Вермифильтрация против метана: как черви и микробы решают проблему навоза в Калифорнии

# Черви против метана: как калифорнийские фермеры борются с парниковыми газами с помощью вермифильтрации --- Энтони Агеда — фермер в третьем поколении. Он стоит на семейной земле в Хикмане, крошечном городке в самом сердце сельскохозяйственной Калифорнии, и ворошит граблями темную влажную щепу. Он нагибается, запускает обе руки в субстрат и вытаскивает комок грязи. Переворачивает — и видит с полдюжины извивающихся красных дождевых червей. Реальность еще круче: сотни тысяч таких же копошатся прямо под поверхностью трехфутового вала из щепы и речной гальки, который тянется на площади в шесть футбольных полей. Все это — биофильтр, который может кардинально сократить выбросы метана, закиси азота и загрязнение воды. Воды, в которую превращаются тонны навоза от сотен коров голштинской породы, производимые здесь ежедневно. Семейный бизнес Агеды, молочная ферма Alberto Dairy, стала одним из первых скотоводческих хозяйств в Калифорнии, внедривших этот подход к переработке навоза. Метод разработан и запатентован чилийской компанией BioFiltro. По данным компании, восемь таких систем вермифильтрации уже работают на молочных фермах США, еще 16 строятся или будут построены в следующем году. Почти все — в Калифорнии. Вермифильтрация — лишь один из множества методов, которые фермеры, компании и ученые используют для борьбы с навозным загрязнением. Животноводство испытывает растущее давление: нужно решать экологические проблемы самой вонючей части бизнеса. Калифорния — крупнейший производитель молока в США — запустила несколько программ субсидирования таких технологий. Одна из них уже влила в фермы более миллиарда долларов. Но исследователи предупреждают: предстоит еще много работы, чтобы понять, какие подходы действительно эффективны, каковы компромиссы между ними и насколько они успешны в долгосрочной перспективе — в реальных условиях реальных ферм. Сам Агеда признает: они с семьей поняли, что нужно менять практики, когда экологические нормы ужесточились. Их привлекла вермифильтрация — простая и относительно дешевая по сравнению с высокотехнологичными альтернативами. «Калифорнийские молочные фермеры постоянно сталкиваются с новыми ограничениями, — говорит Агеда, стоя у коровника с беспривязным содержанием. — Но меня это радует. Потому что показывает: мы — часть решения». ## Растущая проблема навоза Навоз — один из главных источников климатического загрязнения от животноводства. World Resources Institute подсчитал: управление навозом на молочных и свиноводческих фермах дает 1,6% всех выбросов парниковых газов в США. В глобальном масштабе хранение и переработка навоза отвечают примерно за 10% климатического вклада всего животноводства. «Фермы стали крупнее за последние пару десятилетий. Навоза стало гораздо больше — и его нужно где-то хранить», — объясняет Свати Хегде, глобальный менеджер по сельскохозяйственному метану в организации. Обычно фермы сбрасывают навоз в лагуны или резервуары. Получается вонючая, бедная кислородом жижа. В ней процветают микроорганизмы-метаногены. Они поглощают водород, углекислый газ и другие соединения, а выделяют метан. Другие микробы в смеси производят меньшее количество закиси азота. Оба газа — особенно мощные парниковые агенты. За столетие метан удерживает тепло в 30 раз сильнее CO₂, а закись азота — почти в 275 раз. Жижу часто разбрызгивают по полям для удобрения почвы. Но когда это делают избыточно или неправильно, навоз загрязняет почву и грунтовые воды остатками лекарств, патогенами вроде сальмонеллы и кишечной палочки, а также нитратами. Нитраты, попадающие в питьевую воду, связаны с рисками для здоровья человека. А те, что стекают в реки, озера и прибрежные воды, вызывают цветение водорослей. Водоросли отравляют рыбу, блокируют солнечный свет, высасывают кислород — и создают огромные прибрежные мертвые зоны, лишенные морской жизни. ## Политика как двигатель Ряд регионов, стран и штатов приняли законы или ввели субсидии для ограничения загрязнения от навоза. Но пока большинство крупных инициатив фокусируются на загрязнении воды, а не на парниковых газах. Евросоюз, например, ограничивает количество навоза, которое фермеры могут вносить на поля, и требует от стран-членов мониторить уровень нитратов в грунтовых и поверхностных водах. Американский Clean Water Act требует от крупных животноводческих хозяйств получать разрешения и разрабатывать планы управления навозом. Но Калифорния, пожалуй, зашла дальше всех, используя госполитику именно для сокращения выбросов метана от животноводства. Молочная промышленность штата дает около 45% выбросов этого мощного газа, и более половины из них приходится на навоз. В 2016 году штат принял закон, требующий от молочных ферм, свалок и других предприятий сократить выбросы метана на 40% от уровня 2013 года к 2030 году. Это часть масштабной программы по снижению загрязнения от мощных, но недолговечных парниковых газов. Закон поручил California Air Resources Board — главному климатическому регулятору штата — создать стимулирующие программы для перехода отраслей на более чистые практики. «С точки зрения вложений и краткосрочных выгод, метан может сильно приблизить нас к климатическим целям», — говорит Тауни Мата, директор офиса сельскохозяйственной устойчивости Калифорнии. По оценкам штата, благодаря этим программам и снижению поголовья скота молочный сектор сократит ежегодные выбросы метана на 5 миллионов метрических тонн в CO₂-эквиваленте к 2030 году. Но этого все равно будет меньше примерно на 4 миллиона тонн, чем требует закон 2016 года. ## Обратная сторона дайджестеров Если не учитывать сокращение поголовья (вызванное растущей международной конкуренцией и ростом затрат), то подавляющая часть расчетного снижения выбросов метана в Калифорнии достигнута за счет так называемых анаэробных дайджестеров. Технология проста: лагуны с жижей накрывают, чтобы метан не улетал в воздух, а полученный биогаз по трубам направляют в отдельные емкости, очищают и превращают в природный газ. В рамках калифорнийской программы Low Carbon Fuel Standard фермы, использующие дайджестеры для производства газа, который поступает в трубопроводы, получают кредиты. И могут продавать их нефтеперерабатывающим заводам и другим крупным загрязнителям — чтобы те выполняли собственные требования по сокращению выбросов. Этот газ идет на электростанции, производство водорода или в двигатели машин на природном газе. Углекислый газ при сжигании все равно выделяется, но штат считает это экологической победой: ведь главное — избежать выброса метана, который удерживает тепло еще сильнее. Доходы от калифорнийской программы за последнее десятилетие подтолкнули сотни американских ферм к установке анаэробных дайджестеров. С 2020 года они принесли фермам более миллиарда долларов, подсчитали исследователи из Cal Poly в прошлогодней статье. Но у подхода есть проблемы. Первая: дайджестеры окупаются только на фермах с поголовьем от 2000 коров, говорит Фрэнк Митлоэнер, профессор и заведующий кафедрой зоотехники Калифорнийского университета в Дэвисе. «Для львиной доли молочных ферм дайджестеры не станут решением». Вторая проблема: навоз после дайджестеров часто все равно разбрасывают по полям. С загрязнением воды такие системы почти не борются — а из-за химических процессов во время обработки могут даже усугубить его. Третья, возможно, самая важная: огромные субсидии, уходящие на дайджестеры, отвлекли деньги, энергию и внимание от других решений, которые могут дать лучший экологический результат в комплексе. Так считает Дэнни Калленвард, старший научный сотрудник Центра энергетической политики Клейнмана при Пенсильванском университете, который внимательно изучал калифорнийскую программу. «Это вообще не решение в масштабах. И оно оттягивает огромную долю ресурсов на то, что, на мой взгляд, в основном неверно», — говорит он. ## Альтернативы Высокие начальные затраты и ограничения дайджестеров подогрели интерес к альтернативным методам. Многие из них работают иначе: не превращают метан в товарное топливо, а предотвращают образование метана в принципе. Один из самых дешевых, простых и популярных подходов называется «твердое разделение». Там используют простые механизмы вроде винтового пресса, чтобы отжать воду из навозной жижи. Оставшиеся твердые частицы высыхают на воздухе — а без анаэробных условий метан производится гораздо менее охотно. Другие методы включают подкисление лагун, продувку воздуха через них или добавление в жижу микробов, поедающих метан. Все это меняет химию состава так, чтобы снизить выделение метана. Компания Sedron Technologies из штата Вашингтон разработала даже высокотехнологичный вариант твердого разделения, который извлекает из отходов несколько товарных продуктов, включая жидкое органическое удобрение. Калифорния запустила еще две программы, чтобы помочь мелким фермерам внедрять такие альтернативы: Alternative Manure Management Program и Dairy Plus Program. Большая часть средств ушла на системы твердого разделения. Но штат выделил более 18 миллионов долларов на поддержку 15 проектов вермифильтрации. Alberto Dairy получила почти 2 миллиона долларов по обеим программам. ## Коровы Oreo Я ехал по пыльной дороге вдоль фермы. Черно-белые буренки, которых здесь ласково называют «коровами Oreo», просунули головы между перекладинами открытого коровника. Они жевали золотистый силос, разбросанный вдоль строения. Дед Агеды, Антонио Альберто, основал ферму 45 лет назад по соседству, в городе Атуотер, но в итоге обосновался в Хикмане (население — 604 человека) в 1989 году. Был конец марта, но в Центральной долине уже зашкаливало за 27 градусов по Цельсию. Прибрежный горный хребет отгородил долину от прохладного тихоокеанского воздуха. По колено поднимались стебли овса, колыхаясь на полях, которые тянулись до линии миндальных деревьев на горизонте. Агеда, выпускник Fresno State, теперь помогает управлять фермой. Он встретил меня и профессора Митлоэнера из UC Davis (который изучал эффекты вермифильтрации) у коровника. Университет не связан с фермой, но помог организовать встречу. Агеда повел нас по грунтовым дорожкам, объясняя устройство системы вермифильтрации, которую они запустили в октябре 2024 года. Система смыва смывает навоз с полов коровников в большой сборный резервуар. Теперь насосы гонят жижу через серию больших V-образных металлических конструкций на бетонной площадке. Там механические сетки отделяют основную часть твердых частиц от воды. Конвейер увозит твердый остаток. Ферма компостирует его — на подстилку коровам или удобрение. Оставшаяся жидкость идет по трубам сначала в отстойники, а затем — на оросительную систему, подвешенную над вермифильтрационными грядками. Длинная трубчатая конструкция ездит по рельсам над валами щепы, увлажняя их. Черви и микробы в биофильтре берутся за работу: они потребляют большую часть оставшегося твердого материала. «Когда вода разбрызгивается сверху, ей нужно около четырех часов, чтобы пройти насквозь и стечь с другого конца», — объясняет Агеда. Потом он передает слово Митлоэнеру: пусть профессор объяснит науку. «Я просто молочник», — улыбается Агеда. ## Наука Митлоэнер признается: сначала он отнесся к заявлениям BioFiltro скептически. Особенно к утверждению, что система может почти полностью удалить азот — а с ним и разные формы загрязнения, включая аммиак и нитраты. Он решил изучить аналогичную установку на ферме Fanelli Dairy в Хилмаре, примерно в 30 километрах к югу. Вместе с коллегами он мониторил выбросы из проб воды, взятых до и после прохождения через фильтр. В статье, опубликованной в 2018 году, исследователи пришли к выводу: вермифильтрация снижает выбросы аммиака из обработанной воды примерно на 90%. BioFiltro, чей слоган — «решения на червячной тяге», утверждает, что их технология «катализирует пищеварительную способность червей и микробов для удаления до 99% загрязнителей сточных вод». Но Митлоэнер сомневается, насколько велика роль самих червей. Он называет это «довольно броской историей». Его версия проще: камни и щепа образуют пористый фильтр, который заменяет анаэробную среду навозной лагуны на аэробную. А в кислородной среде процветают другие микробы. Его исследование показывает: эти микробы весьма эффективно превращают соединения азота в навозе в газообразный азот (безобидный газ, который составляет 78% атмосферы Земли) вместо аммиака. Это важно, потому что аммиак в навозе действует как удобрение при внесении в поля, но затем превращается в нитраты, просачивающиеся в грунтовые воды. Несколько более поздних исследований, частично или полностью профинансированных BioFiltro и одним из ее дистрибьюторов, Organix, дали столь же обнадеживающие результаты. Например, исследование 2022 года, проведенное на той же Fanelli Dairy, показало, что фильтр удаляет почти 85% азота из сточных вод. Но вот загвоздка: когда речь зашла о метане, эти исследования и независимая работа Митлоэнера дали почти противоположные результаты. Исследования при поддержке компании показали, что фильтр устраняет подавляющее большинство выбросов метана. А Митлоэнер обнаружил, что выбросы метана почти на 85% выше, чем из лагуны. В последующем обмене письмами Митлоэнер подчеркнул: сравнивать его результаты с результатами другого исследования на той же ферме некорректно — команды использовали совершенно разные методы, инструменты и периоды измерений. К тому же основной фокус его работы был на азоте. Он сказал, что «совершенно разумно» и «биологически вероятно», что вермифильтрация может существенно снизить выбросы метана просто за счет создания аэробной среды. «Тем не менее, я бы проявил осторожность, называя масштаб сокращения полностью устоявшимся фактом, — добавил он. — Хотя доступные исследования, включая упомянутые вами, указывают в одном общем направлении, количество независимых работ остается относительно небольшим, а результаты могут варьироваться». Патрик Беккет, вице-президент BioFiltro по качеству и R&D, также подчеркнул, что в методологии Митлоэнера были ключевые различия, которые могли повлиять на его показатели по метану. Кроме того, он отметил, что финансирование Organix пришло через грант штата Вашингтон, и назвал исследование BioFiltro и работу при поддержке Organix «высококачественными рецензируемыми исследованиями», которые «прошли проверку техническими третьими сторонами». Беккет согласен, что дополнительные независимые проверки систем BioFiltro — «справедливо и необходимо», и сообщил, что другие исследования уже проведены или ведутся. «Тем не менее, мне кажется необоснованным требовать, чтобы BioFiltro вообще не имело права инвестировать в технические исследования с привлечением квалифицированных сторонних организаций, чтобы больше узнать о возможностях своей технологии и использовать результаты для выхода на новые рынки», — написал Беккет в ответе на вопросы MIT Technology Review. ## Деньги из навоза BioFiltro уже строит бизнес-модель на основе имеющихся данных. Компания, основанная в 2009 году, годами продавала свои системы или услуги по вермифильтрации другим отраслям по всему миру. Она утверждает, что около 225 систем работают в девяти странах — на муниципальных очистных, винодельнях, предприятиях по переработке фруктов и других промышленных объектах. Но спрос со стороны молочных ферм растет, поскольку отрасль сталкивается с усиливающимся давлением по поводу навозного загрязнения. В конце прошлого года компания привлекла 35 миллионов долларов, которые, по ее словам, пойдут в основном на ускорение роста в этом секторе. В интервью Сара Плосс, старший вице-президент по сельскому хозяйству компании, объясняет финансовую модель. BioFiltro платит за систему, владеет ею, устанавливает и обслуживает. Ферма, в свою очередь, покрывает часть дополнительных затрат на электричество и эксплуатацию. Фермер получает чистую воду и возможность заниматься своим делом — производить молоко. А BioFiltro генерирует углеродные кредиты за снижение парниковых газов и продает их производителям потребительских товаров, которые ищут способы сократить выбросы в своих цепочках поставок. BioFiltro утверждает, что Verra — организация, устанавливающая стандарты для проектов по сокращению выбросов, — зарегистрировала два их проекта: Royal Dairy и Moxee Dairy, оба в штате Вашингтон. Швейцарский гигант Nestlé купил более 150 000 кредитов, сгенерированных системой вермифильтрации Royal Dairy, по данным базы данных CarbonPlan (которая оценивает научную добросовестность климатических программ). Плосс говорит, что BioFiltro продала уже более 200 000 кредитов по этому проекту и нашла другого покупателя для проекта в Калифорнии (она отказалась назвать имя). Система вермифильтрации очистила воду, которая циркулирует по разным частям Alberto Dairy. Три других проекта с системами BioFiltro начали процесс регистрации в Verra, но не продвинулись дальше и не были построены, уточнила Плосс в письме. Заявка на регистрацию для Alberto Dairy оценивает, что система сократит выбросы на более чем 30 000 метрических тонн CO₂-эквивалента в год. У BioFiltro есть еще один источник дохода: продажа так называемого вермикомпоста. Это богатая почвенная добавка из остатков биофильтра, включая копролит червей — смесь коконов, экскрементов и останков. В рознице копролит может продаваться дороже 500 долларов за тонну. Беккет говорит, что компания пока развивает этот рынок, но отмечает: это может помочь сельскому хозяйству компенсировать растущие цены на удобрения. «Я думаю, мы обеспечим более масштабное использование этой технологии — значимое для сельского хозяйства. По сути, эти системы станут фабриками по производству почвы», — добавляет он. ## Опасения Определить, насколько хорошо работают вермифильтрация и другие методы управления навозом, потребует больше времени и исследований, считают эксперты. Кэтрин Диксон, ученый-аграрий по выбросам, недавно завершившая постдокторантуру в UC Davis, говорит, что нужны полевые измерения, чтобы убедиться: все эти методы работают так, как ожидается, — или хотя бы в той степени, на которую рассчитывают государственные программы. Все это сложно реализовать из-за динамичных биологических процессов, протекающих в живых животных и микробных сообществах на открытых фермах. «Вермифильтрация, например, зависит от популяции живых дождевых червей. Их эффективность чувствительна к температуре, влажности, токсичности и может меняться из-за сезонных условий или изменений в размере стада и характеристиках навоза на конкретной ферме», — написала Диксон в письме. Использование углеродных кредитов для заработка на проектах вермифильтрации поднимает другой ряд потенциальных проблем. Самая очевидная: если снижение метана окажется не таким значительным, как предполагается, проекты могут получить больше кредитов, чем заслуживают. Есть и более сложные вопросы. Чтобы система углеродных кредитов действительно влияла на чистый объем парниковых газов в атмосфере, она должна обеспечивать сокращение выбросов, которое не произошло бы без финансового стимула. Если бы оно случилось в любом случае — например, из-за обильных грантов, судебного давления или грядущих законов, — покупатель кредитов не может с чистой совестью заявлять, что добился прогресса в сокращении своих собственных выбросов, объясняет Грейсон Бэджли, научный сотрудник CarbonPlan. В этом смысле, если калифорнийское сельское хозяйство не достигнет приближающихся целей по сокращению метана, «пряники» от штата могут смениться «кнутами». California Air Resources Board недавно начала обсуждать правила, которые заставят сектор выполнить требуемое законом 2016 года сокращение на 40%. «Если множество молочных ферм наводят порядок еще до вступления в силу регулирования, то кажется, что именно регулирование, а не компенсации, движет этим процессом, — написал Бэджли. — Попытка собрать как можно больше компенсаций до этого срока может соответствовать правилам рынка, но порождает вопросы о том, действительно ли эти правила обеспечили реальные климатические действия». ## Инвестиции в устойчивость Беккет не согласен с тем, что возможность будущего регулирования подрывает обоснованность генерации углеродных кредитов от текущих проектов. «Штат действительно поставил цели по сокращению выбросов, но ясно, что Калифорния отдает предпочтение рыночным решениям и пытается оказать поддержку через грантовые программы, — написал он. — Я на научной стороне бизнеса, но могу сказать с полной откровенностью: без продажи добровольных углеродных кредитов мы бы не установили системы на фермах Калифорнии». Плосс также подчеркивает: компания проходит тщательный процесс «валидации и верификации» на фермах, чтобы понять, насколько вермифильтрация сокращает парниковые газы. «У нас есть датчики, камеры и куча всего, чтобы круглосуточно следить за любой из систем, — говорит она. — Мы знаем через отбор проб. Мы знаем, что прошло через систему, что вышло из нее. Мы знаем по всем измерениям любого месяца: что сделала система с точки зрения генерации углеродных кредитов». Сам Агеда тоже оспаривает критику. «Установка системы вермифильтрации не состоялась бы без возможности генерировать углеродные кредиты, — написал он в письме. — Проект потребовал значительных капитальных вложений, и ожидаемый доход от углеродных кредитов был ключевым фактором, сделавшим инвестиции финансово возможными». Калифорния решила стимулировать вермифильтрацию наряду с другими методами, потому что она может дать множество преимуществ: более чистую воду, меньше азота, снижение выбросов парниковых газов, а также создание экономической ценности из навоза, написала в ответе на вопросы журналистов Роберта Франко, старший эколог Департамента продовольствия и сельского хозяйства Калифорнии. Она добавила, что решение основывалось на ряде исследований и рекомендациях целевой группы ученых, технарей и других экспертов за 2022 год. Даже если Калифорния ошиблась — особенно в том, что направила слишком много денег на анаэробные дайджестеры в ущерб другим методам, — она создала испытательный полигон. Он достиг реального прогресса и дал уроки, которые могут перенять другие регионы. Так или иначе, многим частям мира придется запустить аналогичные программы, предлагая больше поддержки или создавая более строгие правила, если мы действительно хотим сократить выбросы от навоза, резюмирует Мария Боуман, руководитель программы трансформации азота в сельском хозяйстве Spark Climate. Со своей стороны, Агеда говорит, что система вермифильтрации принесла его семейной ферме много пользы при минимальных дополнительных затратах. Очищая воду, которая возвращается в системы смыва и орошения, биофильтр уменьшил засоры, снизил запахи и улучшил здоровье стада. Он считает, что каждое поколение модернизирует молочное животноводство по-своему. Его отец и дядя внедряли компьютеры и системы управления данными в повседневную работу Alberto Dairy. Агеда уверен: ответственность его поколения — найти способ накормить мир, не отравляя при этом планету.