Trotz der wachsenden Nachfrage und des Angebots an erneuerbaren Energiequellen sind wir für einen Großteil unserer globalen Energie immer noch auf fossile Brennstoffe angewiesen. Aber tief unter dem Ozean wartet eine Quelle sauberer Kohlenstoffenergie darauf, geerntet zu werden, die einen großen Beitrag zur Verringerung unserer Abhängigkeit von Öl, Gas und Kohle leisten wird – Seetang.
Eine aktuelle Studie in Nature Geoscience Schätzungen zufolge binden Algen, die in die Tiefen des Ozeans treiben, auf natürliche Weise 173 Millionen Tonnen Kohlenstoff pro Jahr, etwa so viel, wie New York City ausstößt, und Unternehmen suchen nach ausgeklügelten Methoden, um diese ungenutzte Energie zu gewinnen.
Es ist eines der außergewöhnlichen Projekte, die in dem neuen Buch After Geoengineering:Climate Tragedy, Repair, and Restoration untersucht werden von Holly Jean Buck, die die innovativen Methoden untersucht, die zur Bekämpfung des Klimawandels eingesetzt werden.
In diesem Auszug aus dem Buch spricht sie mit einem der Unternehmen, die riesige Seetangfarmen zur Herstellung von Biokraftstoffen nutzen, die eines Tages zur wachsenden Liste erneuerbarer Energietechnologien hinzugefügt werden könnten, die zur Wiederherstellung des Planeten beitragen könnten.
Meeresnahrung und Energiefarmen
Sonnenlicht einfangen, in Treibstoff verwandeln:Das klingt nach einer futuristischen Formel. Doch eine der bahnbrechenden Bemühungen in der Seetangzucht, das Ocean Food and Energy Farm-Projekt (OFEF), begann 1972 mit einer Infusion von Mitteln der US Navy. OFEF sammelte auch Mittel von der United States Energy Research and Development Administration (dem Vorläufer des Department of Energy), der National Science Foundation und der American Gas Association, die hofften, dass die Methanproduktion in erheblichem Umfang zur nationalen Gasversorgung beitragen könnte . (Stellen Sie sich eine Konstellation von Spielern wie dieser vor, die sich heute für Algenbrennstoffe interessieren.)
„Bei erfolgreicher Umsetzung würde diese Technologie es den Ozeanen des Planeten ermöglichen, eine riesige neue Quelle für Futtermittel, Lebensmittel, Brennstoffe und Chemikalien – festen Kohlenstoff und festen Stickstoff – zum Nutzen der Menschheit zu werden“, schrieb Projektleiter Dr. Howard Wilcox , wobei darauf hingewiesen wurde, dass die Hauptfrage die wirtschaftliche Machbarkeit sei. „Aber“, fügte er hinzu, „es geht eher um das ‚wann‘ als um das ‚ob‘ sich das Konzept am Ende auszahlt.“
Das Konzept von Wilcox bestand darin, den Riesentang Macrocystis zu züchten in den Oberflächengewässern des offenen Ozeans. Da die meisten dieser Oberflächengewässer in Bezug auf Nährstoffe eine Wüste sind, schlug er vor, Wasser aus den nährstoffreichen Gewässern, die etwa 300 Meter darunter liegen, hochzupumpen. Aber der Bau der Strukturen, auf denen Kelp wachsen würde, sowie der Mechanismen zum Hochpumpen von Wasser erforderte immense menschliche Anstrengungen, um dieses flüssige Terrain zu kultivieren. Wie könnte der Seetang in einer landwirtschaftlichen Einheit zusammengehalten werden, ohne durch Gezeiten und Strömungen verloren zu gehen?
Um diese Probleme zu lösen, stellte sich Wilcox frei schwimmende Farmen vor, die Antriebssysteme verwenden würden, um sie um die massiven Wirbelmuster des Ozeans herum zirkulieren zu lassen. Auch die Größe war ein Problem:Um aus Seetang Treibstoff zu machen, braucht man viel davon. Die Berechnungen von Dr. Wilcox zeigten, dass sich die Farmen über 100.000 Acres oder mehr erstrecken müssten, um eine kostengünstige Energiequelle zu sein. Darüber hinaus wurde Ende der 1970er Jahre der Gassektor dereguliert und Ölembargos beendet. Und 1982 waren die Geldgeber nicht mehr interessiert.
Seit den 1970er Jahren hat es jedoch bemerkenswerte Fortschritte in der Technik in Meeresumgebungen und in der Technologie im weiteren Sinne gegeben. Könnten Fortschritte in der Robotik Seetangfarmen beim Skalieren helfen? Das Startup Marine BioEnergy könnte in gewisser Weise als Nachkomme von OFEF angesehen werden, da es vom Sohn von Dr. Howard Wilcox, Brian Wilcox, und seiner Frau Cindy gegründet wurde.
Marine BioEnergy untersucht den Anbau von Langleinentang in Roboterfarmen – eine Arbeit, die das Interesse der Presse von Leuten wie Fast Company geweckt hat , Nationales öffentliches Radio , und die New York Times . Das neue Kelp-Farm-Konzept ist einfach:Die gesamte Kelp-Farm wird nachts nach unten bewegt, um Nährstoffe aus tieferen Gewässern zu erhalten, und tagsüber nach oben, um Sonnenlicht zu erreichen. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zum Konzept der 1970er Jahre:Das Untertauchen des Seetangs anstelle des Baus einer großen Pumpinfrastruktur spart viel Geld, da die Farmen dadurch kleiner werden können.
Drohnen-U-Boote würden diese Seetangfarmen in neue Gewässer schleppen und per Satellit mit Erntemaschinen kommunizieren, was Arbeitskosten sparen würde. Die Drohnen könnten auch die Farmen unter Wasser setzen, um großen Stürmen und vorbeifahrenden Schiffen auszuweichen. Es ist ein ehrgeiziges, aber gut durchdachtes Projekt, an dem viele Mitarbeiter beteiligt sind und das von ARPA-E unterstützt wird (der US-Regierungsbehörde, die mit der Förderung und Finanzierung der Forschung und Entwicklung fortschrittlicher Energietechnologien beauftragt ist ).
Der erste Schritt für das Marine BioEnergy-Konsortium besteht darin, die Mechanismen der Seetangzucht herauszufinden. Wie Cindy Wilcox mir sagte:„Im Moment ist die Frage der Biologie die dominierende Frage:Gedeiht ein schnell wachsender Seetang, wenn er in die Tiefe getaucht wird, um Nährstoffe aufzunehmen, und wenn er tagsüber auftaucht, um Sonnenlicht zu absorbieren?“
Wenn Ihnen diese Funktion gefällt, wird Ihnen vielleicht auch eine aktuelle Folge des Science Focus Podcast gefallen, in der wir mit dem visionären Wissenschaftler und Umweltdenker Jame Lovelock gesprochen haben.
Marine BioEnergy arbeitet mit Meeresbiologen und wissenschaftlichen Tauchern der University of Southern California zusammen, um dieses Puzzlestück besser zu verstehen. Die verschiedenen Arten werden an einer verankerten Forschungsboje – auch bekannt als „Kelp-Aufzug“ – in der Nähe von Catalina Island getestet. Die Boje hat einen Ausleger, der tagsüber aufgetaucht und nachts untergetaucht wird, um herauszufinden, welche Arten in dieser Umgebung gedeihen.
Der Zieltang, Macrocystis , wächst einen Fuß (30 cm) pro Tag mit ausreichend Nährstoffen. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass einige dieser Kelp-Pflanzen bis zu dreimal schneller wachsen als ihre Nachbarn, was bedeutet, dass es noch viel mehr darüber zu lernen gibt, warum einige Pflanzen produktiver sind (etwas, woran auch andere Forscher arbeiten).
Der zweite Schritt besteht darin, den Seetang zu ernten und daraus ein Biorohprodukt herzustellen. Forscher der Pacific Northwest National Labs haben ein Verfahren entwickelt, um Seetang in Biorohöl umzuwandeln (ein hydrothermales Verflüssigungs- und katalytisches hydrothermales Vergasungsverfahren), das in einem Reaktor etwa eine Stunde dauert und keine Fermentation erfordert; Theoretisch könnte der Methanausstoß aus dem Prozess selbst als Energiequelle verwendet werden.
Dann ist eine offene Frage, ob es sinnvoller ist, den geernteten Kelp zurück an Land zu bringen, um ihn zu verarbeiten, oder ihn stattdessen auf offener See zu verarbeiten und Tanker kommen zu lassen und dort aufzufüllen. Die neueste Idee von Marine BioEnergy ist es, die Drohnen viermal im Jahr mit den Erntemaschinen zu treffen.
Die Technologie für all dies ist vorhanden, aber sie muss für diese neue Anwendung integriert werden, sagte mir Cindy Wilcox. „Im Moment arbeiten wir daran, die kostengünstigsten Methoden zur Implementierung der Subsysteme zu ermitteln und den End-to-End-Prozess in Gang zu bringen.“
Der Kraftstoff könnte auch erneuerbare Energien ergänzen und sowohl flüssige Kraftstoffe als auch Methan liefern:Wie Cindy Wilcox vorschlägt, könnte an Tagen ohne Wind oder Sonne, die das Netz mit Strom versorgen, klimaneutrales Methan die Turbinen antreiben. „Wir erwarten nicht, dass Batterien oder Pumpwasserkraft eine angemessene Speicherung in der erforderlichen Größenordnung zu einem wettbewerbsfähigen Preis bieten. Seetangbasiertes Methan, das durch die derzeitigen Pipelines gepumpt wird, wird den Bedarf decken und das Netz stabilisieren“, erklärt sie.