研究探索草动力能源生产的双赢潜力
在玉米和大豆田地里战略性地种植多年生草本植物有助于解决种植主要行种植作物所带来的意外环境后果，包括土壤侵蚀、肥料径流和温室气体排放。但将部分农田转换回草原对农民来说具有经济意义，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一直在研究如何有效地将收割的草转化为利润丰厚的可再生天然气。
“我们正在关注已有需求的现有市场，利用现有基础设施降低能源转型成本，并在多个领域取得双赢。我们希望农民、企业、市政当局和社会都能获益，”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 (Schulte Moore) 表示。
“我们可以就可能发生的事情进行很好的讨论，但除非它能让供应链上的每个人都受益，否则它就不会发生。”
舒尔特-摩尔研究小组最近发表了两篇文章，模拟了在不同环境和不同角度下草转气生产的经济可行性，这些分析有助于充实该系统的双赢潜力。
“为了用能够振兴可持续农业的资源取代天然气，我们必须能够量化我们能够生产多少能源，并证明它是经济高效且环保的，”该研究的共同作者、机械工程副教授马克·姆巴赖特说。
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器的使用。厌氧消化会释放沼气，这是有机物在无氧条件下自然降解的过程。沼气被收集在类似罐式的消化器中，可以加工成燃料，轻松替代石油基天然气。它还可以为发电机提供动力并生产肥料。
在《生物能源研究》杂志发表的一项研究中，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供热和电力需求。牲畜粪便、生物燃料副产品、食物垃圾和废水将与草类生物质一起作为多达 10 个沼气池的原料供应。设施的位置、规模和数量取决于该网络主要用于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重点，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促进价格竞争力。无论如何，Mba-Wright 表示，了解沼气池供应链如何满足市政需求有助于城市领导者预见各种可能性。
他说：“我们希望考虑一年内供需的季节性，以便为市长提供可供参考和制定战略的情景。”
生物经济研究所联合主任、2021 年麦克阿瑟奖获得者舒尔特·摩尔 (Schulte Moore) 表示，研究人员已经与爱荷华州几个城市的市政废水官员讨论了厌氧消化问题，他们普遍对此感到好奇。
“他们当前的需求是为客户提供全天候服务。但他们制定的是 15 至 30 年的规划范围，因此他们也在考虑未来，”她说。
草地到天然气路线图
发表在《GCB Bioenergy 》上的另一项研究模拟了位于密苏里州西北部和爱荷华州西南部大河流域的两个假想消化池处理草类生物质的经济和环境影响。
根据研究人员的分析，在预计的 20 年使用寿命内，这些沼气池在最佳条件下将产生超过 4 亿美元的总利润。20 年来产生的 4500 万千兆焦耳可再生天然气（相当于约 125 亿千瓦时）的碳足迹将比化石燃料产生的天然气低 83%。预计排放量也低于玉米乙醇或大豆生物柴油。
现有的大多数生产可再生天然气的厌氧消化器都是以奶牛粪便为燃料的，因此，必须确定它们在草食条件下的表现如何。Mba-Wright 说道。
“这是我们一丝不苟的工作，以确保我们能获得预期的收益。我们提供了一份路线图来帮助建设基础设施，这反过来会降低未来的成本，”他说。
研究中考察的有利可图的方案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。最有价值的结果还需要在一些生产力最低的农田上种植高产草并恢复草原。
研究人员在两项研究中都力求做到尽可能真实，将所有已知成本（包括资本支出）都考虑在内。但舒尔特·摩尔表示，随着方法的改进和新研究成果的涌现，未来几年他们的计算结果将更加准确。
她说：“未来，我们将利用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。”
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