Углеродное сельское хозяйство e Upcycling – ключевые слова для смягчения последствий изменения климата и создания экономики замкнутого цикла (1,2) – находят беспрецедентное выражение на поверхности земли в водорослях и микроводорослях.
Эти примитивные формы жизни не только улавливают огромные объемы углерода в атмосфере, но и быстро превращают СО2 в органическое вещество и, таким образом, в пищу, корма, удобрения, биотопливо.
АБЕКС (Биоэнергетика на основе водорослей с улавливанием и хранением углерода) является одним из приложений синий биоэкономика интереснее. Производите белки и энергию, поглощая углекислый газ.
1) Смягчить изменения климата с системами отрицательного излучения. МККЗР
"Смягчение последствий изменения климата", отчет IPCC 2022 (Межправительственная группа экспертов по изменению климата), подтверждает уже отмеченное в 2014 г. (3) Вероятность сдерживания повышения глобальной температуры в пределах +2°С связана со 116 возможными сценариями, где:
- 87% гипотез основаны на принятии систем BECCS (Биоэнергия с улавливанием и хранением углерода),
- 67% этих сценариев постулируют, что к 2100 году эти системы будут производить не менее 20% мировой первичной энергии.
Производство энергии с нулевым уровнем выбросов (например, солнечная энергия, биометан), согласно МГЭИК, недостаточно для смягчения последствий глобального потепления. Нам также нужны системы с отрицательными выбросами, то есть системы, способные поглощать больше углерода, чем они выделяют.
2) Хранение углерода. Пределы наземных экосистем
Деревья и растения (например, конопля, бамбук) являются основными инструментами для борьбы с изменением климата за счет накопления углерода. (4) Научное исследование, опубликованное в природа (Террер и др.., 2021) также выявил существование переменной зависимости, даже отрицательной, между развитием биомассы растений и накоплением CO2 в почве (SOC, Органический углерод почвы). (5)
Наблюдение из 108 экспериментальных исследований показали, что накопление углерода в почве (SOC) уменьшается, когда биомасса растений сильно стимулируется CO2. Сокращение производительность почвы, по-видимому, связано с более высоким поглощением питательных веществ некоторыми растениями, возможно, также в связи с принятыми агрономическими методами. Поэтому прогнозы SOC могут потребовать пересмотра.
3) Микроводоросли Superstar в хранилище углерода
микроводоросли представляют собой одно из наиболее многообещающих решений как для производства продуктов с высокой питательной ценностью (6,7), так и для смягчения изменения климата. Также за счет создания систем хранения углерода, способных преодолеть пределы наземных экосистем, благодаря следующему.
3.1) Соотношение между произведенной биоэнергией и используемой площадью
Производство биоэнергии через микроводоросли требуется поверхность в десять раз меньшая, чем необходимая для производства такого же количества энергии через наземные растения.
3.2) Потребление воды и условия выращивания
Выращивание микроводорослей потребляет меньше воды, чем многие наземные культуры. С двумя существенными отличиями:
- использование пресной воды не требуется, даже если это возможно,
- можно подавать питательные вещества через сточные воды от других промышленных процессов.
3.3) Быстрота роста
Фотосинтез он используется микроводорослями для поглощения CO2, воды, солнечного света и производства энергии. Но, в отличие от многих растений, микроводоросли не нуждаются в развитии стеблей и/или корней.
Энергия микроводорослей поэтому он в основном предназначен для деления клеток, что позволяет ему постоянно воспроизводиться с гораздо большей скоростью, чем деревья.
Поэтому тоже Водные микроводоросли были идентифицированы как быстрорастущие виды, скорость фиксации углерода которых выше, чем у наземных растений.
3.4) Процветание в среде с высокой концентрацией CO2
Некоторые виды микроводорослей способны процветать в среде с высокой концентрацией CO2 и эффективно удалять его со скоростью в 10–50 раз выше, чем у наземных растений. Один акр (0,4 га) водорослей может удалять до 2,7 тонн CO2 в день.
Хлорелла отличается большой устойчивостью к сложным условиям внешней среды, показывая отличные темпы роста при разных концентрациях СО2 (15%), а также в присутствии оксидов азота и серы (NOx, SOx), газов, ответственных за смог. (8)
4) Upcycling CO2 для промышленного производства водорослей. Пример Технология пруда
Прудовые технологии (Канада) разработала систему Upcycling выбросов CO2 различными промышленными предприятиями (например, электростанциями, нефтеперерабатывающими заводами, цементными заводами, пищевой промышленностью, и т.д.).
Обычные биореакторы, подключенные к инфраструктуре, переносят выбросы из дымоходов в резервуары, где водоросли потребляют углекислый газ и выделяют кислород в атмосферу, а также производят биомассу для различных целей.
5) Биотопливо с отрицательными выбросами микроводорослей
системы ABECCS (Биоэнергетика на основе водорослей с улавливанием и хранением углерода) использовать морские микроводоросли для производства энергии с отрицательными выбросами, т.е. способными удовлетворить потребности, указанные МККЗР (см. выше, пункт 1).
Преимущества биотопливо произведенные таким образом, по сравнению с другими материалами, ложно представленными как таковые, являются:
- эффективно отрицательный углеродный след (в отличие, например, от пальмового масла. См. примечание 9),
- отсутствие конкуренции с производством продуктов питания, в вход (например, пресная вода) и выходной (как вместо этого, среди прочего, урожай кукурузы для использования биотопливе). (10)
6) Интегрированные системы сельского хозяйства, лесного хозяйства и выращивания водорослей
Встроенные системы сельского хозяйства, лесного хозяйства и выращивания водорослей также перспективны — с различных экономических и экологических точек зрения — для производства продуктов питания, кормов и биоэнергии. В связи с этим исследование (Beal и др.., 2018) в рамках проекта ABECCS, в котором завод по выращиванию водорослей площадью 121 га был объединен с эвкалиптовым лесом площадью 2.680 га. (11)
Эвкалиптовая биомасса обеспечивает комбинированное производство тепла и электроэнергии (комбинированные теплоэлектроцентрали, ТЭЦ) с последующим улавливанием и хранением углерода (Улавливание и хранение углерода, ЦСС). Часть уловленного CO2 используется для выращивания водорослей, остальная часть улавливается. Сжигание биомассы дает CO2, тепло и электроэнергию, а также способствует выращиванию водорослей.
6.1) Интегрированные системы, выходной белка и энергии
Интегрированная система объект анализа (Бил и др.., 2018) производил количество белка, равное количеству сои, при этом производя 61,5 ТДж электроэнергии и улавливая 29.600 2 т/год COXNUMX. Произведенная энергия превышала потребляемую, а водный след (пресная вода) почти такой же, как у соевых бобов.
Экономические результаты результаты были равны результатам монокультуры сои благодаря наличию комбинаций продуктов, которые могут включать поставку биомассы водорослей с функциями, заменяющими рыбную муку или сою, с соответствующими углеродными кредитами. И заметная экологическая ценность для уважения биоразнообразия в лесной зоне.
7) Предварительные выводы
Водоросли и микроводоросли представляют собой конкретное решение для производства биомассы различного назначения (пищевые, кормовые, удобрения и биостимуляторы, биотопливо) и биоэнергетика с отрицательным углеродным следом.
Интеграция производства микроводорослей в сельскохозяйственных и промышленных системах также представляется многообещающим для перспектив Upcycling боковые технологические потоки (например, сопутствующие продукты) в пищевых ингредиентах.
Дарио Донго и Джулия Пьетроллини
Внимание
(1) Дарио Донго, Джулия Пьетроллини. Углеродное сельское хозяйство, зеленый свет от Совета ЕС по сертификации углеродных кредитов в сельском хозяйстве. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 21.12.22
(2) Дарио Донго. Апсайклинг — главный путь к исследованиям и инновациям. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 1.1.23
(3) МККЗР, Обобщающий доклад Пятого оценочного доклада, (2014 г.) Обобщающий доклад ОД5: Изменение климата, 2014 г. — МГЭИК
(4) Марта Стринати. Способность конопли улавливать углерод в ядре Hemp-30. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 10.1.23
(5) Террер, К., Филлипс, Р.П., Хангейт, Б.А. и соавт. (2021). Компромисс между хранением углерода растениями и почвой при повышенном уровне CO2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03306-8 природа 591, 599-603. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03306-8
(6) Дарио Донго. ProFuture, микроводоросли, чтобы накормить планету. Исследовательский проект ЕС. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 18.6.19
(7) Дарио Донго, Андреа Адельмо Делла Пенна. Водоросли и микроводоросли для пищевых продуктов в Европе, ABC. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 14.11.22
(8) С.П. Сингх, Приянка Сингх (2014). Влияние концентрации CO2 на рост водорослей: обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. Том 38, 2014 г., страницы 172-179, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.043.
(9) Дарио Донго, Джулия Каддео. Биодизель из пальмового масла. Антимонопольное управление осуждает ENI. равенство. 8.2.20
(10) Марта Стринати. Рост цен и продовольственный кризис во время войны. Предыстория отчета iPES FOOD. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 10.5.22
(11) Бил, Колин М.; Арчибальд, Ян; Хантли, Марк Э .; Грин, Чарльз Х .; Джонсон, Закари И. (2018). Интеграция водорослей с биоэнергетическим улавливанием и хранением углерода (ABECCS) повышает устойчивость. Будущее Земли. дои: 10.1002/2017EF000704
(12) Дарио Донго. Апсайклинг — главный путь к исследованиям и инновациям. ПОДАРОК (Великая итальянская торговля продуктами питания). 1.1.23
Дарио Донго, юрист и журналист, доктор наук в области международного пищевого права, основатель WIISE (FARE - GIFT - Food Times) и Égalité.
Получив диплом промышленной биотехнологии и увлеченная вопросами устойчивого развития, она участвует в исследовательских проектах компании Wiise Srl.
