В середине прерии Миннесоты находится Маделия, город с населением чуть более 2300 человек, со всех сторон окруженный милями на мили коричневой почвы, сложенной аккуратными рядами. Если бы вы летели туда на самолете, Маделия выглядела бы как пуговица, вшитая в середину лоскутного одеяла - каждая ферма была разделена на поля в форме квадратов и кругов, окаймленных бледно-желтыми гравийными дорогами и узкими полосками ярко-зеленой травы. которые растут рядом с ручьями и дренажными канавами.
Когда жители такого города, как Маделия, думают о будущем энергии, решения, которые они придумывают, неудивительно сосредоточены на земле и на том, что она может вырастить. Однако в Маделии эти решения выглядят немного иначе, чем вы могли бы ожидать. Когда маделианцы представляют себе будущее энергии, они не видят прерии, усеянной крупными заводами по переработке этанола, где кукуруза, выращенная сотнями фермеров, перерабатывается в топливо, которое будет продаваться по всей территории Соединенных Штатов. Вместо этого они думают о чем-то гораздо более местном. Маделия - небольшой город с крупным планом по производству топлива из местных материалов для местных рынков. От местной травы, которая легко растет в прерийной почве до остатков клювов и кусочков от близлежащей фабрики по производству куриных консервов, все, что может расти в радиусе 25 миль от города, является честной игрой.
Почему вообще консервативный город, населенный большим количеством фермерских семей, склонных к риску, захочет потратить приличное количество времени и денег на передовую альтернативную энергетику? Когда я отправился на Маделию, я с головой ушел в причину, даже не дойдя до самого города. Мое мгновение просветления произошло в нескольких милях от городской черты, на узкой асфальте 60-го шоссе, когда я подошел очень близко к тому, чтобы въехать в канаву.
Ветер начал бурный день, и к полудню он был явно в ярости, в то время как открытые пустые поля, окружавшие шоссе, не предлагали ничего, чтобы замедлить ветер. Одно это не было бы большой проблемой. Я вырос в Канзасе, и я знаю, как управлять автомобилем через бурю. Проблема заключалась в том, что я мог видеть перед собой - или, скорее, в том, что я не мог видеть. Из ниоткуда поднялось серое облако, чтобы парить над шоссе, глотая полуфургоны и переваривая их в бестелесные задние фонари. У меня едва хватило времени, чтобы понять, что я не смотрю на туман, прежде чем погрузиться в его гущу.
Солнце исчезло. Гравий упал на окна машины. Я не мог видеть ничего, что не было искусственно освещено. В панике я включил свои фары так же, как выгонял другую сторону песчаного тумана обратно в обычный, ветреный весенний день. «Облако» было сделано из грязи, и примерно в миле вверх по дороге, другая серая лента его растянулась по горизонту. Я прошел три или четыре из этих пылевых облаков, прежде чем достиг выхода к Маделии.
Даже в городе пыль не так легко победить. Я припарковал свою машину в центре города, под носом тента кинотеатра, и вышел в воздух, настолько текстурированный, что его можно было почти грызть. Пятна пыли застряли в моем солнцезащитном кресле. Когда я открыл рот, вошла песчинка.
Я поехал на Маделию, чтобы встретиться с Линдой Мешке, женщиной, которая стала движущей силой модели Маделии, и я оставил свой дом, одетый по этому случаю, одетый в аккуратную деловую одежду молодого репортера. Эти пылевые облака сбили меня с колышка. К тому времени, когда я прошел два квартала через центр Маделии, моя кожа стала розовой, а мои волосы превратились в свернутый рыжий вихрь, приклеенный на место под слоем грязи. Мешке, казалось, не возражал против моего плачевного состояния. Вместо этого она просто медленно кивнула и сказала: «Сегодня здесь немного ветрено».
В тот момент я все еще не совсем понял, что я видел. Я знал, что такие пылевые облака были связаны с эрозией почвы, но только когда я поговорил с Мешке, я смог соединить точки между пылью в моих волосах и целями модели Маделии.
В самом начале своего исследования я обнаружил, что люди склонны описывать Мешке в первую очередь. «Она действительно знает свое дело», - говорили они мне. «Она очень, очень умная женщина». Они, казалось, были в восторге от нее и немного напуганы, как если бы она была силой природы - в противоположность торнадо, она дует через город, оставляя все более упорядоченно, чем они. это было раньше. Из подержанных сообщений я ожидал встретить большую, медную Дельту Берк из леди. Вместо этого у Мешке оказалось спокойное, притягательное поведение хорошего старого фермера, которым она была в течение 25 лет. Она была толстой, с короткими каштановыми волосами, и ее рубашка в тропическом стиле с пуговицами была самой громкой вещью в ней, но она действительно знает, как выполнить работу - какой бы ни была эта работа. Бывшая инспектор по сельскому хозяйству графства, она занималась вопросами качества воды в сельской местности в 1988 году. В течение десятилетия она полностью изменила способ защиты воды в округах вокруг Маделии. До Мешке программы по водоснабжению в уездах были очень отделены друг от друга, даже если они разделяли один и тот же водораздел. Она запустила программу, которая рассматривала систему Blue Earth River - одну из самых грязных водных артерий Миннесоты - как единое целое, помогая идеям и деньгам пересекать границы округа. Общий подход привел к снижению загрязнения на 9 процентов к 2001 году.
Тембр голоса Мешке доносился, но ее руки были беспокойными - они ерзали, рисуя маленькие кружочки на блокноте. Она имела дело с небольшими, преднамеренными деталями, которые выполняли проекты общественных работ - скучный материал, для которого бюрократия была в основном изобретена. Тем не менее, она говорила на языке раздирающего мошенника, о том, чтобы выбросить старые пути и рискнуть новыми идеями. Именно эта часть личности Мешке заставила ее рассматривать мелкомасштабную местную энергию как решение как проблем с качеством воды, с которыми она боролась десятилетиями, так и угрозы эрозии почвы, которая привела к пыльным бурям, изводила мою поездку на Маделию. Мешке считал, что местная энергетика может решить обе эти проблемы, потому что она может дать фермерам возможность получать деньги за выращивание чего-то другого, кроме кукурузы.
Не заблуждайтесь, модель Маделии - это биотопливо, но не этанол. Мешке сказал, что этой части страны нужно меньше кукурузы, а не больше. В настоящее время кукуруза и, в меньшей степени, соевые бобы являются практически единственными растущими культурами. Кукуруза занимает более 45 процентов всех доступных сельхозугодий в южной части штата Миннесота, а также в некоторых частях штата Небраска, Индиана и Иллинойс - и почти каждый квадратный дюйм Айовы. В тех же районах, в зависимости от графства, соевые бобы растут от 15 до 45 процентов сельскохозяйственных угодий.
Внешне эта система может показаться немного нелогичной, но это просто специализация. Это ничем не отличается от фабрики, производящей только обувь вместо шкафа, заполненного различными предметами одежды. Стать экспертом по двум культурам легче, чем по 20, и вы можете расти больше за меньшие предварительные инвестиции. Также, честно говоря, кукуруза и соя окупаются. Существует большой промышленный спрос на те растения, которым брокколи не может соответствовать. Когда спрос падает, существуют также достаточные субсидии, чтобы гарантировать, что фермеры делают по крайней мере определенную цену за свои культуры, а правительственные деньги компенсируют ослабление рынка.
Недостатком является то, что эти две культуры, в частности кукуруза, не так хороши для качества почвы и воды, как для банковских счетов фермеров. Кукуруза - это жадное растение, которое нуждается в удивительном внимании для роста. Главным образом, кукурузе нужны удобрения и много. В 2007 году американские кукурузные фермеры использовали более 5 миллионов тонн азотных удобрений. Тем не менее, хотя кукуруза может иметь большой аппетит к растительной пище, она почти так же эффективна в «поедании», как малыш с миской спагетти. Вы знаете, что ребенок в конечном итоге будет носить столько еды, сколько съест, а кукурузное поле будет часто использовать всего лишь половину удобрений, которые он кормит. Остальные сидят на земле, пока не будут смыты дождем или орошением в ближайший ручей.
Кукуруза растет аккуратными небольшими рядами - с аккуратными маленькими корневыми системами, спрятанными под ними. В конце мая кукурузное поле все еще остается морем грязи, покрытой зелеными побегами, которые не намного больше, чем ваша обычная кучка базилика. Когда ветер начинает дуть, у верхнего слоя почвы нет шансов. Со времен рассвета кукурузы 19-го века около восьми вертикальных дюймов Айовы пропало без вести. Для людей, которые зарабатывают на жизнь тем, что они могут расти в верхнем слое почвы, это очень, очень плохо. Долгосрочная профессиональная опасность для фермеров Среднего Запада не более очевидна, чем когда вы отбираете частицы ценного верхнего слоя почвы из кожи, волос и зубов. Пыльные бури, через которые я проехал на Маделию, были продуктом выращивания кукурузы. Моя машина была затерта в потерянном будущем сельского хозяйства США.
Мешке показалось, что она нашла ключ к спасению лугопастбищных угодий Америки: третьи культуры. Это был ее термин для всего, что не является кукурузой или соей. Был дополнительный кредит, если он родной и многолетний. Ее идея не была уникальной. Некоторые фермеры уже используют систему «третьего урожая», вращая поля через кукурузу, сою и люцерну или третье сено, что помогает сохранить почву здоровой и снижает потребность в удобрениях. И все же Мешке хотел пойти дальше. Во-первых, она способствовала посадке более широкого сорта третьих культур. Когда в одном регионе выращивается много разных растений, это становится все меньше Club Med для видовоспецифических вредителей, что означает снижение потребности фермеров в покупке дорогих пестицидов. Мешке также хотел, чтобы фермеры высаживали третьи посевы на какую-то землю, а не только по графику севооборота. Земля с серьезным дефицитом питательных веществ, склоны или рыхлый верхний слой почвы, а также земли, расположенные рядом с ручьями и дренажными канавами, могут извлечь выгоду из плотных, сохраняющих воду и почву корневых систем многолетних растений.
Проблема Мешке состояла в том, чтобы сделать третий урожай достаточно прибыльным, чтобы фермеры действительно хотели его выращивать. Многолетние растения, родом из прерий Миннесоты - в основном, различные виды высоких трав - довольно дешевы в выращивании и экологически чистые, потому что им не нужно много удобрений или орошения, но они также не стоят очень дорого. Именно здесь интерес Мешке к качеству воды и здоровью почвы соответствовал ее интересу к местной энергии. На самом деле нет никаких денег, которые можно заработать на выращивании третьего урожая для защиты верхнего слоя почвы или очистки загрязненного водотока. Между тем, крупномасштабное производство биотоплива, которое в настоящее время означает кукурузный этанол, только усугубляет эти экологические проблемы. Вы могли бы выращивать местные травы и превращать их в топливо. Технология уже существует. На самом деле, есть много разных способов сделать эту работу. Проблема в том, что до сих пор никто не смог сделать ни один из этих методов финансово жизнеспособным в больших масштабах - такую систему, которая позволила бы крупным компаниям на Среднем Западе производить бочки и бочки с топливом для использования по всей стране. Для большинства людей это означает, что биотопливо без кукурузы просто еще не готово к реальному миру. Линда Мешке, с другой стороны, посмотрела на ту же проблему и спросила: «Почему люди в Маделии должны беспокоиться о том, достаточно ли энергии во Флориде?»
Мешке подумал, что небольшой нефтеперерабатывающий завод, который мог бы платить фермерам за третий урожай, создавать рабочие места для не фермеров и производить достаточно топлива, чтобы продавать его в этом небольшом регионе Миннесоты, подойдет. Особенно, если цены на бензин продолжали расти. Если это не было жизнеспособным, сказала она, ты можешь стать еще меньше. Даже возможности производить топливо для себя - шанс сэкономить деньги, а не заработать их - может быть достаточно, чтобы привлечь еще как минимум несколько фермеров, выращивающих третьи культуры. Мешке поддерживает местную энергетику, потому что в масштабе, на котором работает биотопливо из луговой травы, и потому что сейчас он предлагает наилучшие возможности для запуска модели Маделии.
Тем не менее, это не без риска. Фермы, которые окружают Маделию, большие, и они ориентированы на товар, а не дом для бутиков-капуст. Это не значит, что они корпоративные монолиты. Эти фермы принадлежат семьям, семьям, которые жили в регионе в течение нескольких поколений. Конечно, они могут выращивать только кукурузу. За прошедшие десятилетия они могли поглотить посевные площади, на которых раньше размещалось более густонаселенное лоскутное одеяло из небольших ферм, но фермерство все еще остается семейным бизнесом и семейным бизнесом, который не склонен к риску. Мешке сказал мне, что потребуется три или четыре года, чтобы вырастить многолетний третий урожай, такой как степная трава, и подготовить его к первому урожаю. Если бы рынок травы не был реализован, фермеры остались бы с очень красивым полем и большим количеством долга.
С другой стороны, если бы модель Маделии превзошла все самые смелые мечты - если бы Маделия и регион вокруг нее стали самодостаточными в топливе - это резко изменило бы жизнь людей, которые жили здесь. Успех изменит местное хозяйство. Там будет экономическое давление, чтобы начать выращивать новые культуры, которые имеют разные потребности и разные циклы роста. Успех изменил бы жизнь в Маделии. Появятся новые рабочие места, новые предприятия и более широкий выбор потребителей. Маделия также была бы более оживленным городом с новыми жителями, которые могли бы быть немного лучше. Изменения, как коровьи пироги, случаются. То, как это произошло здесь, будет во многом зависеть от того, участвовали ли средние мадельцы в формировании будущего своего сообщества. Их молчание по этому вопросу оглушительно.
По словам Мешке, каждую четвертую пятницу в 15:00 в городе проводится открытое собрание, призванное объединить планировщиков Маделии и публику. Это благородный план - и в основном теоретический. Встречи случаются, но появляется не более дюжины человек.
Во время нашего интервью Мешке безразлично говорил о низкой гражданской активности. Это не удивило ее. Это не беспокоило ее. У меня сложилось впечатление, что если бы она не была движущей силой модели Маделии и, следовательно, по своей сути заинтересована, Мешке, возможно, пропускает встречи. Несмотря на всю свою завораживающую уверенность, она не питала иллюзий по поводу того, как растет местный народ. Она сказала, что большинство людей просто заняты своей повседневной жизнью. Они заинтересовались, но только когда Модель Маделии наконец дала им что-то осязаемое, чтобы заинтересовать их. «Прямо сейчас, что мы можем предложить?», Сказала она.
Я мог видеть ее точку зрения. Фермеры, которых я знал, редко реагировали хорошо, возможно, возможно, когда-нибудь. Либо вы что-то делаете и даете нам информацию о продажах, когда она будет готова, либо вы ничего не делаете, и вы молчите об этом. (Йода сделал бы великого фермера.) «У нас подписан хор», - сказал Мешке. «И у нас есть предварительное собрание, которое наблюдает, чтобы увидеть, что будет дальше».
Прошлой осенью мадельцы наконец-то увидели какое-то действие. По иронии судьбы, их первый взгляд на будущее выглядел очень похожим на прошлое. Исследователи из Университета Миннесоты отвезли пикап из Сент-Пола на ферму вокруг Маделии. Позади этого на трейлере, не намного большем, чем маленький турист, они отбуксировали систему, которая могла превращать практически любой материал растительного или животного происхождения в топливо. Технология была новой, но ее концепция была более чем столетней давности.
Начиная с 19-го века молотилки переезжали с фермы на ферму во время сбора урожая. Механическая система для отделения зерна от его стебля была слишком дорогой, чтобы выбрать ее из каталога Sears, поэтому молотилка была портативным бизнесом. Может быть, один парень владел и управлял техникой в качестве своей работы, или несколько фермеров пошли вместе на части оборудования, которое все разделяли. В любом случае, фермеры платили за то, чтобы их сырые культуры превратились во что-то более ценное. Исследователи из Университета Миннесоты, которые хотят привезти переносную биотопливную систему в Маделию, надеются повторить эту историю. Их технология, называемая микроволновым пиролизом, станет первым шагом Маделии к производству местной энергии.
Система простая и восхитительно умная. Пиролиз - это разрушение растений и других веществ в форме, лучше подходящей для коммерческой энергии. Входит трава, стебли, навоз - любые органические вещества. Эти вещества нагреваются почти до 950 градусов по Фаренгейту в бескислородной среде, выделяя таким образом массу летучих газов. Конденсируйте газ, и вы получите жидкое топливо. Есть несколько способов разогреть биомассу, но университетская система особенная, потому что она основана на микроволновых печах, более сильных версиях той же технологии, которую вы используете для приготовления попкорна и оставшейся пиццы.
Это удобный метод, потому что это уже проверенная технология - простая в использовании и дешевая в строительстве. Микроволны также упрощают весь процесс производства биотоплива. Обычно, прежде чем любую биомассу можно превратить в топливо, ее необходимо измельчить на мелкие кусочки, чтобы обеспечить равномерный нагрев каждого бита в одно и то же время, но микроволны очень хорошо нагревают центр твердого объекта.
Кроме того, есть деньги, которые будут сэкономлены в стоимости доставки. Перемещение биомассы не очень эффективно. Органический материал, как правило, громоздкий и не очень энергоемкий. Транспортировка тонны луговых трав занимает столько же энергии и стоит столько же денег, сколько и транспортировка тонны нефти, но вы получаете больше энергии из нефти. Используя микроволны - легкую технологию нагрева, которая может быть уменьшена до размеров небольшого прицепа для кемперов - Университет Миннесоты нашел способ сделать пиролиз переносимым и доставить топливную фабрику на ферму. Там каждый фермер может загрузить пиролизную машину и произвести несколько различных продуктов на месте. Испытания периодического процесса в лаборатории заняли всего пятнадцать минут.
То, что выходят фермеры, является полезным. Топливо является основным продуктом микроволнового пиролиза. Университетская система производит достаточно горючего газа, который, начавшись, может привести себя в действие. В общем, тем не менее, то, что вы делаете, это жидкость под названием биогаз. Он полезен как есть, только что из крана, но для достижения наилучших результатов он действительно нуждается в некоторой очистке. Любой двигатель будет работать на свежем биогазе, но со временем кислотное топливо разорвёт двигатель. Исследователи из университета все еще работают над методами, позволяющими сделать биогаз совместимым с автомобилями, но в то же время его можно использовать вместо мазута или продавать в качестве замены промышленной нефти.
В ходе пробного запуска микроволнового пиролизного аппарата исследователи из Мичиганского университета обнаружили некоторые проблемы с генератором, работающим на синтез-газе, но они собираются вернуться на Маделию этим летом, чтобы снова протестировать систему с новым генератором.
Биогаз - не единственный важный продукт, который выходит из системы. Вернитесь к началу производственной линии, и вы найдете еще один выход - тот, который может уменьшить количество CO2 в атмосфере и может также способствовать росту растений. Когда биомасса нагревается микроволнами, части, которые не превращаются в топливо, превращаются в нечто, похожее на древесный уголь. Названный биочаром, он немного отличается от стандартных брикетов для барбекю благодаря бескислородной среде, в которой происходит пиролиз.
Biochar функционирует как тюрьма максимальной безопасности для углерода. Уголь также может улавливать углерод, но не так эффективно. Древесный уголь химически состоит из углерода, соединенного с большим количеством молекул кислорода, но в основном представляет собой пепел и потерял большую часть своего углерода в результате горения. Подобно девушкам из женского общества в пленке-слешере, кислород легко улавливается бактериями, что ускоряет процесс разложения, разрушая химические связи и оставляя оставшийся углерод, чтобы вернуться в атмосферу.
Однако вычтите кислород, и молекулы углерода станут жесткими; они образуют кольцевые структуры, которые не легко разрушаются и более устойчивы к воздействию микроорганизмов. Лабораторные исследования показывают, что эти облигации могут удерживаться от сотен до сотен тысяч лет. Это означает меньше углерода в атмосфере. Это также хорошая новость для тех, кто хотел бы увидеть производство биотоплива с нейтральным или даже отрицательным выбросом углерода. Конечно, это в пробирке - не так много исследований биоугля в области (буквальных), и реальные исследования не проводились очень долго.
Вот почему, несмотря на большое количество скрещенных пальцев, мы еще не знаем, будет ли биочар удобрением настолько же хорошим, насколько и углеродной ловушкой. Ключевой вопрос - «Приводит ли почва, обогащенная биоуглем, к увеличению урожайности и повышению плодородия почвы?» - все еще широко открыт. Тем не менее, из этих лабораторных тестов поступают некоторые дразнящие данные. Похоже, что, замедляя жизнь микробов, биочар также способствует удержанию азота в почве. Мало того, что это означает меньше закиси азота - другого парникового газа - в атмосфере, это также может означать меньшее количество азотных удобрений, внесенных в почву, и меньшее вымывание избыточного азота в водоснабжение.
Это вкратце модель Маделии: дать фермерам повод выращивать растения, которые лучше подходят для земли и водоснабжения, чем кукуруза, а затем пожинать плоды. В прерий уходят травы, удобрения и экономическое развитие. Не хватает топлива и удобрений, чтобы обеспечить всю страну или даже весь штат, но это нормально. Это не должно делать это. Основная цель состоит в том, чтобы предотвратить разрушение большей части местного верхнего слоя почвы, а не в создании мини-империи производства биомасла. Модель Маделии должна работать только в местном масштабе.
Выдержка из книги « Перед тем, как погаснет свет: преодолевая энергетический кризис, прежде чем он покорит нас», опубликованной в апреле 2012 года издательством John Wiley & Sons, Inc., Мэгги Кёрт-Бейкер, научный редактор boingboing.net.
