在玉米和大豆田中战略性地种植多年生草有助于解决种植主要中耕作物带来的意外环境后果，包括土壤侵蚀、化肥径流和温室气体排放。

但将部分农田改回草原对于农民来说必须具有经济意义，这就是为什么由爱荷华州立大学景观生态学家丽莎·舒尔特·摩尔领导的研究小组在过去六年里研究如何有效地将收获的草转化为利润丰厚的可再生天然气的原因。

“我们正在关注已有需求的现有市场，利用现有基础设施来降低能源转型成本，并在多个类别中创造胜利。我们希望为农民赢得胜利，为企业赢得胜利，为市政当局赢得胜利，为社会赢得胜利，”自然资源生态学和管理学教授、人类和自然再生企业培育联盟（C-CHANGE）主任舒尔特·摩尔说。

“我们可以就可能发生的事情进行很好的对话，但除非它使供应链上的每个人都受益，否则这种情况不会发生。”

舒尔特-摩尔研究小组最近发表的两篇文章从不同的角度对不同环境下草制天然气生产的经济可行性进行了建模，分析有助于充实该系统的双赢潜力。

“用可振兴的资源替代天然气可持续农业研究合著者、机械工程副教授 Mark Mba-Wright 表示：“我们必须能够量化我们可以生产多少能源，并证明它具有成本效益且环保。”

基于城市的场景

正在进行的研究重点是优化和扩大厌氧消化池的使用。沼气释放于厌氧消化，有机物在没有氧气的情况下生物降解的自然过程。沼气被收集在罐式消化器中，可以加工成一种燃料，可以轻松地替换为石油基天然气。它还可以为发电机提供动力并生产肥料。

在一个学习发表于生物能源研究爱荷华州立大学的研究人员模拟了艾姆斯及其周边地区的沼气池网络如何满足该市的热能和电力需求。牲畜粪便、生物燃料副产品、食物垃圾和废水将与草生物质一起作为多达 10 个沼气池的原料供应。设施的位置、规模和数量取决于网络的设计主要是为了生产天然气还是电力。

分析发现，可再生天然气是最经济实用的焦点，其平准化成本大约是传统天然气历史平均价格的两倍。支持清洁能源生产的激励措施可以增强定价竞争力。姆巴-赖特说，无论如何，了解沼气池供应链如何满足市政需求有助于城市领导人设想可能性。

他说：“我们希望考虑一年内供需的季节性，以便为市长等提供可供考虑的情景并制定策略。”

生物经济研究所联席主任、2021 年麦克阿瑟研究员舒尔特·摩尔 (Schulte Moore) 表示，研究人员已与爱荷华州几个城市的市政污水处理官员讨论了厌氧消化问题，他们普遍对此感到好奇。

“他们的迫切需求是为客户提供每周 7 天、每天 24 小时的服务。但他们的规划期限为 15 到 30 年，因此他们也在考虑未来，”她说。

从草到气的路线图

另一项研究，发表于GCB生物能源，模拟了密苏里州西北部和爱荷华州西南部格兰德河流域两个假设的处理草生物质的消化池的经济和环境影响。

根据研究人员的分析，在最佳条件下，消化池在 20 年的预期使用寿命内将产生超过 4 亿美元的综合利润。二十年来创造了 4500 万吉焦耳的可再生天然气，相当于约 125 亿焦耳千瓦时– 会有一个碳足迹比源自化石燃料的天然气低 83%。预计排放量也低于基于玉米的乙醇或基于大豆的生物柴油。

Mba-Wright 说，大多数现有的生产可再生天然气的厌氧消化池都以奶牛粪便为原料，因此必须明确它们在草类饮食中的表现。

“这是我们的点点滴滴，以确认收益是否符合我们的预期。我们正在提供一个路线图来帮助建设基础设施，这反过来又会降低未来的成本，”他说。

研究中考察的盈利情景依赖于现有的碳信用计划，包括加州低碳燃料标准和联邦可再生燃料标准。最有价值的成果还需要在一些生产力最低的农田上恢复高产草和草原。

研究人员的目标是在这两项研究中尽可能切合实际，考虑到所有已知成本，包括资本支出。但舒尔特·摩尔表示，随着方法的改进和新研究成果的不断涌现，未来几年它们将变得更加准确。

“未来，我们将通过插入我们的研究团队在爱荷华州收集的数据来完善我们的模型，”她说。