Οι αναερόβιοι χωνευτές χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της κοπριάς αγελάδας σε χρησιμοποιήσιμο καύσιμο μεθανίου . Αλλά το ακατέργαστο κόστος αυτού του φυσικού αερίου είναι δεκαπλάσιο της τιμής της αγοράς . Το θετικό είναι ότι αποφεύγονται οι εκπομπές ρύπων. Πώς λοιπόν δημιουργείτε τα κίνητρα που είναι δίκαια και το καθιστούν εμπορικά βιώσιμο; Στην Καλιφόρνια , το βιοαέριο των γαλακτοκομικών προϊόντων έχει αυξηθεί από σχεδόν ανύπαρκτο πριν από πέντε χρόνια στο να παρέχει το ήμισυ του συνόλου του φυσικού αερίου που χρησιμοποιείται για τις μεταφορές στην πολιτεία. Ο Aaron Smith στο Ενεργειακό Ινστιτούτο στο Haas διερωτάται εάν τα διάφορα γενναιόδωρα κίνητρα της Καλιφόρνια είναι δίκαια: οι μειώσεις στις εκπομπές γαλακτοκομικών προϊόντων πληρώνονται αποκλειστικά από τους ιδιοκτήτες οχημάτων και τους παραγωγούς της βενζίνης και του ντίζελ τους . Αυτό σημαίνει ότι οι απλοί άνθρωποι δεν βλέπουν το πλήρες περιβαλλοντικό κόστος των τροφίμων που τρώνε . Τέτοια κίνητρα μπορεί να προκαλέσουν δαπανηρές εσφαλμένες κατανομές πόρων, λέει ο Smith. Παρουσιάζει το υπόβαθρο στην Καλιφόρνια, τα διάφορα κίνητρα και τα δεδομένα για να υποστηρίξει την υπόθεσή του. Ο Smith σημειώνει ότι σε πολλά μέρη του κόσμου, υπάρχει μακρά παράδοση οι κυβερνήσεις να πληρώνουν τους αγρότες για περιβαλλοντική βελτίωση , αντί να επιβαρύνουν τους αγρότες (και τους πελάτες τους) να κάνουν αυτές τις βελτιώσεις. Χρήση μεθανίου αγελάδας
Κάθε μέρα, οι αγρότες της Καλιφόρνια αρμέγουν 1,7 εκατομμύρια αγελάδες . Κάθε αγελάδα παράγει περίπου 7 γαλόνια γάλακτος και 100 γαλόνια απορριμμάτων. Οι περισσότεροι αγρότες επεξεργάζονται τα απόβλητα (κυρίως κοπριά) πλένοντάς τα σε λιμνοθάλασσες όπου τα μικρόβια τα διασπούν και, στη διαδικασία, εκπέμπουν μεθάνιο, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου.
Αυτά τα γεγονότα εγείρουν δύο ερωτήματα. Πρώτον, μπορούμε να αποτρέψουμε τα μικρόβια που τρώνε κοπριά από το να στείλουν μεθάνιο στην ατμόσφαιρα ; Δεύτερον, μπορούμε να συλλάβουμε το μεθάνιο και να το χρησιμοποιήσουμε για ενέργεια ;
Η Καλιφόρνια απάντησε ναι και στις δύο ερωτήσεις . Στο πρώτο ερώτημα, στοχεύει στη μείωση των εκπομπών μεθανίου από την κοπριά των ζώων κατά 40% σε σχέση με τα επίπεδα του 2013 έως το 2030 (κωδικοποιημένα στο SB 1383). Ένας τρόπος για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος θα ήταν να επιβαρυνθούν οι αγρότες επιβάλλοντάς τους τέλος εκπομπών μεθανίου ή απαιτώντας τους να χρησιμοποιούν πρακτικές ή τεχνολογίες που μειώνουν τις εκπομπές μεθανίου. Αυτή η προσέγγιση θα αύξανε το κόστος παραγωγής γάλακτος και ως εκ τούτου θα αύξανε την τιμή που πληρώνουν οι καταναλωτές για τα γαλακτοκομικά προϊόντα. Η αύξηση του κόστους μπορεί να αναγκάσει ορισμένους αγρότες να μετακινηθούν εκτός πολιτείας , παίρνοντας μαζί τους τις εκπομπές μεθανίου. Αυτή η απάντηση, γνωστή ως διαρροή, προκύπτει σε πολλές περιβαλλοντικές πολιτικές, συμπεριλαμβανομένου του προγράμματος ανώτατων ορίων και εμπορίου της Καλιφόρνια, όπως εξηγείται από τη Meredith σε αυτό το ιστολόγιο .
Η Καλιφόρνια έχει επιλέξει έναν διαφορετικό δρόμο. Έχει ενσωματώσει το μεθάνιο γαλακτοκομικών προϊόντων σε ένα πρόγραμμα μεταφοράς: το πρότυπο καυσίμων χαμηλών εκπομπών άνθρακα (LCFS). Αυτή η δομή αποφεύγει τη διαρροή, αλλά κάνει τους καταναλωτές και τους παραγωγούς βενζίνης και ντίζελ να πληρώνουν για μειώσεις στις εκπομπές κοπριάς γαλακτοκομικών .
Το πρόβλημα με τις πιστώσεις βιοαερίου γαλακτοκομικών
Για να συλλάβουν μεθάνιο από λιμνοθάλασσες κοπριάς, οι αγρότες εγκαθιστούν αναερόβιους χωνευτές , οι οποίοι είναι ουσιαστικά γιγάντια καλύμματα που σφραγίζουν την κοπριά στη λιμνοθάλασσα για να κρατήσουν έξω το οξυγόνο ενώ τα μικρόβια τρέφονται με το περιεχόμενο. Το δεσμευμένο μεθάνιο – γνωστό ως βιοαέριο – στη συνέχεια καθαρίζεται και εγχέεται σε έναν αγωγό φυσικού αερίου , από τον οποίο έχει πολλαπλές χρήσεις, όπως η τροφοδοσία οχήματος με φυσικό αέριο και η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Αυτό το βιοαέριο γαλακτοκομικών κερδίζει πιστώσεις LCFS επειδή θεωρείται καύσιμο χαμηλών εκπομπών άνθρακα. Το LCFS θέτει έναν στόχο για τη μέση ένταση άνθρακα των καυσίμων μεταφορών που καταναλώνονται στην πολιτεία. Τα καύσιμα με μεγαλύτερη ένταση άνθρακα από τον στόχο δημιουργούν ελλείμματα που πρέπει να εξισορροπηθούν με πιστώσεις που κερδίζονται από καύσιμα που είναι λιγότερο εντάσεως άνθρακα. Το παρακάτω σχήμα δείχνει ότι οι παραγωγοί βενζίνης και ντίζελ δημιουργούν ελλείμματα, τα οποία μπορούν να αντισταθμίσουν αγοράζοντας πιστώσεις από παραγωγούς βιοαερίου και άλλα καύσιμα χαμηλότερης GHG, όπως η ηλεκτρική ενέργεια και το ανανεώσιμο ντίζελ.
ΠΗΓΗ: Η εφαρμογή μας LCFS Data. Κάντε κλικ για προβολή και λήψη δεδομένων χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα περιήγησής σας.
Στα πιο πρόσφατα δεδομένα LCFS, το βιοαέριο γαλακτοκομικών συνεισέφερε σχεδόν το 20% των πιστώσεων στο πρόγραμμα LCFS, ωστόσο παρείχε λιγότερο από το 1% της ενέργειας που χρησιμοποιήθηκε για τις μεταφορές . Το βιοαέριο γαλακτοκομικών προϊόντων έχει μεγάλο αντίκτυπο στο LCFS επειδή αντιμετωπίζεται πολύ διαφορετικά από τα περισσότερα καύσιμα . Οι προτεινόμενες τροποποιήσεις του LCFS του περασμένου μήνα δείχνουν ότι αυτή η διαφορετική μεταχείριση θα συνεχιστεί.
Το LCFS εκχωρεί στο Dairy Biogas μια μεγάλη αρνητική ένταση άνθρακα
Η ένταση του άνθρακα είναι ο αριθμός των γραμμαρίων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα που παράγονται ανά megajoule ενέργειας. Το California Air Resources Board (CARB) υπολογίζει αυτόν τον αριθμό για κάθε πηγή καυσίμου χρησιμοποιώντας μια ανάλυση κύκλου ζωής που λαμβάνει υπόψη τις εκπομπές του σωλήνα εξάτμισης καθώς και τις πιθανές εκπομπές σε όλη τη διαδικασία παραγωγής καυσίμου. Για παράδειγμα, η βενζίνη πετρελαίου έχει ένταση άνθρακα 100,82 και ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο που τροφοδοτείται από ηλεκτρισμό που παράγεται από ηλιακή ενέργεια έχει ένταση άνθρακα μηδέν . Τα περισσότερα άλλα καύσιμα έχουν εντάσεις άνθρακα μεταξύ μηδέν και 100.
Η ένταση άνθρακα του βιοαερίου γαλακτοκομικών κυμαίνεται μεταξύ -102,79 και -790,41 ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του χωνευτήρα. Η τρέχουσα μέση ένταση άνθρακα για το βιοαέριο των γαλακτοκομικών είναι -269 .
Το CARB αποδίδει στο βιοαέριο γαλακτοκομικών μια αρνητική ένταση άνθρακα επειδή δίνει πίστωση για την πρόληψη των εκπομπών μεθανίου που διαφορετικά θα είχαν συμβεί. Το επιχείρημά τους είναι ότι, εάν ένας αγρότης δεν είχε εγκαταστήσει χωνευτήρα σε μια λιμνοθάλασσα κοπριάς, τότε θα είχε στείλει μεθάνιο στην ατμόσφαιρα .
Τα μικρόβια παράγουν διαφορετικές ποσότητες αερίου μέσα σε έναν χωνευτήρα από ό,τι σε μια ανοιχτή λιμνοθάλασσα λόγω διαφορετικών περιβαλλοντικών παραγόντων όπως η έκθεση στο οξυγόνο και η θερμοκρασία. Ο αριθμός έντασης άνθρακα καθορίζεται εν μέρει από τις εκτιμώμενες εκπομπές από την ανοιχτή λιμνοθάλασσα (αποφυγή μεθανίου) ανά μονάδα βιοαερίου που παράγεται. Για παράδειγμα, σε χωνευτές υψηλής παραγωγικότητας, η ποσότητα του αποτρεπόμενου μεθανίου είναι χαμηλή ως αναλογία του παραγόμενου βιοαερίου, επομένως ένας τέτοιος χωνευτήρας θα είχε μια σχετικά μικρή αρνητική ένταση άνθρακα.
Στο LCFS, τα καύσιμα με αρνητική ένταση άνθρακα είναι πολύ χρήσιμα για την επίτευξη του στόχου πολιτικής, επειδή μπορούν να αντισταθμίσουν πολλά καύσιμα με υψηλή περιεκτικότητα σε άνθρακα. Για παράδειγμα, η προσθήκη ενός μέσου οχήματος που κινείται με βιοαέριο στον στόλο θα παρήγαγε αρκετές πιστώσεις LCFS για να καλύψει τα ελλείμματα που προέκυψαν από 26 παρόμοια βενζινοκίνητα οχήματα .
Αυτό το λογιστικό σχήμα είναι ένας λόγος για τον οποίο το βιοαέριο των γαλακτοκομικών προϊόντων έχει αυξηθεί από σχεδόν ανύπαρκτο πριν από πέντε χρόνια στο ήμισυ του συνόλου του φυσικού αερίου που χρησιμοποιείται για τις μεταφορές στην πολιτεία . Το άλλο μισό συνεισφέρει από το βιοαέριο που δεσμεύεται από τους χώρους υγειονομικής ταφής. Ωστόσο, το αέριο υγειονομικής ταφής λαμβάνει μια ένταση άνθρακα 53, επειδή δεν λαμβάνει πίστωση για τις αποφευχθείσες εκπομπές μεθανίου . Έτσι, παρόλο που οι όγκοι καυσίμων του είναι παρόμοιοι με τα γαλακτοκομικά, παράγει μόνο ένα κλάσμα των πιστώσεων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα.
Το βιοαέριο μπορεί επίσης να κερδίσει πιστώσεις LCFS με την παραγωγή υδρογόνου ή ηλεκτρικής ενέργειας για χρήση στις μεταφορές, αλλά αυτά τα μονοπάτια έχουν χρησιμοποιηθεί ελάχιστα μέχρι στιγμής.
ΠΗΓΗ: Η εφαρμογή μας LCFS Data. Κάντε κλικ για προβολή και λήψη δεδομένων χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα περιήγησής σας.
Κόστος και οφέλη των αναερόβιων χωνευτών
Σε αυτό το ιστολόγιο του 2023 , έδειξα ότι το κόστος ενός αναερόβιου χωνευτήρα είναι περίπου 10 φορές η αγοραία αξία του αερίου που παράγει . Ένας αντιπροσωπευτικός νέος χωνευτήρας κοστίζει περίπου 1.130 $ ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως, που περιλαμβάνει 490 $ σε κεφαλαιουχικό κόστος και 440 $ σε λειτουργικό κόστος, συν 200 $ σε κόστος μεταφοράς φορτηγών εάν δεν μπορεί να συνδεθεί απευθείας σε αγωγό αερίου. Το 2023, τα έσοδα από την πώληση αερίου ήταν περίπου 128 $, με καθαρό κόστος περίπου 1000 $ ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως. Αυτός ο αντιπροσωπευτικός χωνευτήρας έχει ένταση άνθρακα -355, που αντιστοιχεί σε περίπου 6 μετρικούς τόνους ισοδύναμων εκπομπών CO2 ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως.
Έτσι, για 1.000 $ μειώνουμε τις εκπομπές CO2 κατά 6 μετρικούς τόνους, ή 167 $ ανά τόνο.
Το μεθάνιο είναι πολύ πιο ισχυρό αέριο θερμοκηπίου από το CO2, αλλά δεν διαρκεί τόσο πολύ στην ατμόσφαιρα. Υπάρχει μια έντονη επιστημονική συζήτηση σχετικά με τον καλύτερο τρόπο μετατροπής των εκπομπών μεθανίου σε ισοδύναμο CO2 λαμβάνοντας υπόψη τόσο το πόσο θερμαίνεται όσο και πότε. Η χρήση εναλλακτικής προσέγγισης θα μείωνε την εκτιμώμενη μείωση των εκπομπών κατά τρεις συντελεστές και συνεπώς θα αυξήσει το κόστος ανά τόνο κατά ένα συντελεστή τριών. Επιπλέον, όλοι αυτοί οι αριθμοί υποθέτουν ότι το CARB υπολογίζει σωστά το ποσό των αποτρεπόμενων εκπομπών.
Κίνητρα για τους αγρότες
Οι αναερόβιοι χωνευτές λαμβάνουν κρατική υποστήριξη μέσω τριών προγραμμάτων. Πρώτον, χρησιμοποιώντας έσοδα από το πρόγραμμα ανώτατων ορίων και εμπορίου της πολιτείας, το Υπουργείο Τροφίμων και Γεωργίας της Καλιφόρνια προσφέρει επιχορηγήσεις για την κάλυψη έως και το ήμισυ του κεφαλαίου κόστους κατασκευής χωνευτών . Δεύτερον, οι πωλητές βιοαερίου γαλακτοκομικών προϊόντων δημιουργούν πιστώσεις στο ομοσπονδιακό πρότυπο ανανεώσιμων καυσίμων (γνωστό ως RIN). Τρίτον, κερδίζουν πιστώσεις LCFS .
Μεταξύ των μέσων του 2018 και του τέλους του 2021, τα έσοδα από την πώληση βιοαερίου και τις σχετικές πιστώσεις RIN και LCFS ήταν περίπου διπλάσια από το κόστος εγκατάστασης και λειτουργίας ενός τυπικού χωνευτήρα , όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι τιμές πίστωσης LCFS μειώθηκαν τα τελευταία δύο χρόνια, καθιστώντας τον τυπικό χωνευτήρα πιο κοντά σε μια πρόταση εξισορρόπησης. Εάν και όταν οι πιστωτικές τιμές ανέβουν ξανά, τότε τα κέρδη θα επιστρέψουν.
Τα υψηλά κέρδη από τη λειτουργία χωνευτηρίων δημιουργούν το κίνητρο για τους γεωργούς να επεκτείνουν τα κοπάδια γαλακτοπαραγωγής με σκοπό την παραγωγή κοπριάς και όχι για την παραγωγή γάλακτος . Μεταξύ 2014 και 2019, ο αριθμός των αγελάδων γαλακτοπαραγωγής στην Καλιφόρνια μειώθηκε κατά 50.000 ενώ ο αριθμός των αγελάδων σε άλλες δυτικές πολιτείες αυξήθηκε κατά 100.000 (βλ. παρακάτω σχήμα). Από το 2019, ο αριθμός των αγελάδων είναι σχετικά σταθερός σε όλη τη Δύση.
Είναι πιθανό ότι η έλευση των χωνευτών στην Καλιφόρνια εμπόδισε τη ροή των αγελάδων έξω από την πολιτεία . Οι γαλακτοπαραγωγοί εκτός Καλιφόρνια μπορούν να έχουν πρόσβαση μόνο σε δύο από τα τρία προγράμματα χωνευτών που είναι προσβάσιμα στους αγρότες της Καλιφόρνια. Είναι επιλέξιμοι να κερδίσουν πιστώσεις LCFS και RIN για το βιοαέριό τους, αλλά δεν μπορούν να λάβουν επιχορηγήσεις από το Υπουργείο Τροφίμων και Γεωργίας της Καλιφόρνια για την κάλυψη κεφαλαιουχικού κόστους. Το αν αυτή η επιχορήγηση είναι η διαφορά μεταξύ της αποχώρησης και της παραμονής στην Καλιφόρνια είναι ένα σημαντικό θέμα για περαιτέρω έρευνα, δεδομένης της πιθανότητας διαρροής εκπομπών, εάν η πολιτεία αφαιρούσε την αρνητική πίστωση αλλά εξακολουθεί να απαιτεί από τους αγρότες να μειώσουν τις εκπομπές μεθανίου κοπριάς σύμφωνα με το SB 1383.
Ποιο είναι το επόμενο?
Η CARB προτείνει αρκετές τροποποιήσεις στο LCFS. Εξέτασε την άρση της αρνητικής πίστωσης των έργων βιοαερίου γαλακτοκομικών προϊόντων , αλλά η πρότασή της (η οποία είναι προς το παρόν για σχολιασμό) επέλεξε να συνεχίσει τις αρνητικές πιστώσεις έως το 2040 για το βιοαέριο που χρησιμοποιείται απευθείας στις μεταφορές και έως το 2045 για το βιοαέριο που χρησιμοποιείται για την παραγωγή υδρογόνου για μεταφορά .
Υπάρχει μια μακρά παράδοση στη γεωργία ότι οι κυβερνήσεις πληρώνουν τους αγρότες για περιβαλλοντική βελτίωση , αντί να επιβαρύνουν τους αγρότες να κάνουν αυτές τις βελτιώσεις. Ως αποτέλεσμα, οι καταναλωτές δεν βλέπουν το πλήρες κόστος για την κοινωνία των τροφίμων που τρώνε . Αντίθετα, το κόστος αυτό μετατίθεται στους φορολογούμενους ή, στην περίπτωση των γαλακτοκομικών προϊόντων βιοαερίου, βενζίνης και ντίζελ. Αυτή η λανθασμένη τιμολόγηση μπορεί να προκαλέσει δαπανηρές εσφαλμένες κατανομές πόρων, όπως αναφέρεται συχνά σε αυτό το ιστολόγιο .
Η διαρροή είναι το κύριο επιχείρημα που δίνεται για τη συνέχιση της αρνητικής πίστωσης . Υπάρχουν διάφοροι τρόποι για τον μετριασμό της διαρροής. Ορισμένες, όπως οι προσαρμογές των συνόρων (φορολογικά γαλακτοκομικά προϊόντα που εισέρχονται στην Καλιφόρνια) θα ήταν πολύ δύσκολο να λειτουργήσουν. Ένας καλός κανόνας στην πολιτική είναι να στοχεύετε άμεσα το πρόβλημα που προσπαθείτε να λύσετε. Σε αυτήν την περίπτωση, το πρόβλημα θα είναι το κόστος μετριασμού του μεθανίου που επιβάλλεται στους αγρότες που τους αναγκάζουν να μετακινηθούν εκτός κράτους. Η αρνητική πίστωση στο LCFS είναι μια περίπλοκη λύση με πολλά μειονεκτήματα. Μια άμεση λύση θα μπορούσε να περιλαμβάνει το κράτος να μοιράζεται το κόστος των πρακτικών μετριασμού του μεθανίου, κάτι που ήδη κάνει σε κάποιο βαθμό μέσω των προγραμμάτων του Υπουργείου Τροφίμων και Γεωργίας της Καλιφόρνια.
Έφτιαξα τις τρεις τελευταίες φιγούρες χρησιμοποιώντας αυτόν τον κωδικό R.
***
Ο Aaron Smith είναι καθηγητής DeLoach Γεωργικής και Οικονομίας των Πόρων στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Davis, και συνεργάτης στο Ινστιτούτο Ενέργειας στο Haas
Αυτό το άρθρο δημοσιεύτηκε για πρώτη φορά στο Ιστολόγιο του Energy Institute, το ιστολόγιο του Ινστιτούτου Ενέργειας στο Haas στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, και αναδημοσιεύεται εδώ με άδεια.
Ενημερωθείτε για τα ιστολόγια, την έρευνα και τις εκδηλώσεις του Energy Institute στο Twitter @energyathaas