2019年，内布拉斯加州生产了18.1亿蒲式耳玉米。大约7.9亿蒲式耳用于乙醇生产。照片由F. John Hay提供
玉米作为乙醇原料
介绍
在美国，玉米(Zea Mays)是一种受欢迎的乙醇生产原料，因为它丰富且相对容易转化为乙醇(乙醇)。玉米和其他高淀粉谷物被转化为乙醇已有数千年的历史，但直到上个世纪它作为燃料的用途才大幅扩大。转化包括研磨，用酶烹饪，用酵母发酵，蒸馏去除水分。对于燃料乙醇，还包括两个步骤;用分子筛去除最后的水分，并使乙醇变性，使其不能饮用。
目前用作生物燃料的潜力
玉米粒由于其淀粉含量高且相对容易转化为乙醇，是一种很好的生物燃料原料。大量种植、收获和储存玉米的基础设施有利于玉米乙醇产业。与甘蔗不同的是，压榨糖水可以直接发酵，玉米淀粉必须用α和糖化淀粉酶烹饪，以将淀粉转化为单糖。纤维素原料更难降解，需要时间和能量才能转化为单糖。
根据国会2007年制定的可再生燃料标准（RFS-2），谷物乙醇在每年360亿加仑的燃料中可占150亿加仑。2015年乙醇生产能力为147亿加仑，高于2009年的106亿加仑（eia.gov）。
美国玉米产量在2014年达到了创纪录的142亿蒲式耳(国家农业统计局)。用一蒲式耳的玉米转化2.8加仑的乙醇美国的玉米总产量可以生产大约380亿加仑的乙醇，这将提供大约26%的我们每年1370亿加仑的汽油消费(能源信息署)。用我们所有的玉米做乙醇是不现实的，也没有被提议过。按照RFS-2标准生产150亿加仑的玉米需要54亿蒲式耳，相当于2015年玉米产量的39%。进入乙醇生物精炼厂的三分之一的玉米将作为酒糟，用于替代牛、猪和家禽饲料中的玉米。用酒糟代替玉米会改变数据。这将需要我们2015年玉米产量的27%。随着产量的稳步增长，美国有潜力在不扩大种植面积的情况下增加玉米乙醇产量。
生物学和适应
玉米(Zea Mays)起源于中美洲，据说第一次驯化是在墨西哥的特瓦坎山谷。玉米传遍北美大陆，成为早期美洲人的一种重要作物。1917年玉米产量达到顶峰时，美国的玉米种植面积达到了1.11亿英亩。如今，从北达科他南部到德克萨斯，东到纽约，世界上很多地方都种植玉米。玉米很好地适应在50到86华氏度(Hoeft et al. 2000)的温度下生长。为了生产谷物，玉米将使用大约22英寸的水，在生长季节需要12到20英寸的降雨或灌溉。中西部北部的许多地区非常适合种植玉米，这一地区有时被称为玉米带。
生产和农艺信息
中西部地区的玉米通常在3月至5月播种，9月至11月收获。现在种植的大部分玉米都具有抗除草剂和某些昆虫的基因，这些特性有助于生产者控制杂草和昆虫。在种子抗性方面，遗传是基因工程和植物育种的结果。大部分玉米带都是玉米和大豆或小麦轮作生产。这些轮作打破了杂草和昆虫的循环，降低了生产成本。玉米对高肥力土壤的响应最好，在大多数年份施用补充肥料。肥料可以是无机化肥或粪肥。玉米所需的主要营养物质是氮、磷和钾。无机氮肥生产是非常耗能的，因此氮肥占玉米生产能源投入的近30% (BESS, 2009)。其他主要投入包括灌溉和谷物干燥。对玉米生产的较小但仍然重要的能源投入是拖拉机、运输、收获和虫害防治用柴油燃料及应用。
潜在的收益
2015年全国玉米平均产量为每英亩167.5蒲式耳。自1940年以来，玉米产量每年每英亩增加了约2蒲式耳(NASS 2009)。这种增长很可能会持续到未来，一些人预测，由于生物技术和育种的进步，产量趋势将以更快的速度增长。每英亩165蒲式耳玉米的乙醇产量将达到462加仑/英亩。一英亩的甘蔗可以生产大约35吨的产量或大约560加仑的乙醇(Hofstrand, 2009)。
生产的挑战
玉米生产得益于近100年的基础设施建设和研究。生产者有丰富的玉米种植知识和经验。这种基础设施和种植者的知识使玉米成为一种天然作物，可以扩大用途，如生产乙醇。然而，高生产成本和高投入使玉米成为一种非常密集的作物。其他生物能源作物的集约化程度可能较低，所需投入也较少。每英亩的成本与利润需要进行比较，因为经济因素是决定哪种作物最好的主要因素。在一英亩可以种植玉米的土地上种植另一种作物的风险被称为机会成本。风险可能包括;一个新的种植系统，没有收获、运输或储存的基础设施，而且如果生物燃料市场失败，也没有商品市场可以依靠。
估计生产成本
生产成本因耕作、灌溉、产量目标(土壤肥力)、喷洒计划或种子选择和轮作而有很大差别。一个例子与旱作玉米预算,免耕,生物技术种子、玉米大豆旋转,和125蒲式耳产量目标包括:喷雾,植物,喷雾,喷雾,喷雾,收获,车,卡车,和干燥谷物作为总成本操作每英亩211美元的开销(农作物保险、土地、税收等)包括总数是483美元每英亩。连续种植玉米的灌溉农田的生产成本增加到900美元以上(Klein和Wilson, 2015年)。
环境和可持续性问题
玉米乙醇生产的生命周期分析(LCA)得出的净能量比为1.2 - 1.45 (Liska等，2009年)。这只代表了用玉米生产乙醇时20%到45%的正能量平衡。这个数字一直受到对玉米乙醇的批评，因为生产乙醇需要大量的化石能源。美国农业部2016年发布的一项研究报告称，乙醇设施效率的提高导致全国化石能源比率为2.0:1，一些个别设施的比例甚至高达4.0:1。（2015年玉米乙醇行业能源平衡）
玉米生产是高度集约化的行作物生产，包括大量使用化肥和农药。多年来，一些水体受到了农田土壤、养分和农药径流的污染。免耕和少耕措施的增加减少了土壤侵蚀，并随之减少了养分和农药径流，更好地保护这些英亩的趋势仍在继续。今天的玉米生产者比上一代使用更好的保护技术，在更少的土地上生产更多的谷物。
工具书类
生物燃料能源系统模拟(BESS)， 2008年，ver.2008.3.1，玉米-乙醇生物燃料生产系统的生命周期能源和排放分析模型，内斯加州大学林肯分校
Bromberg L.和Cohn D.R.，2008，《直接喷射酒精发动机的有效辛烷值和效率优势》，麻省理工学院能源与环境实验室报告，LFEE 2008-01 RP
环境保护署，http://www.EPA.gov
Hoeft r.g.， Nafziger e.d.， Johnson r.r.， 2000, Aldrich S.R.现代玉米和大豆生产，MCSP出版物，champail
Hofstrand D, 2009，巴西乙醇工业，农业决策者，爱荷华州立大学，http://www.extension.iastate.edu/agdm
Klein R.N和Wilson R.K, 2010，内布拉斯加作物预算2010，内布拉斯加大学林肯分校，EC 872, 1月
li ka A.J, Yang H.S.， Bremer V.R, Klopfenstein T.J.， Walters D.T.， Erickson G.E.， Cassman K.G.， 2009，玉米-乙醇生命周期能源效率和温室气体排放的改善，工业生态学报，13,58-74
国家农业统计局，http://www.nass.usda.gov
可再生燃料协会，http://www.ethanolrfa.org
Smith J.L.和Workman J.P.， 2004，汽车燃料用酒精，农场和牧场系列设备。5.010,
其他资源
内布拉斯加州环境质量部门寻找内布拉斯加州乙醇工厂的更新地图
环境保护署-可再生燃料标准计划