Usa produserer mer enn 70 millioner tonn organisk avfall hvert år. Mens kildereduksjon og mating av de sultne er nødvendige prioriteringer for å redusere unødvendig matavfall, er organisk avfall mange og strekker seg til ikke-spiselige kilder, inkludert husdyrgjødsel, landbruksavfall, avløpsvann og uspiselig matavfall. Når disse avfallene håndteres feil, utgjør de en betydelig risiko for miljøet og folkehelsen. Patogener, kjemikalier, antibiotika og næringsstoffer som finnes i avfall kan forurense overflate-og grunnvann gjennom avrenning eller ved utvasking i jord. Overflødige næringsstoffer forårsaker algeoppblomstringer, skader dyrelivet og smitter drikkevann. Drikkevann med høye nivåer av nitrater er knyttet til hypertyreose og blå-baby syndrom. Kommunale vannverk behandler drikkevann for å fjerne nitrater, men det er kostbart å gjøre det.

Organisk avfall genererer også store mengder metan når de brytes ned. Metan er en kraftig drivhusgass som fanger varme i atmosfæren mer effektivt enn karbondioksid. Gitt like mengder metan og karbondioksid, vil metan absorbere 86 ganger mer varme i 20 år enn karbondioksid. For å redusere klimagassutslippene og risikoen for forurensning til vannveier, kan organisk avfall fjernes og brukes til å produsere biogass, en fornybar energikilde. Ved fortrengning av fossilt brensel skaper biogass ytterligere utslippsreduksjoner, noe som noen ganger resulterer i karbonnegative systemer. Til tross for de mange potensielle fordelene med organisk avfallsutnyttelse, inkludert miljøvern, investering og jobbskaping, Har Usa for tiden bare 2200 drifts biogasssystemer, som representerer mindre enn 20 prosent av det totale potensialet.

Introduksjon

hva er biogass?

Biogass produseres etter at organiske materialer (plante-og animalske produkter) brytes ned av bakterier i et oksygenfritt miljø, en prosess som kalles anaerob fordøyelse. Biogasssystemer bruker anaerob fordøyelse til å resirkulere disse organiske materialene, og gjør dem til biogass, som inneholder både energi (gass) og verdifulle jordprodukter (væsker og faste stoffer).

Figur 1: Anaerob fordøyelsesprosess (Grafisk av Sara Tanigawa, EESI).Anaerob fordøyelse forekommer allerede i naturen, deponier og noen husdyrgjødsel styringssystemer, men kan optimaliseres, kontrolleres og inneholdt ved hjelp av en anaerob fordøyer. Biogass inneholder omtrent 50-70 prosent metan, 30-40 prosent karbondioksid og spormengder av andre gasser. Det flytende og faste fordøyede materialet, kalt digestate, brukes ofte som jordendring.

Figur 2: Operative biogass systemer i det kontinentale Usa (Courtesy: American Biogas Council)

noen organisk avfall er vanskeligere å bryte ned i en digester enn andre. Matavfall, fett, oljer og fett er det enkleste organiske avfallet å bryte ned, mens husdyravfall har en tendens til å være det vanskeligste. Blanding av flere avfall i samme fordøyer, referert til som co-fordøyelse, kan bidra til å øke biogassutbyttet. Varmere fordøyere, vanligvis holdt mellom 30 til 38 grader Celsius (86-100 Fahrenheit), kan også hjelpe avfall bryte ned raskere.etter at biogass er fanget, kan det produsere varme og elektrisitet til bruk i motorer, mikroturbiner og brenselceller. Biogass kan også oppgraderes til biometan, også kalt fornybar naturgass eller RNG, og injiseres i naturgassrørledninger eller brukes som kjøretøybrensel.Usa har for tiden 2.200 drifts biogass systemer i alle 50 stater, og har potensial til å legge til over 13.500 nye systemer.

Fordelene Med Biogass

Lagret biogass kan gi en ren, fornybar og pålitelig kilde til grunnlastkraft i stedet for kull eller naturgass. Baseload strøm er konsekvent produsert for å møte minimum strømkrav; fornybar baseload strøm kan utfylle mer intermitterende fornybar energi. I likhet med naturgass kan biogass også brukes som en kilde til toppkraft som raskt kan rammes opp. Bruk av lagret biogass begrenser mengden metan som slippes ut i atmosfæren og reduserer avhengigheten av fossile brensler. Reduksjonen av metanutslipp avledet fra å tappe alle potensielle biogass i Usa ville være lik de årlige utslippene av 800,000 til 11 millioner personbiler. Basert på en vurdering av avfall til hjul, reduserer komprimert naturgass fra biogass klimagassutslippene med opptil 91 prosent i forhold til petroleumsbensin.New York city bruker omtrent $ 400 millioner hvert år for å transportere 14 millioner tonn avfall til forbrenningsanlegg og deponier. Å avlede avfallet til anaerob fordøyelse vil gjøre en kostnad til en mulighet, og generere inntekter fra energiproduksjon og samprodukter.

Kilde: New York Times, juni 2, 2017

i tillegg til klimafordeler kan anaerob fordøyelse redusere kostnadene forbundet med avfallsrensing, samt dra nytte av lokale økonomier. Å bygge de 13.500 potensielle biogasssystemene i Usa kan legge til over 335.000 midlertidige byggejobber og 23.000 faste arbeidsplasser. Anaerob fordøyelse reduserer også lukt, patogener og risikoen for vannforurensning fra husdyravfall. Digestate, materialet som gjenstår etter fordøyelsesprosessen, kan brukes eller selges som gjødsel, noe som reduserer behovet for kjemisk gjødsel. Digestate kan også gi ekstra inntekter når solgt som husdyr sengetøy eller jord endringer.

Biogass Feedstocks

Matavfall

Rundt 30 prosent av den globale matforsyningen går tapt eller kastes hvert år. I 2010 alene produserte Usa omtrent 133 milliarder pund (66, 5 millioner tonn) matavfall, hovedsakelig fra bolig – og næringslivssektoren. FOR å takle dette avfallet prioriterer EPAS Matgjenvinningshierarki først kildereduksjon, og bruker deretter ekstra mat for å takle sult; dyrefoder eller energiproduksjon er lavere prioritet. Mat skal sendes til deponier som en siste utvei. Dessverre utgjør matavfall 21 prosent AV AMERIKANSKE deponier, med bare 5 prosent av matavfall som resirkuleres til jordforbedrer eller gjødsel. Det meste av dette avfallet sendes til deponier, hvor det produserer metan når det bryter ned. Mens deponier kan fange den resulterende biogassen, gir deponering av organisk avfall ingen mulighet til å resirkulere næringsstoffene fra kildens organiske materiale. I 2015 satte EPA og USDA mål å redusere mengden matavfall sendt til deponier med 50 prosent innen 2030. Men selv om dette målet er oppfylt, vil det være overflødig mat som må resirkuleres. Energipotensialet er betydelig. Som bare ett eksempel, med 100 tonn matavfall per dag, kan anaerob fordøyelse generere nok energi til å drive 800 til 1400 boliger hvert år. Fett, olje og fett fra næringsmiddelindustrien kan også tilsettes til en anaerob fordøyer for å øke biogassproduksjonen.

Deponigass

Deponier er den tredje største kilden til menneskerelaterte metanutslipp i Usa. Deponier inneholder de samme anaerobe bakteriene som finnes i en fordøyer som bryter ned organiske materialer for å produsere biogass, i dette tilfellet deponigass (LFG). I stedet for Å la LFG slippe ut i atmosfæren, kan DEN samles inn og brukes som energi. FOR TIDEN genererer LFG-prosjekter over Hele Usa om lag 17 milliarder kilowatt-timer elektrisitet og leverer 98 milliarder kubikkfot LFG til naturgassrørledninger eller direkte til sluttbrukere hvert år. Til referanse brukte gjennomsnittlig amerikansk hjem i 2015 ca 10.812 kilowatt-timer elektrisitet per år.

Husdyr Avfall

Figur 3: Nåværende antall operative og potensielle biogasssystemer i Usa etter råstoff. EPA

En 1000 pund melkeku produserer i gjennomsnitt 80 pounds gjødsel hver dag. Denne gjødsel lagres ofte i holdetanker før den påføres felt. Ikke bare produserer gjødsel metan som det dekomponerer, det kan bidra til overskytende næringsstoffer i vannveier. I 2015 bidro husdyrgjødsel med om lag 10 prosent av alle metanutslipp i Usa, men bare 3 prosent av husdyravfall resirkuleres av anaerobe fordøyere. Når husdyrgjødsel brukes til å produsere biogass, kan anaerob fordøyelse redusere klimagassutslipp, redusere lukt og redusere opptil 99 prosent av gjødselpatogener. EPA anslår at det er potensial for 8,241 husdyr biogass systemer, som sammen kan generere over 13 millioner megawatt-timer energi hvert år.

Behandling Av Avløpsvann

Mange renseanlegg (WWTP) har allerede anaerobe fordøyere på stedet for å behandle kloakkslam, faststoffene separert under behandlingsprosessen. Men MANGE WWTP har ikke utstyret til å bruke biogassen de produserer, og flare det i stedet. Av de 1.269 renseanleggene som bruker en anaerob fordøyer, bruker bare rundt 860 biogass. Hvis alle fasilitetene som for tiden bruker anaerob fordøyelse-behandler over 5 millioner liter hver dag-skulle installere et energigjenvinningsanlegg, Kunne Usa redusere årlige karbondioksidutslipp med 2, 3 millioner tonn-lik de årlige utslippene fra 430.000 personbiler.

Planterester

Planterester kan omfatte stilker, halm, og plante avskjær. Noen rester er igjen på feltet for å beholde jord organisk innhold og fuktighet samt hindre erosjon. Imidlertid har høyere avlinger økt mengder rester og fjerning av en del av disse kan være bærekraftig. Bærekraftig høst priser varierer avhengig av avlingen vokst, jordtype, og klima faktorer. Med tanke på bærekraftige høsthastigheter, ANSLÅR Us Department Of Energy at det for tiden er rundt 104 millioner tonn planterester tilgjengelig til en pris på $60 per tørt tonn. Kornrester er vanligvis co-fordøyd med annet organisk avfall fordi deres høye lignin innhold gjør dem vanskelig å bryte ned.

Biogass End Bruker

Rå Biogass og Digestate

med liten eller ingen behandling, biogass kan brennes på stedet for å varme bygninger og kjeler eller selv digester selv. Biogass kan brukes til KOMBINERT varme og kraft (CHP) operasjoner, eller biogass kan ganske enkelt omdannes til elektrisitet ved hjelp av en forbrenningsmotor, brenselcelle eller gasturbin, med den resulterende strømmen som brukes på stedet eller selges på elnettet.

Digestate Er det næringsrike faste eller flytende materialet som gjenstår etter fordøyelsesprosessen; den inneholder alle de resirkulerte næringsstoffene som var til stede i det opprinnelige organiske materialet, men i en form som er lettere tilgjengelig for planter og jordbygging. Sammensetningen og næringsinnholdet i digestatet vil avhenge av råstoffet tilsatt til fordøyeren. Flytende digestate kan lett spray-brukes på gårder som gjødsel, noe som reduserer behovet for å kjøpe syntetisk gjødsel. Solid digestate kan brukes som husdyr sengetøy eller kompostert med minimal behandling. Nylig har biogassindustrien tatt skritt for å skape et digestate sertifiseringsprogram, for å sikre sikkerhet og kvalitetskontroll av digestate.med biogasssystemer kan meierier, gårder og industri redusere driftskostnadene ved å bruke sitt eget organiske avfall til å drive utstyr og bygninger. Fair Oaks Dairy i Indiana produserer 1,2 millioner kubikkfot biogass hver dag med gjødsel fra 9,000 melkekyr. Noen av biogassene oppgraderes TIL CNG og brukes til å drive tilhengere som leverer melk til Fair Oaks-prosessanlegg, og reduserer bruken av diesel med 1, 5 millioner liter per år.

Kilde: EPA.

Fornybar Naturgass

Fornybar naturgass (RNG), eller biometan, Er biogass som er raffinert for å fjerne karbondioksid, vanndamp og andre sporgasser slik at den oppfyller naturgassindustriens standarder. RNG kan injiseres i det eksisterende naturgassnettet (inkludert rørledninger) og brukes om hverandre med konvensjonell naturgass. Naturgass (konvensjonell og fornybar) gir 26 prosent AV amerikansk elektrisitet, og 40 prosent av naturgass brukes til å produsere elektrisitet. Resten av naturgass brukes til kommersielle formål (oppvarming og matlaging) og til industrielle. RNG har potensial til å erstatte opptil 10 prosent av naturgassen som brukes i Usa.

Komprimert Naturgass og Flytende Naturgass

SOM vanlig naturgass kan RNG brukes som kjøretøybrensel etter at den er omdannet til komprimert naturgass (CNG) eller flytende naturgass (LNG). Drivstofføkonomien TIL CNG-drevne biler er sammenlignbar med konvensjonelle bensinbiler og kan brukes i lette til tunge kjøretøy. LNG er ikke så mye brukt som CNG fordi DET er dyrt å både produsere og lagre, selv om dens høyere tetthet gjør LNG til et bedre drivstoff for tunge kjøretøy som reiser lange avstander. FOR å få mest mulig ut av investeringer i drivstoffinfrastruktur, ER CNG og LNG best egnet for flåtebiler som går tilbake til en base for tanking. National Renewable Energy Laboratory anslår AT RNG kan erstatte fem prosent av naturgassen som brukes til å produsere elektrisitet og 56 prosent av naturgassen som brukes til å produsere kjøretøybrensel.

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
* Per juli 2017

the renewable fuel standard (rfs) ble opprettet av kongressen som en del av 2005 energy policy act. RFS krever blanding av fornybare drivstoff i DEN AMERIKANSKE transportbrenselforsyningen. For tiden er omtrent 10 prosent av bensinforsyningen levert av fornybart drivstoff, først og fremst etanol. RFS setter drivstoffvolum for en rekke drivstoffkategorier: biomassebasert diesel, avansert biodrivstoff, cellulosebiodrivstoff og fornybart drivstoff som helhet. Hver kategori har en nødvendig minimumsreduksjon i klimagasser.EPA godkjente biogass som et kvalifiserende celluloseredskap under RFS i 2014. Cellulose biodrivstoff må være 60 prosent mindre drivhusgassintensiv enn bensin. For tiden blir de fleste cellulosebrenselvolumene oppfylt ved bruk AV RNG som kjøretøybrensel. Overholdelse AV RFS spores gjennom fornybare identifikasjonsnumre (RINs) som kan handles, og RINs for cellulosebiodrivstoff kan tjene rng-produsenter $40/MMBtu (fra September 2017). IFØLGE biogassprodusenter har RFS blitt en viktig drivkraft for investeringer i industrien.SOM en del av godkjenningen av biogass oppdaterte EPA RFS for å tillate biogass-avledet elektrisitet brukt som kjøretøybrensel for å kvalifisere For RINs, eller » e-RINs.»FRA OG med 2017 har EPA ikke godkjent noen produsentforespørsler om å begynne å generere e-RINs, til tross for biogassproduksjon som allerede overstiger dagens transportbehov.

Farm Bill

Programmer under Farm Bill Energy Title (IX) har vært avgjørende for vekst i biogassindustrien. Under Farm Bill 2014 Gir USDAS Bioenergy Program For Advanced Biodrivstoff betalinger til produsenter for å fremme produksjon av avansert biodrivstoff raffinert fra andre kilder enn maisstivelse. Programmet mottar for tiden $ 15 millioner per år i obligatorisk finansiering med $ 20 millioner tilgjengelig per år i skjønnsmessig finansiering gjennom 2018.

Med hjelp av over $500,000 I HØSTE tilskudd og lån, Pennwood Farms var i stand til å installere en anaerob digester i 2011. Sengetøy laget av digestate sparer gården om $ 60.000 i året i sengetøyskostnader, og avfall fra gårdens 600 melkekyr produserer mer enn nok strøm til å møte behovene på stedet.

Kilde: USDA

Rural Energy For America Program (REAP) gir tilskudd og lånegarantier til landbruksprodusenter og små bedrifter på landsbygda for å fremme fornybar energiproduksjon og energieffektivisering. Programmet har obligatorisk finansiering på $50 millioner per år gjennom 2018, og $ 100 millioner tilgjengelig i skjønnsmessige midler.Biomasse Research And Development Initiative Er et felles program mellom USDA OG DOE. Med $3 millioner i obligatorisk finansiering gjennom regnskapsåret 2017 og $ 20 millioner i skjønnsmessig finansiering gjennom regnskapsåret 2018, tildeler Biomass Research and Development Board tilskudd, kontrakter og økonomisk bistand til prosjekter som stimulerer forskning og utvikling av biodrivstoff og biobaserte produkter. Disse programmene har imidlertid konsekvent sett reduksjoner i finansiering gjennom bevilgningsprosessen.

Andre Byrå Programmer

AgSTAR Er et felles program MELLOM EPA, USDA, OG DOE. Programmet fremmer bruk av anaerobe fordøyere på husdyrhold for å redusere metanutslipp fra animalsk avfall. AgSTAR-programmet støtter planlegging og gjennomføring av anaerobe digesterprosjekter, og inkluderer statlige og ikke-statlige partnere.EPAS Deponi Metan Outreach Program (LMOP) oppfordrer avfallsbransjen til å gjenvinne og bruke biogass generert fra organisk avfall i deponier. LMOP danner partnerskap med lokalsamfunn, verktøy, deponi eiere og andre interessenter for å gi teknisk assistanse og søke finansiering for deponi biogass prosjekter.

Konklusjon

Biogasssystemer gjør kostnadene for avfallshåndtering til en inntektsmulighet For Usas gårder, meierier og næringer. Konvertering av avfall til elektrisitet, varme eller kjøretøybrensel gir en fornybar energikilde som kan redusere avhengigheten av utenlandsk oljeimport, redusere klimagassutslipp, forbedre miljøkvaliteten og øke lokale arbeidsplasser. Biogassystemer gir også mulighet til å resirkulere næringsstoffer i matforsyningen, noe som reduserer behovet for både petrokjemisk og utvunnet gjødsel.

Biogasssystemer er en avfallshåndteringsløsning som løser flere problemer og skaper flere fordeler, inkludert inntektsstrømmer. Usa har for tiden potensial til å legge til 13.500 nye biogasssystemer, noe som gir over 335.000 byggeplasser og 23.000 faste arbeidsplasser. Men for å nå sitt fulle potensial trenger bransjen konsekvent politisk støtte. Pålitelig finansiering Av Farm Bill energy title-programmer og en sterk Fornybar Drivstoffstandard oppfordrer til investeringer og innovasjon i biogassindustrien. Hvis Usa har til hensikt å diversifisere sin drivstoffforsyning og iverksette tiltak mot klimaendringer, bør det sterkt vurdere de mange fordelene med biogass.