トウモロコシや大豆畑全体に多年生草を戦略的に植えることは、土壌侵食、肥料の流出、温室効果ガスの排出など、主要な列作物の栽培による意図せぬ環境への影響に対処するのに役立ちます。

しかし、農地の一部を草原に戻すことは、農家にとって経済的に合理的でなければなりません。そのため、アイオワ州立大学の景観生態学者であるリサ・シュルト・ムーア率いる研究チームは、過去6年間をかけて、収穫した草を効率的に収益性の高い再生可能な天然ガスに変える方法を研究してきました。。

「私たちは、すでに需要がある既存の市場に目を向けており、既存のインフラを活用してエネルギー移行のコストを削減し、複数のカテゴリーでの勝利を生み出しています。私たちは農家の勝利、企業の勝利、地方自治体の勝利、そして社会の勝利を望んでいます。」と天然資源の生態学と管理の教授であり、人間と自然の再生型企業育成コンソーシアム (C-CHANGE) のディレクターであるシュルト・ムーア氏は述べています。

「何が起こり得るかについて、私たちは素晴らしい話し合いをすることができますが、サプライチェーンに沿ったすべての人に利益をもたらさない限り、それは起こりません。」

シュルト・ムーアの研究グループが最近発表した 2 つの論文は、さまざまな環境での草からガスへの生産の経済的実現可能性をさまざまな視点からモデル化し、システムの Win-Win の可能性を具体化するのに役立つ分析を行っています。

「天然ガスを活性化する資源に置き換える」持続可能な農業我々は、どれだけのエネルギーを生産できるかを定量化し、それが費用対効果が高く、環境に優しいものであることを証明できなければなりません」と、研究論文の共著者である機械工学准教授のマーク・ムバ・ライト氏は述べた。

都市ベースのシナリオ

現在進行中の研究は、嫌気性消化装置の使用の最適化と拡大に重点を置いています。バイオガスが放出されるのは、嫌気性消化、酸素なしで有機物が生分解される自然なプロセス。タンク状の消化槽で回収されたバイオガスは、石油ベースの天然ガスと簡単に交換できる燃料に処理できます。発電機に電力を供給したり、肥料を生産したりすることもできます。

で勉強に掲載されましたバイオエネルギー研究、アイオワ州立研究者らは、エイムズとその周辺の消化槽ネットワークがどのようにして市の熱と電力需要を供給できるかをモデル化した。家畜の糞尿、バイオ燃料の副産物、食品廃棄物および廃水は、最大 10 基の消化槽への供給原料として草本バイオマスに加わることになります。施設の場所、規模、数は、ネットワークが主に天然ガスを生産することを目的として設計されているか、それとも電力を生産することを目的として設計されているかによって異なります。

分析の結果、再生可能天然ガスが最も経済的に実用的な焦点であり、平準化コストは従来の天然ガスの歴史的平均価格の約2倍であることが判明した。クリーン エネルギー生産を支援するインセンティブは、価格競争力を高める後押しとなる可能性があります。いずれにしても、消化槽のサプライチェーンが自治体のニーズに応えるためにどのように機能するかを知ることは、都市の指導者が可能性を思い描くのに役立つとムバ・ライト氏は述べた。

「私たちは、市長などに検討して戦略を立てるためのシナリオを提供するために、1年間の需要と供給の季節性を考慮したかったのです」と同氏は語った。

バイオエコノミー研究所の共同所長で2021年マッカーサーフェローのシュルト・ムーア氏によると、研究者らはアイオワ州のいくつかの都市の自治体下水当局と嫌気性消化について話し合っており、一般的に興味を持っているという。

「彼らの当面のニーズは、顧客に年中無休でサービスを提供することです。しかし、彼らは 15 年から 30 年の計画期間に取り組んでおり、将来のことも考えています」と彼女は言いました。

草からガスへのロードマップ

別の研究、に掲載されましたGCB バイオエネルギーは、ミズーリ州北西部とアイオワ州南西部のグランドリバー流域で草本バイオマスを処理する 2 つの仮想の消化装置が経済的および環境に与える影響をモデル化しました。

研究者の分析によると、蒸解釜は、予想される 20 年の耐用年数にわたって、最良の条件下で合計 4 億ドル以上の利益を生み出すことになります。20年間で生成された4,500万ギガジュールの再生可能な天然ガスは、約125億ギガジュールに相当します。キロワット時– があるだろう二酸化炭素排出量化石燃料由来の天然ガスよりも 83% 低い。排出量も、トウモロコシベースのエタノールや大豆ベースのバイオディーゼルよりも低いと予測されています。

再生可能な天然ガスを生産する既存の嫌気性消化装置のほとんどは乳業の肥料を使用して稼働しているため、牧草飼料でどのように機能するかを明確にすることが重要であるとムバ・ライト氏は述べた。

「これは、私たちの期待どおりのメリットが得られることを確認するために、私たちの「i」を点在させ、「t」を交差させることです。私たちはインフラストラクチャーの構築を支援するためのロードマップを提供しており、それによって将来のコストが削減されます。」と同氏は述べた。

この研究で検証された収益性の高いシナリオは、カリフォルニア州低炭素燃料基準や連邦再生可能燃料基準など、既存の炭素クレジット プログラムに依存しています。最も価値のある成果を得るには、最も生産性の低い農地の一部で高収量の草と草原を回復することも必要です。

研究者は両方の研究において、資本支出を含むすべての既知のコストを考慮し、可能な限り現実的になることを目指しました。しかし、方法が改善され、新たな研究結果がもたらされるにつれて、今後数年でさらに正確になるだろうとシュルト・ムーア氏は語った。

「将来的には、研究チームがここアイオワで収集したデータを組み込んでモデルを改良する予定です」と彼女は語った。