Биометан: от отходов на свалке к источнику энергии

Метан, образующийся из навоза и пищевых отходов на полигонах, не должен пропадать впустую. С помощью анаэробных реакторов этот газ можно улавливать и использовать для получения энергии.

Метан как парниковый газ гораздо опаснее углекислого газа — в 25 раз. Этот газ, образующийся при разложении органики без доступа воздуха, не только эффективно удерживает тепло, но и представляет угрозу для здоровья и безопасности из-за высокой концентрации на свалках. Около половины полигонов в США собирают и сжигают метан, смягчая опасность, но всё ещё внося вклад в уровень метана и CO₂ в атмосфере. Разложение навоза на фермах является основным источником выбросов метана в сельском хозяйстве.

Переработке этого бесполезного газа посвящено новое исследование, опубликованное в журнале Environmental Progress and Sustainable Energy химиками из Мичиганского технологического университета. В частности, они изучили углеродный след анаэробного сбраживания — компостирования органики без воздуха, — которое можно использовать для преобразования метана в пригодный источник энергии.

«Мы обнаружили, что биометан, произведённый путём анаэробного сбраживания, выбрасывает в атмосферу гораздо меньше [углерода], чем его эквивалент на основе ископаемого природного газа», — говорит ведущий автор статьи Шарат Анкатхи. Изучение углеродного следа каждого продукта — это способ оценить его социальное, экологическое и экономическое влияние, то есть его устойчивость.

Оценка жизненного цикла

Команда сосредоточилась на кейсе биогазовой установки в Колорадо, используя в качестве основного инструмента оценку жизненного цикла (LCA). В данном случае исследователи проанализировали процесс превращения пищевых отходов из ресторанов Денвера и навоза с близлежащих молочных ферм в биометан. Это первое исследование, которое рассматривает полный жизненный цикл анаэробного сбраживания как пищевых отходов, так и навоза, включая предотвращённые выбросы со свалок.

От отходов к энергии

Выбросы метана составляют 11% от общего объёма парниковых газов страны; и навоз, и пищевые отходы вносят в это значительный вклад. В США 97% пищевых отходов захоранивается и разлагается на полигонах. Анаэробные реакторы помещают открытые кучи навоза в большие закрытые резервуары, где бактерии разлагают твёрдые и жидкие вещества без доступа кислорода. Пищевые отходы сами по себе менее эффективны в этом процессе, поэтому их смешивание с навозом решает две проблемы одновременно. Конечными продуктами являются жидкий дигестат (удобрение) и биометан.

В своём анализе команда установила, что биометан, произведённый из всех доступных в США пищевых отходов и навоза, мог бы компенсировать около 0,74% годового спроса на природный газ. Более значительная экономия заключается в сокращении выбросов метана: около 100 установок масштаба Heartland могут ежегодно устранять примерно 0,41% от общего объёма выбросов парниковых газов в США (около 7 млрд тонн).