氣候環(huán)境：為了阻止氣候變暖，他們計(jì)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(jì)劃在遠(yuǎn)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(xiàng)目已經(jīng)完成了第一次實(shí)驗(yàn)，但也有人質(zhì)疑，海藻農(nóng)場或許會(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成無法預(yù)計(jì)的后果。
在未來的某一天，太平洋或許會(huì)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(huì)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(rèn)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(gè)相關(guān)項(xiàng)目都由美國高級(jí)研究計(jì)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?yàn)楹教旌推渌褂秒娔艿慕煌üぞ咛峁┠茉矗虼嗽S多專家認(rèn)為生物能源的比重將持續(xù)增長。ARPA-E的項(xiàng)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(dāng)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(fèi)資源。如von Keitz所說：“我們?cè)鯓硬拍埽ㄔ谏a(chǎn)足夠生物資源的同時(shí)）不以人們的需求作為代價(jià)，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(xué)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(duì)于生態(tài)系統(tǒng)可能存在影響，又未被證實(shí)一定會(huì)對(duì)改善氣候有好處，人們對(duì)這個(gè)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(yuǎn)洋大范圍種植大型藻類的技術(shù)，這需要克服遠(yuǎn)洋的種種惡劣環(huán)境，如由風(fēng)暴等。另外，海藻農(nóng)場距離陸地很遠(yuǎn)，這也意味著，如果要高效地運(yùn)營，需要達(dá)到少量的員工在場即可的自動(dòng)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(rèn)為上述問題可以得到解決。ARPA-E有一個(gè)名為MARINER（海洋者）的專項(xiàng)計(jì)劃，旨在資助針對(duì)海藻能源產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)的開發(fā)項(xiàng)目，其中涉及耕種、收獲、運(yùn)輸、育種等方面的技術(shù)和系統(tǒng)。例如，MARINER計(jì)劃中有一類項(xiàng)目針對(duì)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(shí)現(xiàn)跟蹤生長和探測損害，以及使用自動(dòng)拖引船（被形容為“海洋拖拉機(jī)”）來運(yùn)輸供給物資和收獲的海藻。
ARPA-E的項(xiàng)目之一由Marine BioEnergy完成。這個(gè)項(xiàng)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(huì)生長在這么遠(yuǎn)的地方。Marine BioEnergy認(rèn)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(gè)農(nóng)場會(huì)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(fēng)雨中或者其他船只經(jīng)過時(shí)，無人潛航器會(huì)把海藻拉到海底吸收養(yǎng)分。每幾個(gè)月，潛航器還會(huì)把整個(gè)農(nóng)場拉到一個(gè)收割地點(diǎn)，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(jì)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(gè)猶他州那么大的海藻農(nóng)場，而太平洋的空間有705個(gè)猶他州那么大。”
這家公司剛開始實(shí)驗(yàn)他們的想法。在去年Marine BioEnergy和南加利福尼亞大學(xué)（University of Southern California）做了第一次試運(yùn)行，來測試巨藻（Macrocystis pyrifera）在水里拖上拖下會(huì)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(gè)固定的懸浮系統(tǒng)上，用太陽能驅(qū)動(dòng)的絞車，將系著巨藻的吊桿于表面和80米深處來回移動(dòng)。最初的結(jié)果很鼓舞人心：被來回移動(dòng)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(jì)劃可能會(huì)在4月初的時(shí)候再做一次相似的實(shí)驗(yàn)。
未知的后果
一些專家對(duì)ARPA-E的計(jì)劃抱有謹(jǐn)慎但樂觀的態(tài)度?！斑@是個(gè)令人興奮的、大膽的項(xiàng)目，肯定是我們下一步要做的，”英國杜倫大學(xué)能源研究所（Durham University Energy Institute）的海藻生物能源專家John Bothwell評(píng)論道，他未參與ARPA-E項(xiàng)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(huì)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)造成無法預(yù)計(jì)的后果?！皵_亂大陸和海洋的生態(tài)食物鏈會(huì)有很多連鎖反應(yīng)，”密歇根大學(xué)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(huì)產(chǎn)生哪些生態(tài)影響，或許現(xiàn)在討論這個(gè)問題還太早了。”von Keitz提到一個(gè)可能的危害是海藻農(nóng)場會(huì)有一些松弛的線，這些線會(huì)纏住海洋生物。然而，他指出MARINER計(jì)劃要求該項(xiàng)目降低這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，比如一些團(tuán)隊(duì)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(huì)彎得把動(dòng)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(jì)算。ARPA-E的目標(biāo)是達(dá)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(yùn)輸?shù)较M(fèi)的過程中全部的碳排放量）不到汽油的一半。這一目標(biāo)背后的想法是，即使海藻燃燒時(shí)會(huì)釋放碳，這些排放量也只相當(dāng)于海藻在生長階段所吸收的碳，不會(huì)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(bǔ)充說，如果可以在海藻燃燒的過程中捕獲和儲(chǔ)存這些碳，對(duì)氣候就更好了。
不過，DeCicco說，大型海藻養(yǎng)殖可能會(huì)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(huì)對(duì)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(duì)大氣是有凈收益?！钡挛骺浦赋觯嚓P(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(huì)有助于改善氣候，要獲得足夠且準(zhǔn)確的信息是很困難的。然而，von Keitz認(rèn)為并沒有證據(jù)表明大規(guī)模的海藻種植會(huì)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(xué)（University of Virginia）工程系統(tǒng)與環(huán)境副教授Andres Clarens（他并未參與本項(xiàng)目）表示：“我們正面臨著氣候變化的巨大挑戰(zhàn)。我不認(rèn)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?！?br> 撰文：Annie Sneed
翻譯：陸水
文章來源：科學(xué)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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