Comment les producteurs laitiers transforment le fumier en argent

May 09, 2023

De Rachael Moeller Gorman

Photographies de David Degner

La rivière Connecticut coupe entre les montagnes vertes du Vermont et les montagnes blanches du New Hampshire et se précipite au cœur du Massachusetts, où Denise Barstow Manz se tient dans le vent, arpentant les terres que sa famille cultive depuis 217 ans.

"Nous avons l'un des meilleurs sols du monde entier", déclare Barstow Manz. "C'est ce qu'on appelle le loam limoneux Hadley." Elle explique comment la riche plaine inondable de la rivière Connecticut, coincée entre la rivière et la chaîne de montagnes du mont Holyoke derrière elle, a nourri le tabac, les asperges, le balai et la courge pour ses ancêtres des années 1800, et comment elle fait maintenant pousser du foin et du maïs pour les 600 produits laitiers de la ferme actuelle. vaches.

Son père, David Barstow, est copropriétaire de la ferme avec son frère, Steve Barstow, et sa nièce et son neveu, Shannon et Steve II. David est "le directeur des projets spéciaux", taquine sa fille. "Chaque fois que nous faisons quelque chose d'inhabituel, ce qui est presque toujours le cas, papa est aux commandes."

Cet article est une sélection du numéro d'avril/mai 2023 du magazine Smithsonian

Au début des années 2000, lorsque le prix du lait a chuté et que les fermes laitières du monde entier essayaient de trouver un moyen de se diversifier, les Barstow ont commencé à réfléchir à la manière de rester en vie. Ils ont décidé de tirer pleinement parti d'une denrée sous-utilisée que les vaches produisaient en abondance et de construire ce qu'on appelle un digesteur anaérobie - en gros, une centrale électrique alimentée au fumier.

Il s'agissait d'une décision d'affaires qui s'est avérée avoir de profondes conséquences environnementales. Les vaches produisent du lait, mais les micro-organismes dans l'un de leurs quatre compartiments gastriques produisent également du méthane. Ils crachent du méthane par la bouche et lorsque des montagnes de fumier s'accumulent dans des lagunes ou des fosses sans oxygène, les micro-organismes continuent à y produire également du méthane.

La politique climatique mondiale ne s'est pas autant concentrée sur le méthane que sur le dioxyde de carbone, en partie parce que le méthane ne reste dans l'atmosphère que pendant environ 12 ans, tandis que le dioxyde de carbone persiste pendant des siècles. Mais le méthane est bien plus efficace que le dioxyde de carbone pour réchauffer l'atmosphère, et sa concentration augmente rapidement, selon le Programme des Nations Unies pour l'environnement (PNUE). Fait intéressant, de nombreuses mesures de réduction du méthane ont de faibles coûts d'exploitation ou sont rapidement amorties. C'est parce que le méthane capturé peut être utilisé comme énergie.

Devant l'étable des Barstow se trouve un réservoir souterrain de 550 000 gallons dans lequel environ 9 000 tonnes de fumier s'écoulent de l'étable chaque année. Là, il est mélangé dans un environnement sans oxygène chauffé entre 95 et 105 degrés Fahrenheit. Les micro-organismes décomposent la matière organique contenue dans le fumier et la machinerie capture le biogaz produit au cours du processus. Des tuyaux transportent le méthane dans l'un des deux moteurs de la ferme qui le brûle pour créer de la chaleur et de l'électricité. Cela fournit tous les besoins de chauffage de la ferme. La matière organique qui reste après la digestion est utilisée comme engrais dans les champs, ce qui a considérablement augmenté les rendements des cultures. Avec la volatilité des prix des engrais depuis l'invasion de l'Ukraine par la Russie, les engrais gratuits représentent une économie bienvenue.

"Lorsque vous parlez de durabilité, vous devez parler de la santé des sols et de la qualité de l'eau et tout cela, mais vous devez également parler de la possibilité de réaliser des bénéfices", déclare Barstow Manz, repoussant des mèches de cheveux soufflées par la brise dans sa queue de cheval. Quelques vaches gisent dans le champ devant le magasin de la ferme en train de ruminer. Il y a un vent constant qui souffle en ce jour nuageux de juin, et les carillons du magasin de la ferme tintent. Pourtant, l'air qui souffle sur la ferme ne sent… rien.

Le digesteur avait transformé tout le fumier en argent.

Il y a trois milliards et demi d'années, lorsque la Terre n'était qu'un amas de croûte et d'océan, il y avait environ 1 000 fois plus de méthane dans l'air qu'aujourd'hui. Les scientifiques pensent que les premiers micro-organismes ont contribué au réchauffement de la nouvelle planète en libérant du méthane au cours de leurs activités. Le soleil n'était alors qu'à 70 ou 80 % aussi brillant, et les océans auraient dû être gelés. Mais certains scientifiques pensent qu'en raison de la chaleur piégée par le méthane et d'autres gaz à effet de serre, ils ne l'étaient pas.

Une molécule de méthane a un atome de carbone entouré de quatre atomes d'hydrogène. Desirée Plata, chimiste de l'environnement au MIT, le compare à une personne à quatre membres. "Il y a beaucoup de façons différentes de se déplacer", explique Plata. "J'aime dire que le méthane a de grands mouvements de danse, donc il a ces modes de vibration et de rotation, où ses atomes se déplacent autour de l'atome central."

Lorsque les ondes lumineuses ultraviolettes et visibles atteignent la surface de la Terre, le sol les absorbe et envoie l'énergie sous forme de rayonnement infrarouge ou de chaleur. Le méthane s'empare de cette énergie, dit Plata, et en garde une partie piégée dans l'atmosphère. Une molécule de dioxyde de carbone n'absorbe pas autant de rayonnement infrarouge que le méthane. "Le méthane, molécule pour molécule ou livre pour livre, est bien meilleur pour absorber cette énergie sortante qui essaie de quitter la Terre", explique Plata. "Donc, un peu de méthane peut faire beaucoup de dégâts par rapport au CO2."

Environ un tiers du méthane émis chaque année provient de sources naturelles, en particulier les zones humides, qui pompent des mégatonnes de méthane. Les bactéries productrices de méthane se développent également dans les évents hydrothermaux et les sources chaudes. Mais la majorité du méthane émis dans l'air aujourd'hui est généré par l'activité humaine. Les infrastructures pétrolières, gazières et houillères contribuent à environ 35 % des émissions de méthane d'origine humaine ; les déchets humains et les décharges contribuent à hauteur de 20 %.

L'agriculture produit une grande partie du reste. "Nous avons vu essentiellement le nombre de têtes de bétail dans le monde augmenter inexorablement depuis de très nombreuses décennies", déclare Drew Shindell, spécialiste des sciences de la terre à l'Université Duke et président du groupe consultatif scientifique de la Climate and Clean Air Coalition coordonné par le PNUE. Si rien ne change, les émissions de méthane d'origine humaine devraient augmenter de plus de 15 % par rapport aux niveaux de 2010 d'ici 2030.

Étant donné qu'une grande partie du méthane que les humains ajoutent à l'atmosphère provient de déchets et d'infrastructures qui fuient, il est plus facile à réduire que le dioxyde de carbone, qui est un sous-produit de la combustion dans les machines essentielles et les centrales électriques. Et puisque le méthane ne reste dans l'atmosphère que pendant environ 12 ans, sa réduction apportera des récompenses rapides. "Si vous voulez réduire de manière tangible la souffrance des gens au cours des 20 à 30 prochaines années, alors le méthane est de loin votre levier le plus puissant pour y parvenir", déclare Shindell, notant que les incendies, les vagues de chaleur, les inondations et les sécheresses augmentent à un rythme plus rapide. que les pires projections des climatologues. Au sol, le méthane s'oxyde également pour former de l'ozone, un danger respiratoire.

L'évaluation mondiale du méthane du PNUE 2021 de Shindell a montré qu'une combinaison de stratégies - allant d'une meilleure gestion du fumier à la capture du gaz s'échappant de l'infrastructure énergétique - pourrait réduire les émissions de méthane d'origine humaine jusqu'à 45 %. Selon le rapport du PNUE, cette réduction de 45 % des émissions de méthane d'origine humaine « empêcherait 255 000 décès prématurés, 775 000 visites à l'hôpital liées à l'asthme, 73 milliards d'heures de travail perdues à cause de la chaleur extrême et 26 millions [tonnes métriques] de pertes de récoltes ». " annuellement.

En ce qui concerne l'agriculture, le méthane provenant des éructations des vaches est difficile à éliminer à moins que les consommateurs ne commencent à manger moins de viande et à boire moins de lait. Le méthane provenant du fumier, bien qu'il représente une part beaucoup plus faible des émissions du bétail, peut être réduit plus efficacement dès maintenant.

Les digesteurs anaérobies peuvent également résoudre un autre problème : les Américains jettent 30 à 40 % de toute la nourriture que nous cultivons et fabriquons, soit jusqu'à 80 millions de tonnes par an. Les déchets alimentaires sont la plus grande catégorie déversée dans les décharges municipales, et certains États manquent d'espace. En 2014, le Massachusetts, qui compte désormais moins de dix décharges actives, selon l'Agence de protection de l'environnement, a interdit le déversement de déchets alimentaires et autres déchets organiques pour les institutions et les entreprises qui produisent une tonne ou plus par semaine : épiceries, transformateurs alimentaires, grossistes. et grands restaurants. Depuis novembre 2022, l'interdiction s'applique même aux institutions qui produisent une demi-tonne de déchets organiques.

Avant l'interdiction du Massachusetts, il n'y avait qu'un seul petit digesteur anaérobie dans l'État. En 2020, il y en avait neuf, dont cinq appartenant à Vanguard Renewables. Le co-fondateur de l'entreprise, John Hanselman, a vu pour la première fois les digesteurs anaérobies au début des années 2010, lorsqu'il s'est rendu en Europe pour examiner les technologies des panneaux solaires. "J'ai continué à voir ces dômes. J'ai dit:" Qu'est-ce que c'est que ces choses? Et ils ont dit : "C'est un digesteur anaérobie. Nous prenons des matières organiques et du fumier de vache et nous produisons de l'énergie renouvelable."

À son retour à Boston, Hanselman a décidé de développer une nouvelle entreprise, avec son collègue Kevin Chase, qui se concentrait sur la construction de digesteurs, mais la collecte de fonds était difficile. "Les grands investisseurs dans le secteur de l'énergie disaient : 'Oui, ça ne marche pas, on ne fait pas ça'", se souvient-il. Les États-Unis avaient quelques digesteurs, en particulier dans les installations de traitement des eaux usées et quelques-uns dans les fermes, mais la technologie n'avait jamais vraiment décollé aux États-Unis.

Alors que de grandes entreprises comme Unilever commençaient à parler de gaspillage alimentaire et d'empreinte carbone, Vanguard a acheté deux digesteurs de fumier existants, dont celui de Barstow, qui traitaient le fumier depuis peu de temps, et ont amélioré leur capacité et leur efficacité. Puis Vanguard a construit des digesteurs sur d'autres fermes. Il a également construit une installation de recyclage à Agawam, dans le Massachusetts, où des entreprises ou des restaurants envoient des déchets alimentaires : des palettes d'aliments emballés, des dizaines de fûts de bière à moitié vides, des montagnes de soupe en boîte. Un compacteur à vis sans fin et un broyeur à marteaux de la taille d'un bus sortent les aliments de leur emballage. L'installation traite 100 tonnes de nourriture par jour, l'envoyant aux digesteurs pour produire de l'électricité.

En 2013, Vanguard a commencé à transporter par camion plus de 24 000 tonnes de déchets alimentaires provenant d'entreprises locales, telles que Cabot Creamery et HP Hood, vers la ferme des Barstow. "Le fumier n'est vraiment qu'un déchet alimentaire qui a été digéré une fois", déclare Patrick Serfass, directeur exécutif de l'American Biogas Council. "Ainsi, lorsque vous prenez des déchets alimentaires qui n'ont pas du tout été digérés, ils contiennent 10 à 35 fois plus d'énergie." Allouer seulement 10 % du volume d'un digesteur aux déchets alimentaires double le rendement en biogaz. "Si nous ne recyclons pas ces déchets alimentaires, ils seront simplement enterrés", déclare Serfass.

Au lieu de cela, le générateur aide à transformer les industries alimentaires et agricoles locales en une boucle très efficace. Les cultures de la ferme de Barstow détiennent l'énergie du soleil, que les vaches mangent pour produire du lait que Cabot Creamery utilise pour fabriquer du beurre. Cabot renvoie ses déchets alimentaires chez les Barstow, puis achète une partie de l'énergie pour aider à alimenter son usine de beurre. Les déchets sont pressés pour les ressources jusqu'à ce qu'ils n'aient plus rien à donner. Le digesteur envoie plus de 6 000 mégawattheures d'électricité par an dans le réseau, assez pour alimenter 550 foyers. L'American Biogas Council estime qu'au moins 15 000 systèmes de digestion anaérobie comme celui-ci pourraient être construits à travers le pays.

Vanguard ne divulguera pas combien d'argent il tire de l'énergie qu'il vend et des frais qu'il perçoit auprès des entreprises alimentaires. Mais il a maintenant des contrats avec 130 fermes à travers le pays, avec 800 millions de dollars de projets en cours dans tout le pays. Elle a triplé ses effectifs au cours de la dernière année.

"Pendant 400 ans, ce pays a ramassé des ordures et soit les a mises dans un trou et les a enterrées, soit les a brûlées. Lorsque les gens ont essayé de le faire avant nous, ils se sont heurtés au mur de briques d'une industrie qui ne voulait pas changer », dit Hanselman. "Nous essayons d'en fixer le prix afin que nous puissions amener les gens à perturber ce qu'ils ont fait."

Que se passe-t-il lorsque cette approche est mise à l'échelle ? Le Massachusetts compte 9 500 vaches laitières produisant 200 millions de livres de lait chaque année. En revanche, la Californie, le plus grand producteur de lait des États-Unis, compte 1,7 million de vaches laitières qui produisent 42 milliards de livres de lait chaque année. Surtout dans la vallée agricole de San Joaquin, de nombreuses fermes sont des opérations d'alimentation animale concentrées, ou CAFO, avec plus de 700 vaches laitières confinées dans une petite zone et du fumier fréquemment jeté dans une fosse ou un lagon.

En 2016, la législature californienne a adopté un projet de loi exigeant que l'État réduise l'élimination des déchets organiques de 75 % par rapport aux niveaux de 2014 d'ici 2025 et réduise les émissions de méthane provenant des produits laitiers et du bétail de 40 % par rapport aux niveaux de 2013 d'ici 2030. projets de digesteur laitier, dont la plupart sont allés à trois entreprises de biogaz qui construisent sur d'énormes fermes laitières. La Californie autorise non seulement la vente du gaz produit par les digesteurs anaérobies, mais également la génération de crédits lorsqu'il est utilisé pour le carburant des véhicules. Un digesteur en Californie peut être rentabilisé en un peu plus de trois ans, tout en réduisant considérablement les émissions de méthane d'un CAFO.

Certains groupes environnementaux contestent cela. Ils reconnaissent que les digesteurs peuvent aider à atténuer les dégâts, mais craignent que les subventions n'encouragent les CAFO à continuer de polluer l'air et l'eau, à abuser des hormones et à maltraiter les animaux. Ils soutiennent que le moyen le plus simple de réduire le méthane est de garder les fermes petites et d'exposer le fumier à l'air. (Lorsque le fumier n'est pas mis dans une fosse ou un lagon, l'oxygène empêche les méthanogènes de survivre.) De nombreux écologistes aimeraient également voir les gens consommer moins de viande et de produits laitiers.

Hanselman, qui se dit "un vieux gars du Sierra Club", a entendu ces plaintes d'amis. Sa réplique : "Hé les gars, vous pouvez ignorer cela ou le souhaiter, ils ne partent pas. Attaquons le problème et essayons de travailler avec l'industrie pour créer une solution qui nous place en tant que pays dans un bien meilleur endroit."

La combustion du gaz naturel méthane des digesteurs émet également du CO2 en tant que sous-produit, bien que beaucoup moins que la combustion du mazout ou du charbon. Et puisque le CO2 est un gaz à effet de serre beaucoup plus faible que le méthane, brûler le méthane chauffe beaucoup moins la Terre que de le laisser flotter dans l'atmosphère sans le toucher. "Malheureusement, il n'y a pas de substitut au gaz naturel qui puisse éventuellement fonctionner dans les 20 prochaines années", déclare Hanselman. Le méthane remplissant les pipelines pourrait tout aussi bien provenir de sources non fossiles qui réduisent réellement les émissions, dit-il, et être utilisé avec toutes les autres sources d'énergie renouvelable. Les résultats en Californie ont été frappants : les projets subventionnés par les subventions californiennes pour les digesteurs séquestreront autant de gaz à effet de serre que le retrait de près de 500 000 voitures à essence de la route chaque année.

Danielle Goodrich Gingras, une agricultrice de troisième génération, passe devant un digesteur anaérobie rouge grange bourdonnant en allant visiter les vaches de sa ferme à Salisbury, au Vermont. Le soleil tape fort en ce début d'été et la petite centrale électrique flambant neuve brille. Un représentant de Vanguard est également présent et explique que cette usine a été mise en service en 2021 et qu'elle est désormais la plus grande usine anaérobie du Nord-Est. Le gaz naturel produit par ses deux digesteurs de 925 430 gallons est purifié sur place et acheminé vers les pipelines du Vermont.

En s'associant à Vanguard, les agriculteurs se soulagent des charges de construction et d'exploitation tout en récoltant des avantages significatifs. Leur fumier est traité de manière à réduire le ruissellement des nutriments dans les bassins versants locaux, qui est réglementé par l'État. Les voisins sont contents car il y a peu d'odeur. Les sous-produits solides de fibres végétales du digesteur peuvent être utilisés comme litière pour les vaches (le prix de la sciure ne cesse d'augmenter), et le digestat liquide est riche en azote, ce qui en fait un excellent engrais. Les fermes reçoivent un paiement de location garanti de 20 ans de Vanguard, et certaines reçoivent également des crédits de leurs fournisseurs d'énergie.

Peter Melnik, un agriculteur de quatrième génération à Deerfield, Massachusetts, s'est associé très tôt à Vanguard pour construire un digesteur. « Pour moi, la durabilité signifie ne pas importer d'azote de Russie, ne pas dépendre d'une scierie extérieure pour la litière, être un meilleur voisin parce que nous n'ajoutons pas de fumier à nos champs », dit-il. "Je ne me suis jamais senti aussi interconnecté avec ma communauté et le système alimentaire. Et ça fait vraiment du bien de savoir que nous produisons assez d'électricité pour alimenter presque toutes les maisons de cette communauté."

Par un matin humide de septembre, quelques mois plus tard, un épais brouillard recouvre les arbres à flanc de montagne derrière l'étable de traite des Barstow. Un camion-citerne est stationné à proximité, ses déchets s'écoulent dans le digesteur. La famille est sur le point d'apporter sa cinquième coupe de foin fertilisé avec la matière organique du digesteur. "Avant, nous en avions quatre", dit Barstow Manz, "mais grâce au digesteur anaérobie, nous en avons maintenant cinq."

Au fur et à mesure que le temps se refroidit, les côtés de la grange s'effondrent et l'état d'esprit de la famille passe des cultures à l'entretien de l'équipement d'hiver. Les vaches sont contentes, alimentant le digesteur avec leur fumier. Comme le dit David Barstow, "Nous ne devenons pas riches, mais c'est comme tout ce que nous faisons. Tout cela ajoute au résultat net."

La famille Barstow travaille cette terre depuis 217 ans, et Barstow Manz envisage la prochaine génération, la huitième, les enfants de ses cousins ​​et ses futurs enfants. "Nous devons continuer à nous adapter et à nous ajuster", dit-elle. L'hiver arrive, mais ils iront bien, même dans les moments difficiles. Le digesteur les gardera au chaud.

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Rachel Moeller Gorman | EN SAVOIR PLUS

Rachael Moeller Gorman est une écrivaine basée à Boston qui se concentre sur la science, la santé et l'environnement.

David Degner | EN SAVOIR PLUS

David Degner est un photographe éditorial basé à Boston, Massachusetts.