Potencial de ganho mútuo da produção de energia a partir de capim

Mas converter porções de terras agrícolas de volta em pradarias tem que fazer sentido financeiro para os agricultores, e é por isso que uma equipe de pesquisa liderada pela ecologista paisagística da Universidade Estadual de Iowa, Lisa Schulte Moore, passou os últimos seis anos estudando como transformar eficientemente a grama colhida em gás natural renovável lucrativo.

“Estamos olhando para mercados existentes onde já há demanda, usar a infraestrutura existente para reduzir custos da transição energética e criar vitórias em várias categorias. Queremos vitórias para fazendeiros, vitórias para empresas, vitórias para municípios e vitórias para a sociedade”, disse Schulte Moore, professora de ecologia e gestão de recursos naturais e diretora do Consórcio para Cultivar Empreendimentos Humanos e Naturalmente Regenerativos (C-CHANGE). “Podemos ter ótimas conversas sobre o que poderia ser, mas a menos que beneficie a todos ao longo dessas cadeias de suprimentos, isso não acontecerá.”

Dois artigos revisados ​​por pares publicados recentemente pelo grupo de pesquisa de Schulte-Moore modelaram a viabilidade econômica da produção de gás a partir de pasto em diferentes cenários e de diferentes perspectivas, uma análise que ajuda a desenvolver o potencial de ganho mútuo do sistema.

“Para substituir o gás natural por recursos que revitalizem a agricultura sustentável, precisamos ser capazes de quantificar quanta energia podemos produzir e mostrar que ela pode ser econômica e ecologicamente correta”, disse o professor associado de engenharia mecânica Mark Mba-Wright, coautor dos estudos.

Cenários baseados em cidades

A pesquisa em andamento é financiada em parte por uma doação federal de US$ 10 milhões em 2020, outros US$ 10 milhões em apoio federal em 2022 e cerca de US$ 650.000 da Walton Family Foundation. O trabalho se concentra na otimização e expansão do uso de digestores anaeróbicos. O biogás é liberado na digestão anaeróbica, o processo natural de biodegradação de matéria orgânica sem oxigênio. Capturado em digestores semelhantes a tanques, o biogás pode ser processado em um combustível que pode ser facilmente trocado por gás natural à base de petróleo. Ele também pode alimentar geradores elétricos e produzir fertilizantes.

Em um estudo publicado em Pesquisa em Bioenergiaos pesquisadores do estado de Iowa modelaram como uma rede de digestores dentro e ao redor de Ames poderia suprir as demandas de calor e energia da cidade. Esterco de gado, subprodutos de biocombustíveis, resíduos alimentares e águas residuais se juntariam à biomassa gramínea como suprimentos de matéria-prima para até 10 digestores. Os locais, tamanho e número de instalações dependiam se a rede foi projetada principalmente para produzir gás natural ou energia.

A análise descobriu que o gás natural renovável era o foco economicamente mais prático, com um custo nivelado aproximadamente duas vezes maior que o preço médio histórico do gás natural tradicional. Incentivos que apoiam a produção de energia limpa podem dar um impulso para tornar os preços competitivos. Independentemente disso, ver como as cadeias de suprimentos de digestores funcionariam para atender às necessidades municipais ajuda os líderes da cidade a visualizar possibilidades, disse Mba-Wright.

“Queríamos considerar a sazonalidade da oferta e da demanda ao longo de um ano para dar ao prefeito, por exemplo, cenários para analisar e elaborar estratégias”, disse ele.

Pesquisadores discutiram a digestão anaeróbica com autoridades municipais de águas residuais em várias cidades de Iowa e, em geral, eles ficaram curiosos, disse Schulte Moore, codiretora do Instituto de Bioeconomia e bolsista MacArthur de 2021.

“A necessidade imediata deles é fornecer um serviço aos seus clientes 24 horas por dia, 7 dias por semana. Mas eles trabalham em horizontes de planejamento de 15 a 30 anos, então eles também estão pensando no futuro”, disse ela.

Um roteiro da produção de erva para gás

Um estudo publicado em Mudança Global Biologia Bioenergia modelou o impacto econômico e ambiental de dois digestores hipotéticos processando biomassa gramínea na Bacia do Rio Grand, no noroeste do Missouri e sudoeste de Iowa.

Ao longo de sua vida útil esperada de 20 anos, os digestores produziriam um lucro combinado de mais de US$ 400 milhões nas melhores condições, com base na análise dos pesquisadores. Os 45 milhões de gigajoules de gás natural renovável criados ao longo de duas décadas — equivalente a cerca de 12,5 bilhões de quilowatts-hora — teriam uma pegada de carbono 83% menor do que o gás natural derivado de combustíveis fósseis. As emissões também projetam ser menores do que as do etanol à base de milho ou do biodiesel à base de soja.

A maioria dos digestores anaeróbicos existentes que produzem gás natural renovável funcionam com esterco de laticínios, então é essencial calcular como eles funcionariam com uma dieta de capim, disse Mba-Wright.

“Isso é colocar os pontos nos ‘is e cruzar os ‘ts para confirmar que os benefícios são o que esperamos. Estamos fornecendo um roteiro para ajudar a construir infraestrutura, o que por sua vez reduzirá custos futuros”, disse ele.

Os cenários lucrativos examinados no estudo dependem de programas de crédito de carbono existentes, incluindo o California Low Carbon Fuel Standard e o Federal Renewable Fuel Standard. Os resultados mais valiosos também exigem restauração de pastagens e pradarias de alto rendimento em algumas das terras agrícolas menos produtivas.

Os pesquisadores buscaram ser o mais realistas possível em ambos os estudos, contabilizando todos os custos conhecidos — incluindo despesas de capital. Mas eles serão ainda mais precisos nos próximos anos, conforme os métodos melhoram e novos resultados de pesquisa surgem, disse Schulte Moore.

“No futuro, refinaremos nossos modelos inserindo dados que nossas equipes de pesquisa coletaram aqui em Iowa”, disse ela.