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客人的博客

可再生天然气会成为下一个绿色能源大事件吗?

越来越多的企业正在使用小型沼气系统从食物垃圾、粪便和其他来源中收集甲烷

Holstein奶牛在一个农场的奶牛在柏林,宾夕法尼亚州,那里的厌氧消化池每年从粪便中产生100万千瓦时的电力。图片由美国农业部鲍勃·尼科尔斯提供。

在接下来的几周内,施工人员将开始构建一个厌氧消化池的Goodrich家庭农场在佛蒙特州西部,牛粪和本地出产的食物垃圾转换成可再生天然气(RNG),通过管道发送到附近的明德学院和其他客户愿意支付溢价的低碳能源。

对于开发商,Vanguard可再生能源,该项目代表出发和战略赌注。该公司已拥有并在马萨诸塞州拥有五种基于农场的沼气系统;每个都会在网站上发电,该电力被发送到网格并在国家的网络计量法下销售。然而,佛蒙特州的项目是先锋的第一次归因于生产的RNG-BioGas,它被精致成天然气管道,因为几乎纯的甲烷,然后燃烧以制造电力,热量的房屋或燃料车辆。

先锋集团首席执行官约翰•汉瑟曼表示:“生产用于管道注入和汽车燃料的RNG,是沼气行业的发展方向。”

沼气已经存在了很长一段时间在美国,主要的形式基本系统,要么捕捉甲烷从垃圾填埋场、污水处理厂和用它来产生少量的电,或老化消化器乳制品的操作可能当地农场供电和发送一些盈余电力电网。但这些项目正迅速过时,并被美国各地兴起的新一波大规模可再生天然气项目所淘汰。

这些企业正在进入迄今为止未开发的能源来源:有些人正在捕获粪便中的一些粪便产生的大量甲烷,其中一些北卡罗来纳州的2,300家猪农场,其中一些是建造生物铸造者将大型加州乳制品农场的集群变成能源中心,有些人正在寻求将食物废物从垃圾填埋场转移,并将其转化为车辆和加热燃料。

由于几种原因,可再生天然气达到了折价点。越来越多的第三方运营商,如先锋,正在缓解农民和垃圾填埋场运行自己的能源系统的负担,并正在引入更复杂的技术来捕获甲烷并直接将其泵入管道。包括加利福尼亚州在内的一些国家正在通过要求开发可再生天然气的法律。全国各地的公用事业公司开始支持这些新举措,这是由统治能源和史密斯菲尔德农场 - 世界上最大的猪肉生产商 - 开发新的猪废物沼气项目的新倡议。

对于支持者来说,最终目标是通过通过人垃圾和动物和农业废物产生的纯甲烷来取代化石衍生的天然气流的重要部分。

《生物循环》杂志(bicycle Magazine)的长期编辑诺拉·戈德斯坦(Nora Goldstein)说,“如果你能在把剩余的能量送回土壤之前回收能源,那是一件了不起的事情。”该杂志报道有机物回收和厌氧消化行业已有数十年。“你看到所有这些好处,然后说,‘为什么没有更多的人这么做?’关键是你需要正确地去做。”

巨大但尚未开发的潜力

未开发的潜力 - 特别是每年在美国的数十亿加仑的动物粪和数百万吨食物废物中。根据2014年的“沼气机会路线图美国环境保护署、农业部和能源部的报告指出,美国可以支持至少1.3万个沼气设施,这些设施由粪便、垃圾填埋气体和污水处理厂的生物固体提供燃料。

这些新系统每年可以生产6540亿立方英尺沼气,足够为300万个家庭提供可再生能源。和一个研究据世界资源研究所(World Resources Institute)估计,美国每年送往垃圾填埋场或焚烧的5000万吨有机垃圾的能源含量相当于60亿加仑柴油,占重型卡车和公共汽车消耗柴油总量的15%。

一辆卡车将食物垃圾运送到马萨诸塞州一家农场的厌氧消化池。照片由Vanguard renewable提供。

专家表示,越来越多的利用沼气可以帮助降低温室气体排放的一些艰难的行业decarbonize-transportation,工业,和加热大厦,因为它减少了温室甲烷排放,使有机废物填埋场,并防止肥料径流向河流和水源。

通过厌氧消化,任何有机物质都可以产生沼气——食物残渣、农业残留物,甚至酿造啤酒时留下的污泥。这些物质以浆液的形式被送入储物槽中,在无氧条件下,微生物会吞噬这些物质,摧毁病原体,产生甲烷和其他气体,并留下一种营养丰富的肥料作为副产品。

欧洲遥遥领先

在可再生天然气领域,美国正在追赶欧洲。欧洲拥有超过1.74万座沼气厂,占全球150千兆瓦沼气发电装机容量的三分之二。仅丹麦,一个拥有580万人口的国家,就拥有160多个沼气系统。在去年夏天的一段时间里,丹麦消耗的天然气中有18%来自厌氧消化器生产的RNG。由于他们的成功,丹麦的生物能源公司估计在20年内用可再生天然气完全取代该国的天然气是可行的。

美国环保署厌氧消化项目的前负责人克里斯·维尔对丹麦的沼气运作印象深刻。丹麦的沼气运作经过高度设计,可以消化家庭食物残渣、食品加工企业的残留物、他现在为丹麦贸易委员会工作,将丹麦的消化系统技术和商业模式引入美国市场。

和大多数气候行动一样,加州是领先的沼气努力在美国国家低碳燃料标准(lcf)——为燃料生产商增加提供激励的低碳和可再生燃料供应和销售的一个关键组成部分国家雄心勃勃的气候计划和催化的快速增长,RNG作为汽车燃料的利润丰厚的市场。

Maas Energy Works和California Bioenergy等公司通过在快速剪辑中安装Digesters在加利福尼亚州的奶制农场安装消化器来回应这些激励措施。到目前为止,MAAS已经建成了17岁,据其建设有12人,并提供了32名其他发展网站.两家公司都在竞相利用LCFS的宝贵激励措施。

沃尔说,这两者都是在美国的越来越多的专业,投资者支持的公司的经营者,拥有和操作的厌氧消化器。““我们看到了更多专业的第三方公司。为了看到这一规模,它需要这些专业人士进入并建立10名,20名,50个项目,并访问很多股权投资者。他们希望投资的项目组合投资,而不仅仅是一个。“

北卡罗来纳州的养猪场是一个目标

在北卡罗来纳州,丰富的原料是猪粪。RNG竞赛的最新参与者是世界上最大的生猪种植商史密斯菲尔德。北卡罗来纳州是美国第二大猪肉产地(仅次于爱荷华州)。每天,2000多家养猪场将900万头猪的粪便冲进巨大的泻湖,泻湖释放出同样大量的甲烷。其中90%的农场是史密斯菲尔德的合同种植者。

去年年底,史密斯菲尔德成立了一家合资企业,RNG对齐凭借弗吉尼亚州的实用性,Dominion Energy,将在未来10年内在北卡罗来纳州北卡罗来纳州北卡罗来纳州和密苏里州的几乎所有猪整理场所投资2.5亿美元的覆盖泻湖和安装厌氧消化器。建设已经在四个项目中进行,这将产生足够的RNG来动力为14,000家住宅和企业。

加州高尔特范瓦默丹乳业的泻湖粪肥池。照片由Maas能源公司提供。

这些系统都将被建模Optima kv.,在北卡罗来纳州Kenansville的沼气项目,在猪国家的核心区。去年,Optima KV成为国家的第一个项目,生产和注入现有的天然气管道。

使Optima KV成为可能的因素——连同附近5个农场6万头猪产生的废物,以及清洁和升级气体的中央系统——包括2007年签署的州可再生能源组合标准法。

该法律规定,到2020年,公用事业部门至少有0.2%的电力来自猪和家禽粪便。这项授权促使美国最大的公用事业公司之一杜克能源公司签署了一项为期15年的协议,从Optima KV公司购买8亿Btus的RNG。这种沼气将直接取代化石天然气的使用,为杜克大学的两座发电厂提供11000兆瓦时的电力。

在佛蒙特州,新的蒸煮技术

Vanguard在佛蒙特州的新业务代表了一种扩大RNG生产的替代模式。与在加州建造的消化系统相比,该公司的消化系统在设计上更加复杂和昂贵,即使在原料和其他条件发生变化的情况下也能产生稳定的天然气输出。加州的系统基本上是用塑料薄膜覆盖巨大的乳业废水泻湖,然后提取、提炼,然后将气体输送给客户。

Hanselman说:“我们采用更高科技的方法主要是因为我们需要用更小的碳足迹生产更多的天然气。”“我们没有10000头奶牛的奢侈牛奶场。”

加上古德里奇农场900头奶牛每天排出的100吨粪便和165吨食物垃圾,许多因素共同促成了先锋集团在佛蒙特州的项目。在米德尔伯里学院,先锋集团发现了一个渴望削减碳足迹的大客户。佛蒙特州即将生效的一项新法律将从2020年开始禁止食品垃圾填埋,迫使杂货店和食品加工者寻找新的地方运送垃圾。

古德里奇农场将获得免费供暖、每月租赁系统的费用,并从消化固体废物中为奶牛提供床上用品——在牛奶价格极低的时期,节省的成本可以为奶农提供一条生命线。

先锋集团首席执行官汉斯曼说,扩大RNG的一个关键因素是减轻农民经营系统的负担。汉瑟曼遇到了许多愤怒的农民,他们对上一代的消化器有不好的经历,这些消化器被卖给他们,作为一种低维护、低成本的解决营养管理问题的方法。事实上,消化机是很挑剔的机器,对温度的变化和原料中有机物的变化很敏感。Hanselman说,“我们告诉我们的农民,‘你们的工作是生产牛奶,健康的奶牛,并照顾你们的土地和土壤。让我们开动这些机器吧。’”

更多的州指令将有助于市场

由于慷慨的补贴计划,RNG在欧洲蓬勃发展;这些综合政策缺乏美国的联邦级别,该政策是区域和州市场,公用事业,激励和政策的混乱拼凑而成。但哈斯曼和其他人预见到了未来几年,更多的国家将授权可再生天然气生产,进一步加强刚刚的沼泽市场。

Hanselman曾经经营过一家太阳能公司,他说:“这感觉和太阳能极其相似。”“我们正处于RNG的早期阶段。每个人都会从一个项目跑到另一个项目,试图弄清楚哪些州是有益的,以及如何最好地让RNG进入市场。”

然而,单独的市场力量不足以迎来沼气革命。可以提高美国大多数行业观察员和内部人员在美国的沼气和rng增长的单一政策是碳的联邦立法价格。但鉴于碳税或全面的气候法案不太可能在当前行政当局随时出现,汉英人表示,联邦政府能做的下一个最好的事情是恢复2016年挖掘机系统的投资税收抵免。

尽管有这些挑战,Voell认为现在有足够的动力看到沼气作为一种可再生能源最终在美国得到广泛的关注

他说:“我现在比以往任何时候都更受鼓舞,因为我实际上看到一些项目正在建设。”“各州正在加快政策的步伐。我们现在看到了一场革命,天然气公用事业公司也加入了进来。公用事业公司拥有很大的权力。如果他们认为RNG是他们更愿意看到的东西,那么我们就会开始看到政策方面的更多变化。”

-Jonathan Mingle是一个专注于环境,气候和发展问题的自由撰稿人。他住在佛蒙特州。这篇文章最初出现在360年耶鲁大学环境

4评论

  1. 道格基金会||#1

    谢谢你这篇信息丰富的文章。农业部门是一个存在很多机会的领域。沼气系统是一个例子,连同垃圾堆肥用作肥料。农业土地上的碳封存对农民和地球居民都有利。风能正在中西部地区大规模使用,希望我们能效仿丹麦等国家的做法。

    https://www.reuters.com/article/us-climate-change-denmark-windpower/denmark-sources-record-47-of-power-from-wind-in-2019-idUSKBN1Z10KE

  2. 专家成员
    Dana多赛特||#2

    “农业土地上的碳封存对农民和地球居民都有利。”

    这是正确的!沼气与否,对于农产品成为碳中性需要大量良好的做法和管理饲料股。牛肉的良好管理的牧场可以是碳(或碳当量)的净中性,即使牧场浇筑/放牧被设法在土壤中螯合碳,但甚至与牛流出的沼气,牧场管理在土壤中包括碳封存仍然可以含有碳足迹。

    沼气是一种“善于”,但土壤中的碳封存是“必须有”,并且可能被证明是击中变暖目标的较大键,而不是转换为低碳水化合物能源的努力,至少在附近学期。加入碳敏化农业时,沼气才真正“低碳水化合物”。我怀疑它非常容易(如果可能的话)在当前农业实践下制造猪养殖碳中性,以产生猪饲料。(牛)乳制品和唯一只有牛肉行业至少有一些希望。但即使不碳中性,沼气将降低这些行业的净碳足迹,这是巨大的。

    这很像生物质燃料的来源问题。在适当管理的森林和一定的热效率水平上,在发电厂燃烧木材可以在总体碳足迹上实现平衡。如果没有对森林进行适当的土壤碳管理,那么很快就会比燃烧化石天然气发电更糟糕。我真诚地怀疑英国巨大的DRAX生物燃料发电厂的碳水化合物含量比燃煤低得多,尽管有文件记录这些木屑颗粒是在哪里/如何“可持续”收获的。其中很大一部分仍然来自于美国东南部沼泽地区砍伐的低价值木材,除了产生碳以外,还会对当地环境造成相当大的影响,但即使是碳计算也相当可疑。他们的最新目标是到2030年实现碳负值,尽管目前关于碳中和的说法令人怀疑:

    https://www.theguardian.com/business/2019/dec/10/drax-owner-plans-worlds-first-carbon-negative-business

  3. 专家成员
    彼得恩格尔||# 3

    当然,对碳的关注是重要的,甚至对我们的环境至关重要。但通过侧流粪便,消化器还在其他方面改善了环境。弗吉尼亚和其他农业地区目前面临着粪便流入水道的严重问题。目前(传统?)的农业做法是将水和肥料制成泥浆,然后撒在地里作为“肥料”。但是,由于没有尝试测量肥料的营养含量,农民通常会向农田施用相当于季节生长所需的2 -4倍的氮。多余的水流入水道或地下蓄水层。消化器可以生产具有可预测的营养价值的干粒化产品,提供更好的肥料来源,减少全系统对合成肥料的需求,可能最重要的是,显著减少农田径流。VT目前正接受美国环保署的命令,清理他们的湖泊和水道,而消化池技术是解决方案的主要部分之一。再加上良好的土壤管理措施,它们可以成为碳中和和环境友好型农业的重要组成部分,甚至在工业规模上也是如此。

  4. 约翰·克拉克||#4

    听起来是个解决局部污染的好办法。

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