氣候環(huán)境：為了阻止氣候變暖，他們計劃在海洋中開辟海洋農(nóng)場

巨型海藻（圖片來源：flickr）
美國的Marine BioEnergy公司正計劃在遠洋建造大規(guī)模的巨型海藻農(nóng)場，用以提供生物能源，降低碳排放。該項目已經(jīng)完成了第一次實驗，但也有人質(zhì)疑，海藻農(nóng)場或許會對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成無法預計的后果。
在未來的某一天，太平洋或許會變成巨型的藻類農(nóng)場。這些農(nóng)場將由潛航器照料，收獲的海藻會被轉(zhuǎn)化為能源——這是Marine BioEnergy公司所構(gòu)想的未來。這家公司認為尚未開發(fā)的外海能夠提供更好的可再生生物能源，它和幾個相關(guān)項目都由美國高級研究計劃局能源部（Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E）資助。
目前，美國能源的5%來自玉米和木頭等生物資源，它們不僅是可再生能源，還能在生長過程中通過光合作用從大氣中吸收二氧化碳。由于其使用靈活，能夠為航天和其他使用電能的交通工具提供能源，因此許多專家認為生物能源的比重將持續(xù)增長。ARPA-E的項目主管Marc von Keitz稱，大量分析指出，如果要大幅減少美國的碳排放，生物能源需要占到總能源的20%~25%。
當下美國生物能源主要來自于玉米制乙醇汽油，然而它的生產(chǎn)過程需要大量土地、肥料和淡水，容易造成污染問題且耗費資源。如von Keitz所說：“我們怎樣才能（在生產(chǎn)足夠生物資源的同時）不以人們的需求作為代價，又增加食物產(chǎn)量？”海藻可以成為答案：它不需要上述任何一種資源，而是利用了外海的巨大潛能?！按蟛糠值暮Ｑ蠖歼€沒有被開發(fā)，”von Keitz說。收獲以后，海藻可以通過不同的化學過程轉(zhuǎn)化為各種能量，如生物氣體和乙醇。然而，將海藻作為生物能源仍有一些困難。由于其對于生態(tài)系統(tǒng)可能存在影響，又未被證實一定會對改善氣候有好處，人們對這個方法也依然存疑。
海洋農(nóng)場
很多國家——特別是亞洲國家——有悠久的海藻種植歷史，不過主要是為了食用，也都是小規(guī)模種植。如果要讓大型海藻成為生物能源的主要來源，研究者和企業(yè)需要以低成本的方式將海藻轉(zhuǎn)化為商業(yè)化的能源。他們也需要發(fā)明出在遠洋大范圍種植大型藻類的技術(shù)，這需要克服遠洋的種種惡劣環(huán)境，如由風暴等。另外，海藻農(nóng)場距離陸地很遠，這也意味著，如果要高效地運營，需要達到少量的員工在場即可的自動化生產(chǎn)。
ARPA-E正在支持創(chuàng)新能源技術(shù)的研發(fā)，他們認為上述問題可以得到解決。ARPA-E有一個名為MARINER（海洋者）的專項計劃，旨在資助針對海藻能源產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)的開發(fā)項目，其中涉及耕種、收獲、運輸、育種等方面的技術(shù)和系統(tǒng)。例如，MARINER計劃中有一類項目針對水下監(jiān)控的開發(fā)，它們著重研究小型無人潛航器上的感應(yīng)器如何實現(xiàn)跟蹤生長和探測損害，以及使用自動拖引船（被形容為“海洋拖拉機”）來運輸供給物資和收獲的海藻。
ARPA-E的項目之一由Marine BioEnergy完成。這個項目是為了在太平洋中間建造巨大的海藻農(nóng)場，它試圖解決大型海藻農(nóng)場概念中最重要的問題：外海的海洋表層陽關(guān)充足但缺乏營養(yǎng)，深海有足夠的營養(yǎng)但陽光不足。因此，大多數(shù)海藻不會生長在這么遠的地方。Marine BioEnergy認為他們找到了解決方案：把海藻固定在無人潛航器上。
根據(jù)設(shè)想，每個農(nóng)場會覆蓋幾公頃（1公頃等于0.01平方千米），由一排一排的海藻組成，其間穿插著浮筒。在晚上、暴風雨中或者其他船只經(jīng)過時，無人潛航器會把海藻拉到海底吸收養(yǎng)分。每幾個月，潛航器還會把整個農(nóng)場拉到一個收割地點，潛航器本身的能源則由太陽能板提供。
Marine BioEnergy公司的創(chuàng)始人和總經(jīng)理Cindy Wilcox計劃用足夠多的海藻農(nóng)場來提供很大一部分能源。她說：“如果要替代美國現(xiàn)在使用的10%的石油，我們需要種植一個猶他州那么大的海藻農(nóng)場，而太平洋的空間有705個猶他州那么大。”
這家公司剛開始實驗他們的想法。在去年Marine BioEnergy和南加利福尼亞大學（University of Southern California）做了第一次試運行，來測試巨藻（Macrocystis pyrifera）在水里拖上拖下會如何生長。在加州卡特琳娜島（Catalina Island）的海岸邊，研究員把30根巨藻連在一個固定的懸浮系統(tǒng)上，用太陽能驅(qū)動的絞車，將系著巨藻的吊桿于表面和80米深處來回移動。最初的結(jié)果很鼓舞人心：被來回移動的巨藻比始終保持在同一深度的巨藻生長得更好。Marine BioEnergy和研究員計劃可能會在4月初的時候再做一次相似的實驗。
未知的后果
一些專家對ARPA-E的計劃抱有謹慎但樂觀的態(tài)度?！斑@是個令人興奮的、大膽的項目，肯定是我們下一步要做的，”英國杜倫大學能源研究所（Durham University Energy Institute）的海藻生物能源專家John Bothwell評論道，他未參與ARPA-E項目。
還有一些專家表示了他們的質(zhì)疑，他們提出海藻農(nóng)場或許會對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成無法預計的后果。“擾亂大陸和海洋的生態(tài)食物鏈會有很多連鎖反應(yīng)，”密歇根大學能源研究所（University of Michigan Energy Institute）的教授John Decicco說。Wilcox回應(yīng)道：“我們還不知道可能會產(chǎn)生哪些生態(tài)影響，或許現(xiàn)在討論這個問題還太早了?！眝on Keitz提到一個可能的危害是海藻農(nóng)場會有一些松弛的線，這些線會纏住海洋生物。然而，他指出MARINER計劃要求該項目降低這個風險，比如一些團隊正在考慮在這些線中加入例如玻璃纖維等材料，這樣它們不會彎得把動物給纏住。
生物能源潛在的氣候好處也有待商榷，海藻的好處可能很難計算。ARPA-E的目標是達到與陸地生物燃料相同甚至更低的碳排放量，這意味著其碳足跡（指某產(chǎn)品在生產(chǎn)、運輸?shù)较M的過程中全部的碳排放量）不到汽油的一半。這一目標背后的想法是，即使海藻燃燒時會釋放碳，這些排放量也只相當于海藻在生長階段所吸收的碳，不會像化石燃料那樣向大氣釋放新的碳，盡管海藻在生產(chǎn)和轉(zhuǎn)化為生物能源的過程中仍需要一些能源。Von Keitz補充說，如果可以在海藻燃燒的過程中捕獲和儲存這些碳，對氣候就更好了。
不過，DeCicco說，大型海藻養(yǎng)殖可能會以我們意想不到的方式影響海洋內(nèi)的碳循環(huán)，而這可能會對氣候不利。他說：“我們很難有把握地說這些碳的連鎖反應(yīng)對大氣是有凈收益?！钡挛骺浦赋?，相關(guān)產(chǎn)業(yè)和研究人員將需要數(shù)據(jù)而不僅僅是模型來證明大型藻類生物能源會有助于改善氣候，要獲得足夠且準確的信息是很困難的。然而，von Keitz認為并沒有證據(jù)表明大規(guī)模的海藻種植會破壞碳循環(huán)，從而危害氣候穩(wěn)定。
一些專家說，僅僅是能夠降低碳排放的可能性就使得海藻生物能源值得探索。弗吉尼亞大學（University of Virginia）工程系統(tǒng)與環(huán)境副教授Andres Clarens（他并未參與本項目）表示：“我們正面臨著氣候變化的巨大挑戰(zhàn)。我不認為有什么靈丹妙藥，或是大型海藻就能拯救我們，但這可能是解決方案的一部分。”
撰文：Annie Sneed
翻譯：陸水
文章來源：科學美國人
文章鏈接：
https://www.scientificamerican.com/article/could-our-energy-come-from-giant-seaweed-farms-in-the-ocean/


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