Sjögräs, de kommande revolution

Sjögräs, de kommande revolution
Ignorerade men potentiellt största aktörerna inom bioenergi vs mat spelet.

Ricardo Radulovich

Klimatförändringar och bioenergi jordbruket och fotosyntes har placerat tillbaka till den stora scenen. Förutom de möjligheter, som ser ut som en del grädde på toppen av en glamorös och subventionerade marknaden, många frågor förblir obesvarade. Dessa håller på att behandlas av många med en diskurs som envisions "en värld av rena bränslen i frodiga fält som produceras av välmående bönder (1), skapa ett energi-oberoende" bioekonomi "baseras på" multifunktionellt jordbruk (2). Allt detta stöds av en detaljerad redovisning av biomassa källor, inklusive djurens gödsel och kokos husks tillsammans med majs och sockerrör (3).

Andra däremot, är mer försiktig. Nya och gamla problem har snabbt framgår av denna förändring i de traditionella syftet med jordbruk och trycket att öka. Av särskild betydelse är miljökostnader, bland annat skogsskövling, vatten och växthusgaser, energieffektivitet begränsningar, och mat och kost som påverkar fattiga människor mest. Till exempel en OECD-FAO gemensam instans åsikter biobränsleteknik och politik som osäkerhetsfaktorer som kan dramatiskt inverkan matpriser (4) (och de har ökat), medan IFPRI: s modeller förutsäger att utökad produktion av biobränsle kommer också att åtföljas av "en netto minskning av och tillgången till mat ", och tillade att" subventioner till biobränsle som använder jordbruksproduktion är extremt anti-fattiga ". (5)

Ändå, och med undantag för ett kort omnämnande i en färsk rapport av Royal Society (6), den största aktören i denna kapplöpning bioenergi, produktion av biomassa i havet, ignoreras (1,2,3,4,5,7). Men haven, den största aktiva kolsänkeeffekt i jorden, täcker över 70% av landets yta (förutspås öka med stigande havsnivåer), och få en ännu större andel av photosynthetically aktiv strålning (på grund av att en ännu större täckning i tropiska och subtropiska transportband) som går till stor del outnyttjade för detta ändamål eftersom det är uppskattat, endast 50% av världens naturliga fotosyntesen sker där, främst genom växtplankton (8)-med andra ord att ögonen på en agriculturalist, haven bör betraktas som omfattande och grovt underutilized områden solinstrålning och väl försedd med vatten.

Medan mänskligheten utvecklats årtusenden sedan från jakt-insamling till jordbruk, odling of the Seas var tvungna att vänta tills senare år, när vattenbruk, vattenbruk och inom det något i begreppet "blå revolution", trädde en exponentiell fas av tillväxt som potentiella börjat att veckla (tillfällighet med att nå och överträffa gränserna för hållbart fiske).

Enligt FAO (9), vattenbruksföretag flyttas från mindre än en miljon ton i början av 1950-talet till 59,4 miljoner ton med ett värde nära US $ 70 miljarder 2004. Men 91,5% av denna produktion kommer från Asien och Stillahavsområdet, medan den europeiska regionen bidragit 3,9%, Latinamerika och Karibien 2,3% 1,3% Nordamerika och Mellanöstern och Afrika 1.1%. Av dessa skall 99,8% av den odlade vattenväxter, med en marknad för miljarder USD miljoner ton tång och biomassa produceras per år, kommer från Asien och Stillahavsområdet, främst från Kina, Japan och Sydkorea (10).

Alltså, jordbruket, som bygger på en systematisk användning av växter för skörd solenergi, har redan utvecklats till havet, men inte på västra halvklotet.

För närvarande är det bara makroporös alger (sjögräs) odlas i havet, som mycket enkelt skulle användas (främst knutna till förankrade flytgarn rader). Intensiv och CO2-berikat mikroprojekt alger kultur för energi i saltvatten tankar på land är en mycket annorlunda och specialiserad nisch. Sjögräs likna högre växter på många sätt, bland annat storlek och utseende, medan andra inte gör det eftersom man inte behöver marken (eller dess odling), är redan lämnats och med allt vatten som de behöver (i sig en stor fördel eftersom vatten är den mest begränsande faktorn för att bygga ut och konfronteras med klimatförändringar, även överlevnaden för jordbruket, en åsikt som försvaras av CGIAR till den punkt att säga "är ungefär gas begränsning, anpassning handlar om vatten" (7)-vilket också är anledningen till att Jag vände till havet år sedan).

Sjögräs indelas i tre stora grupper baserade på pigmentering och andra egenskaper: brun (Phaeophyceae), röd (Rhodophyceae) och grönt (Chlorophyceae). Många arter är kända som styrker en stor potential, även om endast ett fåtal för närvarande odlas eller skördas för att någon utsträckning (9,10). Historiskt, sjögräs har värderats runt om i världen för en mängd användningsområden, huvudsakligen för livsmedel, utan också för gödselmedel, foder, och en växande phycocolloid industrin närvarande värderas till flera miljarder dollar. Även om skörden i naturen är stor och svår att kvantifiera, FAO uppskattar att en stor del av världens produktion kommer från odling (10). Detta är viktigt eftersom skörda enorma mängder naturligt förekommande alger populationer (t.ex. Sargassohavet) skulle vara likvärdig med storskalig avskogning i form av atmosfärens CO2 Dessutom habitatförlust och fragmentering.

Tidiga försök att odla alger för biobränsle går tillbaka till 1970-talet, särskilt i USA genom det som kom att bli känt som Project Giant Kelp, uppenbarligen med en motsvarighet i Japan (11), och försökt att producera metan från biomassa. Sådana insatser inför flera tång och energiproblem och lämnades in som ogenomförbara. Med tanke på att alger odling och produktion av biobränsle tekniken har gått framåt mycket de senaste åren, och för de många skäl som redan presenterats är det uppenbart att det inte bara är genomförbart men troligast behovet är nu till hands. Åtminstone för oss i Costa Rica och andra i Japan (11) är att starta produktionen av sjögräs på energi.

Energi-program från tång biomassa liknar dem från land vegetation. Det enklaste alternativet är direkt förbränning för el och värme, som det är nu gjort med bagasse från sockerrör och inte till skillnad från koleldade kraftverk i princip faktiskt sameldning biomassa tillsammans med kol är redan genomförda, dels att minska net CO2-utsläppen inom elkraft sektorn. Nästa är produktionen av biobränslen som etanol, biodiesel och metan. Aktuella biodrivmedelsproduktion teknik kan räcka för vissa fall, samtidigt som nästa generations teknik kommer att förbättra biobränsle avkastning.

Men även om bara för förbränning för att generera elektricitet, tång odlingen kan snabbt börja ger stora mängder netto koldioxidneutrala biomassa som kan brännas direkt eller efter utvinna föreningar med hög marknadsvärde (inklusive några för biobränslen), en process som bör omfatta trycka ut sitt kall vätska, plus kanske någon torkning drar fördel av hög solinstrålning, i mån av tillgång. En spekulativ kvantifiering bygger på direkta tång biomassa förbränning följande.

Med en blygsam produktion av brännbara fasta ämnen (torrsubstans minus soda) av 30 ton / ha / år och ett antagande om en viss energitäthet av 15 MJ / kg torr tång biomassa (gemensamt för hela anläggningen biomassa) i totala energin avkastning på 450 GJ / ha / år skulle kunna erhållas. Detta är cirka 10 ton oljeekvivalenter (toe) i form av energi eller mer än 70 fat olja / ha / år. På $ 100 per fat olja, brutto vinst skulle vara över $ 7000/ha/yr-if energi som skulle kunna användas som ett kostnadseffektivt sätt som olja. För 10 Gtoe av världens årliga förbrukning av fossila bränslen och 10 toe / ha / år från tång biomassa till Gha eller 10 [7] km [2] av havsområde skulle behövas för att växa sjögräs. Det här ett område som liknar ett stort land, mindre än 3% av världens hav, och cirka 20% av landytan närvarande inom jordbruket (70% går i betesmarker). Med tanke på den ganska blygsamma biomassa och biobränsle målen för kommande år i USA och EU, en liten del av området som skulle behövas för att fullt ut ersätta biobränsleproduktion i marken.

Denna avkastning beräknas från tång biomassaenergi kan vara mycket större om de placeras i rätt händer (t.ex. det slag som uppnått en fem-faldigt ökning av majs avkastning i USA under det senaste århundradet, och det slag som för närvarande runt gården omfattande landområden världen), att främja biobränslen och biomassa produktivitet, dels genom urval och utveckling av tång sorter med önskade egenskaper.

Dessutom, 30 Gt av produktion av biomassa från 1 Gha av tång gårdar väga på CO2-balans. Om man utgår från en stående-snarare rörlig biomassa av 10 Gt mellan Vinskördar, som i sig utgör flera Gt av atmosfärens CO2 permanent OSTÖRD. Men det största bidraget till CO2-minskning kommer från styckning netto tillägg från CO2 motsvarande minskning av fossila bränslen, som nämns på den övre Gtoe målet om 10 per år. Med en kolmarknad närvarande betalar US $ 30 per ton CO2-ekvivalenter, det finns en astronomic summa pengar bara för att sälja kolupptagning genom tång odling och användning av biomassa för energiändamål. En del av dessa pengar kan säkert användas som start-medel för pilotprojekt tång jordbruk på lämplig nivå.

När tillräckligt ocean områden för varje region har identifierats, de viktigaste externa bidrag till att genomföra storskaliga tång jordbruk på energi kommer att tillsats av näringsämnen, vilket framgår av hav järn befruktning så många insatser för att främja mikroföretag alger. Men jordbruk-liknande produktion kräver stora mängder av alla näringsämnen tas bort eftersom större mängder vid skörd. Gemensamma jordbrukspolitiken gödsling, förutom att vara dyrt och energikrävande, skulle lägga stora mängder näringsämnen till haven med okänt resultat. Det finns dock ett stort och grovt missbruk kostrelaterad resurs: inhemska avloppsvatten. Deras ansökan om stora tång områden odlas för energi-möjlighet redan utforskas (12)-kan finna ekonomiskt sund användning för miljontals ton orenat avloppsvatten dumpas dagligen i havet eller genom direkt ubåten flodmynningar "sändebud" överallt i världen. Tjänsten Avgifter för korrekt bortskaffande av avloppsvatten skulle komma att sänka näringsämnes hanteringskostnader.

Förutom bioenergi och klimatförändringar överväger växande begränsningar för jordbruk, tång användas som livsmedel bör fastställas som en global prioritet. Kina är redan i täten konsumerar 5 miljarder ton per år, att dra nytta av goda näringsmässiga sammansättning tång, vilket är naturligt hög protein9. För att bättre passa preferenser, och många andra organoleptiska egenskaper kan ändras genom genmanipulation teknik, livsmedelsvetenskap och ingenting nytt för jordbruks forskare.

Således tång odling för energi, livsmedel och annan användning kan medföra stora och miljövänliga planetsystem förbättringar, utvidga vårt leasingavtal på jorden i hopp om att så småningom kommer vi att mogna som ett arter och ett samhälle. För detta, och med tanke på det faktum att vatten, i synnerhet inom exklusiva ekonomiska zoner i varje land, är fortfarande i händerna på regeringar, denna nya uppsättning av verksamhet kan också utgöra grunden för att skapa ett nytt välstånd mer rättvist fördelade.

Ricardo Radulovich
Direktör Sea Gardens Project
University of Costa Rica

1.Childs, B. & Bradley, R. Växter vid pumpen (World Resources Institute, Washington, DC, 2007).

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

3. World Energy Council 2007 Undersökning av energikällor (WEC, London, 2007).

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

5. Von Braun, J. The World Food Situation. IFPRI: s Halvårsinformation Översikt av World Food Situation (IFPRI, Washington DC, 2007).

6. The Royal Society hållbara biobränslen: möjligheter och utmaningar (The Royal Society, London, 2008).

7. IWMI (International Water Management Institute) Vatten: Fördelningsnyckel för anpassning till klimatförändringen (IWMI, Colombo, 2007).

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

9. FAO stat världens vattenbruk. Fisheries Technical Paper 500 (FAO, Rom, 2006).

10. FAO En guide till Seaweed Industry. Fisheries Technical Paper 441 (FAO, Rom, 2003).

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

12. Edwards, P. Återanvändning av mänskliga Avfall i vattenbruk (UNDP, Världsbanken, Washington DC, 1992).