옥수수 에탄올

Corn ethanol
옥수수는 미국에서 에탄올 연료를 생산하는데 사용되는 주요 공급원료다.

옥수수 에탄올은 옥수수 바이오매스에서 생산되는 에탄올으로 미국에서 에탄올 연료의 주요 공급원이다. 옥수수 에탄올은 에탄올 발효와 증류에 의해 생산된다. 옥수수 에탄올의 생산과 사용이 휘발유보다 낮은 온실가스 배출로 귀결되는지는 논란의 여지가 있다.[1][2] 미국 옥수수 경작지의 약 25%가 에탄올 생산에 사용된다.[3]

사용하다

2001년 이후 옥수수 에탄올 생산량은 7배 이상 증가했다.[4] 2001년 생산된 옥수수 95억5000만 부셸 가운데 07억1000만 부셸이 옥수수 에탄올 생산에 쓰였다. 미국 에너지부가 발표한 2018년 옥수수 생산량 146억2000만 부셸 가운데 56억6000만 부셸이 옥수수 에탄올 생산에 사용됐다. 전체적으로 에탄올의 95%는 옥수수로 생산된다.[5]

현재, 옥수수 에탄올은 주로 휘발유와 혼합하여 E10, E15, E85와 같은 혼합물을 만드는데 사용된다. 에탄올은 대기 오염을 줄이기 위해 미국 휘발유의 98% 이상에 섞인다.[5] 옥수수 에탄올은 가솔린과 혼합될 때 산소산소로 사용된다. E10과 E15는 개조 없이 모든 엔진에 사용할 수 있다. 그러나 E85와 같은 혼합물과 에탄올 함량이 훨씬 더 높기 때문에 엔진이 엔진에 손상을 주지 않고 혼합물에서 작동하기 전에 상당한 수정이 필요하다.[6] 현재 플렉시블 연료라고도 불리는 E85 연료를 사용하는 차량 중에는 포드 포커스, 닷지 듀랑고, 도요타 툰드라 등이 있다.[citation needed]

옥수수 에탄올이 주요 가솔린 대체품으로 사용될 미래는 알려지지 않았다. 옥수수 에탄올은 휘발유에 비해 생산 비용이 훨씬 비싸기 때문에 아직 휘발유만큼 비용 효율성이 입증되지 않았다.[6] 옥수수 에탄올은 연료원으로 사용하기 전에 광범위한 제분 과정을 거쳐야 한다. 옥수수 에탄올의 주요 단점 중 하나는 에너지 투자(EROI)로 반환되는 에너지로, 에너지를 생산하는데 필요한 에너지와 비교하여 산출되는 에너지를 의미한다. 옥수수 에탄올은 석유에 비해 11:1 EROI가 1.5:1로 훨씬 낮아 휘발유에 비해 갤런당 주행거리도 적다.[7] 앞으로 기술이 발전하고 석유가 풍부해짐에 따라 밀링 공정에 필요한 에너지가 줄어들어 석유에 가까운 EROI가 발생할 수 있다. 가솔린의 대체품으로 옥수수 에탄올의 또 다른 심각한 문제는 표준 차량의 엔진 손상이다. E10은 10%의 에탄올을 함유하고 있으며, 오늘날 도로 위의 대부분의 차량에 허용되며, E15는 15%의 에탄올을 함유하고 있으며, 보통 2001년 이전에 제작된 자동차에 대해서는 금지되어 있다.[5] 그러나 향후 휘발유를 대체하고자 하는 희망으로 85% 에탄올이 함유된 E85는 장시간 많은 양의 에탄올을 가공하면서 엔진이 지속되기 전에 엔진 개조가 필요하다. 따라서 대부분의 구형 및 현대 자동차는 많은 양의 에탄올에 의한 부식성 증가를 처리할 수 있는 적절한 엔진 개조가 없으면 구식이 될 것이다. 또한 대부분의 주유소는 E85 차량의 급유를 제공하지 않는다. 미국 에너지부는 미국 전역의 168,000개 주유소 중 3,355개 주유소만이 E85 차량에 에탄올 연료를 공급하고 있다고 보고하고 있다.[8]

생산공정

참고 항목: 옥수수의 습식밀링 및 건조밀링과 곡물분할
아이오와 주 웨스트 벌링턴에 있는 에탄올 연료 공장.

옥수수 에탄올 생산에는 초기 곡물 처리 방법과 공제품이 다른 건식밀링과 습식밀링의 두 가지 주요 유형이 있다.[9]

드라이 밀링

미국에서 옥수수 에탄올의 대부분은 건조 제분 방식으로 생산된다.[10] 건식밀링 과정에서 옥수수 알맹이 전체를 밀가루, 즉 "매쉬"로 갈아서 물을 넣어 버무린다.[11] 효소는 매쉬에 첨가되어 전분을 단순 당분으로 가수분해한다. 암모니아는 pH를 조절하기 위해 첨가되고 효모의 영양분으로 나중에 첨가된다. 이 혼합물은 박테리아 수치를 줄이기 위해 고온에서 처리된다. 매쉬는 발효기로 옮겨져서 식힌다. 효모가 첨가되어 당분을 에탄올과 이산화탄소로 발효시킨다. 전체 과정은 40~50시간이 걸리며, 이 기간 동안 매쉬를 차갑게 유지하고 동요시켜 효모 활동을 촉진한다. 에탄올은 증류와 탈수를 통해 정제되어 연료 에탄올을 만든다. 그런 다음 매쉬는 증류 기둥으로 옮겨지고, 그곳에서 에탄올은 스틸리지에서 제거된다. 에탄올은 분자 체 시스템을 사용하여 약 200프로로 탈수된다. 가솔린과 같은 불포화제가 첨가되어 그 제품을 마실 수 없게 한다. 그리고 나서 그 제품은 가솔린 소매점이나 터미널로 배송될 준비가 되어 있다. 남은 정체는 증류기의 건조된 곡물과 솔러블(DDGS)으로 알려진 영양가가 높은 가축 사료로 가공된다.[12] 그 과정에서 방출된 이산화탄소는 음료수를 탄산음료와 드라이아이스 제조에 사용된다.[citation needed]

습식밀링

습식 밀링에서는 옥수수 알갱이가 희석된 황산을 24시간에서 48시간 동안 흡입하여 성분으로 분리된다.[13] 그 후 슬러리 혼합물은 옥수수 세균을 분리하기 위해 일련의 분쇄기를 거친다. 섬유, 글루텐, 전분 등의 나머지 성분은 스크린, 하이드로클로닉, 원심분리기를 이용해 분리한다. 옥수수 녹말과 남은 물은 건식밀링과 비슷한 과정을 거쳐 에탄올로 발효하거나, 말린 뒤 변형 옥수수 전분으로 판매하거나, 옥수수 시럽으로 만들 수 있다. 글루텐 단백질과 스팀주 등을 건조해 축산업에 판매되는 옥수수 글루텐 식사를 만든다. 급경사가 심한 물도 사료 원료로 판매돼 겨울철 소금 대체제로 사용된다. 옥수수 기름도 추출해 판매한다.[citation needed]

환경문제

참고 항목: 미국의 에탄올 연료가 환경에 미치는 영향과 사회적 영향.

옥수수 에탄올은 휘발유보다 온실가스 배출량이 적고 MTBE와 같은 일부 연료 첨가물과 달리 완전히 생분해된다.[14] 그러나, 많은 미국 증류소를 운영하기 위한 에너지는 주로 석탄 공장에서 나오기 때문에, 화석 연료를 대체하는데 있어서 옥수수 에탄올의 지속가능성에 대해 상당한 논쟁이 있어왔다. 추가적인 논쟁은 농작물에 필요한 경작지의 많은 양과 그것이 곡물 공급과 직간접적인 토지 이용 변화 효과와 관련이 있다. 다른 문제들은 오염, 관개 및 처리를 위한 물 사용, 에너지 균형 및 에탄올 생산의 전체 수명 주기에 대한 배출 집약도와 관련이 있다.[15][16][17][18][19][20][21][22][23][24]

온실가스 배출량

네브래스카 주 콜럼버스 인근의 옥수수 가공 공장.

몇몇 완전 수명 주기 연구들은 옥수수 에탄올이 가솔린에 비해 바퀴가 잘 돌아가는 온실 가스 배출을 최대 50%까지 줄인다는 것을 밝혀냈다.[14][25][26][27] E10이든 E85이든 현재 시장에 출시된 에탄올 혼합 연료는 엄격한 테일파이프 배출 기준을 충족한다.[14]

크로플랜드

옥수수 에탄올 생산과 관련된 주요 논란들 중 하나는 경작할 수 있는 곡물이 에탄올을 위해 옥수수를 재배할 필요가 있다는 것이다. 에탄올은 사람이나 동물의 소비를 위해 옥수수를 재배할 수 없다.[28] 미국에서는 옥수수 곡물용으로 지정된 에이커리지의 40%가 옥수수 에탄올 생산에 사용되며, 이 중 25%는 공생물을 고려한 후 에탄올로 전환되어 농작물 수확량의 60%만 사람이나 동물 소비용으로 남겨진다.[3]

옥수수 에탄올의 경제적 영향

에탄올 업계의 로비단체인 재생에너지협회(RFA)는 에탄올 생산량이 수요 증가에 따라 옥수수 가격을 올린다고 주장하고 있다. RFA는 에탄올 생산이 미국 농부들에게 긍정적인 경제적 효과를 준다고 주장하지만, 밭 옥수수가 주요 식단의 일부인 다른 사람들에게 미치는 영향에 대해서는 자세히 설명하지 않고 있다. RFA 로비 문서에는 "2007년 1월 성명에서 USDA 최고 이코노미스트는 옥수수 한 부셸의 높은 가치로 인해 농업 프로그램 지급액이 60억 달러 정도 감소할 것으로 예상된다고 말했다"[29]고 명시되어 있다. 2009년 옥수수 생산량은 132억 부셸에 달했고, 에이커 당 수확량은 에이커 당 165 부셸 이상으로 뛰었다.[30] 2018년 USDA 예비 자료에 따르면 미국에서 생산된 1460만 부셸 중 560만 부셸의 옥수수가 에탄올 생산에 사용되었다고 한다.[31] 미 에너지부 대체연료 데이터센터에 따르면 에탄올 [생산량] 증가는 전체 옥수수 생산량 증가와 동물 사료 등에 사용되는 옥수수의 소폭 감소에서 비롯된 것으로 보인다. 인간의 소비를 포함한 다른 용도로 사용되는 옥수수의 양은 해마다 상당히 일정하게 유지되고 있다."[31] 이것은 식품 공급에 영향이 없었다는 것을 증명하지 못한다. 1987년과 2018년 사이에 미국의 옥수수 생산량이 두 배로 증가했기 때문에, 이전에 다른 식량 작물을 재배하는 데 사용되었던 일부 농경지가 현재 옥수수를 재배하는 데 사용되었을 가능성이 있다. 또한 일부 한계 토지가 농업용으로 전환되거나 반환되었을 가능성도 있다. 그것은 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.[citation needed]

에탄올을 위한 대체 바이오매스

옥수수 스토브와 같은 식량 생산의 잔해들은 식량 옥수수 대신에 에탄올을 생산하는 데 사용될 수 있다. 유럽이나 브라질의 사탕수수에서 추출한 에탄올은 바퀴가 잘 달린 이산화탄소가 최대 80%까지 감소한다. 에탄올을 생산하기 위해 셀룰로오스 바이오매스를 사용하는 것은 일부에서 식품 대 연료 논쟁의 해결책으로 간주하는 2세대 바이오 연료로 간주되고 있으며, 가솔린에 비해 최대 86%의 수명주기 온실가스 배출량을 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다.[14]

참고 항목

참조

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외부 링크