Nelle prossime settimane, le squadre di costruzione inizieranno a costruire un digestore anaerobico nella Goodrich Family Farm nel Vermont occidentale che trasformerà il letame di vacca e gli scarti alimentari di provenienza locale in gas naturale rinnovabile (RNG), da inviare via gasdotto al vicino Middlebury College e altri clienti disposti a pagare un premio per l'energia a basse emissioni di carbonio.
Per lo sviluppatore, Vanguard Renewables, il progetto rappresenta sia una partenza che una scommessa strategica. La società possiede già e gestisce cinque sistemi di biogas basati su farm in Massachusetts; ciascuno genera elettricità sul posto che viene inviata alla rete e venduta in base alla legge statale di misurazione della rete. Il progetto Vermont, tuttavia, è la prima incursione di Vanguard nella produzione di RNG - biogas che viene raffinato, iniettato nei gasdotti come metano quasi puro e quindi bruciato per produrre elettricità, riscaldare le case o alimentare i veicoli.
"La produzione di RNG per l'iniezione di gasdotti e il rifornimento di veicoli è l'evoluzione di dove tutto sta andando" nel settore del biogas, afferma John Hanselman, CEO di Vanguard.
Il biogas esiste da molto tempo negli Stati Uniti, principalmente sotto forma di sistemi rudimentali che catturano il metano dalle discariche e dagli impianti di trattamento delle acque reflue e lo usano per produrre piccole quantità di elettricità o invecchiano i digestori nelle operazioni lattiero-casearie che potrebbero alimentare un fattoria locale e inviare un po 'di energia in più alla rete. Ma quelli stanno rapidamente diventando obsoleti e prodotti da una nuova ondata di progetti di gas naturale rinnovabile su larga scala che stanno sorgendo in tutto il paese. Queste imprese stanno attingendo a fonti di energia non sfruttate finora: alcune stanno catturando le enormi quantità di metano generato dal letame da alcune delle 2.300 fattorie di maiale che punteggiano la Carolina del Nord orientale; alcuni stanno costruendo biodigestori per trasformare gruppi di grandi caseifici californiani in centri energetici; e alcuni stanno cercando di deviare i rifiuti alimentari dalle discariche e trasformarli in veicoli e combustibili per riscaldamento.
I sistemi di biogas potrebbero produrre abbastanza energia rinnovabile per alimentare 3 milioni di case negli Stati Uniti
Il gas naturale rinnovabile sta raggiungendo un punto di non ritorno per diversi motivi: un numero crescente di operatori di terze parti come Vanguard sta sollevando gli agricoltori e le discariche dall'onere di gestire i propri sistemi energetici e stanno introducendo tecnologie più sofisticate per catturare il metano e pomparlo direttamente nel oleodotti. Alcuni stati, compresa la California, stanno approvando leggi che richiedono lo sviluppo di gas naturale rinnovabile. E i servizi pubblici in tutto il paese stanno iniziando a supportare queste nuove iniziative, come dimostra la nuova partnership tra Dominion Energy e Smithfield Farms - il più grande produttore mondiale di carne di maiale - per sviluppare nuovi progetti di biogas da rifiuti di maiale. Per i sostenitori, l'obiettivo finale è quello di sostituire una parte significativa del gas naturale derivato dai fossili che fluisce attraverso le condutture degli Stati Uniti con metano puro generato da rifiuti umani e rifiuti animali e agricoli.
"Se riesci a recuperare energia prima di inviare ciò che rimane nel suolo, è una cosa grandiosa", ha dichiarato Nora Goldstein, redattore di lunga data della rivista BioCycle, che ha coperto per decenni il riciclaggio dei prodotti organici e le industrie della digestione anaerobica. "Guardi tutti questi vantaggi e dici:" Perché non ci sono più persone che lo fanno? "La chiave è che devi farlo correttamente."
Il potenziale non sfruttato - in particolare dei miliardi di galloni di letame animale e milioni di tonnellate di rifiuti alimentari generati ogni anno negli Stati Uniti - è immenso. Secondo un rapporto del 2014 "Biogas Opportunities Roadmap" prodotto dalla US Environmental Protection Agency, dal Dipartimento dell'Agricoltura e dal Dipartimento dell'Energia, gli Stati Uniti potrebbero supportare almeno 13.000 impianti di biogas, alimentati da letame, gas di discarica e biosolidi dalle acque reflue impianti di trattamento. Questi nuovi sistemi potrebbero produrre 654 miliardi di piedi cubi di biogas all'anno - abbastanza energia rinnovabile per alimentare 3 milioni di case. E uno studio del World Resources Institute ha stimato che i 50 milioni di tonnellate di rifiuti organici inviati in discarica o inceneriti ogni anno negli Stati Uniti hanno il contenuto energetico di 6 miliardi di galloni di gasolio, il 15 percento di tutto il diesel consumato da camion pesanti e autobus.
Gli esperti affermano che il crescente utilizzo del biogas potrebbe aiutare a ridurre le emissioni di gas a effetto serra provenienti da alcuni dei settori più difficili da decarbonizzare - trasporti, industria e riscaldamento degli edifici - anche se riduce le emissioni di metano intrappolanti il calore, mantiene i rifiuti organici fuori dalle discariche e previene deflusso di letame nei fiumi e riserve d'acqua. Attraverso la digestione anaerobica, il biogas può essere prodotto da qualsiasi materiale organico: avanzi di cibo, residui agricoli, persino i fanghi lasciati dalla birra. Questi materiali vengono alimentati come una sospensione nei serbatoi dove i microbi si nutrono di loro in assenza di ossigeno, distruggendo i patogeni, producendo metano e altri gas e lasciando un fertilizzante ricco di nutrienti come sottoprodotto.
Nel campo del gas naturale rinnovabile, gli Stati Uniti stanno giocando al passo con l'Europa, che ha più di 17.400 impianti di biogas e rappresenta i due terzi dei 15 gigawatt di capacità elettrica del mondo. La sola Danimarca, un paese di 5,8 milioni di persone, ha oltre 160 sistemi di biogas. Per un periodo la scorsa estate, il 18 percento del gas consumato in Danimarca proveniva dal GNR prodotto dai suoi digestori anaerobici. Con il loro successo, le aziende danesi nel settore delle bioenergie stimano che sarà possibile sostituire completamente il gas naturale del paese con gas naturale rinnovabile entro 20 anni.
L'ex responsabile dei programmi di digestione anaerobica dell'EPA, Chris Voell, è stato così colpito dalle operazioni danesi sul biogas - che sono altamente progettate per digerire un mix di scarti alimentari domestici, residui di aziende di trasformazione alimentare e letame di bestiame - che ora lavora per il Il Danish Trade Council introdurrà la tecnologia digestiva danese e i modelli di business nel mercato statunitense.
Come per la maggior parte delle iniziative sul clima, la California sta conducendo gli sforzi per il biogas negli Stati Uniti. Lo standard Low Fuel Fuel Standard (LCFS) dello stato - che fornisce incentivi ai produttori di carburanti per aumentare la quantità di carburanti a basse emissioni di carbonio o rinnovabili che forniscono e vendono - è un componente chiave dell'ambizioso piano climatico dello stato e ha catalizzato la rapida crescita di un nuovo e redditizio mercato per il GNN come carburante per veicoli.
Un crescente raccolto di ditte specializzate costruisce, possiede e gestisce digestori anaerobici negli Stati Uniti
Aziende come Maas Energy Works e California Bioenergy hanno risposto a questi incentivi installando rapidamente digestori nelle caseifici della California. Finora Maas ne ha costruite 17, con altre 12 in costruzione e altre 32 in sviluppo, secondo il suo sito web. Entrambe le società stanno correndo per sfruttare preziosi incentivi LCFS.
Ed entrambi sono tra le colture specializzate di aziende specializzate e sostenute dagli investitori che costruiscono, possiedono e gestiscono digestori anaerobici negli Stati Uniti. "Con ogni giorno l'industria sta guadagnando più credibilità", afferma Voell. "Stiamo assistendo a società di terze parti più professionali. E per vedere questa scala, ci vogliono quei professionisti per entrare e costruire 10, 20, 50 progetti e accedere a molti investitori azionari. Vogliono un portafoglio di progetti su cui investire, non solo uno ”.
Nella Carolina del Nord, l'abbondante materia prima è il letame di maiale. E l'ultimo concorrente della gara RNG è Smithfield, il più grande coltivatore mondiale di maiali. La Carolina del Nord è il secondo stato per produzione di carne di maiale (dopo lo Iowa). Ogni giorno, oltre 2.000 delle sue fattorie di suini scaricano letame da 9 milioni di maiali in vaste lagune, che emettono quantità altrettanto enormi di metano. Il 90% di quelle aziende agricole è coltivatore a contratto per Smithfield.
Alla fine dell'anno scorso, Smithfield ha lanciato una joint venture, Align RNG, con un'utilità con sede in Virginia, Dominion Energy, per investire $ 250 milioni nella copertura di lagune e nell'installazione di digestori anaerobici in quasi tutte le sue fattorie di finitura del maiale nella Carolina del Nord, nello Utah e nel Missouri nei prossimi 10 anni. Sono già in corso lavori di costruzione su quattro progetti che produrranno abbastanza RNG per alimentare 14.000 case e aziende.
Questi sistemi saranno tutti modellati su Optima KV, un progetto di biogas a Kenansville, nella Carolina del Nord, nel cuore del paese dei maiali. L'anno scorso, Optima KV è diventato il primo progetto nello stato a produrre e iniettare RNG in un gasdotto esistente.
I fattori che hanno reso possibile Optima KV - insieme ai rifiuti di 60.000 suini in cinque fattorie vicine e un sistema centralizzato per la pulizia e l'upgrade del gas - includono una legge standard del portafoglio di energie rinnovabili firmata nel 2007. Tale legge conteneva un requisito che i servizi pubblici fonte di almeno lo 0,2 per cento della loro elettricità dai rifiuti di suini e pollame entro il 2020. Tale mandato ha contribuito a spingere Duke Energy, una delle più grandi utility negli Stati Uniti, a firmare un accordo di 15 anni per l'acquisto di 80.000 milioni di BTU di RNG da Optima KV. Quel biogas sostituirà direttamente l'uso di gas naturale fossile e genererà 11.000 megawattora di energia in due centrali elettriche di Duke.
La nuova operazione di Vanguard nel Vermont rappresenta un modello alternativo per aumentare la produzione di gas naturale. I digestori della società sono più complessi e costosi, progettati per produrre una produzione costante di gas anche quando cambiano le materie prime e altre condizioni rispetto ai sistemi in costruzione in California. I sistemi della California in sostanza coprono enormi lagune di rifiuti di latte con membrane di plastica e quindi estraggono, raffinano e convogliano il gas ai clienti.
"Adottiamo un approccio più tecnologico principalmente perché dobbiamo produrre molto più gas da un ingombro molto ridotto", afferma Hanselman. "Non abbiamo il lusso di un caseificio di 10.000 vacche."
L'RNG è fiorito in Europa a causa dei generosi programmi di sussidi che mancano negli Stati Uniti
Insieme al flusso giornaliero di 100 tonnellate di letame dalle 900 mucche della fattoria Goodrich e 165 tonnellate di rifiuti alimentari, una serie di fattori si sono uniti per rendere possibile il progetto Vermont di Vanguard. Nel Middlebury College, Vanguard ha trovato un grande cliente desideroso di ridurre la sua impronta di carbonio. Una nuova legge che entrerà in vigore nel Vermont vieterà gli sprechi alimentari dalle discariche a partire dal 2020, costringendo i negozi di alimentari e i trasformatori alimentari a trovare nuovi posti per inviare i loro rifiuti.
E Goodrich Farm otterrà calore gratuito, pagamenti mensili di leasing per l'hosting del sistema e lettiere per le sue mucche dai solidi digeriti rimanenti - risparmi sui costi che possono offrire una linfa vitale per i produttori di latte in un periodo di prezzi del latte disastrosamente bassi.
Hanselman, CEO di Vanguard, afferma che un elemento chiave per espandere il RNG è l'onere della gestione del sistema dagli agricoltori. Hanselman ha incontrato molti agricoltori irati che avevano avuto esperienze negative con una precedente generazione di digestori che erano stati venduti a loro come una soluzione a basso costo e bassa manutenzione ai loro problemi di gestione dei nutrienti. In effetti, i digestori sono macchine difficili, sensibili alle variazioni di temperatura e alla variabilità del materiale organico nelle materie prime. Hanselman afferma: "Diciamo ai nostri agricoltori:" Il tuo compito è produrre latte, mucche sane e prendersi cura dei tuoi campi e dei tuoi terreni. Facciamo funzionare queste macchine. ""
L'RNG è fiorito in Europa in parte grazie a generosi programmi di sussidi; tali politiche globali mancano a livello federale negli Stati Uniti, che ha un caotico patchwork di mercati regionali e statali, servizi pubblici, incentivi e politiche. Ma Hanselman e altri prevedono che nei prossimi anni un numero maggiore di Stati imporrà la produzione di gas naturale rinnovabile, rafforzando ulteriormente il nascente mercato del biogas.
"Sembra estremamente simile al solare", afferma Hanselman, che gestiva un'azienda solare. “Siamo agli inizi di RNG. Ognuno correrà da un programma all'altro cercando di capire quali stati sono vantaggiosi e come ottenere nel modo migliore RNG sul mercato ”.
Le sole forze di mercato, tuttavia, non saranno sufficienti per inaugurare una rivoluzione del biogas. L'unica politica che potrebbe sovraccaricare la crescita del biogas e del GNL negli Stati Uniti, concordano molti osservatori e addetti ai lavori del settore, è un prezzo legalmente federato sul carbonio. Ma dato che una tassa sul carbonio o un disegno di legge globale sul clima non sono suscettibili di emergere presto sotto l'attuale amministrazione, Hanselman afferma che la prossima cosa migliore che il governo federale potrebbe fare è ripristinare il credito d'imposta sugli investimenti per i sistemi di digestione, che è scaduto nel 2016.
Nonostante queste sfide, Voell pensa che ci sia abbastanza slancio per vedere finalmente il biogas ottenere una trazione diffusa come fonte di energia rinnovabile negli Stati Uniti.
"Ora sono più incoraggiato che mai, perché in realtà sto vedendo alcuni progetti in fase di realizzazione", afferma. “Gli stati stanno intensificando le politiche. E stiamo assistendo a una rivoluzione ora in cui le utility del gas stanno arrivando a bordo. Le utility esercitano molta potenza. Se decidono che RNG è qualcosa di cui vorrebbero vedere di più, allora inizieremo a vedere l'ago muoversi di più sul fronte della politica ".
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