Природный газ из фекалий вместо ископаемых? Бактерии BYU могут сделать это возможным

Jul 22, 2023

Следующим прорывом в области возобновляемых источников энергии могут стать отходы.

Новые научные методы, впервые разработанные в Университете Бригама Янга, указывают на потенциал преобразования отходов жизнедеятельности животных и человека в энергию, которую можно использовать для замены природного газа из ископаемого топлива.

Превращение экскрементов в энергию — не новая идея. Цивилизации использовали анаэробное пищеварение на протяжении веков. Однако методы, которые ученые из УБЯ Джарон Хансен и Зак Аандеруд изучали более десяти лет, представляют собой значительный шаг вперед в превращении отходов в жизнеспособного производителя энергии в более крупных масштабах.

Ключом к их работе является особый коктейль бактерий, которые процветают в экстремальных условиях — отсутствие кислорода, температура выше 170 градусов — и отлично разлагают отходы на более мелкие молекулы. Таким образом, бактерии, которые, возможно, всю жизнь переваривали бревно в российских горячих источниках, теперь могут быть задействованы в поедании навоза в гигантском резервуаре на молочной ферме.

«Мы используем силу маленьких вещей, которые вы не можете увидеть в мире… чтобы действительно помочь нам решить пару больших проблем», — сказал Аандеруд, профессор микробной экологии.

По его словам, этот прорыв может помочь решить две серьезные проблемы: переход от ископаемого топлива и утилизацию огромного количества отходов, производимых людьми и животными.

Одна молочная корова может производить 100 фунтов навоза каждый день, а крупные молочные фермы могут одновременно содержать более 10 000 коров. И этот процесс, по словам Хансена, может превратить эти отходы из экологической угрозы в мощный потенциальный источник энергии.

«Мы говорим о производстве достаточного количества газа для обеспечения электроэнергией небольших населенных пунктов», — сказал Хансен, возглавляющий химический факультет BYU. «Мы говорим о мощности в сотни киловатт».

Исторически, по его словам, анаэробное пищеварение на молочной ферме может превратить только 40% коровьих отходов в энергию. Предварительная обработка этими бактериями повысила этот уровень эффективности до 80% и сократила количество остатков отходов, которые приходилось отправлять на фермы или на свалки.

Это также быстрее. Вместо месяца на извлечение энергии из отходов теперь может потребоваться меньше недели.

«Эти бактерии просто работают», — сказал Хансен. «Пока вы кормите их какашками, они производят газ метан».

Этот процесс улавливает метан, образующийся в результате расщепления, сжигает его для производства энергии и выделяет углекислый газ. Если отходы остаются на свалке или в отстойнике фермы, большая часть этого метана — газа, который в 25 раз более эффективен, чем углекислый газ, в плане улавливания тепла — скорее всего, окажется в атмосфере, что еще больше ускорит изменение климата.

В процессе также используется существующая инфраструктура — газопроводы в домах, которые питают печи, водонагреватели и печи — для замены широко используемого ископаемого топлива чем-то более возобновляемым, что не требует бурения. По его словам, даже несмотря на то, что это не решение с нулевым уровнем выбросов, такое как солнечная энергия или ветер, оно может быть хорошим вариантом для дополнения этих источников энергии ночью или в тихий день.

Пока американцы смывают туалеты и покупают сыр и мороженое, источник энергии будет пополняться.

«Это возобновляемая энергия, но не обязательно зеленая», — сказал Аандеруд. «В то же время он имеет дело с огромной проблемой отходов, с которой мы сталкиваемся в нашем обществе».

Работа Хансена и Аандеруде уже нашла применение в реальных условиях на молочных фермах в Висконсине и Индиане.

Ларри Бакл из компании Trinity Renewables в Калифорнии разработал пилотный проект в Висконсине с использованием этого нового бактериального процесса. Он сказал, что это сокращает время пищеварения с 20 дней до трех дней, одновременно увеличивая выработку энергии на 50%. А меньшее количество оставшихся твердых отходов пастеризуется под воздействием высоких температур, при которых работают бактерии, поэтому легче найти место для их утилизации.

Сейчас он строит на той же ферме более крупную версию пилотного предприятия, которое будет перерабатывать 150 000 галлонов навоза в день. Он не ожидает, что это будет последний подобный проект его команды инженеров.