UMaine Marine Science-student Cole Roxbury med kelp vid Darling Marine Center. Kredit:Adam St. Gelais.
Kostnadseffektiv teknik för att avlägsna koldioxid spelar en nyckelroll i kampen mot klimatförändringar. Ett team av forskare vid University of Maine i samarbete med Conscience Bay Research har utvecklat en kelp-vattenbruksmodell för Maine-bukten som maximerar kolbindningen och kostnadseffektiviteten för denna naturliga kolsänka.
Vilda makroalger är ett av de mest omfattande och produktiva vegetativa biomassabestånden, men det växer främst i steniga kustnära områden som inte bidrar till lokal långtidsbindning, vilket endast inträffar när makroalger är inkorporerade i djuphavssediment på mer än 1 000 meters djup eller remineraliseras på djup under den permanenta termoklinen i områden i havet där kol blockeras från att återvända till atmosfären.
Vattenbruk med makroalger, som odling av kelp i Maine-bukten, skulle potentiellt kunna utnyttjas för att replikera denna kolbindningsprocess genom att odla stora mängder kelp på en offshore-plats, transportera kelpen till en "sänkplats" på djupt vatten och sedan deponera den djupt i havet där kolet kan bindas.
"Att odla kelp i syfte att ta bort koldioxid i stor skala är en idé som nyligen har fått stor uppmärksamhet från forskarvärlden, den privata sektorn och vattenbruksnäringen. Målet med vår analys var att ge en viss realism till samtalet angående kostnaderna och miljöpåverkan från denna framväxande teknik. Många ser till Mainebukten som inte bara en nationell ledare inom hållbar produktion av fisk och skaldjur, utan också en potentiell kolsänka. Mer information krävs kritiskt för att hjälpa till att vägleda utvecklingen av potentiell koldioxidavlägsnande i havet", säger Struan Coleman, huvudförfattare till studien och forskningsassistent vid UMaine.
Ett team av forskare ledda av UMaine syftade till att ta reda på hur kelp-vattenbruk kan optimera kolbindning och kostnadseffektivitet.
"Tareodling för kolbindning är inte kostnadskonkurrenskraftig just nu, men det finns viktiga vägar för att minska kostnaderna för att producera kelp, vilket är bra för alla", säger Damian Brady, medförfattare till studien och UMaine docent i oceanografi. "Vi fokuserade på produktionskostnaden, för om det inte är kostnadskonkurrenskraftigt med andra metoder för kolbindning, som direkt luftavskiljning, så kan det diktera var framtida forskningsfinansiering satsas."
Forskarna skapade en detaljerad modell för kelpvattenbruk i regionen. Genom att mixtra med 18 olika variabler – inklusive antagandena för skördearbete, var elektricitet hämtades från och storleken på PVC-spolar inom plantskolan där kelpsporerna eller gametofyterna fäster och växer – kunde de minska kostnaderna för kolbindning genom att kelp vattenbruk från 17 048 dollar per ton koldioxid motsvarande 1 257 dollar.
Fynden representerar en betydande kostnadsminskning för avlägsnande av koldioxid i kelpvattenbruk; industrins kostnadsmål för sådana tekniker är dock cirka 100 USD per ton koldioxidekvivalenter för att vara ekonomiskt lönsamma.
"Detta innebär att industrin kommer att behöva förnya sig utöver det sätt som gårdar drivs nu för att avlägsna koldioxid från makroalger ska vara ekonomiskt lönsamt", säger Adam St. Gelais, medförfattare till studien och specialist på vattenbruksinnovation vid UMaine Aquaculture Research Institute . "Dessutom – och lika viktig med avseende på skalning – ger den här modellen vägar för att minska produktionskostnaderna och minska produktionsrelaterade utsläpp för kelpodling oavsett dess slutliga användning. Insikter från modellen kan tillämpas nu för att hjälpa producenter att öka avkastningen och utöka marginalerna genom optimering när de ser ut att växa."
Även om det inte är möjligt att optimera alla de skisserade parametrarna, pekade forskarna ut sex steg som kommer att ha störst inverkan på produktionskostnader, energianvändning och övervakning inom kelpvattenbruk. För det första bör gårdarna ha förmågan att flytta till större, sammanhängande offshoreanläggningar för att effektivare utnyttja havsutrymmet och minska risken som bönder tar när de tar ett arrendeavtal för en kelpvattenbruksfarm. Jordbrukare bör också automatisera sådd- och skördeprocessen, utnyttja selektiv förädling för att öka avkastningen och bedöma kostnads-nyttan med gametofytplantskolor i motsats till sporer, eftersom de är billigare och möjliggör bättre selektiv förädling.
"Våra resultat är i linje med många av de forsknings- och utvecklingsbehov som kelpvattenbruksindustrin har arbetat med i decennier. Jag tror att det verkliga värdet av vårt tillvägagångssätt var att titta på de sätt på vilka variabler som avkastning, energianvändning inom plantskolor och gårdsdesign påverkar kostnadsstrukturen för kelpfarmar i relativt stor skala. Om den här industrin ska fortsätta att expandera, oavsett om den bidrar till livsmedels- eller koldioxidavlägsnande leveranskedjor, måste vi ta itu med dessa problem, säger Coleman .
Kelpfarmar i Mainebukten kan också avkolna genom att anskaffa el från förnybara källor och använda material med låg växthusgaspåverkan med lång livslängd. Slutligen måste de utveckla billiga och exakta övervakningstekniker för havsbaserad koldioxidavlägsnande för att minska osäkerheten kring kolbudgetering.
"Vårt team är glada över att fortsätta detta arbete under de kommande två åren och hoppas kunna påskynda kelpodling längs den tekniska kostnadskurvan. Vi lutade oss mycket mot vår initiala analys för att identifiera de mest effektfulla hävstång som vi skulle kunna dra för att svara på pressande forsknings- och utvecklingsfrågor . Genom en kombination av fält- och modelleringsstudier hoppas vi kunna minska risken för lovande design och teknologier", säger Coleman.
Studien publicerades augusti 2022 i Frontiers of Marine Science . + Utforska vidare
