สาหร่ายทะเลยักษ์สามารถเป็นแหล่งเชื้อเพลิงชีวภาพต่อไปได้หรือไม่?

สาหร่ายทะเลที่ใหญ่ที่สุด ในโลก เป็นแหล่งที่น่าสนใจสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ในการศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้ เราได้ทดสอบกลยุทธ์ใหม่สำหรับการปลูกสาหร่ายทะเลที่สามารถทำให้สามารถผลิตสาหร่ายขนาดใหญ่ได้อย่างต่อเนื่อง แนวคิดหลักคือการย้ายสต็อกสาหร่ายทะเลทุกวันไปยังน้ำใกล้ผิวดินเพื่อรับแสงแดด และลงไปยังแหล่งน้ำที่เข้มกว่าเพื่อรับสารอาหาร

ต่างจากพืชพลังงานในปัจจุบัน เช่น ข้าวโพดและถั่วเหลือง สาหร่ายทะเลไม่จำเป็นต้องมีที่ดิน น้ำจืด หรือปุ๋ย และสาหร่ายทะเลยักษ์สามารถเติบโตได้มากกว่าหนึ่งฟุตต่อวันภายใต้สภาวะที่เหมาะสม

โดยทั่วไปแล้วสาหร่ายทะเลจะเติบโตในเขตตื้นใกล้ชายฝั่งและเจริญเติบโตได้เฉพาะในบริเวณที่มีแสงแดดและสารอาหารอย่างอุดมสมบูรณ์ มีความท้าทาย: ชั้นที่มีแสงแดดส่องถึงในมหาสมุทรแผ่ออกไปต่ำกว่าพื้นผิวประมาณ 665 ฟุต (200 เมตร) หรือน้อยกว่าแต่โซนนี้มักไม่มีสารอาหารเพียงพอที่จะสนับสนุนการเจริญเติบโตของสาหร่ายทะเล

พื้นผิวมหาสมุทรเปิดส่วนใหญ่ขาดสารอาหารตลอดทั้งปี ในพื้นที่ชายฝั่งทะเล น้ำลึกที่ไหล ขึ้นสู่ผิวน้ำ นำสารอาหารมาอยู่สูง เป็นฤดูกาล ในทางกลับกัน น้ำที่ลึกกว่านั้นอุดมไปด้วยสารอาหารแต่ขาดแสงแดด

การศึกษาของเราแสดงให้เห็นว่าสาหร่ายทะเลสามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงของแรงดันน้ำในแต่ละวันได้ ในขณะที่เราขี่จักรยานไปมาระหว่างความลึก 30 ฟุต (9 เมตร) ถึง 262 ฟุต (80 เมตร) สาหร่ายทะเลที่ปลูกของเราได้รับสารอาหารเพียงพอจากสภาพแวดล้อมที่ลึกและมืดเพื่อสร้างการเติบโตมากกว่าสาหร่ายทะเลที่เราปลูกถ่ายไปยังที่อยู่อาศัยของสาหร่ายทะเลชายฝั่งพื้นเมืองถึงสี่เท่า

ทำไมมันถึงสำคัญ

การผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพจากพืชผลบนบก เช่น ข้าวโพดและถั่วเหลือง แข่งขันกับการใช้พื้นที่การเกษตรและน้ำจืดในด้านอื่นๆ การใช้พืชจากมหาสมุทรจะยั่งยืน มีประสิทธิภาพ และสามารถปรับขนาดได้มากขึ้น

ชีวมวลในทะเลสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบต่างๆ ได้ รวมทั้งเอทานอล เพื่อทดแทนสารเติมแต่งที่ได้จากข้าวโพดซึ่งปัจจุบันถูกผสมเป็นน้ำมันเบนซินในสหรัฐอเมริกา  บางทีผลิตภัณฑ์สุดท้ายที่น่าสนใจที่สุดคือน้ำมันดิบชีวภาพ — น้ำมันที่ ได้จากวัสดุอินทรีย์ น้ำมันดิบชีวภาพผลิตขึ้นผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไฮโดรเทอร์มอลเหลว ซึ่งใช้อุณหภูมิและความดันในการเปลี่ยนวัสดุ เช่น สาหร่ายให้เป็นน้ำมัน

น้ำมันเหล่านี้สามารถแปรรูปในโรงกลั่นที่มีอยู่ให้เป็นเชื้อเพลิงชีวภาพสำหรับรถบรรทุกและเครื่องบิน การใช้ไฟฟ้าในโหมดการขนส่งทางไกลเหล่านี้ยังไม่เป็นประโยชน์ เนื่องจากต้องใช้แบตเตอรี่ขนาดใหญ่

จากการคำนวณของเรา การผลิตสาหร่ายทะเลให้เพียงพอสำหรับส่งพลังงานให้กับภาคการขนส่งของสหรัฐฯ ทั้งหมดจะต้องใช้พื้นที่เพียงเล็กน้อยของเขตเศรษฐกิจพิเศษของสหรัฐฯซึ่งเป็นพื้นที่มหาสมุทรที่อยู่ห่างจากชายฝั่งถึง 200 ไมล์ทะเล

เราทำงานของเราอย่างไร

งานของเราคือความร่วมมือระหว่างUSC Wrigley InstituteและMarine BioEnergy Inc.ซึ่งได้รับทุนจากโครงการ ARPA-E MARINER ของกระทรวงพลังงานสหรัฐ(Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources ) ทีมวิจัยประกอบด้วยนักชีววิทยา นักสมุทรศาสตร์ และวิศวกร ซึ่งทำงานร่วมกับนักดำน้ำลึก เจ้าหน้าที่ควบคุมเรือ ช่างเทคนิคการวิจัย และนักศึกษา

เราทดสอบการตอบสนองทางชีวภาพของสาหร่ายทะเลต่อการปั่นจักรยานเชิงลึกโดยติดเข้ากับโครงสร้างมหาสมุทรเปิดที่เราเรียกว่า "ลิฟต์สาหร่ายทะเล" ซึ่งออกแบบโดยวิศวกรของทีม ลิฟต์จอดทอดสมออยู่ใกล้ศูนย์วิทยาศาสตร์ทางทะเล USC Wrigley บนเกาะ Catalina ของแคลิฟอร์เนีย เครื่องกว้านพลังงานแสงอาทิตย์จะยกและลดระดับทุกวันเพื่อหมุนเวียนสาหร่ายทะเลระหว่างน้ำลึกและน้ำตื้น

เราปั่นจักรยานลึก 35 ต้นสาหร่ายเคลป์อายุน้อยเป็นเวลาสามเดือน และปลูกชุดที่สองที่เตียงสาหร่ายเคลป์ที่มีสุขภาพดีในบริเวณใกล้เคียงเพื่อเปรียบเทียบ สำหรับความรู้ของเรา นี่เป็นความพยายามครั้งแรกในการศึกษาผลกระทบทางชีวภาพของการปั่นจักรยานเชิงลึกทางกายภาพบนสาหร่ายทะเล การศึกษาก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่การสูบน้ำที่อุดมด้วยสารอาหารอย่างลึกลงไปที่พื้นผิวเทียม

อะไรต่อไป

ผลลัพธ์ของเราแนะนำว่าการปั่นจักรยานเชิงลึกเป็นกลยุทธ์การเพาะปลูกที่มีศักยภาพทางชีวภาพ ตอนนี้ เราต้องการวิเคราะห์ปัจจัยที่สามารถเพิ่มผลผลิตได้ รวมถึงเวลา ความลึกของน้ำ และพันธุกรรมของสาหร่ายทะเล

สิ่งที่ไม่ทราบจำนวนมากจำเป็นต้องศึกษาเพิ่มเติม รวมทั้งกระบวนการในการอนุญาตและควบคุมฟาร์มสาหร่าย และความเป็นไปได้ที่การเลี้ยงสาหร่ายทะเลในวงกว้างอาจมีผลกระทบทางนิเวศวิทยาโดยไม่ได้ตั้งใจ แต่เราเชื่อว่าพลังงานชีวมวลทางทะเลมีศักยภาพที่ดีในการช่วยตอบสนองความท้าทายด้านความยั่งยืนในศตวรรษที่ 21

บทความนี้เผยแพร่ซ้ำจากThe Conversationภายใต้สัญญาอนุญาตครีเอทีฟคอมมอนส์ คุณสามารถค้นหาบทความต้นฉบับได้ ที่นี่

Diane Kimเป็นผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการศึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและนักวิทยาศาสตร์อาวุโสที่ USC Wrigley Institute, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences Ignacio Navarret e เป็นนักวิชาการดุษฎีบัณฑิตและผู้ร่วมวิจัยที่ USC Wrigley Institute for Environmental Studies for Environmental Studies, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences Jessica Duttonเป็นรองผู้อำนวยการฝ่ายวิจัยและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านการวิจัยที่ USC Wrigley Institute for Environmental Studies, USC Environmental Studies Program, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences