La plantación estratégica de pastos perennes en los campos de maíz y soja ayuda a abordar las consecuencias ambientales no deseadas del cultivo de cultivos dominantes en hileras, incluida la erosión del suelo, la escorrentía de fertilizantes y las emisiones de gases de efecto invernadero.
Pero convertir extensiones de tierras de cultivo en praderas requiere conocimientos financieros por parte de los agricultores, razón por la cual un equipo de investigación dirigido por la ecologista paisajista de la Universidad Estatal de Iowa, Lisa Schulte Moore, ha pasado los últimos seis años estudiando cómo convertir el pasto cosechado en gas natural renovable y rentable. .
“Estamos analizando los mercados existentes donde ya hay demanda, utilizando la infraestructura existente para reducir los costos de transición energética y generar beneficios en múltiples segmentos. Queremos beneficios para los agricultores, beneficios para las empresas, beneficios para los municipios y beneficios para la sociedad”, dijo Schulte. Moore, profesor de ecología y gestión de recursos naturales y director del Consorcio de Cultivo de la Iniciativa Regenerativa Humana y Natural (C-Change). “Podemos tener grandes conversaciones sobre lo que podría suceder, pero no sucederá a menos que beneficie a todos en esta cadena de suministro”.
Un par de artículos revisados por pares publicados recientemente por el grupo de investigación de Schulte-Moore modelaron la viabilidad económica de la producción de pasto a gas en diferentes entornos y desde diferentes perspectivas, análisis que ayudan a desarrollar el potencial de beneficio mutuo del sistema.
“Para sustituir el gas natural por un recurso que impulse la agricultura sostenible, debemos poder medir cuánta energía podemos producir y demostrar que puede ser rentable y respetuoso con el medio ambiente”, afirmó Mark Mba-Wright, profesor asociado de mecánica. ingeniería, coautor del artículo.
Escenario basado en la ciudad
La investigación en curso está financiada por una subvención federal de 10 millones de dólares en 2020, otros 10 millones de dólares en ayuda federal en 2022 y alrededor de 650.000 dólares de la Walton Family Foundation. El trabajo se centra en optimizar y ampliar el uso de digestores anaeróbicos. El biogás se produce en digestión anaeróbica, el proceso natural de descomposición orgánica de la materia orgánica sin oxígeno. El biogás, capturado en digestores similares a tanques, se puede procesar para convertirlo en un combustible que se transforma fácilmente en gas natural derivado del petróleo. Puede alimentar generadores eléctricos y producir fertilizantes.
En un estudio publicado por el Dr. Investigación en bioenergía, Los investigadores del estado de Iowa modelaron cómo una red de digestores en Ames y sus alrededores podría satisfacer las necesidades de calor y electricidad de la ciudad. El estiércol del ganado, los subproductos de los biocombustibles, los desechos de alimentos y las aguas residuales se unirán a la biomasa herbácea, ya que hasta 10 digestores proporcionarán materia prima. La ubicación, tamaño y número de instalaciones dependen de si la red está diseñada principalmente para generación de gas natural o electricidad.
El análisis encontró que el gas natural renovable era el enfoque más práctico desde el punto de vista económico, con un precio nivelado que casi duplica el precio promedio histórico del gas natural tradicional. Los incentivos que apoyan la producción de energía limpia pueden proporcionar un incentivo para hacer que los precios sean competitivos. De todos modos, ver cómo funcionarán las cadenas de suministro de digestores para satisfacer las necesidades municipales ayuda a los líderes de la ciudad a visualizar las posibilidades, dijo Emba-Wright.
“Queríamos tener en cuenta la estacionalidad de la oferta y la demanda durante un año para que un alcalde, por ejemplo, pudiera observar las situaciones y maniobrar en torno a ellas”, dijo.
Schulte Moore, codirector del Instituto de Bioeconomía y becario MacArthur 2021, dijo que los investigadores discutieron sobre la digestión anaeróbica con funcionarios municipales de aguas residuales en varias ciudades de Iowa y, en general, estaban intrigados.
“Su necesidad inmediata es proporcionar un servicio 24 horas al día, 7 días a la semana a sus clientes. Pero trabajan en un horizonte de planificación de 15 a 30 años, por lo que también están pensando en el futuro”, afirmó.
Una hoja de ruta del pasto al gas
Se ha publicado un estudio Cambio Global Biología Bioenergía modelaron los impactos económicos y ambientales de dos digestores hipotéticos que procesan biomasa herbácea en la cuenca del Grand River en el noroeste de Missouri y el suroeste de Iowa.
Según el análisis de los investigadores, durante su vida útil prevista de 20 años, los digestores generarían una ganancia combinada de más de 400 millones de dólares en condiciones óptimas. Los 45 millones de gigajulios de gas natural renovable producidos durante dos décadas (equivalentes a unos 12.500 millones de kilovatios hora) tendrían una huella de carbono un 83% menor que la del gas natural derivado de combustibles fósiles. Las emisiones pueden ser menores que las del etanol a base de maíz o el biodiesel a base de soja.
Mba-Wright dijo que la mayoría de los digestores anaeróbicos existentes que producen gas natural renovable funcionan con estiércol lechero, por lo que es esencial determinar cómo funcionarán con alimento de pasto.
“Se trata de poner los puntos en las íes y cruzar las íes para garantizar los beneficios que esperamos. Estamos proporcionando una hoja de ruta para ayudar a construir infraestructura, lo que reducirá los costos futuros”, afirmó.
Los escenarios de rentabilidad examinados en el estudio se basan en programas de créditos de carbono existentes, incluido el Estándar de combustible bajo en carbono de California y el Estándar federal de combustible renovable. Los resultados más valiosos requieren la restauración de las praderas con pastos de alto rendimiento y algunas tierras agrícolas de bajo rendimiento.
Los investigadores intentaron ser lo más realistas posible en ambos estudios, teniendo en cuenta todos los costos conocidos, incluidos los costos de capital. Pero serán más precisos en los próximos años, a medida que mejoren los métodos y se obtengan nuevos resultados de investigación, dijo Schulte Moore.
“En el futuro, perfeccionaremos nuestros modelos incorporando datos recopilados por nuestros equipos de investigación en Iowa”, dijo.