在海洋中开辟农场？科学家正想用这招应对气候变暖

巨型海藻(照片来源:flickr)

美国海洋生物能源公司正计划在海洋中建造大型海藻农场，以提供生物能源和减少碳排放。该项目已经完成了第一次实验，但也有人怀疑海藻农场可能对海洋生态系统产生不可预测的后果。

作者|安妮·斯奈德

泸水

审校|张二七

在未来的某一天，太平洋可能会变成一个巨大的藻类农场。这些农场将由潜水艇照料，收获的海藻将转化为能源——这是海洋生物能源公司设想的未来。该公司认为未开发的海洋可以提供更好的可再生生物能源。它和几个相关的项目是由高级研究计划局-能源资助的。

目前，美国5%的能源来自生物资源，如玉米和木材，它们不仅是可再生能源，而且在生长过程中通过光合作用吸收大气中的二氧化碳。许多专家认为，生物能源的比例将继续增长，因为它的灵活使用和为太空和其他使用电能的交通工具提供能源的能力。ARPA-E项目主管马克·冯·凯茨(Marc von Keitz)表示，大量分析指出，如果美国要大幅减少碳排放，生物能源需要占到总能源的20%~25%。

目前，美国的生物能源主要来自玉米基乙醇汽油。然而，其生产过程需要大量的土地、肥料和淡水，这容易造成污染问题并消耗资源。正如冯·凯茨所说:“我们如何以牺牲人们的需求为代价来增加粮食产量(同时生产足够的生物资源？”藻类可能是答案:它不需要任何上述资源，但利用了广阔的海洋潜力。“海洋的大部分还没有开发出来，”冯·凯茨说。收获后，海藻可以通过不同的化学过程转化成各种能量，如沼气和乙醇。然而，利用海藻作为生物能源仍然存在一些困难。人们仍然怀疑这种方法，因为它可能会影响生态系统，而且还没有被证明对改善气候有益。

海洋农场

许多国家，尤其是亚洲国家，有着悠久的海藻种植历史，但它们主要用于食物，也是小规模种植。如果大型藻类要成为生物能源的主要来源，研究人员和企业需要以低成本将藻类转化为商业能源。他们还需要发明一种在海洋中生长大规模藻类的技术，这种技术需要克服海洋中的各种恶劣环境，如风暴。此外，海藻农场远离陆地，这也意味着为了高效运作，有必要在少量员工在场的情况下实现自动化生产。

ARPA-E正在支持创新能源技术的研究和开发，他们相信上述问题是可以解决的。ARPA-E有一个名为MARINER(海洋)的特别计划，旨在资助海藻能源工业的所有方面的发展项目，包括农业、收获、运输、养殖等方面的技术和系统。例如，MARINER项目有一类旨在发展水下监测的项目，其重点是小型无人水下航行器上的传感器如何跟踪增长和检测损害，以及使用自动拖船(被称为“海洋拖拉机”)运输补给和收获的海藻。

ARPA-E的一个项目是由海洋生物能源公司完成的。这个项目是在太平洋中部建造一个巨大的海藻农场。它试图解决大型海藻养殖场概念中最重要的问题:公海的海洋表面有充足的阳光但缺乏营养，深海有充足的营养但阳光不足。因此，大多数海藻不会长得太远。海洋生物能源公司认为他们找到了一个解决办法:将海藻固定在无人驾驶的水下机器人上。

设想每个农场占地几公顷(1公顷等于0.01平方公里)，由一排排散布着浮标的海藻组成。晚上，在暴风雨或其他船只经过时，无人驾驶的水下航行器会将海藻拉到海底吸收营养。每隔几个月，潜水器还将把整个农场拉到一个收获点，潜水器本身将由太阳能电池板供电。

海洋生物能源公司的创始人兼总经理辛迪·威尔科克斯计划利用足够的海藻农场来提供大部分能源。她说:“如果我们想替代美国目前使用的10%的石油，我们需要种植一个犹他州大小的海藻农场，而太平洋的空间是犹他州705。”

公司刚刚开始试验他们的想法。去年，海洋生物能源公司在南加州大学进行了第一次试运行，以测试当在水中上下拖动时，梨巨囊藻是如何生长的。在加利福尼亚的卡特琳娜岛海岸，研究人员将30种巨型藻类附着在一个固定的悬浮系统上。利用太阳能驱动的绞盘，附着在海藻上的吊杆在水面和80米深之间来回移动。最初的结果令人鼓舞:来回移动的巨型藻类比一直保持在同一深度的巨型藻类生长得更好。海洋生物能源公司和研究人员计划在4月初进行另一项类似的实验。

未知的后果

一些专家对ARPA-E的计划持谨慎但乐观的态度。“这是一个令人兴奋和大胆的项目，它必须是我们的下一步，”约翰·博思韦尔评论道，他是英国达勒姆大学能源研究所的海藻生物能源专家，没有参与ARPA-E项目。

其他专家对此表示怀疑，认为海藻农场可能会对海洋生态系统产生不可预测的后果。“破坏大陆和海洋的生态食物链有许多连锁反应，”密歇根大学能源研究所教授约翰·德西科说。威尔科克斯回应道:“我们还不知道它可能会带来什么样的生态影响。也许现在讨论这个问题还为时过早。”冯·凯茨提到，一个可能的危险是海藻农场会有一些松散的线，会缠住海洋生物。然而，他指出，MARINER计划要求该项目减少这种风险。例如，一些团队正在考虑在这些金属丝中加入玻璃纤维等材料，这样它们就不会弯曲而缠住动物。

生物能源对气候的潜在好处也值得商榷，藻类的好处可能难以计算。ARPA-E旨在实现与陆地生物燃料相同甚至更低的碳排放，这意味着其碳足迹(指产品从生产、运输到消费的总碳排放量)不到汽油的一半。这一目标背后的理念是，即使藻类燃烧时释放碳，这些排放物也只相当于藻类在其生长阶段吸收的碳，不会像化石燃料一样向大气中释放新的碳，尽管藻类在生产和转化为生物能源的过程中仍然需要一些能量。冯·凯茨补充说，如果碳能在海藻燃烧时被捕获并储存起来，对气候会更好。

然而，DeCicco表示，大规模海藻养殖可能会以意想不到的方式影响海洋碳循环，这可能对气候不利。他说:“我们很难肯定地说这些碳链反应对大气有净益处。”德西科指出，相关行业和研究人员将需要数据，而不仅仅是模型，来证明大型藻类生物能源将有助于改善气候，而且很难获得充分和准确的信息。然而，冯·凯茨认为，没有证据表明大规模海藻种植会破坏碳循环，从而危及气候稳定。

一些专家说，仅仅减少碳排放的可能性就使得藻类生物能源值得探索。未参与该项目的弗吉尼亚大学工程系统与环境副教授安德烈斯·克拉伦斯说:“我们正面临气候变化的巨大挑战。我不认为有什么灵丹妙药或海藻能拯救我们，但它可能是解决方案的一部分。”

原始链接:

http://www . scientific American . com/article/can-our-energy-from-giant-have-farms-in-the-ocean/

科学家计划在海洋中开辟农场来阻止气候变暖