Kosteneffectieve technologieën voor de verwijdering van koolstofdioxide spelen een sleutelrol bij de bestrijding van klimaatverandering. Een team van onderzoekers van de Universiteit van Maine heeft in samenwerking met Conscience Bay Research een kelp-aquacultuurmodel ontwikkeld voor de Golf van Maine dat de koolstofvastlegging en de kosteneffectiviteit van deze natuurlijke koolstofput maximaliseert.

Wilde macroalgen zijn een van de meest extensieve en productieve vegetatieve biomassavoorraden, maar ze groeien voornamelijk in rotsachtige kustgebieden die niet bevorderlijk zijn voor gelokaliseerde langetermijnvastlegging, die alleen optreedt wanneer macroalgen worden opgenomen in diepe oceaansedimenten op meer dan 1000 meter diepte of gehermineraliseerd op diepten onder de permanente thermocline in gebieden van de oceaan waar koolstof wordt geblokkeerd om terug te keren naar de atmosfeer.

Aquacultuur van macroalgen, zoals het kweken van kelp in de Golf van Maine, zou mogelijk kunnen worden gebruikt om dit koolstofvastleggingsproces te repliceren door grote hoeveelheden kelp op een offshore-locatie te kweken, de kelp naar een diepwater "zinklocatie" te transporteren en het vervolgens diep in de oceaan waar de koolstof kan worden vastgelegd.

"Het kweken van kelp met het oog op grootschalige verwijdering van kooldioxide is een idee dat onlangs veel aandacht heeft gekregen van de onderzoeksgemeenschap, de particuliere sector en de aquacultuurindustrie. Het doel van onze analyse was om wat realisme toe te voegen aan het gesprek over de kosten en milieu-impact van deze opkomende technologie. Velen zien de Golf van Maine niet alleen als een nationale leider in de duurzame productie van zeevruchten, maar ook als een potentiële koolstofput. Meer informatie is van cruciaal belang om de potentiële ontwikkeling van de verwijdering van koolstofdioxide in de oceaan te begeleiden", zegt Struan Coleman, hoofdauteur van de studie- en onderzoeksmedewerker bij UMaine.

Een team van onderzoekers onder leiding van UMaine wilde uitzoeken hoe kelp-aquacultuur de koolstofvastlegging en kosteneffectiviteit kan optimaliseren.

"Kelpteelt voor koolstofvastlegging is op dit moment niet kostenconcurrerend, maar er zijn belangrijke manieren om de kosten van het produceren van kelp te verlagen, wat goed is voor iedereen", zegt Damian Brady, co-auteur van de studie en UMaine universitair hoofddocent oceanografie. "We hebben ons gericht op de productiekosten, want als het niet kostenconcurrerend is met andere benaderingen voor koolstofvastlegging, zoals directe luchtafvang, dan kan dat bepalen waar toekomstige onderzoeksfinanciering wordt vastgelegd."

De onderzoekers creëerden een gedetailleerd model voor de aquacultuur van kelp in de regio. Door te sleutelen aan 18 verschillende variabelen, waaronder de aannames voor de arbeidsbehoefte bij de oogst, waar de elektriciteit vandaan kwam en de grootte van PVC-spoelen in de kwekerij waar de kelpsporen of gametofyten zich hechten en groeien, waren ze in staat om de kosten van koolstofvastlegging te verlagen door kelp-aquacultuur van $ 17.048 per ton kooldioxide-equivalent tot $ 1.257.

De bevindingen vertegenwoordigen een aanzienlijke kostenverlaging voor het verwijderen van kooldioxide in de aquacultuur van kelp; het kostendoel van de industrie voor dergelijke technologieën is echter ongeveer $ 100 per ton koolstofdioxide-equivalent om economisch levensvatbaar te zijn.

"Dit betekent dat de industrie zal moeten innoveren buiten de manier waarop boerderijen nu worden gerund, wil de verwijdering van kooldioxide door macroalgen economisch levensvatbaar zijn", zegt Adam St. Gelais, co-auteur van de studie en specialist in aquacultuurinnovatie bij het UMaine Aquaculture Research Institute . "Bovendien - en even belangrijk met betrekking tot schaalbaarheid - biedt dit model mogelijkheden om de productiekosten te verlagen en de productiegerelateerde emissies voor de kelpteelt te verminderen, ongeacht het uiteindelijke gebruik. Inzichten van het model kunnen nu worden toegepast om producenten te helpen de opbrengst te verhogen en de marges te vergroten door optimalisatie terwijl ze willen groeien."

Zelfs als het niet mogelijk is om alle geschetste parameters te optimaliseren, hebben de wetenschappers zes stappen vastgesteld die de meeste impact zullen hebben op de productiekosten, het energieverbruik en de monitoring in de aquacultuur van kelp. Ten eerste moeten boerderijen de mogelijkheid hebben om naar grotere, aaneengesloten offshore-locaties te verhuizen om efficiënter gebruik te maken van de oceaanruimte en het risico te verminderen dat boeren nemen bij het huren van een kelp-aquacultuurkwekerij. Boeren moeten ook het zaai- en oogstproces automatiseren, selectief fokken gebruiken om de opbrengst te verhogen en de kosten-batenverhouding van gametofytenkweekculturen in tegenstelling tot sporen beoordelen, aangezien ze minder duur zijn en een betere selectieve veredeling mogelijk maken.

"Onze bevindingen komen overeen met veel van de onderzoeks- en ontwikkelingsbehoeften waaraan de kelp-aquacultuurindustrie al tientallen jaren werkt. Ik denk dat de echte waarde van onze aanpak lag in het kijken naar de manieren waarop variabelen zoals opbrengst, energieverbruik binnen de ontwerp van kwekerijen en boerderijen heeft op relatief grote schaal invloed op de kostenstructuur van kelpkwekerijen. Als deze industrie zich wil blijven uitbreiden, of het nu gaat om een ​​bijdrage aan de toeleveringsketens voor voedsel- of kooldioxideverwijdering, moeten we deze problemen aanpakken", zegt Coleman. .

Kelpkwekerijen in de Golf van Maine kunnen ook koolstofarm maken door elektriciteit uit hernieuwbare bronnen te betrekken en materialen met een lage broeikasgasimpact te gebruiken met een lange levensduur. Ten slotte moeten ze goedkope en nauwkeurige monitoringtechnieken ontwikkelen voor het verwijderen van koolstofdioxide in de oceaan om de onzekerheid van koolstofbudgettering te verminderen.

"Ons team is verheugd om dit werk de komende twee jaar voort te zetten en hopen de kelpteelt langs de technologiekostencurve te versnellen. We leunden zwaar op onze eerste analyse om de meest impactvolle hefbomen te identificeren die we konden gebruiken om prangende onderzoeks- en ontwikkelingsvragen te beantwoorden Door een combinatie van veld- en modelstudies hopen we de risico's van veelbelovende ontwerpen en technologieën te verkleinen", zegt Coleman.

De studie werd in augustus 2022 gepubliceerd in Frontiers of Marine Science . + Verder verkennen

Klimaatverandering zal naar verwachting het vermogen van kelpbossen om koolstof vast te houden en op te slaan verminderen