L'alga gigante (Macrocystis pyrifera) ha il potenziale per essere la prossima coltura di biocarburanti/energia. paule858/Getty Images Alghe giganti, la più grande specie al mondo di alghe marine, è una fonte interessante per la produzione di biocarburanti. In un recente studio, abbiamo testato una nuova strategia per la coltivazione di alghe che potrebbe consentire di produrla continuamente su larga scala. L'idea chiave è spostare gli stock di alghe ogni giorno verso le acque vicine alla superficie per la luce solare e verso il basso verso le acque più scure per i nutrienti.
A differenza delle odierne colture energetiche, come mais e soia, la coltivazione di alghe non richiede terra, acqua dolce o fertilizzante. E le alghe giganti possono crescere più di un piede al giorno in condizioni ideali.
Il Kelp cresce tipicamente in zone poco profonde vicino alla costa e prospera solo dove la luce solare e le sostanze nutritive sono abbondanti. C'è la sfida:lo strato illuminato dal sole dell'oceano si estende fino a circa 665 piedi (200 metri) o meno sotto la superficie, ma questa zona spesso non contiene abbastanza nutrienti per supportare la crescita delle alghe.
Gran parte della superficie dell'oceano aperto è povera di nutrienti tutto l'anno. Nelle zone costiere, upwelling - acque profonde che salgono in superficie, portare sostanze nutritive — è stagionale. Acque più profonde, d'altra parte, sono ricchi di sostanze nutritive ma mancano di luce solare.
Il nostro studio ha dimostrato che le alghe hanno resistito ai cambiamenti giornalieri della pressione dell'acqua mentre l'abbiamo pedalata tra profondità di 30 piedi (9 metri) e 262 piedi (80 metri). Le nostre alghe coltivate hanno acquisito abbastanza nutrienti dal profondo, ambiente buio per generare una crescita quattro volte maggiore rispetto alle alghe che abbiamo trapiantato in un habitat di alghe costiere nativo.
La produzione di biocarburanti da colture terrestri come mais e soia compete con altri usi per terreni agricoli e acqua dolce. L'utilizzo di piante dall'oceano può essere più sostenibile, efficiente e scalabile.
La biomassa marina può essere convertita in diverse forme di energia, compreso etanolo, per sostituire l'additivo derivato dal mais che attualmente viene miscelato nella benzina negli Stati Uniti. Forse il prodotto finale più interessante è il bio-greggio:olio derivato da materiali organici. Il bio-greggio viene prodotto attraverso un processo chiamato liquefazione idrotermale, che utilizza la temperatura e la pressione per convertire materiali come le alghe in oli.
Questi oli possono essere trasformati nelle raffinerie esistenti in combustibili a base biologica per camion e aerei. Non è ancora pratico far funzionare queste modalità di trasporto a lunga distanza con l'elettricità perché richiederebbero batterie enormi.
Dai nostri calcoli, produrre abbastanza alghe per alimentare l'intero settore dei trasporti degli Stati Uniti richiederebbe l'utilizzo di solo una piccola frazione della zona economica esclusiva degli Stati Uniti, l'area oceanica fino a 200 miglia nautiche dalla costa.
Qui si vede un subacqueo che lavora all'"ascensore per alghe". Maurice Roper/(CC BY-ND)
Il nostro lavoro è una collaborazione tra l'USC Wrigley Institute e Marine BioEnergy Inc., finanziato dal programma ARPA-E MARINER (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources) del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Il gruppo di ricerca comprende biologi, oceanografi e ingegneri, lavorare con i subacquei, operatori navali, tecnici di ricerca e studenti.
Abbiamo testato la risposta biologica delle alghe al ciclo di profondità collegandole a una struttura oceanica aperta che chiamiamo "ascensore di alghe, " progettato dagli ingegneri del team. L'ascensore è ancorato vicino all'USC Wrigley Marine Science Center sull'isola di Catalina in California. Un verricello a energia solare lo solleva e lo abbassa quotidianamente per far circolare le alghe tra acque profonde e poco profonde.
Abbiamo sottoposto a ciclo profondo 35 piante di alghe giovanili per tre mesi e abbiamo piantato un secondo set in un vicino letto di alghe sano per il confronto. Per quello che ci risulta, questo è stato il primo tentativo di studiare gli effetti biologici del ciclo della profondità fisica sulle alghe. Gli studi precedenti si sono concentrati sul pompaggio artificiale in superficie di acqua profonda ricca di sostanze nutritive.
I nostri risultati suggeriscono che il ciclismo in profondità è una strategia di coltivazione biologicamente valida. Ora vogliamo analizzare i fattori che possono aumentare i rendimenti, compresi i tempi, profondità dell'acqua e genetica delle alghe.
Molte incognite necessitano di ulteriori studi, compresi i processi per l'autorizzazione e la regolamentazione degli allevamenti di alghe, e la possibilità che l'allevamento di alghe su larga scala possa avere conseguenze ecologiche indesiderate. Ma crediamo che l'energia della biomassa marina abbia un grande potenziale per aiutare a far fronte alle sfide di sostenibilità del 21° secolo.
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Diane Kim è assistente professore aggiunto di studi ambientali e scienziato senior presso l'USC Wrigley Institute, USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze. Ignacio Navarre e è uno studioso post-dottorato e ricercatore associato presso l'USC Wrigley Institute for Environmental Studies for Environmental Studies, USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze. Jessica Dutton è direttore associato per la ricerca e assistente professore a contratto di ricerca presso l'USC Wrigley Institute for Environmental Studies, Programma di studi ambientali USC, USC Dornsife College of Letters, Arti e Scienze.
