Η αξία του μεθανίου από την κοπριά αγελάδων

Το μεθάνιο είναι το δεύτερο σε εκπομπές αέριο του θερμοκηπίου μετά το διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Οι ρέπες των βοοειδών και η κοπριά αποτελούν σημαντική πηγή εκπομπών μεθανίου- οι διαρροές φυσικού αερίου και οι χώροι υγειονομικής ταφής αποτελούν άλλες σημαντικές πηγές. Οι περισσότερες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα παράγονται από την καύση ορυκτών καυσίμων.

Η Καλιφόρνια στοχεύει σε μείωση των εκπομπών μεθανίου σε ολόκληρη την πολιτεία κατά 40% κάτω από τα επίπεδα του 2013 έως το 2030. Είναι πολύ δύσκολο να μειωθούν οι ρέπες των βοοειδών, οπότε η πολιτεία έχει επικεντρωθεί στις εκπομπές κοπριάς, κυρίως με την επιδότηση της εγκατάστασης και λειτουργίας αναερόβιων χωνευτήρων.

Οι γαλακτοπαραγωγοί πλένουν την κοπριά σε λιμνοδεξαμενές, όπου τα μικρόβια τρέφονται με το περιεχόμενό της και εκπέμπουν μεθάνιο. Οι αναερόβιοι χωνευτές συλλαμβάνουν το μεθάνιο, εμποδίζοντάς το να διαφύγει στην ατμόσφαιρα, όπου θα συνέβαλε στην υπερθέρμανση του πλανήτη.

Επιπλέον, το αέριο που συλλαμβάνεται μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί για φυσικό αέριο για τη μεταφορά ή την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Έχουν οριστεί οι επιδοτήσεις αυτές στη σωστή τιμή; Σε αυτό το άρθρο, απαντώ σε αυτό το ερώτημα και επικαιροποιώ την ανάλυσή μου από το 2021 και το 2022 σχετικά με την αξία της κοπριάς γαλακτοπαραγωγών αγελάδων. Κατά τη διαδικασία αυτή, διατυπώνω τρία σημεία.

* Το κόστος ενός αναερόβιου χωνευτήρα είναι 10 φορές μεγαλύτερο από την αγοραία αξία του αερίου που παράγει

* Οι αναερόβιοι χωνευτές είναι πολύτιμοι επειδή αποτρέπουν τις εκπομπές μεθανίου, αλλά είναι ακριβοί

* Το κέρδος από τους χωνευτήρες αλλάζει δραματικά με την πάροδο του χρόνου λόγω των διακυμάνσεων στην αξία των πιστωτικών μονάδων στο πρότυπο καυσίμων χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα της Καλιφόρνιας

Παρουσιάζουμε τα πρώτα αυτά τα σημεία και τα σχετικά διαγράμματα. 

1. Το κόστος ενός αναερόβιου χωνευτήρα είναι 10 φορές μεγαλύτερο από την αγοραία αξία του αερίου που παράγει.

Η αγοραία αξία του αερίου που παράγεται από έναν αναερόβιο χωνευτή είναι περίπου 128 δολάρια ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως. Ο χωνευτής κοστίζει περίπου 1.130 δολάρια, αποτελούμενο από 490 δολάρια σε κόστος κεφαλαίου, 440 δολάρια σε λειτουργικό κόστος και 200 δολάρια σε κόστος μεταφοράς με φορτηγά, εάν δεν είναι δυνατή η απευθείας σύνδεση με αγωγό φυσικού αερίου.

Αν είναι τόσο άχρηστοι, γιατί οι άνθρωποι ξοδεύουν εκατομμύρια δολάρια για την εγκατάσταση αναερόβιων χωνευτών σε γαλακτοκομικές φάρμες;

2. Οι αναερόβιοι χωνευτές είναι πολύτιμοι επειδή αποτρέπουν τις εκπομπές μεθανίου, αλλά είναι ακριβοί 

Χρησιμοποιώντας την τυπική μέθοδο που χρησιμοποιεί η CARB για την αποτίμηση της μείωσης των εκπομπών μεθανίου, γνωστή ως GWP100, η αποτροπή της διαφυγής μεθανίου από την κοπριά στην ατμόσφαιρα αξίζει 1.300 δολάρια ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως. Προσθέστε τα έσοδα από την πώληση του αερίου και τα οφέλη των αναερόβιων χωνευτών υπερβαίνουν το κόστος τους κατά περίπου 300 δολάρια.

Χρησιμοποιώντας μια εναλλακτική μέθοδο για να ληφθεί υπόψη η βραχύβια διάρκεια ζωής του μεθανίου στην ατμόσφαιρα, γνωστή ως GWP*, η αξία της αποτροπής των εκπομπών μεθανίου είναι περίπου 420 δολάρια ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως και τα οφέλη των αναερόβιων χωνευτών είναι πολύ χαμηλότερα από το κόστος τους. Προτιμώ το GWP*, αλλά υπάρχει έντονη επιστημονική συζήτηση για το θέμα αυτό.

Το GWP* υπονοεί ότι οι χωνευτές είναι πολύ ακριβοί σε σχέση με τα οφέλη τους. Επομένως, είναι σημαντικό να βρεθούν τρόποι για να μειωθεί το κόστος του μετριασμού των εκπομπών μεθανίου.

3. Το κέρδος από τους χωνευτήρες μεταβάλλεται δραματικά με την πάροδο του χρόνου λόγω των διακυμάνσεων στην αγορά πιστώσεων LCFS

Τρία κυβερνητικά προγράμματα παρέχουν κίνητρα για την κατασκευή και λειτουργία αναερόβιων χωνευτών. Τα προγράμματα αυτά προσφέρουν ουσιαστικά επιδοτήσεις για την αποζημίωση των παραγωγών για την αξία του μεθανίου που αποτρέπεται.

Πρώτον, χρησιμοποιώντας τα έσοδα από το κρατικό πρόγραμμα cap and trade, το Υπουργείο Τροφίμων και Γεωργίας της Καλιφόρνια προσφέρει επιχορηγήσεις για την κάλυψη του κόστους κεφαλαίου της κατασκευής χωνευτών. Οι επιχορηγήσεις αυτές μπορούν να καλύψουν έως και το ήμισυ του κόστους.

Το CDFA έχει εκδώσει επιχορηγήσεις ύψους 218 εκατ. δολαρίων σε 134 έργα από το 2015. 

Δεύτερον, μέσω του προτύπου καυσίμων χαμηλών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (LCFS) της πολιτείας, οι φορείς εκμετάλλευσης χωνευτών μπορούν να κερδίσουν μονάδες από την πώληση του αερίου τους για χρήση σε καύσιμα μεταφοράς.

Το LCFS απαιτεί οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ανά μονάδα ενέργειας να μειώνονται με την πάροδο του χρόνου. Αυτό επιτυγχάνεται απαιτώντας από τους παραγωγούς βρώμικων καυσίμων, όπως η βενζίνη και το ντίζελ, να αγοράζουν μονάδες από τους παραγωγούς καθαρών καυσίμων, όπως το βιοαέριο γαλακτοκομικών προϊόντων, το ανανεώσιμο ντίζελ, η αιθανόλη και η ηλεκτρική ενέργεια. (Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με το LCFS δείτε αυτό το άρθρο Ag Data News. Ή αυτό.

Τέλος, οι πωλητές βιοαερίου γαλακτοκομικών προϊόντων παράγουν μονάδες στο ομοσπονδιακό πρότυπο ανανεώσιμων καυσίμων (RFS), τις οποίες μπορούν να πουλήσουν σε διυλιστήρια πετρελαίου που τις χρειάζονται για τη συμμόρφωση στο εν λόγω πρόγραμμα.

Από τα μέσα του 2018 έως το 2021, τα έσοδα από τους χωνευτήρες ήταν περίπου διπλάσια από το κόστος, κυρίως λόγω του LCFS. Αυτές ήταν καλές εποχές για να δραστηριοποιηθεί κανείς σε αυτή την επιχείρηση.

Η τιμή των πιστωτικών μονάδων LCFS έχει μειωθεί καθώς η αγορά έχει πλημμυρίσει με ανανεώσιμο ντίζελ, οπότε τα νέα έργα χωνευτήρων βρίσκονται σήμερα πολύ πιο κοντά στο σημείο νεκρού σημείου. Στις αρχές του 2023, τα έσοδα των χωνευτήρων εκτιμώνται σε 1164 δολάρια ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως, σε σύγκριση με το κόστος των 885 δολαρίων, χωρίς να περιλαμβάνεται η επιχορήγηση της CDFA. 

Τα έσοδα από τους χωνευτήρες ήταν σημαντικά υψηλότερα από την αξία για την κοινωνία από την αποτροπή των εκπομπών μεθανίου, ειδικά αν μετρήσουμε την αξία χρησιμοποιώντας το GWP*. Αυτό σημαίνει ότι η κοινωνία υπερπληρώνει για αυτές τις μειώσεις του μεθανίου.

Το κόστος καταβάλλεται από τους παραγωγούς βενζίνης και ντίζελ, οι οποίοι αγοράζουν μονάδες LCFS και μετακυλύουν το κόστος στους καταναλωτές με τη μορφή υψηλότερων τιμών καυσίμων.

Οι αναερόβιοι χωνευτές έχουν γίνει πολύ λιγότερο κερδοφόροι το τελευταίο έτος, αλλά αυτό θα αλλάξει αν οι τιμές των πιστώσεων LCFS αυξηθούν ξανά. Με βάση τον τρόπο που προτιμώ για την ποσοτικοποίηση των εκπομπών μεθανίου (GWP*), η αξία των πιστωτικών μονάδων του προγράμματος καυσίμων παραμένει υψηλότερη από την εκτιμώμενη ζημία που θα προκαλούσαν οι αποφευχθείσες εκπομπές μεθανίου. Θα ήταν πιο αποδοτικό αν η αξία των πιστωτικών μορίων του προγράμματος αντιστοιχούσε στην αξία του μεθανίου που αποτράπηκε. 

Ακόμη καλύτερα θα ήταν αν το κόστος του μετριασμού των εκπομπών μεθανίου υπολογιζόταν στους αγρότες, όπως προσπαθεί να κάνει η Νέα Ζηλανδία. Το κόστος θα μετακυλιόταν στους καταναλωτές με τη μορφή υψηλότερων τιμών στο γάλα και τα γαλακτοκομικά προϊόντα, αντί να επιβαρύνει τους καταναλωτές βενζίνης και ντίζελ.

Η πρόκληση με αυτή την "ιδανική" πολιτική είναι ότι μπορεί να ωθήσει τους γαλακτοπαραγωγούς να μετακομίσουν σε άλλη πολιτεία όπου οι εκπομπές τους δεν θα ρυθμίζονται, γεγονός που θα αναιρούσε τον σκοπό της πολιτικής.

Λεπτομέρειες υπολογισμού

Κόστος. Σύμφωνα με τα στοιχεία που παρείχε η Maas Energy σε επιστολή της προς το Συμβούλιο Αέριων Πόρων της Καλιφόρνια, η κατασκευή ενός χωνευτήρα με καλυμμένη λιμνοδεξαμενή το 2023 σε ένα γαλακτοκομείο με 2.500 αγελάδες που αρμέγουν και βοηθητικό ζωικό κεφάλαιο θα κόστιζε 8,6 εκατ. δολάρια.

Αυτό είναι σημαντικά μεγαλύτερο από την εκτίμηση των 4,6 εκατ. δολαρίων που χρησιμοποίησα σε προηγούμενα άρθρα μου. Το υψηλότερο κόστος κεφαλαίου οφείλεται εν μέρει στο πέρασμα του χρόνου (οι προηγούμενες εκτιμήσεις είναι σχεδόν δεκαετίας), στις περισσότερες αγελάδες (2.500 έναντι 2.000) και στο γεγονός ότι τα νεότερα έργα τείνουν να βρίσκονται μακρύτερα από τους αγωγούς φυσικού αερίου. 

Αποσβεσμένο σε 10 χρόνια με επιτόκιο προεξόφλησης 7%, το κόστος κεφαλαίου ισούται με 490 δολάρια ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως (8600000*0,07/(1-1/1,07^10)/2500).

Το λειτουργικό κόστος ανέρχεται σε 1,1 εκατ. δολάρια ετησίως συν επιπλέον 500.000 δολάρια εάν το έργο δεν μπορεί να συνδεθεί με αγωγό και πρέπει να μεταφέρει το αέριο με φορτηγό σε υπάρχουσα βρύση αγωγού κοινής ωφέλειας.

Έτσι, έχουμε 440 δολάρια ανά έτος αρμεκτικών αγελάδων σε λειτουργικό κόστος συν 200 δολάρια για τη μεταφορά με φορτηγό αν χρειαστεί. Αυτός ο αριθμός κόστους είναι υψηλότερος από τα 294 δολάρια ανά αγελάδα που χρησιμοποιούσα σε προηγούμενα άρθρα μου.

Έσοδα. Ο χωνευτής στην επιστολή της Maas Energy θα παράγει 45.000 MMBtu αερίου ετησίως. Η επιστολή υποθέτει ότι υπάρχουν 2.500 αγελάδες γαλακτοπαραγωγής στο τυροκομείο και 500 άλλες (π.χ. ζώα αντικατάστασης). Έτσι, ο χωνευτής παράγει 15 MMBtu ανά αγελάδα στην εγκατάσταση ή 18 MMBtu ανά αγελάδα αρμέγματος. Στα προηγούμενα άρθρα μου, υπέθεσα ότι κάθε αγελάδα παρήγαγε 22,5 MMBtu ετησίως, το οποίο ήταν πολύ υψηλό επειδή χρησιμοποίησα έναν αριθμό από ένα σύστημα ροής με βύσμα και όχι από ένα σύστημα καλυμμένης λιμνοδεξαμενής.

Η τιμή του φυσικού αερίου μπορεί να παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις. Χρησιμοποίησα τη μέση τιμή της πύλης της πόλης των ΗΠΑ επειδή έχει καλύτερη κάλυψη από τη μέση τιμή της πύλης της Καλιφόρνιας.

Για το ραβδόγραμμα του 2023, χρησιμοποίησα 7,11 δολάρια ανά χίλια κυβικά πόδια, η οποία ήταν η μέση τιμή της πύλης της πόλης των ΗΠΑ τον Ιανουάριο του 2023 και η οποία συνεπάγεται έσοδα 128 δολαρίων ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως. Η πιο πρόσφατη τιμή στην πύλη της Καλιφόρνιας που ανέφερε η EIA ήταν 7,08 δολάρια τον περασμένο Νοέμβριο.  Έκτοτε, οι τιμές αυξήθηκαν και επανήλθαν, οπότε η τρέχουσα αγοραία αξία του φυσικού αερίου είναι πιθανότατα χαμηλότερη από αυτή.

Κοινωνικό κόστος άνθρακα/μεθανίου. Η πιο πρόσφατη εκτίμηση του κόστους που συνεπάγεται για την κοινωνία η εκπομπή ενός τόνου CO2 είναι 185 δολάρια. Ο αριθμός αυτός είναι σε δολάρια του 2020. Ο υπολογισμός του πληθωρισμού το ανεβάζει στα 215 δολάρια το 2023.

Το μεθάνιο επηρεάζει το κλίμα διαφορετικά από το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) που εκπέμπεται από την καύση ορυκτών καυσίμων. Αρχικά είναι πιο ισχυρό, αλλά το μεγαλύτερο μέρος της επίδρασής του εξαφανίζεται μετά από 20 χρόνια.

Η εκπομπή μιας λίβρας μεθανίου θερμαίνει το κλίμα παρόμοια με 128 λίβρες CO2 που εκπέμπονται σήμερα και 120 λίβρες CO2 που αφαιρούνται από την ατμόσφαιρα σε 20 χρόνια από σήμερα. Πρέπει να μετατρέψουμε αυτούς τους δύο αριθμούς (128 και -120) σε μια ισοδύναμη ποσότητα CO2 που εκπέμπεται σήμερα.

Η συνήθης μέθοδος είναι να υπολογίσουμε το μέσο όρο του δυναμικού θέρμανσης του αερίου για 100 χρόνια, πράγμα που σημαίνει ότι μια λίβρα μεθανίου που εκπέμπεται σήμερα είναι ισοδύναμη με 25 λίβρες άνθρακα που εκπέμπονται σήμερα. Αυτό κάνει η CARB.

Χρησιμοποιώντας τους τύπους της CARB, ο χωνευτής στην επιστολή της Maas Energy έχει ένταση άνθρακα -355 γραμμάρια ισοδύναμου CO2 ανά μεγατζάουελ ενέργειας, δηλαδή αποτρέπει 355 gCO2e/MJ εκπομπών.

Χρησιμοποιώντας το GWP, η αξία των αποφευγόμενων εκπομπών μεθανίου είναι 215*355*1055*(45000/2500)*0,9*/1000000 = $1306 ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως.  Χρησιμοποιώ τις ακόλουθες παραδοχές:

Το κοινωνικό κόστος του CO2 το 2023 = 215 δολάρια ανά μετρικό τόνο.

αντιστάθμιση CO2 = 355 γραμμάρια ανά MJ

ενεργειακή πυκνότητα του CNG = 1055 MJ ανά MMBtu

δεσμευμένο αέριο = 45000/2500 MMBtu ανά αγελάδα αρμέγματος

λόγος ενεργειακής απόδοσης = 0,9

γραμμάρια ανά μετρικό τόνο = 1000000

Για να χρησιμοποιήσουμε το GWP*, χρειαζόμαστε επίσης μια εκτίμηση της κοινωνικής αξίας της απομάκρυνσης του CO2 από την ατμόσφαιρα σε 20 χρόνια από σήμερα, και στη συνέχεια πρέπει να προεξοφλήσουμε αυτή την αξία στο παρόν.

Ας υποθέσουμε ότι το κοινωνικό κόστος του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνεται με το επιτόκιο προεξόφλησης, δηλαδή η παρούσα αξία του κοινωνικού κόστους του διοξειδίου του άνθρακα το 2043 ισούται με 215 δολάρια. Έτσι, 128 λίβρες CO2 που εκπέμπονται σήμερα και 120 λίβρες CO2 που απομακρύνονται το 2043 έχουν την ίδια αξία με 8 λίβρες CO2 που εκπέμπονται σήμερα. 

Έτσι, η χρήση του GWP* συνεπάγεται μια αξία 8/25 φορές μεγαλύτερη από την αξία με τη χρήση του GWP, και (8/25)*1306 = $418 ανά αγελάδα αρμέγματος ετησίως.

Πιστωτικές αξίες.  Οι μονάδες LCFS βασίζονται στη διαφορά μεταξύ του προτύπου έντασης άνθρακα (89,15 το 2023) και της έντασης άνθρακα του χωνευτήρα (-355 στο παράδειγμά μας). Έτσι, η αξία της πίστωσης LCFS είναι (45000/2500)*(CI+355)*0,9*1055*(προσαρμοσμένη στον πληθωρισμό τιμή πίστωσης LCFS)/1000000 ανά αγελάδα γαλακτοπαραγωγής ετησίως.

Οι πιστώσεις RIN βασίζονται στον όγκο του καυσίμου και όχι στις εκτιμώμενες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα στον κύκλο ζωής του. Το βιοαέριο γαλακτοπαραγωγής παράγει 11,727 RIN ανά MMBtu, οπότε η αξία των RIN είναι (45000/2500)*11,727*(προσαρμοσμένη στον πληθωρισμό τιμή πίστωσης RIN) ανά αγελάδα αρμέγματος ανά έτος.