Jätte kelp, världens största art av marina alger, är en attraktiv källa för att tillverka biobränslen. I en nyligen genomförd studie vi testade en ny strategi för odling av kelp som kunde göra det möjligt att producera den kontinuerligt i stor skala. Nyckeltanken är att dagligen flytta kelpbestånd upp till nära ytvatten för solljus och ner till mörkare vatten för näringsämnen.

Till skillnad från dagens energigrödor, som majs och sojabönor, växande kelp kräver inte mark, färskt vatten eller gödselmedel. Och gigantisk tång kan växa mer än en fot per dag under idealiska förhållanden.

Kelp växer vanligtvis i grunda zoner nära kusten och trivs bara där både solljus och näringsämnen är rikliga. Det är utmaningen:Havets solbelysta lager sträcker sig ner cirka 200 meter eller mindre under ytan, men denna zon innehåller ofta inte tillräckligt med näringsämnen för att stödja kelpväxt.

Mycket av den öppna havsytan är näringsfattig året runt. I kustområden, uppväxt - djupt vatten stiger upp till ytan, att ta med näringsämnen - är säsongsbetonat. Djupare vatten, å andra sidan, är rika på näringsämnen men saknar solljus.

Vår studie visade att kelp tål dagliga förändringar i vattentrycket när vi cyklade det mellan 9 meter djup och 80 meter djup. Vår odlade kelp skaffade tillräckligt med näringsämnen från de djupare, mörk miljö för att generera fyra gånger mer tillväxt än kelp som vi transplanterade till en inhemsk kusttångsmiljö.

Varför det spelar roll

Att göra biobränslen från markgrödor som majs och sojabönor konkurrerar med andra användningsområden för jordbruksmark och sötvatten. Att använda växter från havet kan vara mer hållbart, effektiv och skalbar.

Marin biomassa kan omvandlas till olika energiformer, inklusive etanol, för att ersätta den majsbaserade tillsatsen som för närvarande blandas till bensin i USA. Kanske är den mest tilltalande slutprodukten bio-råolja från organiska material. Bioolja produceras genom en process som kallas hydrotermisk flytande, som använder temperatur och tryck för att omvandla material som alger till oljor.

Dessa oljor kan bearbetas i befintliga raffinaderier till biobaserade bränslen för lastbilar och flygplan. Det är ännu inte praktiskt att köra dessa långväga transportsätt på el eftersom de skulle kräva enorma batterier.

Enligt våra beräkningar, att producera tillräckligt med kelp för att driva hela den amerikanska transportsektorn skulle kräva att bara använda en liten del av USA:s exklusiva ekonomiska zon - havsområdet till 200 nautiska mil från kusten.

Hur vi gör vårt arbete

Vårt arbete är ett samarbete mellan USC Wrigley Institute och Marine BioEnergy Inc., finansierat av US Department of Energy's ARPA-E MARINER (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources) -program. Forskargruppen omfattar biologer, oceanografer och ingenjörer, arbetar med dykare, fartygsoperatörer, forskningstekniker och studenter.

Vi testade kelpens biologiska svar på djupcykling genom att fästa den på en öppen havsstruktur som vi kallar "kelphiss, "designad av teamets ingenjörer. Hissen är förankrad nära USC Wrigley Marine Science Center på ön Catalina i Kalifornien. En soldriven vinsch höjer och sänker den dagligen för att cykla tången mellan djupt och grunt vatten.

Vi djupcyklade 35 juvenila kelpväxter i tre månader och planterade en andra uppsättning vid en närliggande frisk kelpbädd för jämförelse. Så vitt vi vet, detta var det första försöket att studera de biologiska effekterna av fysisk djupcykling på kelp. Tidigare studier fokuserade på att artificiellt pumpa djupt näringsrikt vatten till ytan.

Vad kommer härnäst

Våra resultat tyder på att djupcykling är en biologiskt hållbar odlingsstrategi. Nu vill vi analysera faktorer som kan öka avkastningen, inklusive timing, vattendjup och kelpgenetik.

Många okända behöver ytterligare studier, inklusive processer för att tillåta och reglera kelpodlingar, och möjligheten att höja kelp i stor skala kan få oavsiktliga ekologiska konsekvenser. Men vi tror att marin biomassa har stor potential att hjälpa till att möta hållbarhetsutmaningar från 2000-talet.

Den här artikeln är publicerad igen från Konversationen under en Creative Commons -licens. Du kan hitta originalartikel här .

Diane Kim är adjungerad biträdande professor i miljöstudier och seniorforskare vid USC Wrigley Institute, USC Dornsife College of Letters, Konst och vetenskap. Ignacio Navarret e är en postdoktor och forskningsassistent vid USC Wrigley Institute for Environmental Studies for Environmental Studies, USC Dornsife College of Letters, Konst och vetenskap. Jessica Dutton är docent för forskning och adjungerad biträdande professor i forskning vid USC Wrigley Institute for Environmental Studies, USC Environmental Studies Program, USC Dornsife College of Letters, Konst och vetenskap.