米国は毎年70万トン以上の有機廃棄物を生産している。 不必要な食品廃棄物を削減するためには、ソースの削減と空腹の摂食が必要な優先事項ですが、有機廃棄物は数多くあり、家畜糞尿、農業廃棄物、廃水、非食 これらの廃棄物が不適切に管理されると、環境と公衆衛生に重大なリスクをもたらします。 廃棄物中に存在する病原体、化学物質、抗生物質、および栄養素は、流出または土壌への浸出によって地表水および地下水を汚染する可能性がある。 過剰な栄養素は藻類の花を引き起こし、野生動物に害を及ぼし、飲料水に感染する。 高レベルの硝酸塩を含む飲料水は、甲状腺機能亢進症およびブルーベビー症候群に関連している。 市の水道事業者は、硝酸塩を除去するために飲料水を扱うが、そうすることは高価である。

有機廃棄物はまた、分解するにつれて大量のメタンを生成する。 メタンは強力な温室効果ガスであり、二酸化炭素よりも効率的に大気中の熱を捕捉します。 メタンと二酸化炭素の同量を考えると、メタンは二酸化炭素よりも86年で20倍多くの熱を吸収します。 温室効果ガスの排出量と水路への汚染のリスクを減らすために、有機廃棄物を除去し、再生可能エネルギー源であるバイオガスを生産するために使 化石燃料を置き換えると、バイオガスはさらなる排出削減をもたらし、時には炭素負のシステムをもたらす。 環境保護、投資、雇用創出など、有機廃棄物利用の多くの潜在的な利点にもかかわらず、米国は現在、2,200のバイオガスシステムを稼働させており、総潜在力の20％未満を占めています。バイオガスとは何ですか？

バイオガスとは何ですか？

バイオガスとは何ですか？バイオガスは、有機材料（植物および動物製品）が無酸素環境で細菌によって分解された後に生成され、嫌気性消化と呼ばれるプロセスである。

バイオガスシステムは、嫌気性消化を使用してこれらの有機材料をリサイクルし、エネルギー（ガス）と貴重な土壌生成物（液体と固体）の両方を含むバイオ

図1：嫌気性消化プロセス（Sara Tanigawa、EESIによるグラフィック）。

嫌気性消化は、自然界、埋立地、およびいくつかの家畜肥料管理システムで既に発生していますが、嫌気性消化器を使用して最適化、制御、および含 バイオガスには、およそ50-70パーセントのメタン、30-40パーセントの二酸化炭素、および微量の他のガスが含まれています。 消化物と呼ばれる液体および固体消化された材料は、土壌改良剤として頻繁に使用される。

図2：米国大陸における運用バイオガスシステム（礼儀：アメリカバイオガス評議会）

いくつかの有機廃棄物は、他のものよりも消化器で分解することが困難である。 食品廃棄物、脂肪、油、およびグリースは、分解するのが最も簡単な有機廃棄物であり、家畜廃棄物は最も困難になる傾向があります。 共消化と呼ばれる同じ消化器に複数の廃棄物を混合することは、バイオガスの収量を増やすのに役立ちます。 通常、摂氏30〜38度（華氏86〜100度）の間に保たれるより暖かい消化器は、廃棄物をより迅速に分解するのにも役立ちます。バイオガスが捕獲された後、それはエンジン、マイクロタービン、および燃料電池で使用するための熱と電気を生成することができます。

バイオガスは、再生可能な天然ガスまたはRNGとも呼ばれるバイオメタンにアップグレードされ、天然ガスパイプラインに注入されるか、車両燃料として使

米国には現在、2,200のバイオガスシステムが50の州すべてで稼働しており、13,500以上の新しいシステムを追加する可能性があります。

バイオガスの利点

保存されたバイオガスは、石炭や天然ガスの代わりに、清潔で再生可能で信頼性の高いベースロード電力源を提供するこ Baseload力は一貫して最低力の要求に応じるために作り出される; 再生可能なベースロード電力は、より断続的な再生可能エネルギーを補完することができます。 天然ガスと同様に、バイオガスは、急速にランプアップすることができるピーク電力の供給源としても使用することができる。 貯蔵されたバイオガスを使用すると、大気中に放出されるメタンの量が制限され、化石燃料への依存が軽減されます。 米国のすべての潜在的なバイオガスをタップすることから得られるメタン排出量の削減は、800,000から11万台の乗用車の年間排出量に等しくなります。 廃棄物から車輪への評価に基づいて、バイオガス由来の圧縮天然ガスは、石油ガソリンと比較して温室効果ガスの排出量を最大91％削減します。

ニューヨーク市は、焼却炉や埋立地に廃棄物の14万トンを輸送するために毎年約$400万ドルを費やしています。 その廃棄物を嫌気性消化に転用することは、コストを機会に変え、エネルギー生産と連産品から収益を生み出すでしょう。

ソース

: New York Times,June2,2017

気候上の利点に加えて、嫌気性消化は廃棄物の修復に関連するコストを削減し、地域経済に利益をもたらすことができます。 米国で13,500の潜在的なバイオガスシステムを構築することは、335,000の一時的な建設仕事と23,000の恒久的な仕事を追加することができます。 嫌気性消化はまた家畜の無駄からの水質汚染の臭気、病原体および危険を減らします。 消化プロセスの後に残っている材料である消化液は、肥料として使用または販売することができ、化学肥料の必要性を減らすことができます。 Digestateはまた家畜の寝具か土修正として販売されたとき付加的な収入を提供できます。

バイオガス原料

食品廃棄物

世界の食糧供給の約30％が毎年失われたり無駄になったりしています。 2010年だけで、米国は主に住宅および商業食品部門から約133億ポンド（66.5万トン）の食品廃棄物を生産しました。 この廃棄物に対処するために、EPAの食糧回収階層は、最初に供給源の削減を優先し、次に飢餓に対処するために余分な食糧を使用します。 食べ物は最後の手段として埋立地に送られるべきです。 残念なことに、食品廃棄物は米国の埋立地の21％を占めており、食品廃棄物のわずか5％が土壌改良剤または肥料にリサイクルされています。 この廃棄物の大部分は埋立地に送られ、そこで分解するとメタンが生成されます。 埋立地は結果として生じるバイオガスを捕捉する可能性があるが、有機廃棄物を埋立ても、供給源の有機材料から栄養素をリサイクルする機会は 2015年、EPAとUSDAは、埋立地に送られる食品廃棄物の量を2030年までに50％削減するという目標を設定しました。 しかし、この目標が達成されたとしても、リサイクルする必要がある余分な食べ物があります。 エネルギーポテンシャルは重要です。 一例として、1日あたり100トンの食品廃棄物では、嫌気性消化は毎年800〜1,400世帯に電力を供給するのに十分なエネルギーを生成することができます。 フードサービス産業から収集された脂肪、油、およびグリースは、バイオガス生産を増加させるために嫌気性消化器に添加することもできる。

埋立地ガス

埋立地は、米国で人間関連のメタン排出量の第三位の源です。 埋立地には、有機材料を分解してバイオガス（この場合は埋立ガス（LFG））を生成する消化器に存在するのと同じ嫌気性細菌が含まれています。 LFGが大気中に脱出するのではなく、それを集めてエネルギーとして使用することができます。 現在、米国全体のLFGプロジェクトは、約17億キロワット時の電力を生成し、天然ガスパイプラインまたはエンドユーザーに直接98億立方フィートのLFGを毎年 参考までに、2015年の米国の平均家庭では、年間約10,812キロワット時の電力が使用されていました。

家畜廃棄物

図3:供給原料による米国における運用および潜在的なバイオガスシステムの現在の数。 EPA

1,000ポンドの乳牛は毎日肥料の80ポンドの平均を作り出します。 この肥料は、多くの場合、フィールドに適用される前に保持タンクに格納されています。 肥料は分解するときにメタンを生成するだけでなく、水路の余分な栄養素に寄与する可能性があります。 2015では、家畜の肥料管理は米国のすべてのメタン排出量の約10％を占めていましたが、家畜の廃棄物のわずか3％が嫌気性消化器によってリサイクルされ 家畜の肥料を使用してバイオガスを生産する場合、嫌気性消化は温室効果ガスの排出量を削減し、臭気を減らし、肥料病原体の99％を削減することがで EPAは、8,241家畜バイオガスシステムの可能性があると推定しており、これは毎年1300万メガワット時間以上のエネルギーを生成する可能性があります。

排水処理

多くの排水処理プラント（WWTP）はすでに下水汚泥を処理するためのオンサイト嫌気性消化器を持っており、処理プロセス中に分離 しかし、多くのWWTPは、彼らが生産するバイオガスを使用するための機器を持っておらず、代わりにそれをフレアしています。 嫌気性ダイジェスターを使用している1,269の排水処理プラントのうち、バイオガスを使用しているのは約860だけです。 現在嫌気性消化を使用しているすべての施設（毎日500万ガロン以上を処理する）がエネルギー回収施設を設置する場合、米国は年間二酸化炭素排出量を2.3万トン削減することができます—430,000乗用車からの年間排出量に相当します。

作物残渣

作物残渣には、茎、わら、および植物のトリミングが含まれることがあります。 ある残余は分野に土の有機性内容および湿気を保ち、また腐食を防ぐために残っています。 しかし、より高い作物収量は残留物の量を増加させ、これらの一部を除去することは持続可能であり得る。 持続可能な収穫率は、栽培された作物、土壌の種類、および気候要因によって異なります。 持続可能な収穫率を考慮すると、米国エネルギー省は、乾燥トン当たり$60の価格で利用可能な作物残渣の約104万トンが現在あると推定しています。 作物残渣は、通常、リグニン含量が高いため、分解が困難になるため、他の有機廃棄物と共消化されます。

バイオガスの最終用途

未加工バイオガスおよびDigestate

処理に少しと、バイオガスは建物および力のボイラーまた更にdigester自体を熱するた バイオガスは結合された熱および力（CHP）操作に使用することができますまたはバイオガスは現地で使用されるか、または電気格子に販売されて得ら消化液は、消化プロセスの後に残っている栄養素が豊富な固体または液体の材料です。

消化液は、消化プロセスの後に残っている栄養素が豊富; それは元の有機材料にあったが、植物および土の建物のためにより容易に利用できる形態ですべてのリサイクルされた栄養素を含んでいる。 消化液の組成および栄養含量は、消化液に添加される原料に依存する。 液体消化物は肥料として農場に容易にスプレー適用することができ、合成肥料を購入する必要性を減らすことができます。 固体消化物は家畜の寝具として使用されるか、または最低の処理と堆肥を施すことができます。 最近、バイオガス産業は、消化液の安全性と品質管理を保証するために、消化液認証プログラムを作成するための措置を講じています。

バイオガスシステムを使用すると、酪農場、農場、および産業は、独自の有機廃棄物を使用して機器や建物に電力を供給する運用コストを削減で インディアナ州のフェアオークス酪農は、1.2百万立方フィートのバイオガスを毎日9,000頭の乳牛から肥料で生産しています。 バイオガスの一部はCNGにアップグレードされ、Fair Oaks加工工場に牛乳を供給するトレーラーに電力を供給するために使用され、ディーゼル燃料の使用量は年間150万ガロン削減されます。

ソース：EPA。

再生可能な天然ガス

再生可能な天然ガス（RNG）、またはバイオメタンは、それが天然ガス業界の基準を満たすように、二酸化炭素、水蒸気、およ RNGは既存の天燃ガスの格子に（を含むパイプライン）注入され、慣習的な天燃ガスと交換可能に使用することができます。 天然ガス（従来型および再生可能）は、米国の電力の26％を提供し、天然ガスの40％が電力を生産するために使用されています。 天然ガスの残りの部分は、商業目的（加熱および調理）および工業目的のために使用される。 RNGは、米国で使用されている天然ガスの最大10％を置き換える可能性があります。従来の天然ガスと同様に、RNGは圧縮天然ガス（CNG）または液化天然ガス（LNG）に変換された後、車両燃料として使用することができます。 CNG駆動車の燃費は、従来のガソリン車と同等であり、軽量から大型車に使用することができます。 LNGは、生産と保管の両方に高価であるため、CNGほど広く使用されていませんが、その密度が高いため、LNGは長距離を移動する大型車両のためのより良い燃料 燃料供給インフラへの投資を最大限に活用するために、CNGとLNGは、給油のために基地に戻る艦隊車両に最も適しています。 国立再生可能エネルギー研究所は、RNGは、電気を生産するために使用される天然ガスの五パーセントと車両燃料を生産するために使用される天然ガスの56

Federal Policies Supporting the Biogas Industry

The Renewable Fuel Standard

再生可能燃料標準（rfs）は、2005年のエネルギー政策法の一環として議会によって作成されました。 RFSは、米国の輸送燃料供給に再生可能な燃料をブレンドする必要があります。 現在、ガソリン供給の約10％は再生可能燃料、主にエタノールによって提供されています。 RFSは、さまざまな燃料カテゴリの燃料量を設定します: バイオマスベースのディーゼル、高度なバイオ燃料、セルロースバイオ燃料、および全体として再生可能な燃料。 各カテゴリーには、温室効果ガスの最小削減が必要です。

EPAは、2014年にrfsの下で適格セルロース原料としてバイオガスを承認しました。 セルロース系バイオ燃料は、ガソリンよりも60％少ない温室効果ガス集約型でなければなりません。 現在、セルロース燃料量のほとんどは、車両燃料としてRNGを使用することによって満たされている。 Rfsへの準拠は、取引可能な再生可能識別番号（Rin）によって追跡され、セルロースバイオ燃料のRinはRNG生産者$40/MMBtuを獲得することができます（2017年9月現在）。 バイオガス生産者によると、RFSは業界への投資の重要な推進力となっています。バイオガスの承認の一環として、EPAはrins、または”e-RINsの資格を得るために車両燃料として使用されるバイオガス由来の電気を可能にするためにRFSを更”しかし、2017の時点で、EPAは、バイオガス生産がすでに現在の輸送電力需要を超えているにもかかわらず、e-RINsの生産を開始するための生産者の要求を承

ファーム法案

ファーム法案のエネルギータイトル（IX）の下でのプログラムは、バイオガス業界の成長のために重要となっています。 2014農場法案の下では、高度なバイオ燃料のためのUSDAのバイオエネルギープログラムは、コーンスターチ以外のソースから精製された高度なバイオ燃料の生産を促進するために生産者に支払いを提供しています。 このプログラムは現在、義務的な資金で年間1500万ドルを受け取り、2018年までの裁量的な資金で年間2000万ドルを利用できます。

REAPの助成金と融資でover500,000以上の助けを借りて、Pennwood Farmsは2011年に嫌気性消化器を設置することができました。 Digestateからなされる寝具は寝具の費用の農場約$60,000年を救い、農場の600頭の乳牛からの無駄は現地の必要性を満たすために十分な電気より多くを作り出

ソース

: 米国農務省

アメリカプログラムのための農村エネルギー（REAP）は、再生可能エネルギー生産とエネルギー効率の向上を促進するために、農業生産者や農村 このプログラムには、2018年までに年間5000万ドルの義務的な資金があり、裁量資金で10000万ドルが利用可能です。

バイオマス研究開発イニシアチブは、USDAとDOEの共同プログラムです。 バイオマス研究開発委員会は、バイオ燃料およびバイオベース製品の研究開発を刺激するプロジェクトに対する助成金、契約、および財政援助を表彰し、2017年度までに300万ドルの義務的資金を、2018年度までに200万ドルの裁量的資金を拠出しています。 しかし、これらのプログラムは一貫して歳出プロセスを通じて資金の削減を見てきました。AgSTARは、EPA、USDA、およびDOEの共同プログラムです。 このプログラムは、動物廃棄物からのメタン排出量を削減するために、畜産農場での嫌気性消化器の使用を促進しています。 AgSTARプログラムは、嫌気性消化器プロジェクトの計画と実施を支援し、州および非政府パートナーを含みます。

EPAの埋立地メタンアウトリーチプログラム（LMOP）は、埋立地で有機廃棄物から生成されたバイオガスを回収し、使用する廃棄物産業を奨励しています。 LMOPは、コミュニティ、ユーティリティ、埋立地の所有者、およびその他の利害関係者とのパートナーシップを形成し、技術支援を提供し、埋立地バイオガスプロジェク

結論

バイオガスシステムは、廃棄物管理のコストをアメリカの農場、酪農場、産業の収益機会に変えます。 廃棄物を電気、熱、または車両燃料に変換することは、外国の石油輸入への依存を減らし、温室効果ガスの排出を削減し、環境の質を改善し、地元の雇用を増やせる再生可能なエネルギー源を提供します。 バイオガスシステムはまた石油化学および採鉱された肥料のための必要性を減らす食糧供給の栄養素をリサイクルする機会を提供する。

バイオガスシステムは、複数の問題を解決し、収益源を含む複数の利益を生み出す廃棄物管理ソリューションです。 米国は現在、13,500の新しいバイオガスシステムを追加し、335,000以上の建設雇用と23,000の恒久的な雇用を提供する可能性があります。 しかし、その可能性を最大限に発揮するためには、業界は一貫した政策支援を必要としています。 ファームビルのエネルギータイトルプログラムと強力な再生可能な燃料標準の信頼性の高い資金調達は、バイオガス業界への投資と革新を奨励します。 米国が燃料供給を多様化し、気候変動に対する行動をとることを意図している場合、バイオガスの多くの利点を強く考慮する必要があります。