y la intensidad de las emisiones durante todo el ciclo de vida de la producción de etanol. [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24]
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Varios estudios del ciclo de vida completo han encontrado que el etanol de maíz reduce las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 50 por ciento en comparación con la gasolina. [14] [25] [26] [27] Sin embargo, otras investigaciones han concluido que el etanol de maíz produce más emisiones de carbono por unidad de energía que la gasolina, si se tiene en cuenta el uso de fertilizantes y el cambio de uso de la tierra [28]
Los combustibles mezclados con etanol actualmente en el mercado, ya sea E10 o E85, cumplen con estrictos estándares de emisiones de escape. [14]
Una de las principales controversias relacionadas con la producción de etanol de maíz es la necesidad de tierras cultivables para cultivar maíz para etanol, que luego no están disponibles para cultivar maíz para consumo humano o animal. [29] En los Estados Unidos, el 40% de la superficie designada para el grano de maíz se utiliza para la producción de etanol de maíz, del cual el 25% se convirtió en etanol después de contabilizar los coproductos, dejando sólo el 60% del rendimiento del cultivo para humanos o consumo de animales. [30]
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 cultivado forma 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 afirmó que se esperaba que los pagos del programa agrícola se redujeran en unos 6 mil millones de dólares debido al mayor valor del bushel de maíz. [31] 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 [32] En Estados Unidos, se utilizaron 5,05 mil millones de bushels de maíz para la producción de etanol de los 14,99 mil millones de bushels producidos en 2020, según datos del USDA . [33] Según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de EE.UU., "El aumento [de la producción] de etanol parece deberse al aumento de la producción general de maíz y a una pequeña disminución del maíz utilizado para alimentación animal y otros usos residuales. La cantidad de maíz utilizada para otros usos, incluido el consumo humano, se ha mantenido bastante constante de año en año." [33] Esto no prueba que no hubo un impacto en el suministro de alimentos: dado que la producción de maíz de Estados Unidos se duplicó (aproximadamente) entre 1987 y 2018, es probable que algunas tierras de cultivo que anteriormente se utilizaban para cultivar otros cultivos alimentarios ahora se utilicen para cultivar maíz. También es posible o probable que algunas tierras marginales se hayan convertido o se hayan devuelto al uso agrícola . necesario ]
Los restos de la producción de alimentos, como los rastrojos de maíz, podrían usarse para producir etanol en lugar de maíz alimentario. El etanol derivado de la remolacha azucarera, como se usa en Europa o de la caña de azúcar en Brasil, tiene una reducción de hasta el 80% en el dióxido de carbono del pozo a la rueda . El uso de biomasa celulósica para producir etanol se considera un 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]
{{cite web}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )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. fue atribuible al etanol cuando se contabiliza la utilización de coproductos forrajeros.