تويت
يُعد عشب البحر العملاق أكبر أنواع الطحالب البحرية في العالم ومصدرًا جذابًا لصنع الوقود الحيوي ، إذ اختُبرت في دراسةٍ حديثةٍ استراتيجيةٌ جديدةٌ لزراعة عشب البحر لإنتاجه باستمرار وعلى نطاق واسع ممكنًا.
تتمثل الفكرة الرئيسية في نقل مخزون العشب البحري إلى المياه القريبة من السطح لتتعرض لضوء الشمس، وإلى عمق المياه للحصول على المواد المغذية.
على عكس محاصيل الطاقة الحالية كالذرة وفول الصويا؛ فإن زراعة العشب البحري لا تحتاج إلى الأرض والمياه العذبة والأسمدة الطبيعية، إذ يمكن العشب البحري أن ينمو بطول أكثر من قدم في اليوم الواحد في ظروف مثالية.
ينمو العشب البحري عادةً في مناطق المياه الضحلة قرب السواحل، ويزدهر عندما يتوافر كل من ضوء الشمس والمغذيات بكثرة.
ويُعد امتداد طبقة المحيط المعرضة للشمس بين 200 متر أو أقل فقط تحت السطح عائقًا، إذ يفتقر جزء كبير من سطح المحيط المكشوف إلى العناصر الغذائية على مدار السنة، وفي المناطق الساحلية ترتفع المياه العميقة المتصاعدة نحو السطح وتجلب معها المواد المغذية موسميًا، أما المياه الأعمق فهي غنية بالمواد المغذية لكنها تفتقر لضوء الشمس.
تُظهر الدراسة أيضًا أن عشب البحر يقاوم التغيرات اليومية لضغط المياه، إذ دُوِر في عمق يتراوح بين 9 أمتار حتى 80 مترًا، واكتسب عشب البحر المزروع ما يكفي من العناصر الغذائية من البيئة المظلمة العميقة؛ ما أنتج أربعة أضعاف العشب البحري الذي نُقل غرسه من موطن عشب البحر الأصلي الساحلي.
لماذا يعد ذلك مهمًا؟
يتنافس صنع الوقود الحيوي من محاصيل أرضية كالذرة وفول الصويا مع الاستخدامات الأخرى للأراضي الزراعية والمياه العذبة، وقد يكون استخدام نباتات من المحيط أكثر استدامة وفعالية وقابلية للتوسع.
ويمكن تحويل الكتلة الحيوية البحرية لأشكال مختلفة من الطاقة، بما في ذلك الإيثانول ليحل محل الكتلة المضافة المشتقة من الذرة التي تُمزج مع البنزين حاليًا في الولايات المتحدة، ولعل المنتج النهائي الأكثر جاذبية هو النفط المستمد من المواد العضوية.
ينتج النفط الخام الحيوي عبر عملية تسمى التميع المائي الحراري، الذي يستخدم درجة الحرارة والضغط لتحويل مواد مثل الطحالب إلى زيوت، ويمكن معالجة هذه الزيوت في المصافي الحالية وتحويلها إلى وقود حيوي للشاحنات والطائرات، ومن غير العملي حتى الآن تشغيل وسائل النقل لمسافات طويلة كهربائيًا؛ لأنها ستحتاج إلى بطاريات هائلة.
وفقًا للحسابات؛ فإن إنتاج ما يكفي من العشب لتوليد الطاقة اللازمة لقطاع النقل الأميركي بأكمله، سيتطلب استخدام جزء صغير فقط من المنطقة الاقتصادية الخالصة للولايات المتحدة وهي منطقة المحيط التي تمتد إلى 200 ميل.
كيف سنقوم بعملنا؟
يعد هذا العمل تعاونًا بين معهد ريجلي للدراسات البيئية (USC) وشركة الطاقة الحيوية البحرية، بتمويل من برنامج موارد الطاقة الجديدة لأبحاث الطحالب الكبيرة الملهمة التابع لوزارة الطاقة الأميركية.
يضم فريق البحث علماء الأحياء وعلماء المحيطات ومهندسين يعملون مع الغواصين ومشغلي السفن وتقنيي البحوث والطلاب.
اختُبرت الاستجابة البيولوجية للعشب البحري للدوران في الأعماق عبر إرفاقه بهيكل محيطي مفتوح نسميه رافعة العشب البحري، الذي صممه مهندسو الفريق وترتكز الرافعة قرب مركز جامعة كاليفورنيا للعلوم البحرية في جزيرة كاتالينا، إذ تُرفع الرافعة التي تعمل بالطاقة الشمسية وتُخفض يوميًا لتدوير العشب البحري بين المياه العميقة والضحلة.
وقد تم تدوير 35 نبتة عشب بحري في العمق لمدة 3 أشهر ووزِعَت مجموعة ثانية في سرير صحي للعشب البحري من أجل المقارنة، وتُعد هذه أول محاولة لدراسة التأثيرات البيولوجية لدورة العمق الفيزيائي في العشب البحري، إذ ركزت دراسات سابقة على ضخ المياه العميقة الغنية بالمواد المغذية إلى السطح اصطناعيًا.
ما التالي؟
تشير النتائج إلى أن دورة العمق هي استراتيجية زراعة قابلة للتطبيق بيولوجيًا، ونحلل الآن العوامل التي قد تُزيد من الإنتاجية، بما في ذلك التوقيت وعمق المياه والصفات الوراثية للعشب.
تحتاج الكثير من الأمور المجهولة إلى مزيد من الدراسة، بما في ذلك عمليات السماح بمزارع العشب البحري وتنظيمها، وربما يكون لزراعة عشب البحر على نطاق واسع عواقب بيئية غير مقصودة.
قد يكون لطاقة الكتلة الحيوية البحرية قدرة كبيرة على المساعدة في مواجهة تحديات الاستدامة في القرن الحادي والعشرين.
تتمثل الفكرة الرئيسية في نقل مخزون العشب البحري إلى المياه القريبة من السطح لتتعرض لضوء الشمس، وإلى عمق المياه للحصول على المواد المغذية.
على عكس محاصيل الطاقة الحالية كالذرة وفول الصويا؛ فإن زراعة العشب البحري لا تحتاج إلى الأرض والمياه العذبة والأسمدة الطبيعية، إذ يمكن العشب البحري أن ينمو بطول أكثر من قدم في اليوم الواحد في ظروف مثالية.
ينمو العشب البحري عادةً في مناطق المياه الضحلة قرب السواحل، ويزدهر عندما يتوافر كل من ضوء الشمس والمغذيات بكثرة.
ويُعد امتداد طبقة المحيط المعرضة للشمس بين 200 متر أو أقل فقط تحت السطح عائقًا، إذ يفتقر جزء كبير من سطح المحيط المكشوف إلى العناصر الغذائية على مدار السنة، وفي المناطق الساحلية ترتفع المياه العميقة المتصاعدة نحو السطح وتجلب معها المواد المغذية موسميًا، أما المياه الأعمق فهي غنية بالمواد المغذية لكنها تفتقر لضوء الشمس.
تُظهر الدراسة أيضًا أن عشب البحر يقاوم التغيرات اليومية لضغط المياه، إذ دُوِر في عمق يتراوح بين 9 أمتار حتى 80 مترًا، واكتسب عشب البحر المزروع ما يكفي من العناصر الغذائية من البيئة المظلمة العميقة؛ ما أنتج أربعة أضعاف العشب البحري الذي نُقل غرسه من موطن عشب البحر الأصلي الساحلي.
لماذا يعد ذلك مهمًا؟
يتنافس صنع الوقود الحيوي من محاصيل أرضية كالذرة وفول الصويا مع الاستخدامات الأخرى للأراضي الزراعية والمياه العذبة، وقد يكون استخدام نباتات من المحيط أكثر استدامة وفعالية وقابلية للتوسع.
ويمكن تحويل الكتلة الحيوية البحرية لأشكال مختلفة من الطاقة، بما في ذلك الإيثانول ليحل محل الكتلة المضافة المشتقة من الذرة التي تُمزج مع البنزين حاليًا في الولايات المتحدة، ولعل المنتج النهائي الأكثر جاذبية هو النفط المستمد من المواد العضوية.
ينتج النفط الخام الحيوي عبر عملية تسمى التميع المائي الحراري، الذي يستخدم درجة الحرارة والضغط لتحويل مواد مثل الطحالب إلى زيوت، ويمكن معالجة هذه الزيوت في المصافي الحالية وتحويلها إلى وقود حيوي للشاحنات والطائرات، ومن غير العملي حتى الآن تشغيل وسائل النقل لمسافات طويلة كهربائيًا؛ لأنها ستحتاج إلى بطاريات هائلة.
وفقًا للحسابات؛ فإن إنتاج ما يكفي من العشب لتوليد الطاقة اللازمة لقطاع النقل الأميركي بأكمله، سيتطلب استخدام جزء صغير فقط من المنطقة الاقتصادية الخالصة للولايات المتحدة وهي منطقة المحيط التي تمتد إلى 200 ميل.
كيف سنقوم بعملنا؟
يعد هذا العمل تعاونًا بين معهد ريجلي للدراسات البيئية (USC) وشركة الطاقة الحيوية البحرية، بتمويل من برنامج موارد الطاقة الجديدة لأبحاث الطحالب الكبيرة الملهمة التابع لوزارة الطاقة الأميركية.
يضم فريق البحث علماء الأحياء وعلماء المحيطات ومهندسين يعملون مع الغواصين ومشغلي السفن وتقنيي البحوث والطلاب.
اختُبرت الاستجابة البيولوجية للعشب البحري للدوران في الأعماق عبر إرفاقه بهيكل محيطي مفتوح نسميه رافعة العشب البحري، الذي صممه مهندسو الفريق وترتكز الرافعة قرب مركز جامعة كاليفورنيا للعلوم البحرية في جزيرة كاتالينا، إذ تُرفع الرافعة التي تعمل بالطاقة الشمسية وتُخفض يوميًا لتدوير العشب البحري بين المياه العميقة والضحلة.
وقد تم تدوير 35 نبتة عشب بحري في العمق لمدة 3 أشهر ووزِعَت مجموعة ثانية في سرير صحي للعشب البحري من أجل المقارنة، وتُعد هذه أول محاولة لدراسة التأثيرات البيولوجية لدورة العمق الفيزيائي في العشب البحري، إذ ركزت دراسات سابقة على ضخ المياه العميقة الغنية بالمواد المغذية إلى السطح اصطناعيًا.
ما التالي؟
تشير النتائج إلى أن دورة العمق هي استراتيجية زراعة قابلة للتطبيق بيولوجيًا، ونحلل الآن العوامل التي قد تُزيد من الإنتاجية، بما في ذلك التوقيت وعمق المياه والصفات الوراثية للعشب.
تحتاج الكثير من الأمور المجهولة إلى مزيد من الدراسة، بما في ذلك عمليات السماح بمزارع العشب البحري وتنظيمها، وربما يكون لزراعة عشب البحر على نطاق واسع عواقب بيئية غير مقصودة.
قد يكون لطاقة الكتلة الحيوية البحرية قدرة كبيرة على المساعدة في مواجهة تحديات الاستدامة في القرن الحادي والعشرين.