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etanol de maíz

El maíz es la principal materia prima utilizada para la producción de etanol como combustible en Estados Unidos. El etanol de maíz se produce a partir de biomasa de maíz y es la...

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El maíz es la principal materia prima utilizada para la producción de etanol como combustible en Estados Unidos.

El etanol de maíz se produce a partir de biomasa de maíz y es la principal fuente de combustible de etanol en Estados Unidos , siendo obligatorio mezclarlo con gasolina según la Norma de Combustibles Renovables . El etanol de maíz se produce mediante fermentación y destilación . Se debate si la producción y el uso de etanol de maíz generan menores emisiones de gases de efecto invernadero que la gasolina. [ 1 ] [ 2 ] Aproximadamente el 45 % de las tierras de cultivo de maíz en Estados Unidos se utilizan para la producción de etanol. [ 3 ]

Usos

Desde 2001, la producción de etanol de maíz se ha multiplicado varias veces. [ 4 ] De los 9.500 millones de bushels de maíz producidos en 2001, 710 millones se utilizaron para producir etanol de maíz. En comparación con 2018, de los 14.620 millones de bushels de maíz producidos, 5.600 millones 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 ]

Actualmente, 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 en 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 usar en todos los motores sin modificaciones. Sin embargo, las mezclas como E85, con un contenido de etanol mucho mayor, requieren modificaciones significativas para que un motor pueda funcionar con la mezcla sin dañarse. [ 6 ] Algunos vehículos que actualmente usan combustible E85 , también llamado combustible flexible , incluyen el Ford Focus , Dodge Durango y Toyota Tundra , entre otros.

El uso futuro del etanol de maíz como principal sustituto de la gasolina es desconocido. 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. [ 6 ] El etanol de maíz debe pasar por un extenso proceso de molienda antes de poder utilizarse como combustible. Una desventaja importante del etanol de maíz es el retorno energético sobre la energía invertida ( EROI ), es decir, la energía producida en comparación con la energía necesaria para producirla. 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 un menor rendimiento por galón en comparación con la gasolina. [ 7 ] En el futuro, a medida que la tecnología avance y el petróleo sea menos abundante, el proceso de molienda podría requerir menos energía, lo que resultaría en un EROI más cercano al del petróleo. Otro problema grave del etanol de maíz como sustituto de la gasolina es el daño que causa 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 actualmente, 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 modificaciones en el motor para que este pueda procesar un alto 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 el repostaje de vehículos E85. El Departamento de Energía de los Estados Unidos informa que solo 3355 gasolineras, de un total de 168 000 en todo el país, ofrecen el repostaje de etanol para vehículos E85 . [ 8 ]

Más allá de su función como combustible para el transporte, el etanol derivado del maíz puede deshidratarse para producir etileno o coprocesarse en unidades de craqueo catalítico fluidizado. Una evaluación del ciclo de vida de la cuna a la puerta realizada en 2025 reportó menores emisiones de gases de efecto invernadero para estas vías de bioetileno que para la producción de etileno derivado de combustibles fósiles. [ 9 ] En esta vía, el etanol se deshidrata catalíticamente para producir etileno, una materia prima clave para el polietileno y otros plásticos. Bajo ciertas configuraciones, el modelado del ciclo de vida encontró que el bioetileno derivado del etanol de maíz podría lograr una reducción de más del 100 % en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el etileno derivado de combustibles fósiles, debido a los créditos de coproductos y la captura de carbono. [ 10 ] El estudio también examinó el coprocesamiento de etanol con materias primas derivadas del petróleo en unidades de refinería para producir componentes renovables para la mezcla de gasolina, encontrando que esta vía podría lograr ahorros significativos de gases de efecto invernadero en relación con el refinado convencional. [ 10 ]

proceso de producción

Una planta de producción de etanol en West Burlington, Iowa .

Los biocombustibles pueden producirse mediante rutas biológicas o termoquímicas, siendo el bioetanol uno de los más comunes. [ 11 ] Las recientes mejoras en las plantas han incorporado medidas de ahorro energético, como la integración térmica, una mayor eficiencia de destilación y enzimas avanzadas que aumentan las tasas de conversión de almidón a etanol. [ 12 ] Algunos ejemplos de estas medidas incluyen la sustitución del gas natural por gas de síntesis derivado de biomasa, la instalación de sistemas combinados de calor y electricidad, y la captura de CO₂ de la fermentación o destilación. [ 12 ] Existen 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. [ 13 ]

Molienda en seco

La gran mayoría (≈90%) del etanol de maíz en los Estados Unidos se produce mediante molienda en seco . [ 14 ] En el proceso de molienda en seco , el grano de maíz entero se muele hasta obtener harina , o "masa", que luego se mezcla con agua. [ 15 ] Se añaden enzimas a la masa para hidrolizar el almidón en azúcares simples . Se añade amoníaco 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. La masa se transfiere y enfría en fermentadores . Se añade levadura , que fermenta los azúcares en etanol y dióxido de carbono . Todo el proceso dura de 40 a 50 horas, durante las cuales la masa se mantiene fría y se agita para promover la actividad de la levadura . Luego, la masa se transfiere a columnas de destilación , donde se separa el etanol del ensilado . El etanol se deshidrata a aproximadamente 200 grados proof utilizando un sistema de tamiz molecular . Se añade un desnaturalizante como la gasolina para que el producto no sea apto para el consumo. El producto está entonces listo para su envío a distribuidores o terminales de gasolina. El ensilaje restante se procesa en un alimento para ganado altamente nutritivo conocido como granos secos y solubles de destilería (DDGS). [ 16 ] El dióxido de carbono liberado en el proceso puede utilizarse para carbonatar bebidas y para fabricar hielo seco .

Molienda húmeda

En la molienda húmeda , el grano de maíz se separa en componentes mediante remojo en ácido sulfuroso diluido durante 24 a 48 horas. [ 17 ] La mezcla resultante pasa luego por una serie de molinos para separar el germen de maíz . Los componentes restantes de fibra, gluten y almidón se separan mediante separadores de malla, hidroclónicos y centrífugos. El almidón de maíz y el agua restante se pueden fermentar para obtener etanol mediante un proceso similar al de la molienda seca , secar y vender como almidón de maíz modificado , o convertir en jarabe de maíz . La proteína de gluten y el licor de remojo se secan para producir harina de gluten de maíz que se vende a la industria ganadera. El agua de remojo concentrada también se vende como ingrediente para piensos y se utiliza como alternativa a la sal durante los meses de invierno. También se extrae y vende aceite de maíz . [ 18 ]

Problemas medioambientales

El etanol a base de maíz se clasifica como un biocombustible de primera generación producido a partir de cultivos comestibles; las generaciones posteriores derivan de materias primas lignocelulósicas o algas. [ 19 ] El etanol de maíz produce menores emisiones de gases de efecto invernadero que la gasolina y es totalmente biodegradable , a diferencia de algunos aditivos para combustibles como el MTBE . [ 20 ] Sin embargo, debido a que la energía para operar muchas destilerías estadounidenses proviene principalmente de centrales de carbón , ha habido un debate considerable sobre la sostenibilidad del etanol de maíz como sustituto de los combustibles fósiles . Otra controversia 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 . 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 todo el ciclo de vida de la producción de etanol. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

emisiones de gases de efecto invernadero

Planta procesadora de maíz cerca de Columbus, Nebraska .

Varios estudios de ciclo de vida completo han encontrado que el etanol de maíz reduce las emisiones de gases de efecto invernadero desde la producción hasta el consumo hasta en un 50 por ciento en comparación con la gasolina. [ 20 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] Un análisis de ciclo de vida de 2022 dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne estimó la intensidad de carbono actual del etanol de maíz en EE. UU. en aproximadamente 52,4 g CO₂e/MJ. El estudio encontró que combinar medidas de eficiencia, cambio de combustible (por ejemplo, gas de síntesis o gas natural renovable en lugar de gas natural) y captura de carbono podría reducir la intensidad de carbono a tan solo −18,4 g CO₂e/MJ, incluyendo el cambio de uso de la tierra. [ 12 ] El análisis también tuvo en cuenta los créditos de coproductos como los granos secos de destilería con solubles (DDGS), que reemplazan el alimento animal convencional y, por lo tanto, reducen las emisiones generales de gases de efecto invernadero del ciclo de vida. [ 12 ] Sin embargo, investigaciones más recientes basadas en un análisis de datos de los primeros ocho años de la implementación del Estándar de Combustibles Renovables de EE. UU . sugieren que el etanol de maíz produce más emisiones de carbono por unidad de energía que la gasolina, cuando se tiene en cuenta el uso de fertilizantes y el cambio de uso de la tierra . [ 34 ]

Los combustibles mezclados con etanol que se encuentran actualmente en el mercado, ya sean E10 o E85, cumplen con estrictas normas de emisiones por el tubo de escape. [ 20 ]

Tierras de cultivo y uso de la tierra

Producción de maíz frente a producción de etanol en Estados Unidos
  Producción total de maíz ( bushels ) (izquierda)
  Maíz utilizado para la producción de etanol (bushels) (izquierda)
  Porcentaje de maíz utilizado para la producción de etanol (derecha)

Una de las principales controversias relacionadas con la producción de etanol de maíz es la necesidad de tierras cultivables para producir maíz para etanol, las cuales luego no están disponibles para cultivar maíz para consumo humano o animal . [ 35 ] En Estados Unidos, el 40% de la superficie destinada al cultivo de maíz se utiliza para la producción de etanol de maíz, de la cual el 25% se convirtió en etanol después de considerar los subproductos, dejando solo el 60% del rendimiento del cultivo para consumo humano o animal. [ 36 ]

Cultivar maíz para alimentar vehículos de combustión interna es un uso muy 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 superficie. [ 37 ]

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 incrementa el precio del maíz al aumentar la demanda. La RFA sostiene que la producción de etanol tiene un efecto económico positivo para los agricultores estadounidenses, pero no detalla el efecto en otras poblaciones donde el maíz de campo forma parte de la dieta básica. Un documento de cabildeo de 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 de dólares debido al mayor valor de un bushel de maíz. [ 38 ] La producción de maíz en 2009 alcanzó más de 13.2 mil millones de bushels, y un rendimiento por acre aumentó a más de 165 bushels por acre. [ 39 ] En los Estados Unidos, 5.05 mil millones de bushels de maíz se utilizaron para la producción de etanol de 14.99 mil millones de bushels producidos en 2020, según datos del USDA . [ 40 ] Según el Centro de Datos de Combustibles Alternativos del Departamento de Energía de los Estados Unidos, "El aumento de la producción de etanol parece haber venido del aumento en la producción general de maíz y una pequeña disminución en el maíz utilizado para alimento 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." [ 40 ] Esto no prueba que no haya habido un impacto en el suministro de alimentos: dado que la producción de maíz en EE. UU. se duplicó (aproximadamente) entre 1987 y 2018, es probable que algunas tierras de cultivo utilizadas anteriormente para cultivar otros alimentos ahora se utilicen para cultivar maíz. También es posible o probable que algunas tierras marginales se hayan convertido o vuelto a utilizar para fines agrícolas. Esto puede tener impactos ambientales negativos.

Biomasa alternativa para la producción de etanol

Los residuos 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 el que se usa en Europa, o de la caña de azúcar, como el de Brasil, reduce hasta en un 80 % las emisiones de dióxido de carbono desde la extracción hasta el consumo . El uso de biomasa celulósica para producir etanol se considera un biocombustible de segunda generación , que algunos ven como 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 % en comparación con la gasolina. [ 20 ]

Véase también

Referencias

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