Metan som produceras av gödsel och matavfall på deponier behöver inte gå till spillo. Använda anaeroba rötkammare, gasen kan utnyttjas för energi.

Metan är mycket mer skadligt som växthusgas än koldioxid - 25 gånger mer. Gasen, som framställs genom att sönderdela organiskt material i frånvaro av luft, inte bara fångar värme effektivt utan är också en hälso- och säkerhetsrisk eftersom den är så koncentrerad till deponier. Ungefär hälften av deponierna i USA samlar in och bränner metan, minskar faran men bidrar ändå till atmosfäriska metan- och koldioxidnivåer. Nedbrytning av stallgödsel på gårdar är den största bidragsgivaren till metanutsläppen inom jordbruket.

Att återanvända den utspillda gasen är i fokus i en ny studie som publiceras i tidskriften Miljöframsteg och hållbar energi av kemiingenjörer från Michigan Technological University. Specifikt, de undersökte koldioxidavtrycket av anaerob rötning – kompostering av organiska ämnen utan luft – som kan användas för att omdirigera metan till en användbar energikälla.

"Vi fann att biometan som produceras genom anaerob rötning släpper ut mycket mindre än sin fossila naturgasekvivalent, " säger Sharath Ankathi, tidningens huvudförfattare och doktorand vid Michigan Tech. Att studera varje produkts koldioxidavtryck är ett sätt att bedöma dess sociala, miljömässig och ekonomisk påverkan – med andra ord hur hållbar den är – som Ankathi säger är "definierad som att hjälpa nuvarande generationer utan att kompromissa med deras behov eller framtida generationers behov."

Livscykelanalys

Ankathis fakultetsrådgivare är David Shonnard, en professor i kemiteknik som leder Sustainable Futures Institute på campus. De samarbetade också med James Potter från AG Energy USA, och tillsammans fokuserade teamet på en fallstudie av en biogasanläggning i Colorado. Deras primära verktyg är en livscykelanalys (LCA).

En LCA kan tillämpas på alla mänskliga aktiviteter för att bestämma miljöpåverkan på ett heltäckande sätt. Med andra ord, en LCA undersöker livet för en aktivitet. Verksamheten kan innefatta affärsverksamhet, såsom tjänster eller varor, och kan också användas för att förstå beteenden och val på individ- och hushållsnivå. Ibland är en LCA vagga till grav, ibland ser den bara på en del av en produkts livscykel.

I detta fall, Ankathi och Shonnard grävde i högarna av organiskt avfall som kom till Colorados Heartland Biogas Facility LLC och utvärderade processen som förvandlar matavfall från restauranger i Denver och gödsel från mjölkgårdar nära anläggningen till biometan, en energikälla. Detta är den första studien som tittar på hela livscykeln för anaerob rötning av både matavfall och mjölkgödsel och som inkluderar undvikade deponiutsläpp.

Waste to Power

Metanutsläppen står för 11 procent av landets totala utsläpp av växthusgaser; både gödsel och matavfall är betydande bidragsgivare. I USA, 97 procent av matavfallet begravs och sönderfaller på deponier medan gödsel oftast placeras i laguner som är öppna mot himlen, förvaringsgropar, slurry, djupbäddar för nötkreatur och svin, eller fjäderfähöghus. Mjölkkor är den mest betydande bidragsgivaren till metanutsläpp från gödselnedbrytning.

Anaeroba rötkammare tar de obetäckta högarna av sittande gödsel och placerar dem i stora täckta tankar. Bakterier används för att bryta ner fasta ämnen och vätskor; nyckeln är att se till att nedbrytningen inte kommer i kontakt med syre. Matavfall i sig är inte lika effektivt vid anaerob matsmältning, så att blanda det med gödsel löser två problem med en process. Slutprodukterna är ett flytande rötgas, som kan användas för gödningsmedel eller industriellt bruk, och biometan, som kan användas som naturgas.

I sin analys, teamet fann att biometan som produceras från allt tillgängligt matavfall och mejerigödsel i USA årligen skulle kompensera för cirka 0,74 procent av den årliga efterfrågan på naturgas. De större besparingarna kommer i minskade metanutsläpp; cirka 100 anaeroba rötningsanläggningar i Heartland-skala kan eliminera cirka 0,41 procent årligen av de cirka sju miljarder ton av de totala utsläppen av växthusgaser i USA.

Utmaningen att mildra mer är fortfarande stor, även om Shonnard säger att man tacklar problemet som en ingenjör hjälper till att göra det hanterbart.

"Ingenjörer hanterar komplexitet genom att förenkla den till olika stadier av livscykeln och fokusera sina ansträngningar på en del i taget, Shonnard säger. "LCA gör det möjligt för oss att titta på en produkts miljöpåverkan, det kan hjälpa oss att fokusera vår uppmärksamhet på hur vi kan förbättra prestandan under hela livscykeln. Detta perspektiv uppmuntrar till att förvandla avfall som genereras i slutet av en produkts livslängd till användbara produkter, som visas i denna studie."