Olbrzymie wodorosty, największy na świecie gatunek alg morskich , są atrakcyjnym źródłem do produkcji biopaliw. W niedawnym badaniu przetestowaliśmy nowatorską strategię uprawy wodorostów , która umożliwiłaby ich ciągłą produkcję na dużą skalę. Kluczową ideą jest codzienne przemieszczanie zasobów wodorostów do wód przypowierzchniowych w celu uzyskania światła słonecznego i do ciemniejszych wód w celu uzyskania składników odżywczych.
W przeciwieństwie do dzisiejszych upraw energetycznych, takich jak kukurydza i soja, uprawa wodorostów nie wymaga ziemi, świeżej wody ani nawozów. A gigantyczne wodorosty mogą w idealnych warunkach urosnąć ponad stopę dziennie.
Kelp zwykle rośnie w płytkich strefach w pobliżu wybrzeża i rozwija się tylko tam, gdzie światło słoneczne i składniki odżywcze są obfite. Jest wyzwanie: nasłoneczniona warstwa oceanu rozciąga się na około 665 stóp (200 metrów) lub mniej pod powierzchnię , ale ta strefa często nie zawiera wystarczającej ilości składników odżywczych, aby wspierać wzrost wodorostów.
Duża część powierzchni otwartego oceanu jest uboga w składniki odżywcze przez cały rok. Na obszarach przybrzeżnych upwelling — głębokie wody unoszące się na powierzchnię, przynoszące składniki odżywcze — ma charakter sezonowy. Z drugiej strony wody głębsze są bogate w składniki odżywcze, ale brakuje im światła słonecznego.
Nasze badanie wykazało, że wodorosty wytrzymywały codzienne zmiany ciśnienia wody, gdy jeździliśmy na rowerze między głębokościami od 30 stóp (9 metrów) do 262 stóp (80 metrów). Nasze hodowane wodorosty pozyskały wystarczającą ilość składników odżywczych z głębszego, ciemnego środowiska, aby wygenerować czterokrotnie większy wzrost niż wodorosty, które przeszczepiliśmy do rodzimego siedliska przybrzeżnych wodorostów.
Dlaczego jest to ważne
Wytwarzanie biopaliw z upraw lądowych, takich jak kukurydza i soja, konkuruje z innymi zastosowaniami gruntów rolnych i słodkiej wody. Wykorzystanie roślin z oceanu może być bardziej zrównoważone, wydajne i skalowalne.
Biomasa morska może być przetwarzana na różne formy energii, w tym etanol, aby zastąpić dodatek pozyskiwany z kukurydzy, który jest obecnie dodawany do benzyny w USA. Być może najbardziej atrakcyjnym produktem końcowym jest biosurówka — ropa pozyskiwana z materiałów organicznych . Biosurowa jest produkowana w procesie zwanym upłynnianiem hydrotermalnym, który wykorzystuje temperaturę i ciśnienie do przekształcania materiałów takich jak algi w oleje.
Oleje te mogą być przetwarzane w istniejących rafineriach na biopaliwa do samochodów ciężarowych i samolotów. Nie jest jeszcze praktyczne, aby te środki transportu na duże odległości były zasilane energią elektryczną, ponieważ wymagałyby ogromnych baterii.
Według naszych obliczeń, wyprodukowanie wystarczającej ilości wodorostów, aby zasilić cały sektor transportu w Stanach Zjednoczonych, wymagałoby użycia tylko niewielkiej części wyłącznej strefy ekonomicznej USA – obszaru oceanu oddalonego o 200 mil morskich od linii brzegowej.
Jak wykonujemy naszą pracę
Nasza praca jest wynikiem współpracy USC Wrigley Institute i Marine BioEnergy Inc. , finansowanej przez program ARPA-E MARINER (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources) Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych . W skład zespołu badawczego wchodzą biolodzy, oceanografowie i inżynierowie pracujący z płetwonurkami, operatorami statków, technikami badawczymi i studentami.
Przetestowaliśmy biologiczną reakcję wodorostów na cykliczne zmiany głębokości, dołączając je do otwartej struktury oceanicznej, którą nazywamy „windą wodorostów”, zaprojektowaną przez inżynierów zespołu. Winda jest zakotwiczona w pobliżu USC Wrigley Marine Science Center na kalifornijskiej wyspie Catalina. Wciągarka zasilana energią słoneczną podnosi i opuszcza ją codziennie, aby przełączać wodorosty między głęboką i płytką wodą.
Poddaliśmy cyklowi głębokości 35 młodych wodorostów przez trzy miesiące i posadziliśmy drugi zestaw na pobliskim zdrowym grządce wodorostów dla porównania. Według naszej wiedzy była to pierwsza próba zbadania biologicznych skutków fizycznej zmiany głębokości na wodorosty morskie. Wcześniejsze badania koncentrowały się na sztucznym pompowaniu głębokiej wody bogatej w składniki odżywcze na powierzchnię .
Co dalej
Nasze wyniki sugerują, że cykliczne zmiany głębokości są biologicznie opłacalną strategią uprawy. Teraz chcemy przeanalizować czynniki, które mogą zwiększyć plony, w tym czas, głębokość wody i genetykę wodorostów.
Wiele niewiadomych wymaga dalszych badań, w tym procesy zezwalania i regulowania farm wodorostów, a także możliwość, że hodowla wodorostów na dużą skalę może mieć niezamierzone konsekwencje ekologiczne. Wierzymy jednak, że energia z biomasy morskiej ma ogromny potencjał, aby pomóc sprostać wyzwaniom zrównoważonego rozwoju XXI wieku.
Ten artykuł został ponownie opublikowany z The Conversation na licencji Creative Commons. Oryginalny artykuł można znaleźć tutaj .
Diane Kim jest adiunktem ds. badań środowiskowych i starszym naukowcem w USC Wrigley Institute, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. Ignacio Navarret e jest doktorem habilitowanym i pracownikiem naukowym w Instytucie Studiów Środowiskowych USC Wrigley w Szkole Literatury, Sztuki i Nauki USC Dornsife. Jessica Dutton jest zastępcą dyrektora ds. badań i adiunktem w Instytucie Studiów Środowiskowych USC Wrigley, Program Studiów Środowiskowych USC, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.
