2006年10月,12所大学的校长参加了亚利桑那州立大学的会议。会议结束后,赞助商向美国近400所学校发出了邀请,希望他们可以在会议期间参加拟议的计划-美国大学校长的气候承诺计划。 该承诺的主要目标是让所有美国大学和学生参与减少温室气体排放的研究。
该承诺签署两年后,康奈尔大学提出了气候行动计划(CAP),其目标是到2035年实现碳中和,这意味着可以通过各种方式完全抵消碳排放。康奈尔大学位于美国东北部的伊萨卡,年平均气温为7摄氏度,冬天的平均气温在零下20摄氏度以下,这个温度在当地将持续半个月。为了应对严寒,校园教学楼,实验室和宿舍供暖需要大量天然气。在这之前,康奈尔大学设计了一系列清洁能源基础设施。但是这些系统只能应付校园内供暖的基本负荷,研究人员需要找到可以应对峰值负荷的发电机。
康奈尔大学的农学专业位居世界前列,因此并不缺乏畜牧研究的资源,校园里总是有很多牛和羊。研究人员对校园中的600头奶牛进行了研究,提出了一个想法:每头奶牛平均每天可产生68升湿粪肥,每天所有奶牛会产生大量的粪肥。在学校中利用奶牛的排放不仅解决了峰值负荷发电所急需的燃料,而且减少了学校中大量的温室气体排放。受此启发,该团队设计了一个峰值生物发电系统,相关论文于今年下半年发表在《可再生与可持续能源杂志》上。
牛粪发电系统的过渡分为三个阶段。在第一阶段,研究人员收集湿的牛粪,并用微生物对其进处理,可以产生含有甲烷和二氧化碳的沼气。这种沼气是可再生能源,利用这些能源为校园供电。在第二阶段,将牛粪精炼。该阶段的处理包括干燥,加热和转化有机物。研究表明,每吨干肥可转化12-18亿焦耳的能量。根据加拿大能源效率局的数据,一亿焦耳的电力可以为60瓦灯泡供电六个月。此阶段的副产品是水炭,这是一种良好的土壤改良剂。在第三阶段中,该基团使在第一阶段中获得的二氧化碳与由水的电解产生的氢反应以产生可再生天然气。
研究表明,这套生物能源发电系统几乎可以满足康奈尔大学的峰值用电需求。该研究的作者之一,康奈尔大学生物与环境工程博士学位的纳兹·卡西姆(Nazih Kassem)声称,他们开发的系统“可以产生9.09亿升天然气。如果学校可以再购买19头奶牛,这种发电系统将能够完全满足学校的供电需求。