猪粪为北卡罗来纳州农场提供动力

在北卡罗来纳州田园诗般的葡萄酒产区的中心，大烟山以东，坐落着 Loyd Ray 农场——一个将猪粪转化为能源的工厂化农场。

从路边看，这个占地广阔的农场就像一个典型的集约化动物饲养场（CAFO），有九个细长的金属谷仓，饲养着近 9,000 头猪，还有一个储存液化粪肥的开放式泻湖。但泻湖旁边有一个被充气篷布覆盖的奇怪的池子：生物消化器。每周，这个肿胀的结构都会将 400,000 加仑的液态猪粪转化为沼气，为农场提供动力。

Loyd Ray 农场是第一个利用北卡罗来纳州独特的、于 2012年生效的可再生能源法律创造的新能源市场的农场。虽然许多州都有可再生能源法律，要求公用事业公司从太阳能或风能中获取一定比例的能源，但北卡罗来纳州是唯一一个要求从猪或鸡粪中获取能源的州。Loyd Ray 农场自 2011 年以来一直将其动物粪便转化为沼气。这种燃料产生可再生能源，并允许所有者出售碳信用额。在吸引了区域电力公司和谷歌的投资的这一成功试点项目之后，研究人员现在正着眼于帮助其他农场效仿，并在全国范围内扩大废物转化为能源系统的市场。

清理污泥

在升级之前，Loyd Ray 农场是一个典型的“育肥到出栏”的农场，每年要育肥数千头猪以供屠宰。这些大型、封闭的养猪场在 20 世纪 80 年代和 90 年代迅速遍布北卡罗来纳州。但在鼎盛时期，暴雨导致该州几个粪肥泻湖破裂；当带有病原体的污泥渗入水道时，公众的愤怒席卷全国。

与此同时，研究表明，除了土壤和水污染外，养猪场还排放大量强效温室气体甲烷（每磅甲烷，猪粪产生的甲烷是牛粪的两倍）和氨，而氨与呼吸道疾病有关。当农民将液态粪肥喷洒到田间作为肥料时，他们会加剧这些健康危害，使更多化学物质挥发，并产生刺鼻的气味。

为了挽救其养猪业，塔尔希尔州在 1997 年暂时禁止新建或扩建养猪场。十年后，该州将禁令写入法律，但豁免了符合严格环境标准（例如消除动物粪便对地下水的排放并防止病原体释放到环境中）的农场。

2007 年，随着这项新的环保法出台以及该州立法机关正在考虑制定可再生能源法，杜克大学的环境科学家抓住了重新构想养猪场的机会。他们与北卡罗来纳州最大的公用事业公司 Duke Energy 合作，将一个标准的养猪场改造为一个可持续的农场。Cavanaugh Solutions 的工程师设计了一个将动物粪便转化为能源的系统。不久，谷歌得知了这个项目。谷歌以其减少运营碳足迹至零的知名企业承诺，将其高层视为朝着实现这一目标迈出的一步，对位于北卡罗来纳州莱诺尔的数据中心附近的项目进行了投资。该团队只需要一个工厂化农场来测试这项技术。

当一名项目经理于 2009 年向 Loyd Bryant 展示蓝图时，Loyd Ray 农场的所有者乐于尝试。“我喜欢减少农场异味的想法，我知道我的邻居会赞赏。我喜欢无氨控制带来的更健康的猪，这有助于它们更好地生长并降低死亡率。而且我喜欢将来有一天我有可能扩大我的农场，因为这个创新系统，”Bryant 解释说。

农场的一天

现在 Bryant 的日常工作包括将两个谷仓中的 80,000 加仑粪肥冲入农场的生物消化器，这是一个 174 x 218 英尺的塑料覆盖池。在里面，厌氧细菌——它们不需要氧气——会默默地将有机物转化为甲烷、二氧化碳和其他化学副产品。Bryant 的生物消化器会混合里面的液体，使消化细菌与废物材料保持持续接触。这最大限度地提高了消化效率，并帮助细菌在不使用合成化学品的情况下，战胜致病菌株，减少病原体负荷。

在消化器的另一端，Bryant 收集由约 60% 甲烷和 40% 二氧化碳组成的沼气。一种称为气体分离机的设备将这种混合物加热到适当的温度和压力，以驱动一个 65 千瓦的微型涡轮机。它产生的电力足以运行废物处理系统以及 Bryant 九个养猪场中的五个的照明和机械。任何多余的沼气都会在燃烧器中燃烧，将甲烷转化为污染性较低的二氧化碳。

剩余的液体废物被输送到曝气池，在那里固氮细菌将氨转化为硝酸盐。一些“粪肥茶”被用来冲洗谷仓。Bryant 将其余的喷洒在他的田地里，代替了他过去使用的未经处理的粪肥。由于处理过的流出茶的氨含量远低于以前，因此产生的烟雾和气味较少，Bryant 的邻居们很快（也很高兴）注意到了这一点。此外，植物吸收粪肥茶的速度比吸收粪肥快，因为它们的根可以更直接、更容易地吸收硝酸盐而不是氨。

初步估计表明，改造后的农场每年可防止产生相当于 5,000 吨二氧化碳的温室气体——相当于从道路上减少了大约 1,000 辆汽车。这使得 Bryant 能够向 Duke Energy 提供可再生能源积分，并向谷歌和杜克大学提供碳信用额，以换取他们对农场升级的初始投资。当现有合同于 2020 年到期时，Bryant 可以像任何实施类似系统的农民一样，在公开市场上出售这些积分。

对谷歌而言，这个项目是对未来可能性的投资，而不是一个立即获得回报的“板上钉钉”的项目。“我们产生的碳排放量只有不到 1% 是通过这个抵消的，”谷歌碳抵消团队的经理 Jolanka Nickerman 说。投资这个废物转化为能源的项目是一个帮助改变行业以造福环境、商业和当地社区的机会。“这是一个三赢，”Nickerman 说。现在，挑战在于推广和扩大这项技术，使其成为抵消更多碳排放的可行方法。

利用粪肥的力量

Loyd Ray 农场项目是一个学习过程。例如，在夏季高温下，该系统产生的能量不足以同时为生物消化器的电力系统供电并为养猪场降温，因此管理人员不得不调整运营时间表以平衡电力负荷。当塑料池衬垫安装不当，管理人员不得不更换新的。此外，原来的气体分离机需要更换，因为它无法处理沼气中的二氧化硫。

尽管有这些挫折，对 Loyd Ray 实验的分析表明，猪粪产生的电力在可再生能源市场上具有竞争力。杜克大学项目负责人 Tanja Vujic 表示，新项目的启动可能会取决于农民的成本。像 Bryant 的曝气池和塑料池衬垫这样的环保措施是必要的，但成本高昂，因为它们缺乏经济激励。Vujic 预计，随着更多废物转化为能源系统的研究、测试和实施，价格将会下降。以 Bryant 的农场作为成功的典范，Vujic 希望其他农民能将能源和碳抵消的付款视为为自己的农场进行改造融资的一种方式。

Bryant 承认“系统存在一些问题。”但他表示，“我知道它有效，并且让我的农场变得更好。它几乎可以自行运转。”

[本文最初以“猪粪发电收益丰厚”的标题印刷。]