從你呼吸的空氣到你吃的海鮮，海藻都參與其中——它們通過(guò)光合作用消耗二氧化碳并產(chǎn)生氧氣，為魚類和貝類提供食物。有朝一日，海藻還可以用來(lái)制造廣泛使用的環(huán)保塑料或燃料。
但為商業(yè)目的而養(yǎng)殖藻類(稱為水產(chǎn)養(yǎng)殖)通常需要大量二氧化碳來(lái)加速生長(zhǎng)。這些二氧化碳通常來(lái)自天然氣精煉廠，在那里被壓縮到儲(chǔ)罐中并運(yùn)輸?shù)接糜陴B(yǎng)殖藻類的池塘中注入。加工和運(yùn)輸這些二氧化碳產(chǎn)生的排放足以抵消藻類養(yǎng)殖中二氧化碳去除帶來(lái)的好處。
那么如何使水產(chǎn)養(yǎng)殖更加碳中和?美國(guó)能源部(DOE)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(PNNL)的研究人員可能有一個(gè)答案：將藻類養(yǎng)殖與海洋二氧化碳去除(mCDR)結(jié)合起來(lái)。
太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室斯奎姆實(shí)驗(yàn)室的研究人員表明，用于增加海洋堿度的電化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生的酸性副產(chǎn)品可用于更快地生長(zhǎng)更多的藻類。
這些結(jié)果不僅可能給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)福音，還可以解決可持續(xù)利用酸性副產(chǎn)品的需求——這是目前擴(kuò)大某些電化學(xué)mCDR技術(shù)規(guī)模的主要障礙。
“通過(guò)結(jié)合技術(shù)和基于自然的二氧化碳去除方法，我們可以創(chuàng)建一個(gè)更可持續(xù)的過(guò)程。藻類中和了酸性，使溪流適合返回海洋，而這一綜合過(guò)程增加了從大氣中去除的二氧化碳總量，”西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的化學(xué)家、《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)快報(bào)》上發(fā)表的研究報(bào)告的合著者ChinmayeeSubban說(shuō)。
除去酸，生成堿
海洋酸化是氣候變化最普遍的影響之一。海水自然呈弱堿性，但隨著海水從大氣中吸收過(guò)量的二氧化碳，其pH值下降，導(dǎo)致海洋酸化。酸性海水會(huì)破壞蝸牛、蛤蜊和貽貝等海洋生物用來(lái)建造外殼的材料，以及珊瑚的分枝和球狀結(jié)構(gòu)。
為了去除海水中的酸性，科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種名為雙極膜電滲析的電化學(xué)技術(shù)，該技術(shù)利用電來(lái)分解海水。
該工藝與廣泛用于凈化飲用水或濃縮果汁的技術(shù)有關(guān)。該系統(tǒng)利用電力和膜的組合將海水轉(zhuǎn)化為酸性水流、堿性水流和去離子水流。理論上，堿性水流和去離子水流可以返回海洋以增加其堿度——這一過(guò)程被稱為海洋堿度增強(qiáng)。
增加海洋的堿性可以中和海洋中增加的酸度。反過(guò)來(lái)，堿性更強(qiáng)的海水可以吸收大氣中的更多二氧化碳，而不會(huì)加劇酸化。這就像服用抗酸藥來(lái)治療胃灼熱：抗酸藥中的堿性分子會(huì)與胃酸發(fā)生反應(yīng)并中和胃酸。
但仍存在一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)：如何處理該工藝產(chǎn)生的大量酸性流?
藻類就是在這里發(fā)揮作用的。
海洋藻類是光合作用的強(qiáng)力來(lái)源，它們吞噬二氧化碳并產(chǎn)生大量氧氣。事實(shí)上，太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室斯奎姆分校的生物學(xué)家、新論文的合著者斯科特·埃德蒙森(ScottEdmundson)表示，你現(xiàn)在呼吸的空氣中50-60%的氧氣很可能是由海洋藻類產(chǎn)生的。
由于藻類能夠吸收二氧化碳并快速生長(zhǎng)，近年來(lái)研究人員開(kāi)始探索藻類培養(yǎng)作為從大氣中去除多余二氧化碳的自然方法。
埃德蒙森說(shuō)：“我們?cè)诓东@大氣中數(shù)十億噸二氧化碳的所有技術(shù)解決方案中可能會(huì)變得非常復(fù)雜，但藻類和植物可以在光合作用中利用這些二氧化碳，這一美妙的自然過(guò)程已經(jīng)為人類的大部分需求提供了基礎(chǔ)。”
在實(shí)驗(yàn)室中，研究人員首先讓海水通過(guò)臺(tái)式電化學(xué)裝置產(chǎn)生酸性水流。然后他們將水流加入培養(yǎng)Picochlorumceleri(一種快速生長(zhǎng)的微藻)的燒瓶中。
這種酸與海水發(fā)生反應(yīng)，使二氧化碳更容易被利用，藻類隨后利用二氧化碳進(jìn)行更快的光合作用。最終，研究人員發(fā)現(xiàn)，喂食酸性液體的藻類比未喂食酸性液體的藻類生長(zhǎng)速度快三倍。
“我們知道藻類需要二氧化碳。我們知道，如果將二氧化碳從容器中泵入藻類生長(zhǎng)池，藻類的生長(zhǎng)率就會(huì)提高。但海洋中已經(jīng)含有大量的二氧化碳，”蘇班說(shuō)。
“酸只是釋放它的催化劑，在這種特殊情況下，我們表明你可以使用這種廢酸流來(lái)培育更多的藻類，”蘇班說(shuō)。
埃德蒙森和蘇班設(shè)想未來(lái)電化學(xué)海洋二氧化碳去除技術(shù)可以與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合，用于培育藻類。藻類隨后可用于生產(chǎn)生物燃料等產(chǎn)品，或用于貝類養(yǎng)殖業(yè)的貽貝和蛤蜊的飼料。
埃德蒙森說(shuō)，阻止氣候變化并不僅僅需要一種技術(shù)，甚至兩三種技術(shù)。“我們需要將其視為一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，而不是單獨(dú)的技術(shù)。”
更多信息：CharlesF.Hibbeln等人，通過(guò)結(jié)合電化學(xué)
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