在玉米和大豆田中策略性地種植多年生草有助於解決種植主要中耕作物帶來的意外環境後果，包括土壤侵蝕、化肥徑流和溫室氣體排放。

但將部分農地改回草原對農民來說必須具有經濟意義，這就是為什麼由愛荷華州立大學景觀生態學家麗莎·舒爾特·摩爾領導的研究小組在過去六年裡研究如何有效地將收穫的草轉化為利潤豐厚的可再生天然氣的原因。

「我們正在關注現有需求的現有市場，利用現有基礎設施來降低能源轉型成本，並在多個類別中創造勝利。我們希望為農民贏得勝利，為企業贏得勝利，為市政當局贏得勝利，為社會贏得勝利， 」自然資源生態學和管理學教授、人類和自然再生企業培育聯盟（C-CHANGE）主任舒爾特·摩爾說。

“我們可以就可能發生的事情進行很好的對話，但除非它使供應鏈上的每個人都受益，否則這種情況不會發生。”

舒爾特-摩爾研究小組最近發表的兩篇文章從不同的角度對不同環境下草製天然氣生產的經濟可行性進行了建模，分析有助於充實該系統的雙贏潛力。

「用可振興的資源取代天然氣永續農業研究合著者、機械工程副教授 Mark Mba-Wright 表示：“我們必須能夠量化我們可以生產多少能源，並證明它具有成本效益且環保。”

基於城市的場景

正在進行的研究重點是優化和擴大厭氧消化池的使用。沼氣釋放於厭氧消化，有機物在沒有氧氣的情況下生物降解的自然過程。沼氣被收集在罐式消化器中，可以加工成一種燃料，可以輕鬆地替換為石油基天然氣。它還可以為發電機提供動力並生產肥料。

在一個學習發表於生物能源研究愛荷華州立大學的研究人員模擬了艾姆斯及其周邊地區的沼氣池網路如何滿足該市的熱能和電力需求。牲畜糞便、生質燃料副產品、食物垃圾和廢水將與草生物質一起作為多達 10 個沼氣池的原料供應。設施的位置、規模和數量取決於網路的設計主要是為了生產天然氣還是電力。

分析發現，再生天然氣是最經濟實用的焦點，其平準化成本約為傳統天然氣歷史平均價格的兩倍。支持清潔能源生產的激勵措施可以增強定價競爭力。姆巴-賴特說，無論如何，了解沼氣池供應鏈如何滿足市政需求有助於城市領導人設想可能性。

他說：“我們希望考慮一年內供需的季節性，以便為市長等提供可供考慮的情景並製定策略。”

生物經濟研究所聯合主任、2021 年麥克阿瑟研究員舒爾特·摩爾(Schulte Moore) 表示，研究人員已與愛荷華州幾個城市的市政污水處理官員討論了厭氧消化問題，他們普遍對此感到好奇。

「他們的迫切需求是為客戶提供每週 7 天、每天 24 小時的服務。但他們的規劃期限為 15 到 30 年，因此他們也在考慮未來，」她說。

從草到氣的路線圖

另一項研究，發表於GCB生物能源，模擬了密蘇裡州西北部和愛荷華州西南部格蘭德河流域兩個假設的處理草生物質的消化池的經濟和環境影響。

根據研究人員的分析，在最佳條件下，消化池在 20 年的預期使用壽命內將產生超過 4 億美元的綜合利潤。二十年來創造了 4,500 萬吉焦耳的可再生天然氣，相當於約 125 億焦耳千瓦時– 會有一個碳足跡比源自化石燃料的天然氣低 83%。預計排放量也低於基於玉米的乙醇或基於大豆的生物柴油。

Mba-Wright 說，大多數現有的生產可再生天然氣的厭氧消化池都以乳牛糞便為原料，因此必須明確它們在草類飲食中的表現。

「這是我們的點點滴滴，以確認收益是否符合我們的預期。我們正在提供一個路線圖來幫助建設基礎設施，這反過來又會降低未來的成本，」他說。

研究中考察的獲利情境依賴現有的碳信用計劃，包括加州低碳燃料標準和聯邦再生燃料標準。最有價值的成果還需要在一些生產力最低的農田上恢復高產草和草原。

研究人員的目標是在這兩項研究中盡可能切合實際，考慮到所有已知成本，包括資本支出。但舒爾特摩爾表示，隨著方法的改進和新研究成果的不斷湧現，未來幾年它們將變得更加準確。

「未來，我們將透過插入我們的研究團隊在愛荷華州收集的數據來完善我們的模型，」她說。