巨型海藻会成为下一个生物燃料来源吗?

(本文来自南加州大学箭牌研究所环境研究和高级科学家Diane Kim教授)

巨型海藻是世界上最大的海藻种类,是制造生物燃料的诱人来源。在最近的一项研究中,我们测试了一种新的种植海藻的策略,它可以使持续大规模生产海藻成为可能。关键的作法是每天将海藻转移到近表层水域获取阳光,然后转移到深水域获取营养。

不像今天的能源作物,如玉米和大豆,种植海藻不需要土地,淡水或肥料。在理想条件下,巨型海藻每天可以生长超过1英尺。

海藻通常生长在海岸附近的浅水区,只有在阳光和营养都充足的地方才会茁壮成长。这是一个挑战:海洋的阳光层延伸到海面以下约665英尺(200米)或更低,但这一区域通常没有足够的营养来支持海藻的生长。

大部分开放的海洋表面常年缺乏营养。在沿海地区,上升流——深水上升到海面,带来营养——是季节性的。另一方面,较深的水域营养丰富但缺乏阳光。

我们的研究表明,当我们在30英尺(9米)到262英尺(80米)的深度循环时,海藻能够承受住水压的每日变化。我们培育的海藻从更深的黑暗环境中获得了足够的营养,比我们移植到本地沿海海藻栖息地的海藻生长速度高出四倍。

利用玉米和大豆等陆地作物制造生物燃料,与其他用途的农田和淡水相竞争。利用海洋植物可以更加可持续、高效和规模化。

海洋生物质可以转化为包括乙醇在内的不同形式的能源,以取代目前美国用于混合汽油的玉米衍生添加剂。也许最吸引人的最终产品是生物原油——从有机材料中提取的石油。生物原油是通过一种叫做水热液化的过程生产的,这种过程利用温度和压力将藻类等物质转化为油。

这些油可以在现有的炼油厂加工成供卡车和飞机使用的生物燃料。用电力来运行这些长途运输方式还不现实,因为它们需要巨大的电池。

根据我们的计算,生产足够的海藻为整个美国运输业提供能源,只需要使用美国专属经济区的一小部分——距离海岸线200海里的海域。

我们的工作是南加州大学箭牌研究所和海洋生物能源公司的合作,由美国能源部的ARPA-E MARINER (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources)项目资助。该研究团队包括生物学家、海洋学家和工程师,与水肺潜水员、船只操作员、研究技术人员和学生一起工作。

我们将海藻连接到一个开放的海洋结构上,测试了海带对深度循环的生物反应,我们称之为“海藻升降机”,由团队的工程师设计。电梯停泊在加州卡特琳娜岛的南加州大学箭牌海洋科学中心附近。一个太阳能驱动的绞车每天提升和降低它,使海藻在深水和浅水之间循环。

我们对35株幼海藻植物进行了3个月的深度循环,并在附近的健康海藻床上种植了第二组进行比较。据我们所知,这是第一次尝试研究物理深度循环对海藻的生物学效应。之前的研究集中在人工将富含营养的深层水抽到地表。

我们的研究结果表明,深度循环是一种生物学上可行的栽培策略。现在我们想分析增加产量的因素,包括时间、水深和海藻基因。

许多未知因素需要进一步研究,包括允许和管理海藻养殖场的过程,以及大规模饲养海藻可能带来意想不到的生态后果的可能性。但我们相信,海洋生物质能在帮助应对21世纪可持续性挑战方面具有巨大潜力。

作者:是柚子呀,如若转载,请注明出处:https://eozlab.com/zirankexue/shengwu/1324.html