Methaan geproduceerd door mest en voedselafval op stortplaatsen hoeft niet verloren te gaan. Met behulp van anaërobe vergisters, het gas kan worden aangewend voor energie.

Methaan is als broeikasgas veel schadelijker dan koolstofdioxide - 25 keer meer. Het gas, die wordt geproduceerd door organische materialen te ontbinden in afwezigheid van lucht, houdt niet alleen warmte efficiënt vast, maar is ook een gevaar voor de gezondheid en veiligheid omdat het zo geconcentreerd is op stortplaatsen. Ongeveer de helft van de stortplaatsen in de VS verzamelt en verbrandt methaan, het gevaar te verminderen, maar nog steeds bij te dragen aan de atmosferische methaan- en kooldioxidegehalten. De afbraak van dierlijke mest op boerderijen is de belangrijkste oorzaak van de methaanemissies in de landbouw.

Herbestemming van dat verspilde gas is de focus van een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Milieuvooruitgang en duurzame energie door chemische ingenieurs van de Michigan Technological University. specifiek, ze onderzochten de koolstofvoetafdruk van anaërobe vergisting - organische compostering zonder lucht - die kan worden gebruikt om methaan om te leiden naar een bruikbare energiebron.

"We ontdekten dat biomethaan geproduceerd door anaërobe vergisting veel minder uitstoot dan zijn fossiele aardgasequivalent, " zegt Sharat Ankathi, de hoofdauteur van het artikel en een promovendus aan Michigan Tech. Het bestuderen van de ecologische voetafdruk van elk product is een manier om de sociale, ecologische en economische impact - met andere woorden hoe duurzaam het is - waarvan Ankathi zegt dat het "de huidige generaties helpt zonder hun behoeften of de behoeften van toekomstige generaties in gevaar te brengen."

Levenscyclusanalyse

De faculteitsadviseur van Ankathi is David Shonnard, een professor in de chemische technologie die het Sustainable Futures Institute op de campus leidt. Ze werkten ook samen met James Potter van AG Energy USA, en samen concentreerde het team zich op een case study van een biogasinstallatie in Colorado. Hun belangrijkste instrument is een levenscyclusanalyse (LCA).

Een LCA kan worden toegepast op elke menselijke activiteit om de milieueffecten op een alomvattende manier te bepalen. Met andere woorden, een LCA onderzoekt de levensduur van een activiteit. De werkzaamheden kunnen bestaan ​​uit bedrijfsvoering, zoals diensten of goederen, en kan ook worden gebruikt om gedrag en keuzes op individueel en huishoudelijk niveau te begrijpen. Soms is een LCA van wieg tot graf, soms kijkt het naar slechts een deel van de levenscyclus van een product.

In dit geval, Ankathi en Shonnard groeven in de stapels organisch afval die de Heartland Biogas Facility LLC in Colorado binnenkwamen en beoordeelden het proces dat voedselafval van restaurants in Denver en mest van melkveebedrijven in de buurt van de faciliteit omzet in biomethaan, een energiebron. Dit is de eerste studie die kijkt naar de gehele levenscyclus van anaërobe vergisting van zowel voedselafval als melkveemest, inclusief vermeden emissies naar stortplaatsen.

Van afval naar macht

De uitstoot van methaan is goed voor 11 procent van de totale uitstoot van broeikasgassen in het land; zowel mest als voedselverspilling leveren een belangrijke bijdrage. In de VS, 97 procent van het voedselafval wordt begraven en ontleedt op stortplaatsen, terwijl mest meestal in open lagunes wordt geplaatst, opslag kuilen, slurries, diepe bedden voor runderen en varkens, of pluimvee hoogbouw. Melkkoeien leveren de belangrijkste bijdrage aan de methaanemissie door de afbraak van mest.

Anaërobe vergisters nemen die onbedekte stapels zittende mest en plaatsen ze in grote overdekte tanks. Bacteriën worden gebruikt om de vaste stoffen en vloeistoffen af ​​te breken; de sleutel is ervoor te zorgen dat de afbraak niet in contact komt met zuurstof. Voedselverspilling is op zichzelf niet zo efficiënt bij anaerobe vergisting, dus het mengen met mest lost twee problemen op met één proces. De eindproducten zijn een vloeibaar digestaat, die kan worden gebruikt voor kunstmest of industrieel gebruik, en biomethaan, dat als aardgas kan worden gebruikt.

In hun analyse het team ontdekte dat biomethaan, geproduceerd uit al het beschikbare voedselafval en zuivelmest in de VS, jaarlijks ongeveer 0,74 procent van de jaarlijkse vraag naar aardgas zou compenseren. De grotere besparingen komen in verminderde methaanemissies; ongeveer 100 anaërobe vergistingsinstallaties op Heartland-schaal kunnen jaarlijks ongeveer 0,41 procent van de ongeveer zeven miljard ton totale uitstoot van broeikasgassen in de VS elimineren.

De uitdaging om meer te mitigeren is nog steeds groot, hoewel Shonnard zegt dat het aanpakken van het probleem als een ingenieur het beheersbaar zal maken.

"Ingenieurs gaan met complexiteit om door het te vereenvoudigen in verschillende stadia van de levenscyclus en hun inspanningen te concentreren op één stuk tegelijk, " zegt Shonnard. "LCA's stellen ons in staat om te kijken naar de milieu-impact van een product, het kan ons helpen onze aandacht te richten op het verbeteren van de prestaties gedurende de hele levenscyclus. Dit perspectief moedigt aan om afval dat aan het einde van de levensduur van een product wordt gegenereerd om te zetten in bruikbare producten, zoals blijkt uit dit onderzoek."