El etanol de maíz es el etanol producido a partir de biomasa de maíz y es la principal fuente de combustible de etanol en los Estados Unidos , y su mezcla con gasolina está obligada a cumplir con la Norma de Combustibles Renovables . El etanol de maíz se produce mediante la fermentación y destilación del 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 los EE. UU. se utilizan para la producción de etanol . [3]
Desde 2001, la producción de etanol de maíz ha aumentado 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 los 14,62 mil millones de bushels de maíz producidos, 5,60 mil millones de bushels se utilizaron para producir etanol de maíz, según informó el Departamento de Energía de los Estados Unidos . En general, el 94% del etanol en los Estados Unidos se produce a partir de maíz. [5]
En la actualidad, el etanol de maíz se utiliza principalmente en mezclas con gasolina para crear mezclas como E10 , E15 y E85 . El etanol se mezcla en más del 98% de la gasolina de los Estados Unidos 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 modificación. Sin embargo, mezclas como E85, con un contenido de etanol mucho mayor , requieren que se realicen 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 , Dodge Durango y Toyota Tundra , entre otros. [ cita requerida ]
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 el etanol de maíz es mucho más caro de crear 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. Una desventaja importante del etanol de maíz es la energía devuelta 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 menor 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 resulta en un EROI más cercano al del petróleo. Otro problema grave con el etanol de maíz como reemplazo de la gasolina es el daño al motor en los vehículos estándar. El E10 contiene un diez por ciento de etanol y es aceptable para la mayoría de los vehículos en la carretera hoy en día, 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 procesa un alto volumen de etanol durante un período prolongado de tiempo. Por lo tanto, la mayoría de los vehículos antiguos y modernos quedarían 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 reabastecimiento de combustible para vehículos E85. El Departamento de Energía de los Estados Unidos informa que solo 3.355 estaciones de servicio, de 168.000, en todo Estados Unidos, ofrecen reabastecimiento de etanol para vehículos E85 . [8]
Hay dos tipos principales de producción de etanol de maíz: molienda seca y molienda húmeda , que difieren en el método de tratamiento inicial del grano y los coproductos. [9]
La gran mayoría (≈90%) 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 agregando 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 más tarde. 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 lleva de 40 a 50 horas, tiempo durante el cual el puré se mantiene fresco y agitado 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 la gasolina, para que el producto no se pueda beber. El producto está listo para ser enviado a los minoristas o terminales de gasolina. El ensilado 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 fabricar hielo seco . [ cita requerida ]
En la molienda húmeda , el grano de maíz se separa en sus componentes mediante una maceración en ácido sulfuroso diluido durante 24 a 48 horas. [13] Luego, la mezcla de suspensión 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 tamiz, 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 transformar en jarabe de maíz . La proteína del gluten y el licor de maceración se secan para hacer una harina de gluten de maíz que se vende a la industria ganadera. El agua de maceración pesada 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 requerida ]
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 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 . Una controversia adicional se relaciona con la gran cantidad de tierra cultivable necesaria para los cultivos y su impacto en el suministro de granos y los efectos directos e indirectos del cambio de 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 para el ciclo de vida completo de la producción de etanol. [15] [16] [17] [18] [19] [20 ] [21] [22] [ 23] [24]
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Varios estudios de ciclo de vida completo han descubierto 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] Sin embargo, una investigación más reciente basada en un análisis de datos de los primeros ocho años de la implementación del Estándar de Combustibles Renovables de EE. UU. sugiere que el etanol de maíz produce más emisiones de carbono por unidad de energía que la gasolina, al tener en cuenta el uso de fertilizantes y el cambio de uso de la tierra . [28]
Los combustibles mezclados con etanol que se encuentran actualmente en el mercado (ya sea E10 o E85) cumplen con estrictos estándares de emisiones de escape. [14]
Una de las principales controversias en torno a la producción de etanol de maíz es la necesidad de disponer de tierras cultivables para cultivar maíz para la producción de etanol, que luego no están disponibles para cultivar maíz para el consumo humano o animal . [29] 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 del cultivo para el consumo humano o animal. [30]
El cultivo de maíz para alimentar vehículos de combustión interna es un uso sumamente ineficiente de la tierra. Una granja solar que genere electricidad para alimentar un vehículo eléctrico podría recorrer aproximadamente 85 veces más distancia que el etanol de maíz cultivado en la misma área. [31]
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 incrementar la demanda. La RFA sostiene que la producción de etanol tiene un efecto económico positivo para los agricultores estadounidenses, pero no explica en detalle el efecto para otras poblaciones donde el maíz forma parte de la dieta básica. Un documento de lobby de 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 de un bushel de maíz. [32] La producción de maíz en 2009 alcanzó más de 13,2 mil millones de bushels, y el rendimiento por acre aumentó a más de 165 bushels por acre. [33] En los 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 . [34] Según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de EE. UU., "El aumento de la [producción] de etanol parece provenir del aumento de la producción general de maíz y una pequeña disminución del 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". [34] Esto no prueba que no haya habido un impacto en los suministros 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 antes 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 al uso agrícola. Eso puede tener impactos ambientales negativos. [ cita requerida ]
Los restos de la producción de alimentos, como el rastrojo de maíz, podrían utilizarse para producir etanol en lugar de maíz para consumo humano. El etanol derivado de la remolacha azucarera, como se utiliza 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 sobre alimentos versus combustibles, y tiene el potencial de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero durante el ciclo de vida hasta en un 86 por ciento en relación con la gasolina. [14]
{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )Aunque el 40,5% del grano de maíz se destinó al procesamiento de etanol en 2011, solo el 25% de la superficie cultivada de maíz en los EE. UU. fue atribuible al etanol al contabilizar la utilización de coproductos para piensos.