Ученые из Института экологических исследований USC Wrigley на острове Санта-Каталина, работающие с частным сектором, сообщают, что новый метод аквакультуры на побережье Калифорнии резко увеличивает рост водорослей, давая в четыре раза больше биомассы, чем естественные процессы. В этой технике используется приспособление, называемое «лифт водорослей», которое оптимизирует рост плавающих водорослей бронзового цвета, поднимая и опуская их на разную глубину.
Недавно опубликованные результаты исследования предполагают, что можно использовать открытый океан для выращивания водорослей для производства низкоуглеродного биотоплива аналогично тому, как земля используется для сбора топливного сырья, такого как кукуруза и сахарный тростник, и с потенциально меньшим негативным воздействием на окружающую среду.
Национальный исследовательский совет указал, что производство биотоплива из такого сырья, как кукуруза и соя, может увеличить загрязнение воды.
Фермеры используют пестициды и удобрения для посева, которые в конечном итоге могут загрязнять ручьи, реки и озера. Несмотря на эти очевидные недостатки, 7% транспортного топлива в стране по-прежнему поступает из основных продовольственных культур. И почти все это этанол на основе кукурузы.
«Создание новых путей производства биотоплива требует доказательства того, что новые методы и сырье работают. Этот эксперимент на побережье Южной Калифорнии является важным шагом, поскольку он демонстрирует, что водорослями можно управлять для максимального увеличения роста », – сказала Дайан Янг Ким, автор исследования, заместитель директора специальных проектов в USC Wrigley Institute и профессор экологических исследований. в USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences.
Исследование было опубликовано в феврале. 19 в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews.
В число авторов входят исследователи из USC Dornsife, где находится Институт Ригли, и компании Marine BioEnergy, Inc., расположенной в Канаде, штат Калифорния., которая разработала и построила экспериментальную систему для исследования и в настоящее время разрабатывает технологию для ферм водорослей в открытом океане.
Хотя и не без препятствий, ламинария показывает серьезные перспективы в качестве биотопливной культуры
Правительство и промышленность видят перспективу в новом поколении экологически безопасного биотоплива для сокращения чистых выбросов углекислого газа и зависимости от иностранной нефти.
Новое биотопливо может либо дополнить, либо заменить бензин, дизельное топливо, реактивное топливо и природный газ.
Если он реализует свой потенциал, ламинария станет более привлекательным вариантом, чем обычные биотопливные культуры – кукуруза, рапс, соя и просо – по двум очень важным причинам. Во-первых, океанические культуры не конкурируют за пресную воду, сельскохозяйственные земли или искусственные удобрения.
А во-вторых, океанское земледелие не угрожает важным местам обитания, когда маргинальные земли используются для возделывания.
Ученые сосредоточились на гигантских водорослях Macrocystis pyrifera, водорослях, которые образуют величественные подводные леса вдоль побережья Калифорнии и в других местах и смываются на пляжи плотными циновками. Келп – одно из самых быстрорастущих растений в природе, и его жизненный цикл хорошо изучен, что делает его пригодным для выращивания.
Но выращивание водорослей требует преодоления нескольких препятствий. Для процветания ламинария должна быть прикреплена к субстрату и растет только в пропитанной солнцем воде до глубины около 60 футов.
Но в открытых океанах освещенному солнцем поверхностному слою не хватает питательных веществ, доступных в более глубоких водах.
Чтобы максимизировать рост этой экосистемы, ученым пришлось выяснить, как дать водорослям точку опоры, за которую можно держаться, много солнечного света и доступ к обильным питательным веществам.
И они должны были увидеть, смогут ли водоросли выжить глубже под поверхностью. Итак, компания Marine BioEnergy изобрела концепцию глубинного цикла водорослей, а ученые USC Wrigley провели биологические и океанографические испытания.
Лифт водорослей состоит из труб из стекловолокна и тросов из нержавеющей стали, которые поддерживают водоросли в открытом океане. Молодь ламинарии прикрепляется к горизонтальной балке, и вся конструкция поднимается и опускается в толще воды с помощью автоматической лебедки.
Начиная с 2019 года дайверы-исследователи собрали водоросли в дикой природе, прикрепили их к лифту для водорослей, а затем развернули у северо-западного берега острова Каталина, недалеко от морской полевой станции Ригли. Каждый день в течение примерно 100 дней лифт поднимал ламинарию почти на поверхность в течение дня, чтобы она могла впитывать солнечный свет, а затем опускала ее примерно на 260 футов ночью, чтобы она могла поглощать нитраты и фосфаты из более глубокой воды. Между тем, исследователи постоянно проверяли состояние и температуру воды, сравнивая свои водоросли с контрольными группами, выращенными в естественных условиях.
«Мы обнаружили, что водоросли с глубинным циклом росли намного быстрее, чем контрольная группа ламинарии, производя в четыре раза больше биомассы», – сказал Ким.
Стремление к разработке биотоплива нового поколения
До эксперимента было неясно, могут ли водоросли эффективно поглощать питательные вещества в глубокой, холодной и темной среде. Нитраты являются большим ограничивающим фактором для растений и водорослей, но исследование показывает, что водоросли нашли все необходимое для роста, когда их опускали в глубокую воду ночью.
Не менее важно, что водоросли смогли выдержать большее давление под водой.
Брайан Уилкокс, соучредитель и главный инженер компании Marine BioEnergy, сказал: «Хорошая новость заключается в том, что ферму можно собрать из готовой продукции без использования новых технологий. После внедрения фермы с глубинным циклом могут привести к новому способу производства доступного топлива с нулевым выбросом углерода круглый год."
Синди Уилкокс, соучредитель и президент компании Marine BioEnergy, считает, что потребуется кусок океана размером с Юту, чтобы произвести достаточно биотоплива из водорослей, чтобы заменить 10% жидкой нефти, ежегодно потребляемой в Соединенных Штатах. Одна Юта займет всего 0.13% общей площади Тихого океана.
Разработка биотоплива нового поколения была приоритетом для Калифорнии и федерального правительства. U.S. Агентство по проектам перспективных исследований Министерства энергетики США инвестировало 22 миллиона долларов в усилия по увеличению запасов морского сырья для производства биотоплива, в том числе 2 миллиона долларов на проведение исследования лифта для водорослей.
У Министерства энергетики есть исследование, чтобы определить местонахождение миллиарда тонн сырья в год для биотоплива; Синди Уилкокс из компании Marine BioEnergy сказала, что океан между Калифорнией, Гавайями и Аляской может способствовать достижению этой цели, помогая сделать U.S. лидер в этой новой энергетической технологии.
Видео: https: // www.YouTube.com / watch?v = IBsxRQt2tPE & feature = emb_logo