Riesentang, die weltweit größte Art von Meeresalgen , ist eine attraktive Quelle für die Herstellung von Biokraftstoffen. In einer kürzlich durchgeführten Studie haben wir eine neuartige Strategie für den Anbau von Seetang getestet , die es ermöglichen könnte, ihn kontinuierlich in großem Maßstab zu produzieren. Die Schlüsselidee besteht darin, Seetangbestände täglich für Sonnenlicht in oberflächennahe Gewässer und für Nährstoffe in dunklere Gewässer zu bewegen.
Im Gegensatz zu den heutigen Energiepflanzen wie Mais und Sojabohnen benötigt der Anbau von Seetang weder Land noch Frischwasser oder Dünger. Und Riesentang kann unter idealen Bedingungen mehr als einen Fuß pro Tag wachsen.
Kelp wächst normalerweise in seichten Zonen nahe der Küste und gedeiht nur dort, wo sowohl Sonnenlicht als auch Nährstoffe reichlich vorhanden sind. Das ist die Herausforderung: Die sonnenbeschienene Schicht des Ozeans erstreckt sich etwa 665 Fuß (200 Meter) oder weniger unter die Oberfläche , aber diese Zone enthält oft nicht genug Nährstoffe, um das Wachstum von Seetang zu unterstützen.
Ein Großteil der offenen Meeresoberfläche ist das ganze Jahr über nährstoffarm. In Küstengebieten ist der Auftrieb – Tiefenwasser, das an die Oberfläche steigt und Nährstoffe bringt – saisonabhängig. Tiefere Gewässer hingegen sind reich an Nährstoffen, haben aber kein Sonnenlicht.
Unsere Studie zeigte, dass Seetang den täglichen Änderungen des Wasserdrucks standhielt, als wir ihn zwischen 30 Fuß (9 Meter) und 262 Fuß (80 Meter) radelten. Unser kultivierter Seetang hat genügend Nährstoffe aus der tieferen, dunklen Umgebung aufgenommen, um viermal mehr Wachstum zu erzeugen als Seetang, den wir in einen einheimischen Seetang-Habitat an der Küste verpflanzt haben.
Warum es wichtig ist
Die Herstellung von Biokraftstoffen aus Landpflanzen wie Mais und Sojabohnen konkurriert mit anderen Nutzungen von Ackerland und Süßwasser. Die Verwendung von Pflanzen aus dem Ozean kann nachhaltiger, effizienter und skalierbarer sein.
Meeresbiomasse kann in verschiedene Energieformen umgewandelt werden, einschließlich Ethanol, um den aus Mais gewonnenen Zusatzstoff zu ersetzen, der derzeit in den USA Benzin beigemischt wird. Das vielleicht attraktivste Endprodukt ist Bio-Rohöl – Öl, das aus organischen Materialien gewonnen wird . Bio-Rohöl wird durch einen Prozess namens hydrothermale Verflüssigung hergestellt, bei dem Materialien wie Algen mithilfe von Temperatur und Druck in Öle umgewandelt werden.
Diese Öle können in bestehenden Raffinerien zu biobasierten Kraftstoffen für Lkw und Flugzeuge verarbeitet werden. Es ist noch nicht praktikabel, diese Langstreckentransportmittel mit Strom zu betreiben, weil sie enorme Batterien benötigen würden.
Nach unseren Berechnungen würde die Produktion von genug Kelp, um den gesamten US-Transportsektor mit Strom zu versorgen, erfordern, dass nur ein kleiner Bruchteil der US-Ausschließlichen Wirtschaftszone genutzt wird – das Meeresgebiet bis zu 200 Seemeilen von der Küste entfernt.
Wie wir unsere Arbeit machen
Unsere Arbeit ist eine Zusammenarbeit zwischen dem USC Wrigley Institute und Marine BioEnergy Inc. , finanziert durch das Programm ARPA-E MARINER des US-Energieministeriums (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources) . Das Forschungsteam besteht aus Biologen, Ozeanographen und Ingenieuren, die mit Sporttauchern, Schiffsbetreibern, Forschungstechnikern und Studenten zusammenarbeiten.
Wir testeten die biologische Reaktion von Seetang auf Tiefenzyklen, indem wir ihn an einer Struktur im offenen Ozean befestigten, die wir „Seetang-Aufzug“ nennen, die von den Ingenieuren des Teams entworfen wurde. Der Aufzug ist in der Nähe des USC Wrigley Marine Science Center auf der kalifornischen Insel Catalina Island verankert. Eine solarbetriebene Winde hebt und senkt es täglich, um den Kelp zwischen tiefem und flachem Wasser zu bewegen.
Wir haben 35 junge Seetangpflanzen drei Monate lang einem Tiefenzyklus unterzogen und zum Vergleich einen zweiten Satz in einem nahe gelegenen gesunden Seetangbett gepflanzt. Unseres Wissens nach war dies der erste Versuch, die biologischen Auswirkungen des physikalischen Tiefenzyklus auf Kelp zu untersuchen. Frühere Studien konzentrierten sich darauf , nährstoffreiches Tiefenwasser künstlich an die Oberfläche zu pumpen .
Was kommt als nächstes
Unsere Ergebnisse legen nahe, dass das Tiefenradfahren eine biologisch tragfähige Anbaustrategie ist. Jetzt wollen wir Faktoren analysieren, die den Ertrag steigern können, darunter Timing, Wassertiefe und Kelp-Genetik.
Viele Unbekannte müssen weiter untersucht werden, einschließlich Verfahren zur Genehmigung und Regulierung von Seetangfarmen und die Möglichkeit, dass die Aufzucht von Seetang in großem Maßstab unbeabsichtigte ökologische Folgen haben könnte. Aber wir glauben, dass marine Biomasseenergie ein großes Potenzial hat, um dazu beizutragen, die Nachhaltigkeitsherausforderungen des 21. Jahrhunderts zu bewältigen.
Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz neu veröffentlicht. Den Originalartikel finden Sie hier .
Diane Kim ist außerordentliche Assistenzprofessorin für Umweltstudien und leitende Wissenschaftlerin am USC Wrigley Institute, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. Ignacio Navarret e ist Postdoktorand und wissenschaftlicher Mitarbeiter am USC Wrigley Institute for Environmental Studies for Environmental Studies, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. Jessica Dutton ist stellvertretende Direktorin für Forschung und außerordentliche Assistenzprofessorin für Forschung am USC Wrigley Institute for Environmental Studies, USC Environmental Studies Program, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.
