酪農家が肥料をお金に変える方法

May 09, 2023

レイチェル・モラー・ゴーマン著

写真：デイビッド・デグナー

コネチカット川はバーモント州のグリーン山脈とニューハンプシャー州のホワイト山脈の間を切ってマサチューセッツ州の中心部に流れ込みます。そこでデニス・バーストー・マンツさんは風の中に立ち、家族が217年間耕作してきた土地を眺めています。

「私たちは世界中で最高の土壌を持っています」とバーストー・マンツ氏は言います。 「それはハドレーシルトロームと呼ばれています。」 彼女は、コネチカット川とホールヨーク山脈の間に挟まれた豊かなコネチカット川の氾濫原が、1800 年代の先祖のためにタバコ、アスパラガス、ほうきとうもろこし、カボチャを育て、どのようにして現在の農場の 600 軒の酪農場のために干し草やトウモロコシを育てているかについて説明します。牛。

彼女の父親であるデビッド・バーストウは、弟のスティーブ・バーストウ、姪と甥のシャノンとスティーブ 2 世とともに農場を共同所有しています。 デビッドは「特別プロジェクトのディレクター」だと娘がからかう。 「私たちがいつもと違うことをするときはいつも、ほとんどの場合、父が責任を負っています。」

この記事は、スミソニアン雑誌 2023 年 4 月/5 月号からの抜粋です

2000 年代初頭、牛乳の価格が急落し、各地の酪農場が多角化する方法を見つけようとしていたとき、バーストウ一家はどうやって生き延びるかを考え始めました。 彼らは、牛が豊富に生産する十分に活用されていない商品を最大限に活用し、嫌気性消化装置と呼ばれるもの、つまり肥料を燃料とする発電所を建設することにしました。

それはたまたま環境に重大な影響を及ぼしたビジネス上の決定でした。 牛は乳を生成しますが、牛の 4 つの胃区画のうち 1 つに存在する微生物もメタンを生成します。 彼らは口からメタンを吐き出し、酸素のないラグーンや穴に堆肥の山が積み重なると、微生物はそこでもメタンを生成し続ける。

世界の気候政策は、二酸化炭素ほどメタンに焦点を当ててこなかったが、それはメタンが大気中に約12年間しか留まらないのに対し、二酸化炭素は何世紀にもわたって残留することが一因となっている。 しかし、国連環境計画（UNEP）によると、メタンは大気を暖める効果が二酸化炭素よりも何倍も高く、その濃度は急速に増加しているという。 興味深いことに、メタン削減のための多くの対策は、運営コストが低いか、すぐに元が取れます。 捕らえたメタンを動力として利用できるからだ。

バーストー家の牛舎の前には55万ガロンの地下タンクがあり、毎年約9,000トンの肥料が牛舎から流れ込んでいる。 そこで、華氏95度から105度に加熱された酸素のない環境で混合されます。 微生物は肥料中の有機物質を分解し、その過程で生成されるバイオガスを機械が回収します。 パイプはメタンを農場にある 2 台のエンジンのうちの 1 つに運び、燃焼させて熱と電気を生成します。 これにより、農場の暖房ニーズがすべて満たされます。 消化後に残った有機物は畑の肥料として使用され、作物の収量が大幅に増加しました。 ロシアのウクライナ侵攻以来、肥料価格が変動しているため、無料の肥料はコスト削減として歓迎される。

「持続可能性について語るときは、土壌の健全性や水質などについても語らなければなりませんが、利益を上げられるかどうかについても語らなければなりません」とバーストウ・マンツ氏は風に吹かれた髪の毛を後ろに押し込みながら言う。彼女のポニーテール。 農産物直売所の前の畑に数頭の牛が寝そべって反芻している。 6 月の曇り空の日、安定した風が吹き、農産物直売所のチャイムがチリンチリンと鳴り響きます。 しかし、農場を吹き抜ける空気は…何の匂いもありません。

消化装置はすべての肥料をお金に変えていました。

35 億年前、地球が地殻と海洋で混乱していた頃、空気中には現在の約 1,000 倍のメタンが存在していました。 科学者たちは、初期の微生物が活動中にメタンを放出することで、新しい地球の温暖化に貢献したと考えています。 当時の太陽の明るさは 70 ～ 80% にすぎず、海は凍っていたはずです。 しかし、一部の科学者は、メタンや他の温室効果ガスによって閉じ込められた熱のせいで、そうではなかったと信じています。

メタン分子には、4 つの水素原子に囲まれた 1 つの炭素原子があります。 MITの環境化学者デジレ・プラタ氏は、これを4本の手足を持つ人間に例えている。 「彼らの移動方法はたくさんあります」とプラタ氏は言う。 「メタンには素晴らしいダンスの動きがあると言いたいのですが、メタンには振動モードと回転モードがあり、その原子が中心原子の周りを動きます。」

紫外線と可視光線の波が地表に到達すると、地面はそれらを吸収し、そのエネルギーを赤外線放射、つまり熱として上に送り出します。 プラタ氏によると、メタンはそのエネルギーを捉え、その一部を大気中に閉じ込めたままにするという。 二酸化炭素の分子はメタンほど赤外線を吸収しません。 「メタンは、分子ごとに、またはポンドごとに、地球から出ようとする外に出ていくエネルギーを吸収するのにはるかに優れています」とプラタ氏は言います。 「つまり、少量のメタンが CO2 に比べて大きなダメージを与える可能性があるのです。」

毎年排出されるメタンの約 3 分の 1 は、自然源、特にメガトンのメタンを排出する湿地に由来します。 メタン生成細菌は熱水噴出孔や温泉でも繁殖します。 しかし、今日大気中に放出されるメタンの大部分は人間の活動によって生成されます。 石油、天然ガス、石炭採掘インフラは、人為的メタン排出量の約 35% に寄与しています。 人間の排泄物と埋め立て地はさらに 20% を占めます。

農業は残りの多くを生産します。 「私たちは、これまで何十年にもわたって、世界中の家畜の数が容赦なく増加するのを本質的に見てきました」と、デューク大学の地球科学者であり、気候変動ときれいな大気連合の科学諮問委員会の議長であるドリュー・シンデルは言う。 UNEP。 何も変わらなければ、人為的なメタン排出量は2030年までに2010年のレベルと比べて15パーセント以上増加すると予想されている。

人間が大気中に追加しているメタンの多くは廃棄物や漏洩インフラに由来するため、重要な機械や発電所の燃焼の副産物である二酸化炭素よりも削減するのが簡単です。 また、メタンは大気中に約 12 年間しか留まらないため、メタンを削減すればすぐに利益が得られます。 「今後20年から30年にわたって人々の苦しみを目に見えて軽減したいのであれば、メタンはそのための最も強力な手段となるでしょう」とシンデル氏は言い、火災、熱波、洪水、干ばつはより速いスピードで増加していると指摘する気候科学者の最悪の場合の予測よりも。 地上では、メタンも酸化して呼吸器に危険を及ぼすオゾンを形成します。

シンデルの 2021 年 UNEP 世界メタン評価では、肥料管理の改善からエネルギーインフラから漏れ出るガスの捕捉までの戦略を組み合わせることで、人為的メタン排出量を最大 45% 削減できる可能性があることが示されました。 UNEPの報告書によると、人為的メタン排出量を45パーセント削減すれば、「25万5,000人の早期死亡、77万5,000人の喘息関連病院受診、猛暑による730億時間の労働損失、2,600万[トン]の農作物の損失を防ぐことができる」としている。 「毎年。

農業に関して言えば、消費者が肉の摂取量を減らし、牛乳の摂取量を減らさない限り、牛のげっぷから発生するメタンを除去することは困難です。 肥料からのメタンは、家畜の排出量に占める割合ははるかに小さいですが、現在より効果的に削減することができます。

嫌気性消化装置は、別の問題にも取り組むことができます。アメリカ人は、私たちが栽培、製造するすべての食料の 30 ～ 40 パーセント、年間 8,000 万トンものものを廃棄しています。 食品廃棄物は自治体の埋め立て地に捨てられる最大のカテゴリーであり、一部の州では埋め立て地が不足しつつある。 環境保護庁によると、マサチューセッツ州は現在、現在稼働している埋立地が10カ所未満であるが、2014年に、食料品店、食品加工業者、卸売業者など、週に1トン以上生産する機関や企業に対する食品やその他の有機廃棄物の投棄を禁止した。そして大きなレストラン。 2022年11月以降、この禁止は有機廃棄物を0.5トン排出する施設にも適用されるようになった。

マサチューセッツ州の禁止令以前は、州内には小さな嫌気性消化装置が 1 台しかありませんでした。 2020年までに9社となり、そのうち5社はバンガード・リニューアブルズに所属していた。 同社の共同創設者であるジョン・ハンセルマン氏は、2010年代初頭にソーラーパネル技術を調査するためにヨーロッパを訪れたときに、初めて嫌気性消化槽に目をつけました。 「私はこれらのドームをずっと見ていました。『これは何ですか？』と言いました。 そして彼らはこう言いました、「これは嫌気性消化装置です。有機材料と牛糞を取り出して、再生可能エネルギーを作ります。」

ボストンに戻ったハンセルマンは、同僚のケビン・チェイスとともに消化槽の製造に焦点を当てた新しい会社を立ち上げることを決意しましたが、資金調達は困難でした。 「大手エネルギー投資家たちは『そうだ、それはうまくいかない、我々はそんなことはしない』という感じだった」と彼は思い出す。 米国には、特に下水処理施設にいくつかの消化槽があり、農場にもいくつかあったが、この技術が米国内で本格的に普及することはなかった。

ユニリーバのような大企業が食品廃棄物や二酸化炭素排出量について話し始めると、バンガードは短期間肥料を処理していたバーストウ家の肥料消化装置を含む 2 台の既存の肥料消化装置を購入し、その能力と効率を向上させました。 その後、バンガードは他の農場に消化槽を建設しました。 また、マサチューセッツ州アガワムにリサイクル施設も建設し、企業やレストランはそこに、包装された食品のパレット、半分空になったビール樽数十個、箱に入ったスープの山などの食品廃棄物を送っている。 バスほどの大きさのオーガーコンパクターとハンマーミルが食品を包装から切り離します。 この施設では 1 日あたり 100 トンの食品を処理し、消化装置に送って電力を生成します。

2013 年、バンガードはキャボット クリーマリーや HP フッドなどの地元企業からバーストウ家の農場まで、毎年 24,000 トンを超える食品廃棄物のトラック輸送を開始しました。 「肥料は実際には、一度消化された単なる食品廃棄物です」と、米国バイオガス評議会のエグゼクティブディレクター、パトリック・サーファス氏は言います。 「つまり、まったく消化されていない食品廃棄物を摂取すると、10倍から35倍のエネルギーが含まれているということになります。」 消化釜の容積のわずか 10% を食品廃棄物に割り当てるだけで、バイオガスの収量が 2 倍になります。 「この食品廃棄物をリサイクルしなければ、埋められるだけです」とサーファス氏は言う。

その代わりに、発電機は地元の食品産業と農業産業を高効率のループに変えるのに役立ちます。 バーストー農場の作物には太陽の力が蓄えられており、牛はその太陽の力を食べて牛乳を生産し、カボット クリーマリーはその太陽の力を使ってバターを製造しています。 キャボットは食品廃棄物をバーストウ家に送り返し、バター工場の動力源としてエネルギーの一部を購入しています。 廃棄物は、与えるものがなくなるまで資源を求めて絞り出されます。 この消化装置は、年間 6,000 メガワット時を超える電力を送電網に送り、これは 550 世帯に電力を供給するのに十分な量です。 米国バイオガス評議会は、このような嫌気性消化システムが全米に少なくとも 15,000 基建設される可能性があると推定しています。

バンガードは、販売するエネルギーと食品会社から徴収する手数料からどれだけの利益を得ているかを明らかにしない。 しかし現在、全米130の農場と契約を結んでおり、全米で8億ドルのプロジェクトが進行中だ。 過去1年で従業員を3倍に増やした。

「400年間、この国はゴミを拾い、穴に入れて埋めるか燃やしてきました。私たちよりも先に人々がそれを行おうとしたとき、彼らはそれを望まなかった業界のレンガの壁にぶち当たりました」変わります」とハンセルマンは言います。 「私たちは、人々がこれまでやってきたことを破壊できるように、価格を設定しようとしています。」

このアプローチを拡大するとどうなるでしょうか? マサチューセッツ州には 9,500 頭の乳牛がおり、毎年 2 億ポンドの牛乳を生産しています。 対照的に、米国最大の牛乳生産国であるカリフォルニア州では 170 万頭の乳牛が飼育され、年間 420 億ポンドの牛乳が生産されています。 特に農業地帯であるサンホアキンバレーでは、多くの農場が集中給餌事業（CAFO）となっており、700頭以上の乳牛が狭いエリアに閉じ込められ、糞尿がピットやラグーンに頻繁に捨てられている。

2016年、カリフォルニア州議会は、州が有機性廃棄物の処理量を2025年までに2014年のレベルから75パーセント削減し、酪農場や家畜からのメタン排出量を2030年までに2013年のレベルから40パーセント削減することを義務付ける法案を可決した。乳製品消化装置プロジェクト、そのほとんどは巨大な酪農場に建設する 3 つのバイオガス会社に提供されました。 カリフォルニア州では、嫌気性消化装置で生成されたガスを販売するだけでなく、車両燃料として使用した場合にクレジットを生成することも認めています。 カリフォルニアの消化槽は 3 年強で元が取れ、CAFO のメタン排出量を大幅に削減できます。

一部の環境団体はこれに異議を唱えています。 彼らは、消化槽が被害を軽減するのに役立つことを認めているが、補助金がCAFOに空気と水を汚染し続け、ホルモンを過剰に使用し、動物を虐待し続けることを奨励していることを懸念している。 彼らは、メタンを減らす最も簡単な方法は、農場を小さく保ち、肥料を空気にさらすことだと主張している。 （肥料がピットやラグーンに投入されないと、酸素によってメタン生成菌の生存が妨げられます。）多くの環境活動家はまた、人々が肉や乳製品の消費を減らすことを望んでいます。

自らを「シエラクラブの昔からの人間」と呼ぶハンセルマンさんは、友人たちからこうした不満を聞いてきた。 彼の反論は、「皆さん、これを無視するか、無視しても構いません。彼らは去っていません。問題を解決し、業界と協力して、国として私たちをより良い場所に置く解決策を作成しましょう。」

消化装置からのメタン天然ガスの燃焼でも、副産物として CO2 が排出されますが、燃料油や石炭の燃焼よりもはるかに少ないです。 また、CO2 はメタンよりもはるかに弱い温室効果ガスであるため、メタンを燃焼させた方が、そのまま大気中に浮遊させるよりも地球の熱がはるかに低くなります。 「残念ながら、今後 20 年以内に天然ガスに代わるものは存在しません」とハンセルマン氏は言います。 パイプラインを満たすメタンは、実際に排出量を削減できる非化石資源から供給され、他のすべての再生可能エネルギー源と並行して使用される可能性があると同氏は言う。 カリフォルニア州での成果は驚くべきもので、カリフォルニア州の消化器補助金によって補助されたプロジェクトは、毎年ほぼ50万台のガソリン車を道路から撤去するのと同じ量の温室効果ガスを隔離することになる。

3 代目の農家ダニエル・グッドリッチ・ギングラスさんは、バーモント州ソールズベリーにある農場の牛を訪ねる途中、うなり音を立てて納屋のように真っ赤な嫌気性消化槽の前を通り過ぎた。 初夏の日差しは力強く、真新しい小さな発電所が輝いています。 バンガードの代表者もそこにいて、このプラントは2021年に稼動し、現在は北東部最大の嫌気性プラントであると説明した。 2 つの 925,430 ガロンの蒸解釜で生成された天然ガスは、現場で精製され、バーモント州のパイプラインに供給されます。

バンガードと提携することで、農家は建設と運営の負担から解放されながらも、大きな利益を得ることができます。 彼らの糞尿は、州によって規制されている地元の流域への栄養分の流出を減らす方法で処理されます。 臭いも少ないので近所の人も喜んでいます。 消化槽から出る固体の植物繊維副産物は牛の寝床として使用でき（おがくずの価格は上がり続けています）、液体消化物は窒素が豊富なので優れた肥料になります。 農場はバンガードから 20 年間の保証付きリース料を受け取り、一部の農場はエネルギープロバイダーからクレジットも受け取ります。

マサチューセッツ州ディアフィールドの 4 代目農家であるピーター・メルニック氏は、早い段階からバンガードと提携して消化槽を建設しました。 「私にとって持続可能とは、ロシアから窒素を輸入しないこと、寝具を外部の製材工場に依存しないこと、畑に肥料を加えないことでより良い隣人になることを意味します」と彼は言う。 「また、私は自分のコミュニティと食料システムとのつながりをこれほど感じたことはありません。そして、このコミュニティのほぼすべての家庭に電力を供給するのに十分な電力を私たちが発電していると知ると、本当にうれしいです。」

数か月後、9月の雨の朝、濃い霧がバーストウ家の搾乳納屋の後ろの山腹の木々を覆い尽くした。 タンクローリーが近くに駐車しており、その廃棄物が消化槽に流れ込んでいる。 家族は、消化装置の有機物で受精させた5本目の干し草を持ち込もうとしているところです。 バーストー・マンツ氏は、「かつては 4 つが得られましたが、嫌気性消化装置のおかげで、今では 5 つが得られるようになりました。」と述べています。

気候が寒くなるにつれて、納屋の側面が下がり、家族の考え方は作物の栽培から冬用の設備のメンテナンスに移ります。 牛たちは満足して、自分たちの糞尿を消化槽に与えます。 デビッド・バーストウが言うように、「私たちは金持ちにはなっていないが、それは私たちがすることすべてと同じだ。すべてが最終的な利益につながる。」

バーストー家は 217 年間にわたってこの土地で働いてきました。バーストー マンツさんは、次の世代である 8 代目、つまりいとこの子供たちと自分自身の将来の子供たちのことを考えてきました。 「私たちは適応し、調整し続けなければなりません」と彼女は言います。 冬が近づいていますが、たとえ困難な時期であっても、彼らは大丈夫です。 消化器はそれらを保温します。

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レイチェル・モーラー・ゴーマンは、ボストンを拠点に科学、健康、環境に焦点を当てている作家です。

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David Degner は、マサチューセッツ州ボストンを拠点とするエディトリアル写真家です。