Sådan gør man tang-akvakultur til en bedre kulstofdræn

Omkostningseffektive teknologier til fjernelse af kuldioxid spiller en nøglerolle i bekæmpelsen af ​​klimaændringer. Et team af forskere ved University of Maine i samarbejde med Conscience Bay Research har udviklet en kelp-akvakulturmodel for Maine-bugten, der maksimerer kulstofbinding og omkostningseffektivitet af denne naturlige kulstofdræn.

Vilde makroalger er en af ​​de mest omfattende og produktive vegetative biomassebestande, men den vokser primært i klippefyldte kystnære områder, der ikke er befordrende for lokaliseret langtidsbinding, hvilket kun forekommer, når makroalger er inkorporeret i dybe havsedimenter på mere end 1.000 meters dybde eller remineraliseret på dybder under den permanente termoklin i områder af havet, hvor kulstof er blokeret fra at vende tilbage til atmosfæren.

Akvakultur af makroalger, ligesom opdræt af tang i Maine-bugten, kan potentielt udnyttes til at replikere denne kulstofbindingsproces ved at opdrætte store mængder tang på et offshore-sted, transportere tangen til et "synkested" på dybt vand og derefter deponere det dybt i havet, hvor kulstoffet kan bindes.

"At opdrætte tang med henblik på fjernelse af kuldioxid i stor skala er en idé, som for nylig har fået stor opmærksomhed fra forskningsmiljøet, den private sektor og akvakulturindustrien. Målet med vores analyse var at tillægge en vis realisme til samtalen vedrørende omkostninger og miljøpåvirkningen af ​​denne nye teknologi. Mange ser til Maine-bugten som ikke kun en national leder inden for bæredygtig produktion af fisk og skaldyr, men også en potentiel kulstofdræn. Mere information er kritisk påkrævet for at hjælpe med at guide den potentielle udvikling af kuldioxidfjernelse i havet," siger Struan Coleman, hovedforfatter af undersøgelsen og forskningsassistent ved UMaine.

Et team af forskere ledet af UMaine havde til formål at finde ud af, hvordan tang-akvakultur kan optimere kulstofbinding og omkostningseffektivitet.

"Tangdyrkning til kulstofbinding er ikke konkurrencedygtig lige nu, men der er vigtige veje til at reducere omkostningerne ved at producere tang, hvilket er godt for alle," siger Damian Brady, medforfatter af undersøgelsen og UMaine lektor i oceanografi. "Vi fokuserede på produktionsomkostningerne, for hvis det ikke er omkostningskonkurrencedygtigt med andre metoder til kulstofbinding, såsom direkte luftopsamling, så kan det diktere, hvor fremtidig forskningsfinansiering bliver forpligtet."

Forskerne lavede en detaljeret model for tang-akvakultur i regionen. Ved at pille ved 18 forskellige variable – inklusive antagelserne for høstarbejdskraftskrav, hvor elektricitet blev hentet fra og størrelsen af ​​PVC-spoler i gartneriet, hvor tangsporerne eller gametofyterne sætter sig fast og vokser – var de i stand til at reducere omkostningerne ved kulstofbinding gennem tang akvakultur fra $17.048 per ton kuldioxid svarende til $1.257.

Resultaterne repræsenterer et betydeligt omkostningsfald for fjernelse af kuldioxid i tang-akvakultur; industriens omkostningsmål for sådanne teknologier er imidlertid omkring $100 pr. ton kuldioxidækvivalent for at være økonomisk levedygtige.

"Dette betyder, at industrien bliver nødt til at innovere ud over den måde, gårde drives på nu, hvis fjernelse af makroalger kuldioxid skal være økonomisk rentabel," siger Adam St. Gelais, medforfatter af undersøgelsen og akvakulturinnovationsspecialist ved UMaine Aquaculture Research Institute . "Yderligere - og lige så vigtigt med hensyn til skalering - giver denne model veje til at reducere produktionsomkostninger og reducere produktionsrelaterede emissioner for tangopdræt uanset dens endelige anvendelse. Indsigt fra modellen kan anvendes nu for at hjælpe producenter med at øge udbyttet og udvide avancerne gennem optimering, mens de ser ud til at vokse."

Selvom det ikke er muligt at optimere alle de skitserede parametre, har forskerne udpeget seks trin, der vil have størst indflydelse på produktionsomkostninger, energiforbrug og overvågning i tang-akvakultur. For det første bør bedrifter have mulighed for at flytte ind i større, sammenhængende offshore-områder for at gøre mere effektiv udnyttelse af havets plads og mindske den risiko, landmænd påtager sig, når de påtager sig en lejekontrakt for en tang-akvakulturfarm. Landmænd bør også automatisere såning og høstprocessen, udnytte selektiv avl til at øge udbyttet og vurdere cost-benefit ved gametofytplanteskolekulturer i modsætning til sporer, da de er billigere og giver mulighed for bedre selektiv avl.

"Vores resultater er i overensstemmelse med mange af de forsknings- og udviklingsbehov, som tang-akvakulturindustrien har arbejdet på i årtier. Jeg tror, ​​at den reelle værdi af vores tilgang var at se på de måder, hvorpå variabler såsom udbytte, energiforbrug inden for planteskole- og bedriftsdesign påvirker omkostningsstrukturen for tangfarme i relativt stor skala. Hvis denne industri skal fortsætte med at ekspandere, uanset om den bidrager til forsyningskæder til fjernelse af fødevarer eller kuldioxid, bliver vi nødt til at tackle disse problemer," siger Coleman .

Kelpfarme i Maine-bugten kan også dekarbonisere ved at skaffe elektricitet fra vedvarende kilder og anvende materialer med lav drivhusgaspåvirkning med lang levetid. Endelig er de nødt til at udvikle billige og nøjagtige overvågningsteknikker til fjernelse af havbaseret kuldioxid for at reducere usikkerheden omkring kulstofbudgettering.

"Vores team er glade for at fortsætte dette arbejde i løbet af de næste to år og håber at accelerere tangopdræt langs teknologiomkostningskurven. Vi lænede os meget op af vores indledende analyse for at identificere de mest virkningsfulde løftestænger, som vi kunne trække for at besvare presserende forsknings- og udviklingsspørgsmål. . Gennem en kombination af felt- og modelleringsstudier håber vi at fjerne risikoen for lovende designs og teknologier," siger Coleman.

Undersøgelsen blev offentliggjort i august 2022 i Frontiers of Marine Science . + Udforsk yderligere

Klimaændringer forventes at reducere tangskovenes kapacitet til at fange og lagre kulstof