Amestecarea plantelor cu gunoiul de grajd ar putea face producția de biogaz profitabilă
Industria lactatelor din Statele Unite contribuie semnificativ la emisiile agricole de gaze cu efect de seră, stocarea și manipularea gunoiului de grajd fiind o sursă importantă de metan. Digestia anaerobă a gunoiului de vacă — un proces biologic prin care microorganismele descompun materia organică biodegradabilă — a fost studiată pe scară largă ca strategie de reducere a emisiilor, producând totodată energie regenerabilă sub formă de biogaz, utilizat pentru generarea de electricitate sau pentru obținerea de gaz natural regenerabil. Adoptarea acestei strategii a fost însă limitată de costuri ridicate.
Un studiu recent, publicat în Biomass Conversion and Biorefinery, arată că amestecarea gunoiului de grajd cu biomasă vegetală poate crește producția de metan și poate îmbunătăți fezabilitatea economică a digestiei anaerobe la scară de fermă. Cercetătorii au descoperit că secara de iarnă — o cereală rezistentă la frig, plantată toamna pentru a proteja și îmbogăți solul — este deosebit de utilă în acest scop.
Juliana Vasco-Correa, autoarea principală a studiului și profesoară asistentă de inginerie agricolă și biologică la Penn State, a explicat că proiectele de digestie anaerobă rămân puternic dependente de stimulente financiare și implică riscuri investiționale substanțiale pentru fermieri. Construirea și operarea unui digestor sunt costisitoare, iar veniturile din vânzarea de electricitate sau gaz pot fi insuficiente.
„Digestia anaerobă poate ajuta fermele de lactate să gestioneze gunoiul de grajd producând energie regenerabilă, dar multe proiecte se confruntă cu dificultăți economice”, a declarat Vasco-Correa. „O întrebare cheie este dacă adăugarea de reziduuri agricole sau biomasă dedicată la gunoiul de grajd poate face aceste sisteme viabile din punct de vedere financiar. Rezultatele studiului nostru demonstrează că co-digestia cu material vegetal poate îmbunătăți performanța economică a digestiei anaerobe bazate pe gunoi de grajd.”
Echipa a modelat o fermă de lactate cu 1.000 de vaci din nord-estul Statelor Unite și a comparat digestia anaerobă exclusiv a gunoiului de grajd cu co-digestia folosind switchgrass, secară de iarnă și resturi de porumb — o strategie numită „grass-to-gas”. Switchgrass a fost inclusă pentru că este o plantă perenă benefică pentru sol, care poate crește pe terenuri marginale; secara de iarnă pentru că poate fi cultivată între culturile comerciale, fără a necesita teren suplimentar; iar resturile de porumb pentru că reprezintă un reziduu agricol.
Cercetătorii au evaluat atât generarea de electricitate — cea mai comună utilizare a biogazului timp de mulți ani — cât și gazul natural regenerabil, utilizarea curentă dominantă datorită eligibilității pentru credite federale de conformare ca combustibil de transport. Secara de iarnă s-a dovedit cea mai promițătoare cultură, producând mai mult biogaz.
În loc să analizeze un singur scenariu economic „ideal”, echipa a combinat modelarea detaliată a procesului cu proiectarea inginerească, indicatori de performanță și realități financiare pentru a evalua dacă tehnologia poate reuși la scară de fermă. Au examinat modul în care interacționează alegerea materiei prime, randamentul de metan, scara sistemului, costul biomasei și condițiile de piață. Rezultatele arată că co-digestia poate îmbunătăți substanțial economia proiectului: sprijinul de capital necesar pentru a acoperi costurile de construcție și operare a scăzut de la aproximativ 47% în cazul digestiei exclusive a gunoiului de grajd la doar 4% în cel mai performant scenariu de co-digestie.
Un rezultat notabil la nivel de sistem, potrivit Cameliei Valderrama, prima autoare a studiului, este că mărirea scării nu a îmbunătățit toate căile de valorificare. „Sistemele mai mari au îmbunătățit economia gazului natural regenerabil, dar ar putea face producția de electricitate mai puțin atractivă, arătând că scara și utilizarea finală trebuie analizate împreună”, a spus ea.
Cadrul de modelare poate fi adaptat pentru alte dimensiuni de fermă, materii prime, locații și condiții de piață, devenind un instrument de evaluare a proiectelor de bioenergie agricolă, nu doar un studiu de caz singular. Modelele, codul și seturile de date sunt disponibile public, permițând altor cercetători și factori de decizie să reproducă lucrarea și să adapteze cadrul la noi sisteme.
„Studiul arată că îmbunătățirea implementării bioenergiei agricole nu este doar o chestiune de maximizare a producției de metan”, a concluzionat Vasco-Correa. „Performanța tehnică, scara fermei, aprovizionarea cu biomasă, piețele energetice și stimulentele politice trebuie să funcționeze împreună pentru ca un proiect să reușească.”
