康涅狄格河从佛蒙特州的绿山和新罕布什尔州的怀特山脉之间穿流而过，流入马萨诸塞州的中心地带，丹妮丝·巴斯托·曼兹 (Denise Barstow Manz) 站在风中，审视着她的家人耕种了 217 年的土地。
“我们拥有全世界最好的土壤，”Barstow Manz 说。“它叫做哈德利淤泥壤土。” 她解释了位于河流和霍约克山山脉之间的富饶的康涅狄格河冲积平原如何为她 1800 年代的祖先提供营养丰富的*草烟**、芦笋、扫帚玉米和南瓜，以及现在如何为当前农场的 600 家奶牛场种植干草和玉米奶牛。
她的父亲 David Barstow 与他的兄弟 Steve Barstow 以及他的侄女和侄子 Shannon 和 Steve II 共同拥有这个农场。大卫是“特殊项目的主管”，他的女儿开玩笑说。“任何时候我们做任何不寻常的事情，这几乎总是，爸爸是负责人。”
Denise Barstow Manz 和她的父亲 David Barstow 是家族中的第七代和第六代奶农
2000年代初，当牛奶价格暴跌，各地奶牛场都想方设法多元化发展时，巴斯托夫妇开始思考如何活下去。他们决定充分利用奶牛大量生产的一种未被充分利用的商品，并建造一种叫做厌氧消化池的东西——基本上是一座以粪便为燃料的发电厂。
这是一项对环境产生深远影响的商业决策。奶牛产奶，但它们四个胃腔之一中的微生物也会产生甲烷。它们从嘴里喷出甲烷，当成山的粪便堆积在无氧的泻湖或坑中时，微生物也会在那里继续产生甲烷。
全球气候政策并未像关注二氧化碳那样关注甲烷，部分原因是甲烷仅在大气中停留约 12 年，而二氧化碳则存在几个世纪。但根据联合国环境规划署 (UNEP) 的数据，甲烷在使大气变暖方面比二氧化碳更有效许多倍，而且其浓度一直在迅速增加。有趣的是，许多减少甲烷的措施都具有低运营成本或很快收回成本。那是因为捕获的甲烷可以用作动力。
在 Barstows 的牛棚前有一个 550,000 加仑的地下水箱，每年约有 9,000 吨粪便从牛棚流入。在那里，它在加热到 95 至 105 华氏度的无氧环境中混合。微生物分解粪便中的有机物质，机器捕获过程中产生的沼气。管道将甲烷输送到农场的两台发动机中的一台，燃烧甲烷以产生热量和电力。这提供了农场的所有供暖需求。消化后剩下的有机物用作田间肥料，大大提高了作物产量。随着俄罗斯入侵乌克兰以来化肥价格的波动，免费化肥是一种受欢迎的成本节约方式。
2013 年首次安装在 Barstow 物业的黑色覆盖沼气池，后来由 Vanguard Renewables 进行了扩建
史蒂夫·巴斯托 (Steve Barstow) 铲出粪便，粪便将被移入斜槽，然后输送到厌氧消化池
“当你谈论可持续性时，你必须谈论土壤健康和水质等等，但你也必须谈论能够盈利，”Barstow Manz 说，将微风吹过的头发推回她的马尾辫。几头牛躺在农场商店前的田野上反刍。六月的那个多云的日子里，刮着稳定的风，农场商店的钟声叮当作响。然而，吹过农场的空气闻起来……什么都没有。
沼气池把所有的粪便都变成了钱。
三五十亿年前——那时地球还是一堆地壳和海洋——空气中的甲烷含量大约是今天的 1000 倍。科学家们认为，早期的微生物通过在它们开展业务时释放甲烷来帮助温暖新星球。当时的太阳只有当时的 70% 或 80% 明亮，海洋应该已经结冰了。但一些科学家认为，由于甲烷和其他温室气体吸收的热量，它们没有。
一个甲烷分子有一个碳原子，周围环绕着四个氢原子。麻省理工学院的环境化学家 Desirée Plata 将其比作一个有四肢的人。“他们有很多不同的移动方式，”普拉塔说。“我想说甲烷有很好的舞蹈动作，所以它有这些振动和旋转模式，它的原子围绕中心原子移动。”
当紫外线和可见光波到达地球表面时，地面会吸收它们并将能量以红外辐射或热量的形式向上传送。普拉塔说，甲烷抓住了这种能量，并将其中的一部分困在大气中。二氧化碳分子吸收的红外辐射不如甲烷。“甲烷，分子对分子或磅对磅，在吸收试图离开地球的外发能量方面要好得多，”普拉塔说。“因此，相对于二氧化碳，一点点甲烷就会造成很大的损害。”
每年排放的甲烷中约有三分之一来自自然资源，尤其是湿地，它们会排放出数以百万吨计的甲烷。产甲烷细菌也在热液喷口和温泉中大量繁殖。但如今排放到空气中的大部分甲烷是由人类活动产生的。石油、天然气和煤炭开采基础设施约占人为甲烷排放量的 35%；人类排泄物和垃圾填埋场贡献了另外 20%。
其余大部分由农业生产。杜克大学地球科学家、气候与清洁空气联盟科学顾问小组主席德鲁·辛德尔说：“到目前为止，我们已经看到世界各地的牲畜数量在过去几十年里一直在无情地增长。”联合国环境规划署。如果没有任何改变，到 2030 年，人为造成的甲烷排放量预计将比 2010 年的水平增加 15% 以上。
由于人类排放到大气中的许多甲烷来自废弃物和漏水的基础设施，因此它比二氧化碳更容易减少，二氧化碳是重要机器和发电厂燃烧的副产品。由于甲烷只会在大气中停留大约 12 年，因此减少甲烷会带来快速的回报。Shindell 说：“如果你想在未来 20 到 30 年内切实减少人们的痛苦，那么甲烷是迄今为止最有效的手段。”他指出，火灾、热浪、洪水和干旱正在以更快的速度增加比气候科学家的最坏情况预测。在地面上，甲烷也会氧化形成臭氧，危害呼吸系统。
Shindell 的 2021 年联合国环境规划署全球甲烷评估 表明，从更好的粪便管理到捕获从能源基础设施中逸出的气体等多种策略的组合可以将人为造成的甲烷排放量减少高达 45%。根据联合国环境规划署的报告，人为造成的甲烷排放量减少 45% 将“避免 255,000 人过早死亡、775,000 次与哮喘相关的医院就诊、730 亿小时因极端高温造成的劳动力损失以及 2600 万 [公吨] 农作物损失“ 每年。
在农业方面，除非消费者开始少吃肉、少喝牛奶，否则奶牛打嗝产生的甲烷很难消除。粪便产生的甲烷虽然在牲畜排放中所占比例要小得多，但现在可以更有效地减少。
Vanguard Renewables 的联合创始人 John Hanselman 希望到 2026 年将他的公司扩大到包括 100 个沼气池
厌氧消化池还可以解决另一个问题：美国人将我们种植和生产的所有食物中的 30% 到 40% 扔掉——每年高达 8000 万吨。食物垃圾是被倾倒在市政垃圾填埋场中的最大类别，一些州的垃圾填埋场已经快用完了。2014 年，马萨诸塞州——根据环境保护署的数据，目前只有不到 10 个活跃的垃圾填埋场——禁止向每周生产一吨或更多的机构和企业倾倒食品和其他有机废物：杂货店、食品加工商、批发商和大型餐厅。自 2022 年 11 月起，该禁令甚至适用于产生半吨有机废物的机构。
在马萨诸塞州禁令之前，该州只有一个小型厌氧消化池。到 2020 年，共有 9 个，其中 5 个属于Vanguard Renewables。该公司的联合创始人约翰·汉塞尔曼 (John Hanselman) 于 2010 年代初首次关注厌氧消化池，当时他前往欧洲考察太阳能电池板技术。“我一直看到这些圆顶。我说，'这些是什么东西？他们说，‘这是一个厌氧消化池。我们采用有机材料和牛粪生产可再生能源。'”
回到波士顿后，Hanselman 决定与同事 Kevin Chase 一起成立一家新公司，专注于建造沼气池，但筹集资金很困难。“大型能源投资者就像，'是的，那行不通，我们不这样做，'”他回忆道。美国确实有一些沼气池，尤其是在废水处理设施和一些农场，但这项技术从未真正在美国本土流行起来。
随着像联合利华这样的大公司开始谈论食物浪费和碳足迹，Vanguard 购买了两个现有的粪便消化器（包括 Barstows 的），它们处理粪便的时间很短，并提高了它们的容量和效率。然后 Vanguard 在其他农场建造了沼气池。它还在马萨诸塞州的 Agawam 建立了一个回收设施，公司或餐馆将食物垃圾送到那里：托盘包装的食品、几十个半空的啤酒桶、堆积如山的盒装汤。一个螺旋压实机和一个公共汽车大小的锤式粉碎机将食品从包装中取出。该设施每天处理 100 吨食物，将其送到消化池中发电。
在马萨诸塞州 Agawam 的 Vanguard 设施中，食物垃圾通过机器将其与包装分开并将其变成泥浆
2013 年，Vanguard 开始每年从 Cabot Creamery 和 HP Hood 等当地公司用卡车将超过 24,000 吨食物垃圾运到 Barstows 的农场。“粪便实际上只是被消化过一次的食物垃圾，”美国沼气委员会执行董事帕特里克瑟法斯说。“所以，当你摄入根本没有被消化的食物垃圾时，它所含的能量是原来的 10 到 35 倍。” 仅将沼气池容积的 10% 分配给食物垃圾，沼气产量就会翻倍。“如果我们不回收这些食物垃圾，它就会被掩埋，”Serfass 说。
相反，发电机有助于将当地的食品和农业变成一个高效的循环。Barstow 农场的农作物拥有太阳能，奶牛可以吃这些来生产牛奶，Cabot Creamery 用来制作黄油。Cabot 将食物垃圾送回 Barstow 家，然后购买一些能源来帮助其黄油厂供电。废物被榨取资源，直到它没有什么可以提供的。沼气池每年向电网输送超过 6,000 兆瓦时的电力，足以为 550 户家庭供电。美国沼气委员会估计，全国至少可以建造 15,000 个这样的厌氧消化系统。
Vanguard 不会透露它通过销售能源和从食品公司收取的费用赚了多少钱。但它现在与全国 130 个农场签订了合同，全国正在进行的项目达 8 亿美元。在过去的一年里，它的员工人数增加了两倍。
“400 年来，这个国家捡起垃圾，要么把它埋在一个洞里，要么把它烧掉。当人们在我们之前尝试这样做时，他们直接撞上了一个不想改变的行业的一堵砖墙，”Hanselman 说。“我们试图对其定价，以便我们可以让人们破坏他们一直在做的事情。”
当这种方法被放大时会发生什么？马萨诸塞州有 9,500 头奶牛，每年生产 2 亿磅牛奶。相比之下，美国最大的牛奶生产地加利福尼亚州拥有 170 万头奶牛，每年生产 420 亿磅牛奶。 特别是在农业圣华金河谷，许多农场都是集中的动物饲养场或 CAFO，700 多头奶牛被限制在一个小区域，粪便经常被扔进坑或泻湖。
2016 年，加州立法机构通过了一项法案，要求该州到 2025 年将有机废物的处理量从 2014 年的水平减少 75%，到 2030 年将乳制品和牲畜的甲烷排放量从 2013 年的水平减少 40%。乳制品沼气池项目，其中大部分流向了三个建立在大型奶牛场上的沼气公司。加利福尼亚州允许厌氧消化池生产的气体不仅可以出售，还可以在用作汽车燃料时产生信用额度。加州的沼气池可以在三年多一点的时间内收回成本，同时大幅减少 CAFO 的甲烷排放量。
一些环保组织对此表示质疑。他们承认沼气池有助于减轻损害，但担心补贴会鼓励 CAFO 继续污染空气和水、过度使用激素和虐待动物。他们争辩说，减少甲烷的最简单方法是保持小型农场并将粪便暴露在空气中。（如果不将粪便放入坑或泻湖中，氧气会阻止产甲烷菌存活。）许多环保主义者还希望看到人们食用更少的肉类和奶制品。
汉塞尔曼自称是“塞拉俱乐部的老家伙”，他从朋友那里听到过这些抱怨。他反驳说：“嘿，伙计们，你们可以忽略这个或者希望它消失；他们不会离开。让我们解决这个问题，并尝试与业界合作，制定一个解决方案，让我们作为一个国家处于更好的位置。”
燃烧沼气池中的甲烷天然气也会排放副产品二氧化碳，尽管比燃烧燃料油或煤炭要少得多。由于二氧化碳是一种比甲烷弱得多的温室气体，燃烧甲烷对地球的加热远低于让它漂浮在大气中而不受影响。“不幸的是，在未来 20 年内没有可能替代天然气的替代品，”Hanselman 说。他说，填充管道的甲烷也可能来自实际减少排放的非化石能源，并与所有其他可再生能源一起使用。加利福尼亚州的结果非常引人注目：由加利福尼亚州的沼气池补助金资助的项目将吸收的温室气体相当于每年从道路上减少近 500,000 辆汽油动力汽车。
第三代农民丹妮尔·古德里奇·金格拉斯 (Danielle Goodrich Gingras) 再前往佛蒙特州索尔兹伯里 (Salisbury) 的农场看望奶牛时，路过一个嗡嗡作响的谷仓红色厌氧消化池。初夏的阳光明媚，崭新的小发电厂熠熠生辉。一名 Vanguard 代表也在场，他解释说该工厂于 2021 年上线，现在是东北地区最大的厌氧工厂。其两个 925,430 加仑沼气池产生的天然气在现场进行净化并输送到佛蒙特州的管道中。
第三代农民丹妮尔·古德里奇·金格拉斯 (Danielle Goodrich Gingras) 再前往佛蒙特州索尔兹伯里 (Salisbury) 的农场看望奶牛时，路过一个嗡嗡作响的谷仓红色厌氧消化池。初夏的阳光明媚，崭新的小发电厂熠熠生辉。一名 Vanguard 代表也在场，他解释说该工厂于 2021 年上线，现在是东北地区最大的厌氧工厂。其两个 925,430 加仑沼气池产生的天然气在现场进行净化并输送到佛蒙特州的管道中。
佛蒙特州索尔兹伯里古德里奇农场的沼气池。当微生物产生甲烷气体时，每个罐都覆盖着膨胀成圆顶的材料
在 Goodrich 农场，破旧的涉水者挂在从牛棚运出粪便的管道上。然后将其分离成厌氧消化池的成分
由于废物输入各不相同，这取决于被丢弃的东西，因此不断调整添加剂和速度以促进最大甲烷产量
通过与 Vanguard 合作，农民减轻了建设和运营负担，但仍然获得了显着收益。他们的粪便处理方式可减少进入当地流域的养分流失，这是由国家监管的。邻居们很高兴，因为几乎没有异味。消化池中的固体植物纤维副产品可以用作奶牛的垫料（锯末的价格不断上涨），液体消化物富含氮，是极好的肥料。农场从 Vanguard 那里获得 20 年的保证租赁付款，一些农场还从他们的能源供应商那里获得信贷。
Peter Melnik 是马萨诸塞州迪尔菲尔德的*四代第**农民，他很早就与 Vanguard 合作建造了一个沼气池。“对我来说，可持续发展意味着不从俄罗斯进口氮气，不依赖外部锯木厂提供垫料，成为更好的邻居，因为我们没有向我们的田地添加肥料，”他说。“我也从未感到与我的社区和食品系统如此紧密相连。知道我们生产的电力足以为这个社区的几乎每个家庭供电，这让我感觉非常好。”
几个月后，在一个潮湿的九月早晨，浓雾笼罩着巴斯托挤奶谷仓后面山腰的树木。一辆油罐车停在附近，其废物流入沼气池。这家人即将收割第五茬用沼气池中的有机物施肥的干草。“我们过去只有四个，”Barstow Manz 说，“但由于有了厌氧消化池，我们现在只有五个。”
牛奶公司运往古德里奇农场的一批废料被倒入水解器，这是消化过程的第一步
在佛蒙特州索尔兹伯里的古德里奇农场，一头母牛从谷仓的一个洞里偷看。
随着天气越来越冷，谷仓的两侧开始倒塌，全家人的注意力从种植农作物转向维护冬季设备。奶牛很满足，用粪便喂养沼气池。正如 David Barstow 所说，“我们并没有变得富有，但这就像我们所做的其他事情一样。这一切都增加了底线。”
Barstow 家族在这片土地上耕耘了 217 年，Barstow Manz 一直在考虑下一代，也就是第八代——她堂兄弟的孩子和她自己未来的孩子。“我们必须继续适应和调整，”她说。冬天来了，但他们会没事的，即使是在困难时期。消化器将使它们保持温暖。