USA producerer mere end 70 millioner tons organisk affald hvert år. Mens kildereduktion og fodring af de sultne er nødvendige prioriteter for at reducere unødvendigt madaffald, organisk affald er mange og strækker sig til ikke-spiselige kilder, herunder husdyrgødning, landbrugsaffald, spildevand, og uspiseligt madaffald. Når dette affald håndteres forkert, udgør de en betydelig risiko for miljøet og folkesundheden. Patogener, kemikalier, antibiotika og næringsstoffer, der findes i affald, kan forurene overflade-og grundvand gennem afstrømning eller ved udvaskning i jord. Overskydende næringsstoffer forårsager algeblomstringer, skader dyrelivet og inficerer drikkevand. Drikkevand med høje niveauer af nitrater er forbundet med hyperthyroidisme og blå-baby syndrom. Kommunale vandforsyninger behandler drikkevand for at fjerne nitrater, men det er dyrt at gøre det.organisk affald genererer også store mængder metan, når de nedbrydes. Metan er en kraftig drivhusgas, der fanger varme i atmosfæren mere effektivt end kulsyre. I betragtning af lige store mængder metan og kulsyre vil metan absorbere 86 gange mere varme på 20 år end kulsyre. For at reducere drivhusgasemissionerne og risikoen for forurening til vandveje kan organisk affald fjernes og bruges til at producere biogas, en vedvarende energikilde. Ved fortrængning af fossile brændstoffer skaber biogas yderligere emissionsreduktioner, hvilket undertiden resulterer i kulstofnegative systemer. På trods af de mange potentielle fordele ved organisk affaldsudnyttelse, herunder miljøbeskyttelse, investeringer og jobskabelse, har USA i øjeblikket kun 2.200 fungerende biogassystemer, hvilket repræsenterer mindre end 20 procent af det samlede potentiale.

introduktion

hvad er biogas?

Biogas produceres, efter at organiske materialer (plante-og animalske produkter) nedbrydes af bakterier i et iltfrit miljø, en proces kaldet anaerob fordøjelse. Biogassystemer bruger anaerob fordøjelse til at genbruge disse organiske materialer og omdanne dem til biogas, som indeholder både energi (gas) og værdifulde jordprodukter (væsker og faste stoffer).

Figur 1: anaerob fordøjelsesproces.

anaerob fordøjelse forekommer allerede i naturen, lossepladser og nogle husdyrgødningsstyringssystemer, men kan optimeres, kontrolleres og indeholdes ved hjælp af en anaerob fordøjelse. Biogas indeholder ca. 50-70 procent metan, 30-40 procent kulsyre og spormængder af andre gasser. Det flydende og faste fordøjede materiale, kaldet digestat, bruges ofte som jordændring.

figur 2: operationelle biogassystemer i det kontinentale USA (høflighed: American Biogas Council)

nogle organiske affald er sværere at nedbryde i en digester end andre. Madaffald, fedtstoffer, olier og fedtstoffer er det nemmeste organiske affald at nedbryde, mens husdyraffald har tendens til at være det sværeste. Blanding af flere affald i samme digester, kaldet co-fordøjelse, kan bidrage til at øge biogasudbyttet. Varmere fordøjere, der typisk holdes mellem 30 og 38 grader Celsius (86-100 Fahrenheit), kan også hjælpe affald med at nedbrydes hurtigere.

efter at biogas er fanget, kan den producere varme og elektricitet til brug i motorer, mikroturbiner og brændselsceller. Biogas kan også opgraderes til biomethan, også kaldet vedvarende naturgas eller RNG, og injiceres i naturgasledninger eller bruges som køretøjsbrændstof.

USA har i øjeblikket 2.200 biogassystemer i alle 50 stater og har potentialet til at tilføje over 13.500 nye systemer.

fordelene ved Biogas

lagret biogas kan give en ren, vedvarende og pålidelig kilde til baseloadkraft i stedet for kul eller naturgas. Baseload-strøm produceres konsekvent for at imødekomme minimale strømkrav; vedvarende basisbelastningseffekt kan supplere mere intermitterende vedvarende energi. I lighed med naturgas kan biogas også bruges som en kilde til spidseffekt, der hurtigt kan øges. Brug af lagret biogas begrænser mængden af metan, der frigives i atmosfæren, og reducerer afhængigheden af fossile brændstoffer. Reduktionen af metanemissioner, der stammer fra aflytning af al den potentielle biogas i USA, ville være lig med de årlige emissioner på 800.000 til 11 millioner personbiler. Baseret på en vurdering af affald til hjul reducerer komprimeret naturgas, der stammer fra biogas, drivhusgasemissionerne med op til 91 procent i forhold til petroleumsbensin.400 millioner dollars hvert år til at transportere 14 millioner tons affald til forbrændingsanlæg og lossepladser. At omdirigere dette affald til anaerob fordøjelse ville gøre en omkostning til en mulighed og generere indtægter fra energiproduktion og samprodukter.

kilde: 2. juni 2017

ud over klimafordele kan anaerob fordøjelse sænke omkostningerne forbundet med affaldsrensning samt gavne lokale økonomier. Opbygning af de 13.500 potentielle biogassystemer i USA kunne tilføje over 335.000 midlertidige byggejob og 23.000 permanente job. Anaerob fordøjelse reducerer også lugt, patogener og risikoen for vandforurening fra husdyraffald. Digestate, det materiale, der er tilbage efter fordøjelsesprocessen, kan bruges eller sælges som gødning, hvilket reducerer behovet for kemisk gødning. Digestate kan også give ekstra indtægter, når de sælges som husdyr strøelse eller jord ændringer.

Biogasråvarer

madaffald

cirka 30 procent af den globale fødevareforsyning går tabt eller spildes hvert år. Alene i 2010 producerede USA omkring 133 milliarder pund (66,5 millioner tons) madaffald, primært fra bolig-og kommercielle fødevaresektorer. For at tackle dette affald prioriterer EPA ‘ s Fødevaregenvindingshierarki først kildereduktion og bruger derefter ekstra mad til at tackle sult; dyrefoder eller energiproduktion er en lavere prioritet. Fødevarer skal sendes til lossepladser som en sidste udvej. Desværre udgør madaffald 21 procent af amerikanske lossepladser, hvor kun 5 procent af madaffald genanvendes til jordforbedringsmiddel eller gødning. Det meste af dette affald sendes til lossepladser, hvor det producerer metan, når det nedbrydes. Mens deponeringsanlæg kan fange den resulterende biogas, deponering af organisk affald giver ingen mulighed for at genbruge næringsstoffer fra kilden organisk materiale. I 2015 satte EPA og USDA mål om at reducere mængden af madaffald sendt til lossepladser med 50 procent inden 2030. Men selvom dette mål er opfyldt, vil der være overskydende mad, der skal genbruges. Energipotentialet er betydeligt. Som et eksempel, med 100 tons madaffald om dagen, kan anaerob fordøjelse generere nok energi til at drive 800 til 1.400 hjem hvert år. Fedt, olie og fedt indsamlet fra fødevareindustrien kan også tilsættes til en anaerob digester for at øge biogasproduktionen.

lossepladsgas

lossepladser er den tredjestørste kilde til menneskerelaterede metanemissioner i USA. Deponeringsanlæg indeholder de samme anaerobe bakterier, der findes i en digester, der nedbryder organiske materialer til produktion af biogas, i dette tilfælde lossepladsgas (LFG). I stedet for at lade LFG flygte ud i atmosfæren, kan den indsamles og bruges som energi. I øjeblikket genererer LFG-projekter i hele USA omkring 17 milliarder kilovatt-timers elektricitet og leverer 98 milliarder kubikfod LFG til naturgasledninger eller direkte til slutbrugere hvert år. Som reference brugte det gennemsnitlige amerikanske hjem i 2015 omkring 10.812 kiloatt-timers elektricitet om året.

husdyraffald

figur 3: nuværende antal operationelle og potentielle biogassystemer i USA efter råmateriale. EPA

en 1.000 pund malkeko producerer i gennemsnit 80 pund gødning hver dag. Denne gødning opbevares ofte i holdetanke, inden den påføres marker. Gødningen producerer ikke kun metan, når den nedbrydes, det kan bidrage til overskydende næringsstoffer i vandveje. I 2015 bidrog husdyrgødning med omkring 10 procent af alle metanemissioner i USA, men kun 3 procent af husdyraffald genanvendes af anaerobe fordøjere. Når husdyrgødning bruges til at producere biogas, kan anaerob fordøjelse reducere drivhusgasemissioner, reducere lugt og reducere op til 99 procent af gødningspatogener. EPA vurderer, at der er potentiale for 8.241 husdyrbiogassystemer, som tilsammen kan generere over 13 millioner megavatt-timers energi hvert år.

spildevandsrensning

mange spildevandsrensningsanlæg (renseanlæg) har allerede anaerobe fordøjere på stedet til behandling af spildevandsslam, hvor de faste stoffer adskilles under behandlingsprocessen. Imidlertid har mange renseanlæg ikke udstyret til at bruge den biogas, de producerer, og flare det i stedet. Af de 1.269 spildevandsrensningsanlæg, der bruger en anaerob digester, bruger kun omkring 860 deres biogas. Hvis alle de faciliteter, der i øjeblikket bruger anaerob fordøjelse-behandler over 5 millioner gallon hver dag—skulle installere et energigenvindingsanlæg, kunne USA reducere de årlige kulstofemissioner med 2,3 millioner tons-svarende til de årlige emissioner fra 430.000 personbiler.

afgrøderester

afgrøderester kan omfatte stilke, halm og afpudsning af planter. Nogle rester er tilbage på marken for at bevare jordens organiske indhold og fugt samt forhindre erosion. Imidlertid har højere afgrødeudbytter øgede mængder rester, og fjernelse af en del af disse kan være bæredygtig. Bæredygtige høsthastigheder varierer afhængigt af den dyrkede afgrøde, jordtype og klimafaktorer. Under hensyntagen til bæredygtige høstrater estimerer det amerikanske energiministerium, at der i øjeblikket er omkring 104 millioner tons afgrøderester til rådighed til en pris på $60 pr. Afgrøderester fordøjes normalt sammen med andet organisk affald, fordi deres høje ligninindhold gør dem vanskelige at nedbryde.

Biogas slutanvendelser

rå Biogas og Digestat

med lidt eller ingen forarbejdning kan biogas brændes på stedet for at opvarme bygninger og kraftkedler eller endda selve digesteren. Biogas kan bruges til kombineret varme-og kraftvarmeproduktion (CHP), eller biogas kan simpelthen omdannes til elektricitet ved hjælp af en forbrændingsmotor, brændselscelle eller gasturbine, hvor den resulterende elektricitet bruges på stedet eller sælges på elnettet.

Digestat er det næringsrige faste eller flydende materiale, der er tilbage efter fordøjelsesprocessen; den indeholder alle de genanvendte næringsstoffer, der var til stede i det originale organiske materiale, men i en form, der er lettere tilgængelig til planter og jordopbygning. Sammensætningen og næringsindholdet i digestatet afhænger af det råmateriale, der tilsættes til digesteren. Flydende digestat kan let sprøjtes på gårde som gødning, hvilket reducerer behovet for at købe syntetisk gødning. Fast digestat kan bruges som husdyr strøelse eller komposteret med minimal behandling. For nylig har biogasindustrien taget skridt til at oprette et digestate certificeringsprogram for at sikre sikkerhed og kvalitetskontrol af digestate.

med biogassystemer kan mejerier, gårde og industri reducere driftsomkostningerne ved hjælp af deres eget organiske affald til at drive deres udstyr og bygninger. Fair Oaks Dairy i Indiana producerer 1,2 millioner kubikfod biogas hver dag med gødning fra 9.000 malkekøer. Nogle af biogassen opgraderes til CNG og bruges til at drive trailere, der leverer mælk til Fair Oaks-forarbejdningsanlæg, hvilket reducerer deres brug af dieselolie med 1,5 millioner gallon om året.

kilde: EPA.

vedvarende naturgas

vedvarende naturgas (RNG) eller biomethan er biogas, der er blevet raffineret for at fjerne kulsyre, vanddamp og andre sporgasser, så den opfylder naturgasindustriens standarder. RNG kan injiceres i det eksisterende naturgasnet (inklusive rørledninger) og bruges ombytteligt med konventionel naturgas. Naturgas (konventionel og vedvarende) leverer 26 procent af amerikansk elektricitet, og 40 procent af naturgas bruges til at producere elektricitet. Resten af naturgas bruges til kommercielle formål (opvarmning og madlavning) og til industrielle. RNG har potentialet til at erstatte op til 10 procent af den naturgas, der anvendes i USA.

komprimeret naturgas og flydende naturgas

ligesom konventionel naturgas kan RNG bruges som køretøjsbrændstof, efter at det er omdannet til komprimeret naturgas (CNG) eller flydende naturgas (LNG). Brændstoføkonomien i CNG-drevne køretøjer kan sammenlignes med konventionelle bensinkøretøjer og kan bruges i lette til tunge køretøjer. LNG er ikke så udbredt som CNG, fordi det er dyrt at både producere og opbevare, selvom dens højere densitet gør LNG til et bedre brændstof til tunge køretøjer, der kører lange afstande. For at få mest muligt ud af investeringer i brændstofinfrastruktur er CNG og LNG bedst egnet til flådekøretøjer, der vender tilbage til en base til tankning. Det nationale laboratorium for vedvarende energi estimerer, at RNG kunne erstatte fem procent af den naturgas, der bruges til at producere elektricitet, og 56 procent af den naturgas, der bruges til at producere køretøjsbrændstof.

Federal Policies Supporting the Biogas Industry

The Renewable Fuel Standard

Production of cellulosic biofuel (in gallons) by fuel type
	Ethanol	Renewable CNG	Renewable LNG
2015	2,181,096	81,490,266	58,368,879
2016	3,805,246	116,582,508	71,974,041
2017*	3.536.721	56.916.606	34.224.820
* fra juli 2017

den vedvarende brændstofstandard (RFS) blev oprettet af kongressen som en del af 2005 Energy Policy Act. RFS kræver blanding af vedvarende brændstoffer i den amerikanske transportbrændstofforsyning. I øjeblikket leveres omkring 10 procent af gasforsyningen af vedvarende brændstof, primært ethanol. RFS fastsætter brændstofmængder for en række brændstofkategorier: biomassebaseret diesel, avanceret biobrændstof, cellulosebrændstof og vedvarende brændstof som helhed. Hver kategori har en krævet minimumsreduktion af drivhusgasser.

EPA godkendte biogas som et kvalificerende celluloseråmateriale under RFS i 2014. Cellulosebiobrændstoffer skal være 60 procent mindre drivhusgasintensive end gas. I øjeblikket opfyldes de fleste af de cellulosebrændstofmængder ved brug af RNG som køretøjsbrændstof. Overholdelse af RFS spores gennem vedvarende identifikationsnumre (RINs), der kan handles, og RINs til cellulosebiobrændstoffer kan tjene RNG-producenter $40/MMBtu (fra September 2017). Ifølge biogasproducenter er RFS blevet en vigtig drivkraft for investeringer i branchen.

som en del af godkendelsen af biogas opdaterede EPA RFS for at give biogasafledt elektricitet, der blev brugt som køretøjsbrændstof, mulighed for at kvalificere sig til skyller eller “e-skyller.”Fra 2017 har EPA imidlertid ikke godkendt nogen producentanmodninger om at begynde at generere e-skylninger, på trods af at biogasproduktionen allerede overstiger den nuværende efterspørgsel efter transportelektricitet.

Farm Bill

programmer under Farm Bill ‘ s Energititel har været afgørende for væksten i biogasindustrien. I henhold til Farm Bill 2014 giver USDA ‘ s Bioenergy Program for Advanced biobrændstoffer betalinger til producenter for at fremme produktionen af avancerede biobrændstoffer raffineret fra andre kilder end majsstivelse. Programmet modtager i øjeblikket $15 millioner om året i obligatorisk finansiering med $ 20 millioner til rådighed om året i skønsmæssig finansiering gennem 2018.

ved hjælp af over $500.000 i REAP-tilskud og-lån var det muligt at installere en anaerob digester i 2011. Sengetøj lavet af digestate sparer gården omkring $60.000 om året i sengetøjsomkostninger, og affald fra gårdens 600 malkekøer producerer mere end nok elektricitet til at imødekomme behovene på stedet.

kilde: USDA

programmet Rural Energy For America (REAP) yder tilskud og lånegarantier til landbrugsproducenter og små virksomheder i landdistrikterne for at fremme produktion af vedvarende energi og forbedringer af energieffektiviteten. Programmet har obligatorisk finansiering på $ 50 millioner om året gennem 2018 og $100 millioner til rådighed i diskretionære midler.Biomasseforsknings-og Udviklingsinitiativet er et fælles program mellem USDA og DOE. Med 3 millioner dollars i obligatorisk finansiering gennem regnskabsåret 2017 og 20 millioner dollars i skønsmæssig finansiering gennem regnskabsåret 2018 tildeler biomasse Research and Development Board tilskud, kontrakter og økonomisk bistand til projekter, der stimulerer forskning og udvikling af biobrændstoffer og biobaserede produkter. Disse programmer har imidlertid konsekvent set reduktioner i finansieringen gennem bevillingsprocessen.

andre Agenturprogrammer

AgSTAR er et fælles program mellem EPA, USDA og DOE. Programmet fremmer brugen af anaerobe fordøjere på husdyrbrug for at reducere metanemissioner fra animalsk affald. AgSTAR-programmet understøtter planlægning og implementering af anaerobe digester-projekter og inkluderer statslige og ikke-statslige partnere.EPA ‘ s losseplads metan Outreach Program (LMOP) opfordrer affaldsindustrien til at genvinde og bruge biogas genereret fra organisk affald på lossepladser. LMOP danner partnerskaber med lokalsamfund, forsyningsselskaber, lossepladsejere og andre interessenter for at yde teknisk bistand og søge finansiering til deponeringsbiogasprojekter.

konklusion

Biogassystemer gør omkostningerne ved affaldshåndtering til en indtægtsmulighed for Amerikas gårde, Mejerier og industrier. Omdannelse af affald til elektricitet, varme eller køretøjsbrændstof giver en vedvarende energikilde, der kan reducere afhængigheden af udenlandsk olieimport, reducere drivhusgasemissioner, forbedre miljøkvaliteten og øge lokale job. Biogassystemer giver også mulighed for at genbruge næringsstoffer i fødevareforsyningen, hvilket reducerer behovet for både petrokemiske og minerede gødninger.Biogassystemer er en affaldshåndteringsløsning, der løser flere problemer og skaber flere fordele, herunder indtægtsstrømme. USA har i øjeblikket potentialet til at tilføje 13.500 nye biogassystemer, hvilket giver over 335.000 byggejob og 23.000 faste job. For at nå sit fulde potentiale har industrien imidlertid brug for konsekvent politisk støtte. Pålidelig finansiering af Farm Bill energy-titelprogrammer og en stærk standard for vedvarende brændstof tilskynder til investering og innovation i biogasindustrien. Hvis USA har til hensigt at diversificere sin brændstofforsyning og gribe ind over for klimaændringer, bør det kraftigt overveje de mange fordele ved biogas.