Wie Milchbauern Gülle zu Geld machen

May 09, 2023

Von Rachael Moeller Gorman

Fotografien von David Degner

Der Connecticut River durchschneidet die Green Mountains von Vermont und die White Mountains von New Hampshire und strömt ins Herz von Massachusetts, wo Denise Barstow Manz im Wind steht und das Land überblickt, das ihre Familie seit 217 Jahren bewirtschaftet.

„Wir haben einige der besten Böden der Welt“, sagt Barstow Manz. „Es heißt Hadley-Schluff-Lehm.“ Sie erklärt, wie das reiche Überschwemmungsgebiet des Connecticut River, das zwischen dem Fluss und dem Mount Holyoke-Gebirge liegt, ihren Vorfahren aus dem 19. Jahrhundert Tabak, Spargel, Ginstermais und Kürbis ernährte und wie dort heute Heu und Mais für die 600 Molkereien der heutigen Farm angebaut werden Kühe.

Ihr Vater, David Barstow, ist gemeinsam mit seinem Bruder Steve Barstow und seiner Nichte und seinem Neffen Shannon und Steve II Eigentümer der Farm. David sei „der Leiter von Sonderprojekten“, neckt seine Tochter. „Immer wenn wir etwas Ungewöhnliches tun, was fast immer der Fall ist, hat Papa das Sagen.“

Dieser Artikel ist eine Auswahl aus der April/Mai-Ausgabe 2023 des Smithsonian-Magazins

Als in den frühen 2000er-Jahren die Milchpreise sanken und Milchviehbetriebe überall nach einer Möglichkeit zur Diversifizierung suchten, begannen die Barstows darüber nachzudenken, wie sie am Leben bleiben könnten. Sie beschlossen, einen ungenutzten Rohstoff, den die Kühe im Überfluss produzierten, voll auszunutzen und einen sogenannten anaeroben Fermenter zu bauen – im Grunde ein mit Mist betriebenes Kraftwerk.

Es war eine Geschäftsentscheidung, die tiefgreifende Auswirkungen auf die Umwelt hatte. Kühe produzieren Milch, aber auch Mikroorganismen in einem ihrer vier Magenkompartimente produzieren Methan. Sie spucken Methan aus ihrem Mund, und wenn sich in sauerstofffreien Lagunen oder Gruben Mistberge ansammeln, produzieren die Mikroorganismen auch dort weiterhin Methan.

Die globale Klimapolitik hat sich weniger auf Methan als vielmehr auf Kohlendioxid konzentriert, auch weil Methan nur etwa 12 Jahre in der Atmosphäre verbleibt, während Kohlendioxid Jahrhunderte lang verbleibt. Laut dem Umweltprogramm der Vereinten Nationen (UNEP) ist Methan jedoch bei der Erwärmung der Atmosphäre um ein Vielfaches wirksamer als Kohlendioxid, und seine Konzentration hat rapide zugenommen. Interessanterweise sind viele Maßnahmen zur Methanreduzierung mit geringen Betriebskosten verbunden oder amortisieren sich schnell. Das liegt daran, dass abgeschiedenes Methan als Strom genutzt werden kann.

Vor dem Kuhstall der Barstows befindet sich ein 550.000 Gallonen fassender unterirdischer Tank, in den jedes Jahr etwa 9.000 Tonnen Mist aus dem Kuhstall fließen. Dort wird es in einer sauerstofffreien Umgebung gemischt, die auf eine Temperatur zwischen 95 und 105 Grad Fahrenheit erhitzt wird. Mikroorganismen zersetzen das organische Material im Mist und die Maschine fängt das dabei entstehende Biogas auf. Rohre transportieren das Methan in einen von zwei Motoren auf der Farm, der es verbrennt, um Wärme und Strom zu erzeugen. Dadurch wird der gesamte Wärmebedarf des Bauernhofs gedeckt. Die bei der Vergärung übrig gebliebenen organischen Stoffe werden als Dünger auf den Feldern verwendet, was zu einer erheblichen Steigerung der Ernteerträge führt. Angesichts der Volatilität der Düngemittelpreise seit der russischen Invasion in der Ukraine ist kostenloser Dünger eine willkommene Kosteneinsparung.

„Wenn man über Nachhaltigkeit spricht, muss man über Bodengesundheit und Wasserqualität und all das reden, aber man muss auch über die Möglichkeit sprechen, Gewinne zu erzielen“, sagt Barstow Manz und streicht die vom Wind wehenden Haarsträhnen zurück ihr Pferdeschwanz. Auf dem Feld vor dem Hofladen liegen ein paar Kühe und kauen wiederkäuend. An diesem bewölkten Junitag weht ein stetiger Wind und die Glockenspiele im Hofladen klingeln. Doch die Luft, die über die Farm weht, riecht nach … nichts.

Der Fermenter hatte den ganzen Mist zu Geld gemacht.

Vor dreieinhalb Milliarden Jahren – als die Erde ein Durcheinander aus Kruste und Ozean war – befand sich etwa tausendmal so viel Methan in der Luft wie heute. Wissenschaftler glauben, dass frühe Mikroorganismen zur Erwärmung des neuen Planeten beitrugen, indem sie bei ihrer Arbeit Methan freisetzten. Die Sonne war damals nur zu 70 oder 80 Prozent so hell, und die Ozeane hätten gefroren sein müssen. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass dies aufgrund der durch Methan und andere Treibhausgase eingeschlossenen Wärme nicht der Fall war.

Ein Methanmolekül besteht aus einem Kohlenstoffatom, das von vier Wasserstoffatomen umgeben ist. Desirée Plata, Umweltchemikerin am MIT, vergleicht es mit einem Menschen mit vier Gliedmaßen. „Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, wie sie sich bewegen könnten“, sagt Plata. „Ich sage gerne, dass Methan großartige Tanzbewegungen hat, also hat es diese Schwingungs- und Rotationsmodi, bei denen sich seine Atome um das Zentralatom bewegen.“

Wenn ultraviolette und sichtbare Lichtwellen die Erdoberfläche erreichen, absorbiert der Boden sie und sendet die Energie als Infrarotstrahlung oder Wärme nach oben. Das Methan greift diese Energie auf, sagt Plata, und hält einen Teil davon in der Atmosphäre gefangen. Ein Kohlendioxidmolekül absorbiert nicht so viel Infrarotstrahlung wie Methan. „Methan ist, Molekül für Molekül oder Pfund für Pfund, viel besser darin, die ausgehende Energie zu absorbieren, die versucht, die Erde zu verlassen“, sagt Plata. „Eine kleine Menge Methan kann also im Vergleich zu CO2 großen Schaden anrichten.“

Etwa ein Drittel des jährlich ausgestoßenen Methans stammt aus natürlichen Quellen, insbesondere aus Feuchtgebieten, die Megatonnen Methan ausstoßen. Methanproduzierende Bakterien gedeihen auch in hydrothermalen Quellen und heißen Quellen. Doch der Großteil des heute in die Luft emittierten Methans wird durch menschliche Aktivitäten erzeugt. Die Öl-, Erdgas- und Kohlebergbauinfrastruktur trägt etwa 35 Prozent zu den vom Menschen verursachten Methanemissionen bei; Menschliche Abfälle und Mülldeponien tragen weitere 20 Prozent bei.

Den Rest produziert die Landwirtschaft. „Wir haben im Wesentlichen gesehen, dass die Zahl der Nutztiere auf der ganzen Welt seit vielen, vielen Jahrzehnten unaufhaltsam ansteigt“, sagt Drew Shindell, Geowissenschaftler an der Duke University und Vorsitzender des wissenschaftlichen Beratungsgremiums der Climate and Clean Air Coalition, das von der Duke University koordiniert wird UNEP. Wenn sich nichts ändert, werden die vom Menschen verursachten Methanemissionen bis 2030 voraussichtlich um mehr als 15 Prozent gegenüber 2010 ansteigen.

Da ein Großteil des Methans, das Menschen in die Atmosphäre einbringen, aus Abfällen und undichten Infrastrukturen stammt, lässt es sich leichter reduzieren als Kohlendioxid, das ein Nebenprodukt der Verbrennung in wichtigen Maschinen und Kraftwerken ist. Und da Methan nur etwa 12 Jahre in der Atmosphäre verbleibt, wird sich eine Reduzierung schnell lohnen. „Wenn Sie das Leid der Menschen in den nächsten 20 bis 30 Jahren spürbar verringern wollen, dann ist Methan Ihr mit Abstand stärkster Hebel, um dies zu erreichen“, sagt Shindell und weist darauf hin, dass Brände, Hitzewellen, Überschwemmungen und Dürren schneller zunehmen als die Worst-Case-Prognosen der Klimaforscher. Am Boden oxidiert Methan auch zu Ozon, was eine Gefahr für die Atemwege darstellt.

Shindells UNEP Global Methane Assessment 2021 zeigte, dass eine Kombination von Strategien – von einem besseren Mistmanagement bis hin zum Auffangen von Gas, das aus der Energieinfrastruktur entweicht – die vom Menschen verursachten Methanemissionen um bis zu 45 Prozent reduzieren könnte. Dem UNEP-Bericht zufolge würde eine Reduzierung der vom Menschen verursachten Methanemissionen um 45 Prozent „255.000 vorzeitige Todesfälle, 775.000 asthmabedingte Krankenhausbesuche, 73 Milliarden Arbeitsausfälle durch extreme Hitze und 26 Millionen Tonnen Ernteverluste verhindern“. „ Jährlich.

In der Landwirtschaft ist es schwierig, das Methan aus rülpsenden Kühen zu beseitigen, es sei denn, die Verbraucher beginnen, weniger Fleisch zu essen und weniger Milch zu trinken. Obwohl Methan aus Gülle einen viel geringeren Anteil an den Emissionen von Nutztieren ausmacht, kann es derzeit effektiver reduziert werden.

Anaerobe Fermenter können auch ein weiteres Problem lösen: Die Amerikaner werfen 30 bis 40 Prozent aller Lebensmittel, die wir anbauen und herstellen, weg – bis zu 80 Millionen Tonnen pro Jahr. Lebensmittelabfälle sind die größte Kategorie, die auf kommunalen Mülldeponien entsorgt wird, und in einigen Bundesstaaten ist der Platz knapp. Im Jahr 2014 verbot Massachusetts – wo es nach Angaben der Environmental Protection Agency mittlerweile weniger als zehn aktive Mülldeponien gibt – die Entsorgung von Lebensmitteln und anderen organischen Abfällen für Institutionen und Unternehmen, die eine Tonne oder mehr pro Woche produzieren: Lebensmittelgeschäfte, Lebensmittelverarbeitungsbetriebe, Großhändler und große Restaurants. Seit November 2022 gilt das Verbot sogar für Einrichtungen, die eine halbe Tonne Biomüll produzieren.

Vor dem Verbot in Massachusetts gab es im Bundesstaat nur einen kleinen anaeroben Fermenter. Bis 2020 waren es neun, fünf davon gehörten Vanguard Renewables. Der Mitbegründer des Unternehmens, John Hanselman, erblickte erstmals Anfang der 2010er Jahre anaerobe Fermenter, als er nach Europa reiste, um Solarpanel-Technologien zu untersuchen. „Ich sah diese Kuppeln immer wieder. Ich fragte: ‚Was sind das für Dinger?‘ Und sie sagten: „Es ist ein anaerober Fermenter. Wir nehmen organische Materialien und Kuhmist und erzeugen erneuerbare Energie.“

Als er nach Boston zurückkehrte, beschloss Hanselman, zusammen mit seinem Kollegen Kevin Chase ein neues Unternehmen zu gründen, das sich auf den Bau von Fermentern konzentrierte, aber es war schwierig, Geld zu beschaffen. „Große Energieinvestoren sagten: ‚Ja, das funktioniert nicht, das machen wir nicht‘“, erinnert er sich. In den Vereinigten Staaten gab es zwar einige Fermenter, vor allem in Abwasseraufbereitungsanlagen und einige auf landwirtschaftlichen Betrieben, aber die Technologie hatte sich in den USA nie wirklich durchgesetzt.

Als große Unternehmen wie Unilever anfingen, über Lebensmittelverschwendung und CO2-Fußabdrücke zu sprechen, kaufte Vanguard zwei bestehende Güllefaulen – darunter die von Barstows –, die erst seit kurzer Zeit Gülle verarbeiteten, und verbesserte deren Kapazität und Effizienz. Dann baute Vanguard Fermenter auf anderen Farmen. Außerdem wurde in Agawam, Massachusetts, eine Recyclinganlage gebaut, wohin Unternehmen oder Restaurants Lebensmittelabfälle schicken: Paletten mit verpackten Lebensmitteln, Dutzende halbleere Bierfässer, Berge von Suppenkartons. Ein Schneckenverdichter und eine Hammermühle von der Größe eines Busses brechen Lebensmittel aus ihrer Verpackung. Die Anlage verarbeitet täglich 100 Tonnen Lebensmittel und schickt sie zur Energiegewinnung in Fermenter.

Im Jahr 2013 begann Vanguard damit, jedes Jahr mehr als 24.000 Tonnen Lebensmittelabfälle von lokalen Unternehmen wie Cabot Creamery und HP Hood zur Farm der Barstows zu transportieren. „Gülle ist eigentlich nur einmal verdauter Lebensmittelabfall“, sagt Patrick Serfass, Geschäftsführer des American Biogas Council. „Wenn man also Lebensmittelabfälle nimmt, die überhaupt nicht verdaut wurden, ist darin 10 bis 35 Mal mehr Energie enthalten.“ Wenn nur 10 Prozent des Fermentervolumens für Lebensmittelabfälle verwendet werden, verdoppelt sich die Biogasausbeute. „Wenn wir diese Lebensmittelabfälle nicht recyceln, werden sie einfach vergraben“, sagt Serfass.

Stattdessen trägt der Generator dazu bei, die lokale Lebensmittel- und Landwirtschaftsindustrie in einen hocheffizienten Kreislauf zu verwandeln. Die Pflanzen auf der Barstow-Farm enthalten die Kraft der Sonne, die Kühe fressen, um Milch zu produzieren, aus der Cabot Creamery Butter herstellt. Cabot schickt seine Lebensmittelabfälle zurück zu den Barstows und kauft dann einen Teil der Energie, um seine Butterfabrik anzutreiben. Der Abfall wird so lange nach Ressourcen gequetscht, bis er nichts mehr zu geben hat. Der Fermenter sendet jährlich mehr als 6.000 Megawattstunden Strom ins Netz, genug, um 550 Haushalte mit Strom zu versorgen. Der American Biogas Council schätzt, dass landesweit mindestens 15.000 solcher anaeroben Vergärungssysteme gebaut werden könnten.

Vanguard wird nicht preisgeben, wie viel Geld das Unternehmen mit der verkauften Energie und den Gebühren, die es von Lebensmittelunternehmen einnimmt, verdient. Mittlerweile verfügt das Unternehmen jedoch über Verträge mit 130 landwirtschaftlichen Betrieben im ganzen Land und landesweit laufen Projekte im Wert von 800 Millionen US-Dollar. Es hat seine Mitarbeiterzahl im vergangenen Jahr verdreifacht.

„400 Jahre lang hat dieses Land Müll gesammelt und ihn entweder in ein Loch geworfen und vergraben oder verbrannt. Als die Menschen vor uns versuchten, es zu tun, stießen sie direkt auf die Mauer einer Industrie, die das nicht wollte.“ Veränderung", sagt Hanselman. „Wir versuchen, den Preis so festzulegen, dass wir die Leute dazu bringen können, das, was sie bisher getan haben, zu stören.“

Was passiert, wenn dieser Ansatz ausgeweitet wird? In Massachusetts gibt es 9.500 Milchkühe, die jedes Jahr 200 Millionen Pfund Milch produzieren. Im Gegensatz dazu gibt es in Kalifornien, dem größten Milchproduzenten der USA, 1,7 Millionen Milchkühe, die jedes Jahr 42 Milliarden Pfund Milch produzieren. Vor allem im landwirtschaftlich geprägten San Joaquin Valley sind viele Farmen konzentrierte Tierfütterungsbetriebe (CAFOs), bei denen mehr als 700 Milchkühe auf kleinem Raum gehalten werden und der Mist häufig in eine Grube oder Lagune geworfen wird.

Im Jahr 2016 verabschiedete der kalifornische Gesetzgeber einen Gesetzentwurf, der den Staat dazu verpflichtet, die Entsorgung organischer Abfälle bis 2025 um 75 Prozent gegenüber dem Niveau von 2014 zu reduzieren und die Methanemissionen aus Milch- und Viehwirtschaft bis 2030 um 40 Prozent gegenüber dem Niveau von 2013 zu reduzieren Milchfermenterprojekte, von denen die meisten an drei Biogasunternehmen gingen, die auf riesigen Milchviehbetrieben bauen. Kalifornien erlaubt nicht nur den Verkauf von Gas aus anaeroben Fermentern, sondern auch die Generierung von Gutschriften für die Verwendung als Fahrzeugtreibstoff. Ein Fermenter in Kalifornien kann sich in etwas mehr als drei Jahren amortisieren und gleichzeitig die Methanemissionen eines CAFO drastisch reduzieren.

Einige Umweltverbände haben diesbezüglich Bedenken. Sie erkennen an, dass Fermenter zur Schadensminderung beitragen können, befürchten jedoch, dass Subventionen CAFOs dazu verleiten, weiterhin Luft und Wasser zu verschmutzen, Hormone übermäßig zu verwenden und Tiere zu misshandeln. Sie argumentieren, dass der einfachste Weg, Methan zu reduzieren, darin bestehe, die landwirtschaftlichen Betriebe klein zu halten und den Mist der Luft auszusetzen. (Wenn der Mist nicht in eine Grube oder Lagune gegeben wird, verhindert Sauerstoff das Überleben von Methanogenen.) Viele Umweltschützer würden sich auch wünschen, dass die Menschen weniger Fleisch und Milchprodukte konsumieren.

Hanselman, der sich selbst als „einen alten Sierra-Club-Typen“ bezeichnet, hat diese Beschwerden von Freunden gehört. Seine Antwort: „Hey Leute, ihr könnt das ignorieren oder wegwünschen; sie werden nicht gehen. Lasst uns das Problem angehen und versuchen, mit der Industrie zusammenzuarbeiten, um eine Lösung zu finden, die uns als Land in eine viel bessere Lage bringt.“

Bei der Verbrennung von Methan-Erdgas aus den Fermentern entsteht ebenfalls CO2 als Nebenprodukt, wenn auch viel weniger als bei der Verbrennung von Heizöl oder Kohle. Und da CO2 ein viel schwächeres Treibhausgas als Methan ist, erwärmt die Verbrennung des Methans die Erde weitaus weniger, als wenn man es unberührt in die Atmosphäre schweben lässt. „Leider gibt es keinen Ersatz für Erdgas, der in den nächsten 20 Jahren funktionieren könnte“, sagt Hanselman. Das Methan, das die Pipelines füllt, könnte genauso gut aus nicht-fossilen Quellen stammen, die tatsächlich die Emissionen reduzieren, sagt er, und zusammen mit allen anderen erneuerbaren Energiequellen genutzt werden. Die Ergebnisse in Kalifornien sind beeindruckend: Durch die kalifornischen Fermenterzuschüsse subventionierte Projekte werden so viel Treibhausgas binden, als würden jedes Jahr fast 500.000 Autos mit Benzinantrieb von der Straße verschwinden.

Die Bäuerin der dritten Generation, Danielle Goodrich Gingras, geht auf ihrem Weg zu den Kühen auf ihrer Farm in Salisbury, Vermont, an einem summenden, scheunenroten anaeroben Fermenter vorbei. Die Sonne strahlt an diesem Frühsommertag kräftig und das kleine, nagelneue Kraftwerk strahlt. Auch ein Vanguard-Vertreter ist vor Ort und erklärt, dass diese Anlage 2021 in Betrieb genommen wurde und heute die größte anaerobe Anlage im Nordosten ist. Das von seinen beiden 925.430-Gallonen-Fermenter produzierte Erdgas wird vor Ort gereinigt und in Vermont-Pipelines eingespeist.

Durch die Partnerschaft mit Vanguard entlasten Landwirte den Bau- und Betriebsaufwand, profitieren aber dennoch von erheblichen Vorteilen. Ihr Mist wird so gehandhabt, dass der Nährstoffabfluss in örtliche Wassereinzugsgebiete reduziert wird, was vom Staat reguliert wird. Die Nachbarn freuen sich, da kaum Geruch entsteht. Die festen Pflanzenfasernebenprodukte aus dem Fermenter können als Einstreu für die Kühe verwendet werden (der Preis für Sägemehl steigt ständig), und der flüssige Gärrest ist reich an Stickstoff, was ihn zu einem hervorragenden Dünger macht. Bauernhöfe erhalten von Vanguard eine 20-jährige garantierte Pachtzahlung und einige erhalten auch Kredite von ihren Energieversorgern.

Peter Melnik, ein Landwirt in der vierten Generation in Deerfield, Massachusetts, arbeitete schon früh mit Vanguard zusammen, um einen Fermenter zu bauen. „Nachhaltigkeit bedeutet für mich, keinen Stickstoff aus Russland zu importieren, mich nicht auf ein externes Sägewerk für die Einstreu zu verlassen und ein besserer Nachbar zu sein, weil wir unseren Feldern keinen Dünger hinzufügen“, sagt er. „Außerdem habe ich mich noch nie so eng mit meiner Gemeinde und dem Lebensmittelsystem verbunden gefühlt. Und es ist ein wirklich gutes Gefühl zu wissen, dass wir genug Strom produzieren, um fast jedes Haus in dieser Gemeinde mit Strom zu versorgen.“

An einem nassen Septembermorgen ein paar Monate später hüllt dichter Nebel die Bergbäume hinter dem Melkstall der Barstows. In der Nähe parkt ein Tankwagen, dessen Abfälle in den Faulbehälter fließen. Die Familie ist dabei, ihren fünften Heuschnitt einzubringen, der mit der organischen Substanz des Fermenters gedüngt wurde. „Früher hatten wir vier“, sagt Barstow Manz, „aber dank des anaeroben Fermenters sind es jetzt fünf.“

Wenn das Wetter kälter wird, werden die Seitenwände der Scheune heruntergefahren und die Denkweise der Familie verlagert sich vom Ackerbau auf die Wartung der Winterausrüstung. Die Kühe sind zufrieden und füttern den Fermenter mit ihrem Mist. Wie David Barstow es ausdrückt: „Wir werden nicht reich, aber es ist wie bei allem anderen, was wir tun. Es trägt alles zum Endergebnis bei.“

Die Familie Barstow bewirtschaftet dieses Land seit 217 Jahren und Barstow Manz denkt über die nächste Generation nach, die achte – die Kinder ihrer Cousins ​​und ihre eigenen zukünftigen Kinder. „Wir müssen uns weiter anpassen und anpassen“, sagt sie. Der Winter naht, aber es wird ihnen auch in schwierigen Zeiten gut gehen. Der Fermenter hält sie warm.

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Rachael Moeller Gorman | MEHR LESEN

Rachael Moeller Gorman ist eine in Boston ansässige Autorin, die sich auf Wissenschaft, Gesundheit und Umwelt konzentriert.

David Degner | MEHR LESEN

David Degner ist ein Redaktionsfotograf mit Sitz in Boston, Massachusetts.