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Könnte Unsere Energie Von Riesigen Algenfarmen Im Ozean Kommen?
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Eine US-Agentur finanziert Projekte zur Schaffung einer auf Makroalgen basierenden Bioenergieindustrie.

Könnte unsere Energie von riesigen Algenfarmen im Ozean kommen?
Könnte unsere Energie von riesigen Algenfarmen im Ozean kommen?

Eines Tages in der Zukunft könnten im Pazifischen Ozean kilometerlange Algenfarmen beheimatet sein, die von U-Boot-Drohnen gepflegt werden und darauf warten, in Treibstoff umgewandelt zu werden. Dies ist die Vision von Marine BioEnergy, einem Start-up, das von der Agentur für fortgeschrittene Forschungsprojekte - Energie (ARPA-E) unterstützt wird. Die US-Regierungsbehörde finanziert das Unternehmen zusammen mit einer Handvoll verwandter Projekte, da sie den offenen Ozean als weitgehend unerschlossene Ressource für eine neue und potenziell bessere Quelle für erneuerbare Bioenergie betrachtet.

Etwa 5 Prozent des gesamten US-Energieverbrauchs stammen derzeit aus Biomasse wie Mais und Holz, die erneuerbar sind und während des Wachstums durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre absorbieren. Viele Experten erwarten, dass dieser Prozentsatz weiter steigt, vor allem aufgrund der Flexibilität der Bioenergie. Sie kann beispielsweise die Luftfahrt und andere schwer zu elektrifizierende Transportmittel mit Treibstoff versorgen. Viele Analysen deuten darauf hin, dass Bioenergie 20 bis 25 Prozent der Energiequellen des Landes ausmachen muss, um eine umfassende Dekarbonisierung der US-Wirtschaft zu erreichen, sagt Marc von Keitz, Programmdirektor bei ARPA-E.

Derzeitige Bioenergieoptionen in den USA werden von Ethanol auf Maisbasis dominiert. Bei der Herstellung wird jedoch viel Land, Dünger und Süßwasser verbraucht, was zu anderen Verschmutzungsproblemen führt und begrenzte Ressourcen bindet. Wie von Keitz es ausdrückt: "Wie können wir [diese Bioenergieziele erreichen], ohne die Bedürfnisse der Bevölkerung zu gefährden und die Nahrungsmittelproduktion zu steigern?" Hier könnte Seetang ins Spiel kommen: Er benötigt keine dieser Ressourcen und könnte das enorme Potenzial des offenen Ozeans nutzen. „Der Ozean ist der Raum, den wir nicht viel für die Kultivierung nutzen“, sagt von Keitz. Nach der Ernte können Algen, auch als Makroalgen bekannt, durch verschiedene chemische Prozesse möglicherweise in verschiedene Energieformen wie Biogas und Ethanol umgewandelt werden. Es müssen jedoch mehrere Hürden überwunden werden, um Bioenergie aus Seetang in großem Maßstab zu einer Option zu machen. Und nicht alle sind sich einig, dass dies eine gute Idee ist, da Bedenken hinsichtlich möglicher ökologischer Auswirkungen und unbewiesener Klimavorteile bestehen.

Den Ozean bewirtschaften

Menschen in verschiedenen Ländern, insbesondere in Asien, haben lange Zeit Algen angebaut, jedoch in relativ geringem Umfang und hauptsächlich zur Verwendung als Lebensmittel. Damit aus Makroalgen gewonnene Bioenergie zum Mainstream wird, benötigen Forscher und Unternehmen kostengünstige Möglichkeiten, um Algen in nutzbaren Kraftstoff für die kommerzielle Nutzung umzuwandeln. Sie müssen auch die Technologien und Techniken entwickeln, um Makroalgen in großem Umfang weit draußen im Ozean zu züchten, wo Bedingungen wie sturmgetriebene Wellen brutal sein können. Solche abgelegenen Standorte bedeuten auch, dass diese Farmen wahrscheinlich autonom oder mit einer sehr begrenzten menschlichen Präsenz arbeiten müssen, um effizient zu sein.

ARPA-E, eine Agentur des Energieministeriums, die die Forschung und Entwicklung neuartiger Energietechnologien unterstützt, ist der Ansicht, dass diese Probleme angegangen werden können. Es hat ein spezielles Programm namens MARINER, um Projekte zu finanzieren, die an verschiedenen Komponenten arbeiten, die für den Start einer neuen Algen-Energieindustrie erforderlich sind: Technologie und Systeme für Anbau und Ernte, Transport, selektive Züchtung und mehr. Zum Beispiel enthält MARINER eine spezielle Kategorie für Projekte zur aquatischen Überwachung. Seetangfarmen könnten kleine Unterwasserdrohnen haben, die mit Sensoren ausgestattet sind, um das Wachstum zu verfolgen und Schäden zu erkennen. Ein weiteres Unterfangen betrifft ein autonomes Schleppschiff, das als „Traktor des Meeres“bezeichnet wird und Vorräte transportieren oder geernteten Seetang einbringen kann.

Eines der Projekte von ARPA-E wird von Marine BioEnergy durchgeführt, das darauf abzielt, große Algenfarmen mitten im Pazifik zu errichten. Das Projekt wird versuchen, ein Schlüsselproblem mit dem Konzept der Makroalgenzucht anzugehen: Die oberste Schicht des offenen Ozeans hat viel Sonnenlicht, aber nur wenige Nährstoffe, während die tieferen Schichten reichlich Nährstoffe, aber kein Sonnenlicht enthalten. Aufgrund dieser Anordnung wachsen die meisten Algen nicht so weit von alleine. Marine BioEnergy glaubt, eine Lösung gefunden zu haben: Es wird versuchen, Seetang auf Farmen zu kultivieren, die an U-Boot-Drohnen angeschlossen sind.

Jede Farm würde ein paar Hektar umfassen und aus Reihen von Algen bestehen, die mit Schwimmern durchsetzt sind. Die Drohnen zogen die Farmen nachts unter Wasser, um Zugang zu Nährstoffen zu erhalten, sowie bei Stürmen oder wenn Schiffe vorbeifuhren. Alle paar Monate zogen diese Drohnen die gesamte Farm an einen Ernteort. Den Drohnen selbst würde die Energie von Sonnenkollektoren ausgehen.

Cindy Wilcox, Mitbegründerin und Präsidentin von Marine BioEnergy, beabsichtigt, genügend dieser Algenfarmen im Ozean einzusetzen, um eine erhebliche Menge an Energie bereitzustellen. „Um 10 Prozent der heute in den USA verwendeten flüssigen Erdölbrennstoffe zu ersetzen, müssten wir eine Anbaufläche von etwa der Größe Utahs haben“, sagt sie. "Im Pazifik ist Platz für 705 Utahs."

Das Unternehmen fängt gerade erst an, seine Idee zu testen. In Zusammenarbeit mit einem Forschungsteam an der University of Southern California hat Marine BioEnergy im vergangenen Jahr seinen ersten Versuch durchgeführt, um zu sehen, wie der Riesentang Macrocystis pyrifera wächst, wenn er die Wassersäule hoch und runter gezogen wird. Vor der Küste der kalifornischen Insel Catalina befestigten die Forscher etwa 30 Testseetang an einem verankerten Bojensystem. Sie benutzten eine solarbetriebene Winde, um einen Ausleger anzuheben und abzusenken, der den angebrachten Seetang nachts auf eine Tiefe von 80 Metern stürzte und ihn tagsüber wieder auftauchte. Die ersten Ergebnisse sind ermutigend: Der in die Tiefe getriebene Seetang wuchs besser als die Kontrollgruppe, die in einer einzigen Tiefe gehalten wurde. Marine BioEnergy und die Forscher planen ein weiteres ähnliches Experiment, das voraussichtlich Anfang April beginnen wird.

Unbekannte Folgen

Einige Experten scheinen vorsichtig, aber hoffnungsvoll in Bezug auf das Programm von ARPA-E zu sein. „Es ist ein aufregendes Projekt. Es ist sehr ehrgeizig und ich denke, es ist absolut der nächste logische Schritt “, sagt John Bothwell, ein Experte für Algen-Bioenergie am Durham University Energy Institute in England, der nicht an der ARPA-E-Arbeit beteiligt ist.

Andere äußern sich jedoch skeptisch gegenüber der Bioenergie von Makroalgen - und stellen fest, dass der Anbau massiver Algenfarmen unerwartete Auswirkungen auf die Meeresökosysteme haben könnte. „Die Unterbrechung natürlicher (oder menschlicher) Nahrungsketten an Land oder auf See führt zu großen Welleneffekten“, sagt John DeCicco, ein Forschungsprofessor am Energieinstitut der Universität von Michigan, der sich mit Biokraftstoffen und anderen Energieproblemen befasst und auch nicht an der Umwelt beteiligt ist ARPA-E-Programm. Wilcox sagt ihrerseits: "Ich bin nicht sicher, ob wir noch wissen, welche möglichen ökologischen Folgen dies hat. Es ist vielleicht zu früh, um es zu sagen. “Von Keitz merkt an, dass eine mögliche Gefahr darin besteht, dass Seetangfarmen schlaffe Linien haben könnten, die Meerestiere verwickeln. Er weist jedoch darauf hin, dass das MARINER-Programm von seinen Projekten verlangt, Entwürfe zu erstellen, die dieses Risiko minimieren. Einige der Programmteams versuchen beispielsweise, Linien zu integrieren, die Materialien wie Glasfasern enthalten, die sich laut von Keitz nicht so verbiegen, dass sich Tiere verwickeln.

Die potenziellen klimatischen Vorteile von Bioenergie werden ebenfalls diskutiert und sind möglicherweise für Algen schwer zu berechnen. ARPA-E strebt eine Makroalgen-Bioenergie mit Emissionsminderungen an, die mit denen von Biokraftstoffen an Land identisch oder besser sind - was einen CO2-Fußabdruck bedeuten würde, der weniger als die Hälfte des Benzinverbrauchs beträgt. Die Idee hinter diesem Ziel ist, dass, obwohl Seetang beim Verbrennen Kohlenstoff freisetzt, diese Emissionen einfach Kohlenstoff sind, den die Makroalge beim Wachstum einige Monate zuvor eingefangen hat. Wie bei fossilen Brennstoffen würde kein neuer Kohlenstoff in die Atmosphäre freigesetzt, obwohl die Erzeugung und Umwandlung von Seetang in Bioenergie noch etwas Energie erfordern würde. Von Keitz fügt hinzu, dass es noch besser für das Klima wäre, wenn die Emissionen beim Verbrennen der Algen erfasst und gespeichert würden.

DeCicco sagt jedoch, dass die Makroalgenzucht möglicherweise die Kohlenstoffdynamik im Ozean auf eine Weise beeinflussen könnte, die wir nicht erwarten - und die möglicherweise nicht gut für das Klima ist. "Es wird sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich sein, mit hinreichender wissenschaftlicher Sicherheit festzustellen, dass diese Kohlenstoffwelligkeitseffekte für die Atmosphäre von Vorteil sind", sagt er. DeCicco merkt an, dass Industrie und Forscher gute Daten benötigen - nicht nur Modellierung -, um zu beweisen, dass die Bioenergie von Makroalgen das Klima verbessern wird, und es wird schwierig sein, genau genug Informationen zu dieser Frage zu erhalten. Von Keitz ist anderer Meinung. Er sagte, er habe keine Beweise dafür gesehen, dass die großflächige Seetangzucht den Kohlenstoffkreislauf auf eine Weise stören würde, die das Klima schädigen würde.

Die bloße Möglichkeit geringerer Kohlenstoffemissionen macht die Bioenergie von Algen trotz der Unbekannten erforschenswert, sagen einige Experten. "Wir haben ein großes Problem in den Händen: den Klimawandel", sagt Andres Clarens, Associate Professor für Ingenieurwesen und Umwelt an der University of Virginia, der nicht an den ARPA-E-Projekten beteiligt ist. "Ich glaube nicht, dass es eine Silberkugel gibt oder dass Makroalgen uns retten werden. Aber es könnte Teil der Lösung sein. “

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