Algen, die kommende Revolution

Algen, die kommende Revolution
Ignoriert aber potenziell besten Spieler in der Bioenergie im Vergleich Essen Spiel.

Ricardo Radulovich

Klimawandel und Bioenergie Landwirtschaft und Photosynthese haben zurück in die Main Stage. Neben den Möglichkeiten, die aussehen wie etwas Sahne auf einem glamourösen und subventionierten Markt, viele Fragen bleiben unbeantwortet. Diese werden von vielen mit einem Diskurs, der "eine Welt von sauberen Kraftstoffen im üppigen Felder von wohlhabenden Bauern" (1) Die Schaffung eines Energie-Unabhängigkeit "Bio-Wirtschaft" auf der Grundlage der "multifunktionale" Landwirtschaft (2). All dies unterstützt durch eine detaillierte Abrechnung von Biomasse, einschließlich der Tier-Mist und Kokosnuß Schalen zusammen mit Mais und Zuckerrohr (3).

Andere hingegen sind etwas vorsichtiger. Neue und alte Probleme wurden schnell durch diese Veränderung in den traditionellen Sinne der Landwirtschaft und der Druck zu erweitern. Von besonderer Bedeutung sind Umweltkosten, einschließlich der Abholzung der Wälder, Wasser und Treibhausgase, Energie-Effizienz Einschränkungen, Ernährung und Themen, die Armen am meisten. So kann beispielsweise eine OECD-FAO-Gremium angesehen Biokraftstoff-Technologien und Strategien, wie Unsicherheiten, die Auswirkungen dramatisch Nahrungsmittel (4) (und sie sind gestiegen), während IFPRI-Modelle gehen davon aus, dass die Produktion von Biokraftstoffen erweitert werden auch durch die "Netto - Rückgang der Verfügbarkeit von und der Zugang zu Lebensmitteln, "und fügte hinzu, dass" Subventionen für Biokraftstoffe, die landwirtschaftliche Produktion Ressourcen sind extrem anti-Armen. "(5)

Doch, und speichern Sie für eine kurze Erwähnung in einer aktuellen Veröffentlichung von der Royal Society (6), die wichtigsten potenziellen Spieler in diesem Rennen Bioenergie, Biomasse-Erzeugung auf dem Meer, wird ignoriert (1,2,3,4,5,7). Allerdings, die Ozeane, die größte aktive Kohlenstoffsenken in der Erde, die mehr als 70% der Fläche (die den Prognosen zu wachsen mit steigender Meeresspiegel), und Sie erhalten eine noch größere Anteil der photosynthetically aktive Strahlung (durch eine noch größere Reichweite ist in den tropischen und subtropischen Gürtel), die sich weitgehend ungenutzt, da für diesen Zweck, es wird geschätzt, nur 50% der weltweiten Photosynthese findet natürlich, die meistens durch Phytoplankton (8)-mit anderen Worten, auf die Augen eines agriculturalist, die Ozeane sind als große und grob genutzter Felder gut versorgt mit Wasser und Sonneneinstrahlung.

Während sich die Menschheit vor Jahrtausenden von der Jagd-Sammlung in der Landwirtschaft, den Anbau der Meere musste warten, bis den letzten Jahren, wenn der Aquakultur, Marikultur und es innerhalb von etwas im Begriff der "blauen Revolution", in einer exponentiellen Phase des Wachstums, wie das Potenzial begonnen , um sich zu entfalten (zufällig mit auf und übertraf die Grenzen einer nachhaltigen Fischerei).

Laut FAO (9), Aquakulturproduktion von weniger als einer Million Tonnen in den frühen 1950er Jahren auf 59,4 Millionen Tonnen, mit einem Wert von fast US $ 70 Milliarden im Jahr 2004. Jedoch 91,5% der Produktion kam aus Asien und dem pazifischen Raum, während die Europäische Region trugen 3,9%, in Lateinamerika und der Karibik 2,3%, 1,3% Nordamerika und dem Nahen Osten und in Afrika 1,1%. Davon 99,8% für kultivierte Wasserpflanzen, mit einem Markt von mehreren Milliarden US-Dollar und Millionen Tonnen Algen Biomasse pro Jahr, kommen aus Asien und dem pazifischen Raum, vor allem aus China, Japan und Korea (10).

So, in der Landwirtschaft, die sich auf die systematische Verwendung von Pflanzen zu ernten Sonnenenergie, hat sich bereits auf das Meer, wenn auch nicht in der westlichen Hemisphäre.

Derzeit ist nur Makro-Algen (Algen) sind kultiviert am Meer, für die sehr einfache Mechanismen verwendet werden (vor allem Bindung zu Schwebenetze Zeilen). Intensiv-und CO2-angereicherten Mikro-Algen für Kultur Energie in Salzwasser-Tanks auf dem Land ist ein ganz anderes und spezialisierten Nischen. Algen ähneln höheren Pflanzen in vielen Weisen, einschließlich Aussehen und Größe, während in anderen nicht, da sie nicht verlangen, Boden (noch der Anbau), und sind bereits mit allen das Wasser, das sie brauchen (an sich schon ein großer Vorteil, da Wasser ist die begrenzender Faktor für die Erweiterung und angesichts des Klimawandels, auch das Überleben der Landwirtschaft, eine Ansicht gefolgt von der CGIAR auf den Punkt zu sagen, "geht es um Gas Schadensbegrenzung, Anpassung geht es um Wasser" (7)-das ist auch der Grund, warum Ich wandte mich an das Meer Jahren).

Algen werden in drei große Gruppen auf Pigmentierung und andere Merkmale: braun (Phaeophyceae), rot (Rhodophyceae) und grün (Chlorophyceae). Viele Arten sind bekannt, aus denen ein riesiges Potential, wenn auch nur ein paar sind derzeit geerntet oder kultiviert in dem Umfang, (9.10). Historisch gesehen, Algen wurden geschätzt auf der ganzen Welt für eine Vielzahl von Anwendungen, vor allem für Lebensmittel, sondern auch für Dünger, Futter, und eine wachsende phycocolloid Industrie derzeit im Wert von Milliarden von US-$. Obwohl die Ernte aus der Natur ist, und schwer zu quantifizieren, die FAO schätzt, dass ein großer Prozentsatz der weltweiten Produktion von Anbau (10). Dies ist wichtig, da die Ernte große Mengen von natürlich vorkommenden Algen der Bevölkerung (z. B. die Sargasso-See) werden könnte, die Abholzung großer Flächen im Hinblick auf die atmosphärische CO2-Neben-und Lebensraum-Verlust und Fragmentierung.

Frühere Versuche zur Pflege der Algen für die Herstellung von Biokraftstoffen stammen aus den 1970er Jahren, insbesondere in den USA durch, was mit der Bezeichnung Giant Kelp Projekt, offenbar mit einem Gegenstück in Japan (11), und bemüht sich um die Herstellung von Methan aus Biomasse gewonnen wird. Diese Anstrengungen, denen mehrere Algen und Energieerzeugung Probleme und wurden als nicht machbar. Angesichts der Tatsache, dass Algen Anbau Techniken und die Produktion von Biokraftstoffen haben große Fortschritte gemacht in den letzten Jahren, und für die vielen Gründe bereits, es ist offensichtlich, dass nicht nur die Machbarkeit, sondern sehr wahrscheinlich, dass ist nun unter der Hand. Mindestens uns in Costa Rica und anderen in Japan (11) sind einem Neustart der Produktion von Algen für die Energie.

Energie aus Algen Biomasse-Anwendungen sind vergleichbar mit denen vom Land Vegetation. Die einfachste Möglichkeit ist die direkte Verbrennung zur Strom-und Wärmeerzeugung, wie es derzeit geschieht mit Bagasse aus Zuckerrohr und nicht im Gegensatz zu Kohle-Kraftwerken in-Prinzip in der Tat, Mitverbrennung Biomasse zusammen mit Kohle ist bereits umgesetzt, zum Teil zur Verringerung der Netto-CO2-Emissionen in der Strom-Sektor. Weiter ist die Herstellung von Biokraftstoffen wie Ethanol, Biodiesel und Methan. Aktuelle Technologien kann die Produktion von Biokraftstoffen in manchen Fällen ausreichen, während die Technologien der nächsten Generation wird zur Verbesserung der Erträge von Biokraftstoffen.

Allerdings, wenn auch nur für die Verbrennung zur Strom-, Anbau-Algen können schnell bringt große Mengen von Kohlenstoff-net-neutraler Biomasse verbrannt werden, die direkt oder nach der Gewinnung von Verbindungen mit hohem Marktwert (darunter auch einige für die Herstellung von Biokraftstoffen), ein Prozess, der sollte Drücken ihre kalten Flüssigkeiten, plus vielleicht ein paar Trocknen unter Ausnutzung der hohen Sonneneinstrahlung soweit diese verfügbar sind. Ein spekulatives direkte Quantifizierung auf der Grundlage von Algen Biomasseverbrennung folgt.

Eine bescheidene Produktion von brennbaren Feststoffen (Trockenmasse minus Asche) von 30 t / ha / Jahr, und unter der Annahme eines spezifischen Energiedichte von 15 MJ / kg für trockene Algen Biomasse (mit der ganzen Pflanze Biomasse) am Bruttostromverbrauch Energieertrag von 450 GJ / ha / Jahr erreicht werden könne. Dies ist etwa 10 Tonnen Öl-Äquivalent (toe) in Form von Energie oder mehr als 70 Barrel Öl / ha / Jahr. Auf 100 Dollar pro Barrel Öl, die Brutto-Gewinn wäre über $ 7000/ha/yr-if Energie, die genutzt werden könnten, wie Kosten-effizient wie Öl. Für 10 Gtoe der Welt des jährlichen Verbrauchs fossiler Brennstoffe und 10 toe / ha / Jahr aus Algen Biomasse zu GHA oder 10 [7] km [2] Seegebiet notwendig wären, um wachsen Algen. In diesen Bereich ähnlich wie ein großes Land, weniger als 3% der Weltmeere, und etwa 20% der Fläche derzeit in der Landwirtschaft (70% werden in der Weide). Angesichts der eher bescheidenen Biomasse und Biokraftstoff-Ziele für die kommenden Jahre in den USA und der EU, einen kleinen Teil der Fläche als notwendig wären, um in vollem Umfang Ersatz für die Produktion von Biokraftstoffen in der Land.

Diese geschätzten Energie aus Algen Biomasseerträge könnte stark erhöht, wenn sie in der richtigen Hand (z. B. die Art, einen fünf-fachen Anstieg der Mais-Erträge in den USA während des vergangenen Jahrhunderts, und die Art, die gegenwärtig umfangreiche landwirtschaftlichen Flächen rund um der Welt), die Förderung von Biokraftstoffen und Biomasse-Produktivität, zum Teil durch die Auswahl und Entwicklung von Algen Sorten mit gewünschten Eigenschaften.

Außerdem, 30 Gt der Erzeugung von Biomasse aus GHA 1 von Algen Betriebe belasten CO2-Bilanz. Der Annahme, dass eine ständige und nicht-, Gleitkomma-Biomasse zwischen Ernten von 10 Gt, dass sich bereits mehrere Gt atmosphärischen CO2 dauerhaft sequestriert. Doch den größten Beitrag zur CO2-Reduzierung aus Schneiden Nettozugänge von CO2-Äquivalent verringert sich in der Verbrennung fossiler Brennstoffe, in der oberen genannten Gtoe Ziel von 10 pro Jahr. With a carbon market currently paying 30 US$ per tonne of CO2 equivalent, there is an astronomic amount of money just in selling carbon sequestration through seaweed cultivation and the use of biomass for energy. Einige könnten sicher, dass das Geld verwendet werden, wie Start-up-Mittel für experimentelle Algen Landwirtschaft im richtigen Maßstab.

Sobald ausreichende Ozean für jede Region identifiziert werden, die wichtigsten externen Eingang zur Umsetzung großen Algen Landwirtschaft für Energie werden den Zusatz von Nährstoffen, wie von so vielen Ozean Eisen Befruchtung Anstrengungen zur Förderung der Mikro-Algen-Wachstum. Allerdings, wie die Landwirtschaft-Produktion erfordert große Mengen der Pflanze Nährstoffe, da große Mengen entfernt werden, bei der Ernte. Gemeinsamen Agrarpolitik der Befruchtung, nicht nur kostspielig und Energie, möchte hinzufügen, große Mengen von Nährstoffen zu den Ozeanen mit unbekannten Ergebnisse. Es gibt jedoch eine große und grob Missbrauch Ernährungszusätze Ressource: häusliche Abwässer. Ihre Anwendung, die auf großen Algen Felder für Energie-Option bereits untersucht (12) könnte wirtschaftlich-Sound für die Millionen von Tonnen unbehandelte Abwässer gedumpten täglich direkt in das Meer durch die U-Boot-Mündungen von Rohrleitungen oder "Emissäre" überall in der Welt. Die Gebühr, die für die Entsorgung der Abwässer ordnungsgemäß würde zu niedrigeren Nährstoff Bearbeitungskosten.

Neben Bioenergie, Klimawandel und zunehmende Berücksichtigung Einschränkungen für die Landwirtschaft, Algen als Lebensmittel im Rahmen einer Welt Priorität. China ist schon heute den Weg verbraucht 5 Milliarden Tonnen pro Jahr, unter Ausnutzung der hervorragenden Nährwertzusammensetzung Algen, die von Natur aus einen hohen protein9. Darüber hinaus besser für "Einstellungen" und vielen anderen organoleptischen Eigenschaften verändert werden können durch genetische Manipulation und Lebensmittel-Wissenschaft-Technologie nichts Neues an der landwirtschaftlichen Wissenschaftler.

So, Algen Anbau von Energie-, Lebensmittel-und andere Anwendungen können über die großen und ökologisch planetarer Verbesserungen, unsere Leasing auf der Erde auf die Hoffnung, dass auch wir Ältere als eine Art und einer Gesellschaft. Aus diesem, und angesichts der Tatsache, dass die Gewässer, insbesondere in ausschließlichen Wirtschaftszonen der einzelnen Länder, sind nach wie vor in den Händen der Regierungen, der dieser neuen Reihe von Maßnahmen können auch die Grundlage für einen neuen Wohlstand gerechter verteilt werden.

Ricardo Radulovich
Sea Gardens Project Director
Universität von Costa Rica

1.Childs, B. & Bradley, R. Pflanzen an der Pumpe (World Resources Institute, Washington, DC, 2007).

2. Jordanien, N. et al. Science 316, 1570-1571 (2007).

3. World Energy Council 2007 Survey of Energy Sources (WEC, London, 2007).

4. OECD-FAO Agricultural Outlook 2007-2016 (OECD, Paris, 2007).

5. Von Braun, J. Das World Food Situation. IFPRI's Halbjährliche Überblick über das World Food Situation (IFPRI, Washington DC, 2007).

6. Die Royal Society, nachhaltige Biokraftstoffe: Perspektiven und Herausforderungen "(Die Royal Society, London, 2008).

7. IWMI (International Water Management Institute) Wasser: Schlüssel für die Anpassung an den Klimawandel (IWMI, Colombo, 2007).

8. Beardall, J. & Raven, JA Phycologia 43, 26-40 (2004).

9. FAO State of World Aquaculture. Fischerei Technical Paper 500 (FAO, Rom, 2006).

10. FAO Ein Leitfaden für die Algenkur Industrie. Fischerei Technical Paper 441 (FAO, Rom, 2003).

11. Yokoyama, S. et al. IJECSE 1, 168-171 (2007).

12. Edwards, P. Die Wiederverwendung von Human Abfälle in der Aquakultur (UNDP-World Bank, Washington DC, 1992).