Koncept med lukket kredsløb kan være fremtiden for bæredygtige dyrehold

Dr. Eunsung Kan ser sit koncept om en mejeri med lukket sløjfe, som genbruger spildevand, udsender nul affald og driver sig selv til gødning, som fremtiden for bæredygtigt dyrehold.

Kan, en kemikalie- og miljøingeniør fra Texas A&M AgriLife Research i Stephenville, sagde, at hans koncept kunne ændre den måde, mejerier, svine- og fjerkræbedrifter beskæftiger sig med husdyrgødning, spildevand og drivhusgasser, mens affaldet udnyttes til at generere elektricitet.

Animalsk affald er en velsignelse og forbandelse for mejerier.

Gødning sælges til lokale landmænd, der har brug for at tilføre næringsstoffer til jorden til afgrøder og foder. Imidlertid, tonsvis af husdyrgødning kan også være logistisk belastende, da faciliteterne følger med i behandlingen og distributionen af ​​store mængder miljøproblematiske materialer, der overvåges af statslige og føderale miljømyndigheder.

Landbrugsoperationer har været impliceret i højere niveauer af nitrogen og fosfor end normalt, antibiotika, tungmetaller og hormoner i overflade og grundvand nedstrøms fra faciliteter. Gylle er også en kendt bidragyder til drivhusgasemissioner, såsom metan og kuldioxid.

Det amerikanske ministerium for landbrugs naturressourcer bevarer service, at husdyrgødning fra et malkemalkning 200 køer kan producere lige så meget nitrogen som i spildevandet fra et samfund på 5, 000-10, 000 mennesker.

Kans forskning ville udnytte eksisterende teknologi - biochar, et kulstofmateriale, der ligner trækul, skabt af husdyrgødning og landbrugsaffald, såsom majsstubbe eller rishalm - der ville blive brugt til at filtrere fast affald og spildevand. Biochar kan bruges som gødning med langsom frigivelse eller omdannes, via pyrolyse, som er nedbrydning af organisk materiale ved varme, til energi til at drive gården.

Det lukkede mejerikoncept fokuserer på tre hovedmål-spildevandsbehandling ved hjælp af biochar, der er afledt af mejerigødning, produktion af bioenergi ved hjælp af mejerigødning og opsamling af drivhusgasser via adsorption på mejerigødning afledt biochar, Sagde Kan.

Biochar har vist sig at give en gavnlig overfladekemi, der kan filtrere en lang række forurenende stoffer, herunder nitrogen og fosfor, han sagde. Når overfladen af ​​biochar ændres med flere metoder i et laboratorium, det har vist en evne til at fange antibiotika, pesticider, hormoner, tungmetaller og andre mulige forurenende stoffer.

"Missionen er behandling og genbrug af spildevand fra mejeri og omdannelse af mejeriaffald til energi til at drive anlægget, "sagde han." Det fokuserer på at levere en model for bæredygtigt landbrug. "

Sidste år, Kan modtog et tilskud på 1 million dollars fra Texas A&M University Chancellor's Research Initiative Fund til at undersøge levedygtigheden af ​​det lukkede mejerisystem. Inden jeg kom til AgriLife Research, han modtog også omkring $ 400, 000 i forskningstilskud fra Miljøstyrelsen, U.S. Department of Agriculture og U.S. Geologic Survey for at undersøge konceptets potentiale til behandling af animalsk affald, kontrollere drivhusgasemissioner og omdanne husdyrgødning til energi.

Konceptuelt system

Det lukkede mejeri er et relativt simpelt koncept, Sagde Kan.

Køer producerer gylle, som blandes med rester af lokale afgrøder, kan blive en tilsyneladende endeløs forsyning af filtreringsmateriale, gødning og energi.

Kolonner fyldt med biochar ville fungere som et vandrensningssystem, der filtrerer nitrogen, fosfor og andre forurenende stoffer fra væske, når den passerer igennem, Sagde Kan.

"Den velhavende fra søjlen ville så være meget lav i nitrogen og fosfor, "sagde han." Hvis vi filtrerer til lave niveauer af nitrogen og fosfor, ville det ikke forårsage miljøproblemer. "

Biochar, der bruges til at filtrere nitrogen og fosfor, kan derefter bruges som gødning med langsom frigivelse, der giver nødvendige næringsstoffer til planter og ikke vil skylle væk som afstrømning fra kraftige regn. Ud over, biochar immobiliseret med fotokatalysatorer ville nedbryde giftige forurenende stoffer til harmløse produkter, når de bestråles ved udsættelse for ultraviolet lys.

For eksempel, Kans undersøgelse har vist, at en biochar immobiliseret med fotokatalysatorer fuldstændig nedbryder antibiotika og hormonforbindelser, mens patogener effektivt kontrolleres. Potentialet for biochar's anvendelse til filtrering af spildevand går ud over landbruget og kan anvendes på ethvert spildevandsrensningsanlæg, eller endda for at filtrere forurenende stoffer i injektionsvand, der bruges i olieindustrien til fracking.

For energi, mejerigødning ville blive ført ind i en pyrolysereaktor på stedet, der ville bruge relativt lav varme, 500-1, 000 grader Fahrenheit, at skabe komprimeret hydrogen og kulilte -syntesegas, der kan bruges til at skabe elektrisk kraft, Sagde Kan. Overskydende elektricitet kan sælges til lokale forsyningsselskaber. Biproduktet fra pyrolyse af mælkemøg er biochar.

"Princippet er meget enkelt, "Kan sagde." Mejeriet ville bare have brug for en reaktor af en anden størrelse for at opfylde dets omfang af gylleproduktion og energibehov. "

Dr. Sergio Capareda, en landbrugsingeniør fra AgriLife Research i College Station, bevist den pyrolytiske omdannelse af mælkemøg til syngas og biochar fra sit USDA-finansierede projekt, Sagde Kan. Kan planlægger at fremme dette koncept ved biologisk at omdanne syngas til butanol og bio-jet brændstof som alternative transportbrændstoffer, og udvikling af biochar-baserede processer til spildevandsrensning og drivhusgasregulering.

Flere andre forskere og ingeniører inden for Texas A&M -systemet samarbejder med Kan, og interessen for konceptet vokser blandt offentlige institutioner og private virksomheder.

Koncept til virkeligheden

Kan vil producere en lab-skala version af mejeriet med lukket sløjfe for at bestemme den nødvendige skala til applikation og eksperimenter på det nærliggende Southwest Regional Dairy Center i Stephenville, et privatejet arbejdende mejeri, der drives af Tarleton State University, der bruges til uddannelsesmæssige formål. Han håber at have et system, herunder pyrolysereaktoren, opererer på mejeriet inden for tre til fire år.

"At have mælkegården her giver en god mulighed for feltdata, "sagde han." Feltdemonstrationerne vil hjælpe os med at løse eventuelle problemer, der måtte opstå på de forskellige skalaer, der kan anvendes af kommercielle dyrehold. "

Mejeriet producerer mælk, der forarbejdes til forbrug og til produkter som ost og yoghurt og sælges i lokale købmandsforretninger.

Clay Dameron, mejeriets affaldschef, sagde mellem 300-400 køer malkes dagligt. Disse køer producerer gylle og spildevand, der behandles via et konventionelt lagunesystem. Omkring 90-130 tons faststoffer flyttes til nærliggende dyrkede marker og græsgange hver tredje uge, hvor det bruges som gødning. Behandlede væsker fra lagunen spredes via sprinklere i nærliggende marker.

Kan sagde, at han mener, at systemet med lukket kredsløb vil vise sig at være en logistisk og økonomisk levedygtig model for mælkeproducenter at implementere i fremtiden. Han forventer, at hans pilotprojekt på det regionale mejeri vil producere data, der vil tiltrække mere interesse og investeringer fra offentlige institutioner og private virksomheder.

”Det er meget spændende, "sagde han." Jeg ser frem til at arbejde sammen med mine samarbejdspartnere og kolleger for at gøre dette koncept til en realitet, der kan ændre den måde mejerier fungerer på ved at levere en selvbærende, miljøvenlig model. "