Midden in de prairie van Minnesota ligt Madelia, een stad met iets meer dan 2300 inwoners die aan alle kanten omgeven is door kilometerslange bruine grond, in nette rijen bewerkt. Als je daar in een vliegtuig vloog, zag Madelia eruit als een knop, genaaid in het midden van een lappendeken - elke boerderij verdeeld in velden in de vorm van vierkanten en cirkels, begrensd door lichtgele grindwegen en door de smalle stroken heldergroen gras die groeien langs kreken en afwateringssloten.
Wanneer de inwoners van een stad als Madelia nadenken over de toekomst van energie, zijn de oplossingen die ze bedenken niet verrassend gecentreerd op het land en wat het kan groeien. In Madelia zien die oplossingen er echter iets anders uit dan je zou verwachten. Wanneer Madelians zich de toekomst van energie voorstellen, zien ze geen prairie bezaaid met grote ethanolraffinaderijen, waar maïs geteeld door honderden boeren wordt verwerkt tot brandstof die overal in de Verenigde Staten zal worden verkocht. In plaats daarvan denken ze aan iets veel lokaalers. Madelia is een klein stadje met een groot plan om brandstof te produceren die is gemaakt van lokale materialen voor lokale markten. Van de inheemse grassen die gemakkelijk in prairiegrond groeien tot overgebleven snavels en stukken uit een nabijgelegen kippenconservenfabriek, alles wat binnen een straal van 25 mijl van de stad kan groeien, is eerlijk spel.
Waarom zou een over het algemeen conservatieve stad, bevolkt door veel algemeen risicomijdende boerenfamilies, een behoorlijke hoeveelheid tijd en geld willen inzetten op het snijvlak van alternatieve energie? Toen ik naar Madelia reisde, stuitte ik op de reden voordat ik zelfs de stad zelf had bereikt. Mijn moment van verlichting gebeurde een paar mijl buiten de stadsgrenzen, op de smalle blacktop van Highway 60, toen ik heel dicht bij het komen van mijn auto in een sloot kwam.
De wind was de dag vol glans begonnen en tegen de middag was het woedend, terwijl de open, lege velden langs de snelweg niets te bieden hadden om de wind te vertragen. Dit alleen zou geen groot probleem zijn geweest. Ik ben opgegroeid in Kansas en weet hoe ik een auto door een storm kan sturen. Het probleem was wat ik voor me kon zien - of liever, wat ik niet kon zien. Uit het niets rees een grijze wolk op die over de snelweg zweefde, semi-vrachtwagens opslokte en ze in sets van uitgelichte achterlichten opsloeg. Ik had amper genoeg tijd om te beseffen dat ik niet naar mist keek voordat ik me in het midden van de diepte stortte.
De zon verdween. Grind pingelde tegen de autoruiten. Ik kon niets zien dat niet kunstmatig was verlicht. In paniek zette ik mijn koplampen aan, net toen ik de andere kant van de zanderige waas uitreed, terug in een normale, winderige lentedag. De 'wolk' was gemaakt van vuil, en ongeveer een kilometer verderop, strekte zich een ander grijs lint over de horizon uit. Ik ging door drie of vier van deze stofwolken voordat ik de uitgang naar Madelia bereikte.
Zelfs in de stad werd het stof niet gemakkelijk overwonnen. Ik parkeerde mijn auto in het centrum, onder de boeg van een zonnescherm van een bioscoop, en stapte zo luchtig in de lucht dat je er bijna aan kon knagen. Stoffen stof staken in mijn zonnebrandcrème. Toen ik mijn mond opendeed, kwam grit binnen.
Ik was naar Madelia gereisd om Linda Meschke te ontmoeten, de vrouw die de drijvende kracht achter het Madelia Model was geworden, en ik had mijn huis gekleed voor de gelegenheid verlaten, gekleed in de nette zakelijke vrijetijdskleding van een jonge verslaggever. Die stofwolken sloegen me van een pen. Tegen de tijd dat ik twee blokken door het centrum van Madelia liep, werd mijn huid roze en was mijn haar een gewikkelde rode werveling die onder een laag vuil op zijn plaats was gelijmd. Meschke leek niet te denken aan mijn droevige toestand. In plaats daarvan knikte ze langzaam en zei: "Het is hier vandaag een beetje winderig."
Op dat moment begreep ik nog steeds niet helemaal wat ik had gezien. Ik wist dat stofwolken zoals deze verband hielden met bodemerosie, maar pas toen ik met Meschke sprak, kon ik de puntjes tussen het stof in mijn haar en de doelen van het Madelia-model verbinden.
Ik ontdekte al vroeg in mijn onderzoek dat mensen de neiging hadden om Meschke eerst hersens te beschrijven. "Ze kent echt haar dingen, " zouden ze me vertellen. “Ze is een heel, heel slimme vrouw.” Ze leken een beetje ontzag voor haar en een beetje geïntimideerd, alsof ze een natuurkracht was - het tegenovergestelde van een tornado, ze blies door de stad en liet alles ordelijker achter dan zij het was eerder geweest. Uit de tweedehandsverslagen had ik verwacht een grote, koperachtige Delta Burke van een dame te ontmoeten. In plaats daarvan bleek Meschke de stille, slepende houding te hebben van de goede oude boer die ze al 25 jaar was. Ze was zwaar met kort bruin haar en haar overhemd met tropische print en knopen was het hardste aan haar, maar ze weet echt hoe ze de klus moet klaren - wat de klus ook is. Als voormalig landbouwinspecteur in de provincie raakte ze in 1988 betrokken bij problemen met de waterkwaliteit op het platteland. Binnen een decennium had ze de manier waarop de provincies rond Madelia het waterbeschermingswerk deden volledig vernieuwd. Pre-Meschke, de provinciale waterprogramma's waren allemaal erg gescheiden van elkaar, zelfs als ze dezelfde waterscheiding deelden. Ze lanceerde een programma dat het Blue Earth River-systeem - een van de smerigste waterwegen van Minnesota - als een enkele eenheid behandelde, waardoor ideeën en geld de provincies overschrijden. De benadering op grote schaal leidde tot een vermindering van de vervuiling met 9 procent tegen 2001.
De cadans van Meschke's stem sjokte voort, maar haar handen waren onrustig - onrustig met zichzelf en kleine cirkels op haar notitieblok tekenen. Ze handelde in de kleine, opzettelijke details die openbare werken-projecten tot stand brachten - de saaie dingen waarvoor bureaucratie eigenlijk werd uitgevonden. Toch sprak ze in de taal van een gepeupel, over het weggooien van de oude manieren en het nemen van risico's op nieuwe ideeën. Het was dit deel van de persoonlijkheid van Meschke dat haar ertoe bracht om kleinschalige lokale energie als een oplossing te zien, zowel voor de problemen met de waterkwaliteit waar ze al tientallen jaren mee worstelde als voor de dreiging van bodemerosie - die de stofstormen had veroorzaakt die geplaagd mijn reis naar Madelia. Meschke dacht dat lokale energie beide problemen kon oplossen, omdat het boeren een kans kon geven om betaald te krijgen voor het verbouwen van iets anders dan maïs.
Vergis je niet, het Madelia-model gaat over biobrandstof, maar het gaat niet over ethanol. Dit deel van het land heeft minder maïs nodig, niet meer, vertelde Meschke me. Op dit moment zijn maïs en in mindere mate sojabonen de enige gewassen die worden geteeld. Mais neemt meer dan 45 procent van alle beschikbare landbouwgrond in het zuiden van Minnesota in beslag, evenals in delen van Nebraska, Indiana en Illinois - en vrijwel elke vierkante centimeter van Iowa. In dezelfde gebieden, afhankelijk van de provincie, stijgen sojabonen overal op van 15 procent tot meer dan 45 procent van de landbouwgrond.
Van buitenaf kan dit systeem een beetje onlogisch lijken, maar het is gewoon specialisatie. Het is niet anders dan een fabriek die alleen schoenen maakt in plaats van een kast vol met verschillende kledingproducten. Het is gemakkelijker om een expert te worden op twee gewassen, in plaats van op 20, en u kunt meer groeien voor minder vooraf geïnvesteerde investeringen. Eerlijk gezegd lonen maïs en sojabonen ook. Er is een grote industriële vraag naar die planten waar broccoli niet tegenop kan. Wanneer de vraag daalt, zijn er ook ruime subsidies om te garanderen dat boeren op zijn minst een bepaalde prijs voor hun gewassen verdienen, met overheidsgeld dat de markt slap maakt.
Het nadeel is dat deze twee gewassen, en met name maïs, niet zo goed zijn voor de bodem- en waterkwaliteit als voor de bankrekeningen van boeren. Maïs is een hebzuchtige plant die verrassend veel aandacht nodig heeft om te groeien. Vooral maïs heeft kunstmest nodig en veel ervan. In 2007 gebruikten Amerikaanse maïsboeren meer dan 5 miljoen ton stikstofhoudende meststoffen. Hoewel maïs een groot verlangen heeft naar plantaardig voedsel, is het ongeveer net zo efficiënt in het 'eten' als een peuter met een kom spaghetti. Je weet dat het kind uiteindelijk net zoveel voedsel zal dragen als ze eet, en een maïsveld gebruikt vaak maar de helft van de kunstmest die het voedt. De rest zit op de grond totdat het door regen of irrigatie in de dichtstbijzijnde kreek is weggespoeld.
Maïs groeit in nette kleine rijen - met nette kleine wortelstelsels eronder. Eind mei is een maïsveld nog steeds een zee van vuil, gespikkeld met groene scheuten die niet veel groter zijn dan je gemiddelde bos basilicum. Wanneer de wind begint te waaien, maakt die bovengrond geen kans. Sinds het begin van de 19e-eeuwse maïskwekerij is ongeveer acht centimeter van Iowa verdwenen. Voor mensen die hun brood verdienen met wat ze kunnen groeien in de bovengrond, is dit heel, heel erg. Het professionele gevaar op de lange termijn voor boeren in het Midden-Westen is niet duidelijker dan wanneer men deeltjes waardevolle bovengrond uit zijn huid, haar en tanden plukt. De stofstormen waar ik doorheen was gereden op weg naar Madelia waren een product van de maïsteelt. Mijn auto was aangekoekt in de verloren toekomst van de Amerikaanse landbouw.
Meschke dacht dat ze de sleutel had gevonden om de Amerikaanse prairielandbouwgrond te redden: Third Crops. Dat was haar term voor eigenlijk alles wat geen maïs of sojabonen is. Er was extra krediet als het native en meerjarig is. Haar idee was niet uniek. Sommige boeren gebruiken al een Third Crop-systeem door velden eerst door maïs te roteren, vervolgens over sojabonen en derde over alfalfa of hooi, wat helpt de grond gezond te houden en de behoefte aan kunstmest vermindert. Toch wilde Meschke dit verder brengen. Eerst promootte ze het planten van een grotere verscheidenheid aan derde gewassen. Wanneer veel verschillende planten in één regio worden gekweekt, wordt het minder een Club Med voor soortspecifiek ongedierte, wat betekent dat boeren minder behoefte hebben om dure pesticiden te kopen. Meschke wilde ook dat boeren Derde Gewassen fulltime op een bepaald land zetten, niet alleen in rotatieschema's. Land met een ernstig tekort aan voedingsstoffen, land dat schuin staat of veel losse bovengrond heeft, en land dat langs kreken en afwateringssloten ligt, kunnen allemaal profiteren van de dichte, water- en grondhoudende wortelsystemen van vaste planten.
Het probleem voor Meschke was hoe ze derde gewassen zo winstgevend konden maken dat boeren ze eigenlijk wilden telen. De vaste planten die in de prairie van Minnesota voorkomen - meestal verschillende soorten hoge grassen - zijn redelijk goedkoop om te kweken en zijn ecologisch vriendelijk, omdat ze niet veel bemesting of irrigatie nodig hebben, maar ze zijn ook niet erg veel waard. Dit was waar Meschke's interesse in waterkwaliteit en bodemgezondheid nauw aansluit bij haar interesse in lokale energie. Er is niet echt geld te verdienen om derde gewassen te telen voor bescherming van de bovengrond of om een vervuilde stroom op te ruimen. Ondertussen draagt de grootschalige productie van biobrandstoffen - wat momenteel maïsethanol betekent - alleen maar bij aan die ecologische problemen. Je zou inheems gras kunnen laten groeien en er brandstof van kunnen maken. De technologie bestaat al. In feite zijn er veel verschillende manieren om het werk te doen. Het probleem is dat tot nu toe niemand een van deze methoden op grote schaal financieel haalbaar heeft kunnen maken - het soort systeem waarmee grote bedrijven in het Midwesten vaten en vaten brandstof kunnen produceren voor gebruik in het hele land. Voor de meeste mensen betekent dit dat graanloze biobrandstof nog niet klaar is voor de echte wereld. Linda Meschke daarentegen keek naar hetzelfde probleem en vroeg: "Waarom zouden mensen in Madelia zich zorgen maken of Florida genoeg energie heeft?"
Een kleine raffinaderij die boeren zou kunnen betalen voor derde gewassen, wat banen voor niet-boeren zou creëren en genoeg brandstof zou produceren om te verkopen in deze ene kleine regio van Minnesota zou het lukken, dacht Meschke. Vooral als de benzineprijzen bleven stijgen. Als dat niet levensvatbaar was, zei ze, zou je nog kleiner kunnen worden. Zelfs de mogelijkheid om brandstof te maken voor eigen gebruik - een kans om geld te besparen in plaats van het te verdienen - kan voldoende zijn om minstens een paar boeren derde gewassen te laten groeien. Meschke ondersteunt lokale energie omdat het op de schaal is waar biobrandstof op prairiegras lijkt te werken en omdat het op dit moment de beste kansen biedt om het Madelia-model in gang te zetten.
Toch is het niet zonder risico. De boerderijen die Madelia omringen zijn groot, en ze zijn op goederen gericht, geen thuis voor boetiekkool. Dat betekent echter niet dat ze bedrijfsmonolieten zijn. Deze boerderijen zijn eigendom van een familie, van families die al generaties lang in de regio wonen. Natuurlijk mogen ze alleen maïs verbouwen. In de loop van de decennia hebben ze misschien areaal opgenomen dat vroeger een dichtbevolkte lappendeken van kleinere boerderijen huisvestte, maar landbouw is nog steeds een familiebedrijf en een zeer risicomijdend familiebedrijf. Het zou drie of vier jaar duren, vertelde Meschke me, om een eeuwigdurende derde oogst, zoals prairiegras, te krijgen en klaar voor de eerste oogst. Als een markt voor het gras niet zou uitkomen, zouden boeren een heel mooi veld en een groot stuk schulden achterlaten.
Aan de andere kant, als het Madelia Model erin slaagde om ieders stoutste dromen te overtreffen - als Madelia en de regio eromheen zelfvoorzienend in brandstof zouden worden - zou het de levens van de mensen die hier woonden drastisch veranderen. Succes zou de lokale landbouw veranderen. Er zou een economische druk zijn om nieuwe gewassen te gaan telen met verschillende behoeften en verschillende groeicycli. Succes zou het leven in Madelia veranderen. Er zouden nieuwe banen, nieuwe bedrijven en meer keuzes voor de consument zijn. Madelia zou ook een drukkere stad zijn, met nieuwe bewoners die misschien wat beter af zijn. Verandering, zoals koetaarten, gebeurt. Hoe het hier gebeurde, zou sterk afhangen van of de gemiddelde Madelians betrokken raakten bij het vormgeven van de toekomst van hun gemeenschap. Hun stilte hierover is oorverdovend.
Elke vierde vrijdag om 15.00 uur vertelde Meschke me dat de stad een open bijeenkomst houdt om Madelia Model planners en het publiek samen te brengen. Het is een nobel plan - en meestal theoretisch. De vergaderingen vinden plaats, maar niet meer dan een dozijn mensen komen opdagen.
Tijdens ons interview sprak Meschke apathisch over de lage maatschappelijke betrokkenheid. Het verbaasde haar niet. Het maakte haar geen zorgen. Ik kreeg de indruk dat als zij niet de drijvende kracht achter het Madelia Model was en dus inherent geïnteresseerd was, Meschke misschien ook de vergaderingen oversloeg. Ondanks al haar hypnotiserende zelfvertrouwen maakte ze zich geen illusies over hoe de achterban groeit. De meeste mensen waren, zei ze, gewoon bezig met hun dagelijkse leven. Ze zouden geïnteresseerd raken, maar alleen wanneer het Madelia Model hen eindelijk iets tastbaars gaf om in te interesseren. "Wat hebben we nu te bieden?" Zei ze.
Ik kon haar punt zien. De boeren die ik kende, reageerden zelden goed op misschien / mogelijk / ooit. Ofwel doe je iets en geef je ons de verkooppraatjes wanneer het klaar is om te gaan, of doe je niets en hou je je mond erover. (Yoda zou een geweldige boer zijn geworden.) "We hebben het koor aangemeld, " zei Meschke. "En we hebben een voorlopige gemeente die waakt om te zien wat er daarna gebeurt."
Deze afgelopen herfst kregen de Madelians eindelijk wat actie te zien. Ironisch genoeg leek hun eerste blik op de toekomst heel erg op het verleden. Onderzoekers van de Universiteit van Minnesota reden met een pick-up van St. Paul naar het boerenland rond Madelia. Daarachter sleepten ze op een aanhangwagen die niet veel groter was dan een kleine camper, een systeem dat zowat elk soort plantaardig of dierlijk materiaal in brandstof kon veranderen. De technologie was nieuw, maar het concept erachter was meer dan een eeuw oud.
Begin in de 19e eeuw reisden dorsmachines tijdens de oogsttijd van boerderij naar boerderij. Een mechanisch systeem voor het scheiden van graan van de stengel was te duur om zelf uit de Sears-catalogus te halen, dus de dorsmachine was een draagbare onderneming. Misschien was een man eigenaar van de machine en bediende hij deze als zijn werk, of gingen meerdere boeren samen op een stuk apparatuur dat iedereen deelde. Hoe dan ook, boeren betaalden om hun rauwe gewassen tot iets waardevoller te maken. De onderzoekers van de Universiteit van Minnesota die een draagbaar biobrandstofsysteem naar Madelia willen brengen, hopen die geschiedenis te herhalen. Hun technologie, microgolfpyrolyse genoemd, is het eerste schot van Madelia bij het maken van lokale energie.
Het systeem is zowel eenvoudig als aangenaam slim. Bij pyrolyse draait alles om het afbreken van planten en andere materie in een vorm die beter geschikt is voor bruikbare commerciële energie. Grassen, stengels, mest - elk soort organisch materiaal - gaat erin. Dat spul wordt verwarmd tot bijna 950 graden Fahrenheit in een zuurstofvrije omgeving, waardoor een groot aantal vluchtige gassen vrijkomt. Condenseer het gas en je krijgt een vloeibare brandstof. Er zijn verschillende manieren om biomassa op te warmen, maar het systeem van de universiteit is speciaal omdat het afhankelijk is van magnetrons, sterkere versies van dezelfde technologie die je gebruikt om popcorn en overgebleven pizza te koken.
Het is een handige methode, omdat het al bewezen technologie is - gemakkelijk te gebruiken en goedkoop om te bouwen. Microgolven maken het hele productieproces van biobrandstoffen ook eenvoudiger. Gewoonlijk moet biomassa voordat het in brandstof wordt omgezet in kleine stukjes worden gemalen om ervoor te zorgen dat elk bit tegelijkertijd gelijkmatig kan worden verwarmd, maar magnetrons verwarmen het centrum van een vast voorwerp prima.
Bovendien kunt u geld besparen op verzendkosten. Het verplaatsen van biomassa is niet erg efficiënt. Organisch materiaal is over het algemeen omvangrijk en niet erg energetisch. Het transport van een heleboel prairiegrassen kost evenveel energie en kost evenveel geld als het transport van een ton olie, maar je haalt meer energie uit de olie. Door microgolven te gebruiken - een verwarmingstechnologie die licht van gewicht is en kan worden verkleind tot de grootte van een kleine camperaanhangwagen - vond de Universiteit van Minnesota een manier om pyrolyse draagbaar te maken en de brandstoffabriek naar de boerderij te brengen. Daar kan elke boer de pyrolyse-machine laden en ter plaatse een paar verschillende producten produceren. Batchproces-testruns in het laboratorium duurden slechts vijftien minuten.
Wat de boeren eruit halen is nuttig spul. Brandstof is het belangrijkste product van pyrolyse in de magnetron. Het systeem van de universiteit produceert voldoende brandbaar gas dat, zodra het is gestart, zichzelf kan voeden. Over het algemeen maak je echter een vloeistof die biogas wordt genoemd. Het is bruikbaar zoals het is, vers uit de kraan, maar voor het beste resultaat moet het echt een beetje worden opgeruimd. Elke motor draait op vers biogas, maar na verloop van tijd zou de zure brandstof de motor uit elkaar scheuren. De universitaire onderzoekers werken nog steeds aan methoden om biogas compatibel te maken met auto's, maar in de tussentijd kan het spul worden gebruikt in plaats van huisbrandolie of worden verkocht als vervanging voor industriële petroleum.
In de herfsttest van de magnetronpyrolysemachine vonden de onderzoekers van de Universiteit van Michigan enkele problemen met de door syngas aangedreven generator, maar ze gaan deze zomer terug naar Madelia om het systeem opnieuw te testen met een nieuwe generator.
Biogas is niet het enige belangrijke product dat uit het systeem komt. Ga terug naar de kop van de productielijn en u zult een andere output vinden - een die de hoeveelheid CO2 in de atmosfeer kan verminderen en mogelijk ook de plantengroei kan stimuleren. Wanneer biomassa wordt verwarmd door magnetrons, veranderen de delen die niet in brandstof veranderen in iets dat lijkt op houtskool. Biochar genoemd, is het een beetje anders dan standaard barbecue-briketten, dankzij de zuurstofvrije omgeving waar pyrolyse plaatsvindt.
Biochar functioneert als een maximaal beveiligde gevangenis voor koolstof. Houtskool kan ook koolstof vasthouden, maar niet zo effectief. Houtskool bestaat chemisch uit koolstof, verbonden met veel zuurstofmoleculen, maar bestaat voornamelijk uit as en heeft het grootste deel van zijn koolstof verloren aan verbranding. Net als meisjesstudentenclub in een slasher-film, wordt de zuurstof gemakkelijk opgepikt door bacteriën, die het afbraakproces versnellen, de chemische bindingen verbreken en de koolstof achterlaten die achterblijft in de atmosfeer.
Trek echter de zuurstof af en de koolstofmoleculen worden taai; ze vormen ringstructuren die niet gemakkelijk versplinteren en beter bestand zijn tegen microbiële aanvallen. Lab-onderzoek suggereert dat deze obligaties het potentieel hebben om gedurende honderden tot honderdduizenden jaren vast te houden. Dat betekent minder koolstof in de atmosfeer. Het is ook goed nieuws voor iedereen die koolstofneutrale of zelfs koolstofnegatieve biobrandstofproductie wil zien. Natuurlijk zit dat in een reageerbuis - er worden niet veel biochar-onderzoeken gedaan op het (letterlijke) gebied, en het echte onderzoek is nog niet zo lang uitgevoerd.
Daarom weten we - ondanks veel gekruiste vingers - nog niet of biochar een even goede meststof is als een koolstofafscheider. De kernvraag - "Leidt biochar-geïnfundeerde grond tot meer gewassen en een betere bodemvruchtbaarheid?" - staat nog steeds open. Toch komen er enkele verleidelijke gegevens uit die laboratoriumtests. Door microbieel leven op slow-mo te zetten, werkt biochar ook om stikstof in de bodem op te vangen. Dat betekent niet alleen minder stikstofoxide - een ander broeikasgas - in de atmosfeer, het kan ook betekenen dat er minder stikstofbemesting op de grond wordt aangebracht en minder overtollig stikstof wegspoelt in de watervoorziening.
Dit is het Madelia-model in een notendop: geef boeren een reden om planten te telen die beter zijn voor het land en de watervoorziening dan maïs, en profiteer dan van de voordelen. In prairiegras, komen brandstof, kunstmest en economische ontwikkeling. Het is niet genoeg brandstof en kunstmest om het hele land of zelfs de hele staat te bevoorraden, maar dat is prima. Dat hoeft het niet te doen. Het primaire doel is om te voorkomen dat meer van de lokale bovengrond wegwaait, niet om een mini-imperium van bio-olieproductie te creëren. Het Madelia-model hoeft alleen op lokale schaal te werken.
Fragment uit Before the Lights Go Out: De energiecrisis overwinnen voordat het ons overwint, gepubliceerd in april 2012 door John Wiley & Sons, Inc. Maggie Koerth-Baker is de wetenschapseditor voor boingboing.net.
