Национальные лаборатории Sandia проверяют, может ли одно из крупнейших и наиболее загрязненных озер Калифорнии превратиться в одно из самых продуктивных и прибыльных. Солтон-Си в Южной Калифорнии площадью 350 квадратных миль имеет хорошо задокументированные проблемы, связанные с повышенным уровнем азота и фосфора в сельскохозяйственных стоках. Водоросли процветают на этих элементах - факт, который вызывает экологические проблемы, но также может быть решением этих проблем.
Sandia намерена использовать склонность водорослей к обильному росту, чтобы очищать эти загрязняющие вещества и останавливать вредоносное цветение водорослей, создавая возобновляемый внутренний источник топлива. Водоросли можно легко превратить в топливо и химикаты с помощью запатентованного Sandia Labs процесса ферментации.
Управление биоэнергетических технологий Министерства энергетики (BETO) оценивает, что США могут ежегодно производить не менее 1 миллиарда тонн сырья для биотоплива, и это будет иметь положительные социальные, экономические и экологические последствия. Это количество соответствует примерно 30 процентам потребности нашей страны в топливе, которое не нужно было бы импортировать. Среди этого сырья водоросли уникальны тем, что растут в геометрической прогрессии: другими словами, при правильных условиях удваиваются каждый день.
BETO финансирует проект Sandia по восстановлению биомассы в Солтон-Си, или SABRE, потому что он поможет определить, могут ли водоросли быть жизнеспособной частью решения нашей национальной потребности в различных источниках энергии.
Всего через несколько месяцев биохимик Sandia Райан Дэвис с энтузиазмом смотрит на перспективы. «Первые результаты, которые мы уже получили в Солтон-Си, по-видимому, превосходят результаты аналогичных систем водорослей. Это действительно многообещающе».
Проверка эффективности новой системы выращивания водорослей
Когда одним ясным и жарким утром в конце мая государственные и местные чиновники собрались у притока Солтон-Си, это должно было отметить начало второго этапа проекта. На первом этапе Sandia сотрудничала с Texas A&M AgriLife Research, чтобы проверить, может ли новый метод выращивания водорослей быть столь же продуктивным, как и старый, более устоявшийся метод.
Традиционно компании выращивают отдельные виды водорослей в дорожках - конструкциях, отдаленно напоминающих небольшие гоночные трассы или гигантские ванны. Каналы производят водоросли, которые хорошо подходят для производства ценных пищевых продуктов, таких как спирулина или бета-каротин, а также других нутрицевтиков. Raceways также предлагает производителям большой контроль. Но есть несколько недостатков. Как правило, они требуют сложного обслуживания, требуют обученных технических специалистов, дорогих удобрений, углекислого газа и высококачественной воды.
Кроме того, примерно 30 процентов продукции на фермах по выращиванию водорослей могут быть потеряны каждый год из-за аварий прудов, связанных с вредителями. В настоящее время Sandia проводит исследования, чтобы свести к минимуму аварии, в том числе тестирует штаммы водорослей на устойчивость к различным хищникам и болезням, а также учится обнаруживать признаки неминуемой катастрофы в пруду.
Новый метод ведения сельского хозяйства называется проточной системой «Algal Turf Scrubber», которая используется для выращивания коллекции местных видов водорослей. На неопытный взгляд система выглядит как отдельно стоящий водосточный желоб. Он тихо булькает, когда вода пульсирует волнами по наклонному руслу. Водоросли потребляют питательные вещества, и из нижнего конца выходит чистая вода.
Система работает с использованием насосов на солнечных батареях, не требующих практически никакого обслуживания, за исключением периодического сбора водорослей, который можно проводить с помощью обычного сельскохозяйственного оборудования. Sandia разработала насосную систему с возобновляемой энергией, которая подает воду в проток. Технология и компоненты проточной части были разработаны компанией HydroMentia Technologies LLC.
Основываясь на предварительных результатах испытаний в Техасе, скрубберы для газона могут производить количество водорослей, сравнимое с дорожками. И они идеально подходят для мест с акрами недорогой недвижимости, богатой питательными веществами водой (нет необходимости в дополнительных удобрениях) и солнечными лучами, такими как Солтон-Си..
Тип газона, тестируемый для проекта SABRE, имеет и другие преимущества. Здесь растут водоросли, которые являются родными для этого района, поэтому они, естественно, более устойчивы к атакам местных патогенов и хищников. Плотная текстура водорослей также облегчает их сбор.
Одно из критических замечаний в адрес водорослей как источника биотоплива заключается в том, что они используют слишком много воды. Дэвис не согласен с этой критикой. «Есть вода, а есть вода», - сказал он. «Мы показали, что можем выращивать водоросли в системах очистки газона, используя воду, полную неприятных компонентов. И они все еще процветают». Другими словами, с этой водой мало что можно сделать, пока не будут удалены загрязняющие вещества.
Выращивание водорослей для борьбы с диким, неконтролируемым ростом водорослей
Цветение водорослей может стать настолько большим, что их можно будет увидеть из космоса, как в случае с озерами Окичоби, Эри, Чесапикским заливом и Мексиканским заливом. Цветы не являются непосредственно токсичными для рыб, но при определенных условиях они могут стать опасными для морской жизни и человека. Когда цветы отмирают, процесс гниения может привести к тому, что в водоемах останутся «мертвые зоны» - области с низким содержанием кислорода, которые заставляют рыбу задыхаться. Согласно показаниям Конгресса, при проглатывании некоторые вредные виды водорослей также могут вызывать гриппоподобные симптомы у людей и смерть домашних животных.
Цветение водорослей также происходит в Солтон-Си. Дэвис объясняет, что море является местом скопления всех сельскохозяйственных стоков из одного из крупнейших сельскохозяйственных районов США. Азот, фосфор и другие элементы из удобрений постоянно попадают в море. Присутствие этих элементов способствует цветению водорослей с негативными последствиями, которые могут распространяться по всей экосистеме.
Тысячи задохнувшихся, мертвых рыб видны на берегах Солтон-Си каждый год. Согласно исследованию, подготовленному Экономикой туризма для Бюро конгрессов и посетителей Палм-Спрингс, запах не принес ничего положительного для бизнеса в этом районе. Кроме того, исследования показывают, что гибель птиц в этом районе может быть связана со штаммами водорослей, которые выделяют токсины.
«Выброс неочищенных химикатов в открытые водные пути имеет серьезные экологические последствия», - сказал Дэвис.
По иронии судьбы, выращивание водорослей может устранить вредные последствия неконтролируемого естественного роста водорослей. Вода из одного из трех основных притоков Солтон-Си попадает в скруббер для газона на высоте 900 футов в рамках проекта SABRE. Водоросли, растущие внутри скрубберной системы, питаются и удаляют химические вещества из воды по мере ее прохождения. Команда Сандии надеется, что по мере того, как вода будет возвращаться из системы обратно в приток, элементы, вызывающие цветение водорослей, будут удалены в значительных количествах.
Если проект SABRE окажется успешным, он может стать моделью борьбы с цветением водорослей по всей стране. Есть надежда, что Имперская долина тоже выиграет. Покрывая тысячи акров сухой, отступающей береговой линии Солтон-Си культурами водорослей, операции по очистке газона могут уменьшить широко распространенное загрязнение воздуха токсичной пылью. Заводы по переработке водорослей также могут открыть новые экономические возможности.
Sandia заключила партнерское соглашение с Имперским ирригационным округом, чтобы помочь запустить проект SABRE. «Являясь сторонником возобновляемых источников энергии и сторонником Солтон-Си, округ считает, что подобные проекты могут иметь существенное значение», - сказала Мэрион Чемпион, специалист округа по коммуникациям со средствами массовой информации. «Мы очень надеемся, что этот проект даст хорошую, чистую возобновляемую энергию, обеспечивая при этом естественный и безопасный процесс удаления химических веществ, защищая дикую природу для будущих поколений».