الطحالب البحرية: مستقبل الوقود الحيوي المستدام في الولايات المتحدة
تدور خلايا الطحالب الخضراء حول غرفة مضاءة باللون الأحمر، مدفوعة بشفرة عبر مياه تتصاعد منها الفقاعات. هذه الخلايا الصغيرة، المعروفة باسم جاميتوفيت، ستتطور إلى نوع من الطحالب السريعة النمو، في إطار مبادرة حكومية سابقة لتطوير وقود حيوي مستدام للنقل الأمريكي.
بينما يمكن استخدام الكهرباء الناتجة عن الطاقة الشمسية والرياح لتشغيل السيارات، تعتمد السفن والطائرات بشكل كبير على الوقود السائل المشتق من النفط أو البنزين. وعند احتراق هذه المواد، تطلق غاز ثاني أكسيد الكربون، مما يساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري. يُعتبر الوقود الحيوي، المستخرج من المواد العضوية مثل النباتات أو الطحالب، خيارًا محتملاً لتغيير تركيبة الوقود.
تُعتبر الطحالب البحرية مصدرًا مهمًا للوقود الحيوي. من خلال عملية تستخدم الحرارة والضغط، تُنتج الطحالب وقودًا يمكن أن يشغل السفن والطائرات دون الحاجة إلى النفط.
قال سكوت ليندل، عالم البحار في مؤسسة وودز هول لعلوم المحيطات: "نحتاج إلى مصادر طاقة مستدامة أخرى، لا يمكننا الاعتماد فقط على النفط." وأضاف: "لا يوجد شيء أبسط أو ينمو بسرعة واستدامة مثل الطحالب البحرية."
على الرغم من أن الوقود الحيوي الحالي، مثل الإيثانول المشتق من الذرة، يعمل بشكل أساسي كإضافات للبنزين، إلا أن زراعة الطحالب البحرية تتطلب موارد أقل بكثير، حيث يمكن زراعتها في المحيط دون الحاجة إلى الأراضي الزراعية أو المياه العذبة.
بينما تطلق جميع أنواع الإيثانول، سواء من الذرة أو الطحالب، غازات خطرة عند الاحتراق، فإنها تُنتج غازات دفيئة أقل مقارنة بالوقود المشتق من النفط.
نجح الباحثون مثل ليندل في تربية أنواع من الطحالب البحرية التي تنتج في بعض الحالات ما يصل إلى ثلاثة أضعاف الكتلة الحيوية مقارنة بالأنواع التقليدية. ومع ذلك، تتردد شركات الطاقة في الاستثمار في مشاريع تربية الأحياء المائية على نطاق واسع دون وجود طلب مثبت، مما يشكل مشكلة دائرية تعيق تطوير الصناعة.
تظل مزارع تربية الأحياء المائية صغيرة، حيث تُورد الطحالب بشكل أساسي إلى المطاعم وشركات مستحضرات التجميل ومنتجي الأسمدة. وأشار هاوك كايت-باول، مهندس ومحلل اقتصادي في وودز هول، إلى أن توسيع إنتاج الطحالب لدعم اقتصاد الوقود الحيوي يتطلب دعمًا حكوميًا مستمرًا، يتجاوز القطاع الخاص.
بينما أدت تقلبات أسعار النفط، الناتجة جزئيًا عن الصراعات الدولية مثل الحرب في إيران، إلى تجدد الاهتمام بالاستقلال الطاقي، فإن دعم الحكومة لخيارات مثل الوقود الحيوي يتقلب في الولايات المتحدة. في عام 2016، أطلق برنامج تابع لوزارة الطاقة لتطوير أدوات لإنتاج الوقود الحيوي المستند إلى الطحالب.
كان البرنامج، المعروف باسم MARINER، يتضمن مشاريع تتراوح بين تطوير سلالات طحالب مقاومة للحرارة إلى دراسات حول جينومات الطحالب. وغالبًا ما تدعم وزارة الطاقة المشاريع الاستكشافية عالية المخاطر والعوائد، وأفاد الباحثون المشاركون في MARINER بأنهم حققوا تقدمًا، مثل زيادة إنتاج الطحالب.
تجدر الإشارة إلى أن البرنامج كان يشبه مشروع اختبار جدوى بدأ في السبعينيات، والذي تم إنهاؤه بسرعة بعد استقرار أسعار النفط. ركز مختبر ليندل، الممول من MARINER، على تحسين إنتاج المحاصيل من خلال التربية الانتقائية للطحالب ذات الصفات المرغوبة.
استمر تمويل MARINER لمدة ست سنوات، ومن المقرر أن ينتهي في 2024. ومنذ ذلك الحين، كانت فرص التمويل الفيدرالي للبحث أقل وأبطأ. لكن الحاجة الملحة للطاقة المستدامة لا تزال قائمة، كما قال ليندل: "لا أعتقد أن الأمور قد تغيرت بشكل كبير منذ أزمة النفط الأولى."
يواجه المزارعون صعوبة في العثور على مشترين ثابتين للطحالب. قال أوليفر ديكسون، مزارع المحار من بوينت جوديث، إن زراعة الطحالب تساعده في دعم عمله خلال فصل الشتاء. ويتوقع هذا الشهر حصاد حوالي 10,000 رطل (4500 كجم) من الطحالب، حيث يبيع معظمها للمطاعم والأسواق المحلية.
قال ديكسون: "المشترون يأتون ويذهبون، وهذا محبط للغاية." مزرعته التي تبلغ مساحتها 9 أفدنة (3.6 هكتار) أصغر بكثير مما هو مطلوب لإنتاج الوقود الحيوي، وبدون طلب مثبت من قطاع الطاقة، ليس لديه خطط للتوسع.
برين سميث، مزارع بحري ومؤسس مشارك لمنظمة GreenWave، التي تدعم المزارعين البحريين، يجادل بأن المشكلة ليست في نقص الطلب، بل في المكان الذي تكون فيه الطحالب مجدية اقتصاديًا: الطحالب حاليًا أكثر جدوى في المنتجات مثل مستحضرات التجميل أو الطعام، بدلاً من الوقود، الذي يبقى أحد أقل استخداماتها قيمة.
قال سميث: "لقد ارتكبنا هذا الخطأ من قبل، أليس كذلك؟" في إشارة إلى الاستثمارات الكبيرة في أبحاث الطحالب التي تركز على إنتاج الوقود بدلاً من الاستخدامات العديدة الأخرى للطحالب. "نتنافس مع أكثر الصناعات تقدمًا تقنيًا، المدعومة بالاستثمارات، وهي صناعة الوقود الأحفوري."
حتى مع وجود مشترٍ مضمون، ستواجه توسيع زراعة الطحالب عقبات تنظيمية، وفقًا لكايت-باول. في الولايات المتحدة، تُعطى الأولوية بشكل كبير للمياه الساحلية لأغراض الترفيه والصيد والحفاظ على البيئة، مما يجعل من الصعب الحصول على تصاريح لمشاريع تربية الأحياء المائية الكبيرة. على النقيض من ذلك، غالبًا ما تعطي الدول الآسيوية الأولوية لمزارع الطحالب الواسعة، التي تغطي أحيانًا كامل الخلجان.
في الوقت الحالي، تظل معظم المزارع الأمريكية صغيرة وقريبة من الشاطئ. قال ديكسون إنه لا يمكنه الحصول على تصريح للحفاظ على بنية مزرعته في المياه على مدار السنة، مما يتطلب منه إزالة خطوطه وأحماله كل ربيع وإعادة تركيبها في الخريف.
قد يسمح نقل المزارع إلى أعماق البحر بعمليات أكبر، لكنه يقدم تحديات هندسية وبيئية، بما في ذلك خطر التشابك مع الحيوانات البحرية واحتمالية أن تنافس الطحالب المزروعة الحياة البحرية الأخرى على العناصر الغذائية.
قال كايت-باول: "لا يزال لدينا فهم غير كامل لما قد تكون عليه جميع الآثار البيئية لزراعة المحيط على نطاق واسع."
ومع ذلك، يبقى العلماء مثل ليندل واثقين من أن أعمالهم ستطبق في صناعة الوقود الحيوي في المستقبل. حول مختبر ليندل، توجد زجاجات وأوعية تحتوي على أكثر من 2600 سلالة من طحالب السكر التي تم جمعها من جميع أنحاء نيو إنجلاند، والتي يواصل دراستها وتربيتها انتقائيًا على أمل أن ينتقل قطاع الطاقة إلى مصادر متجددة. بالنسبة له، تشير أسعار الوقود المتقلبة والطبيعة المحدودة للموارد مثل النفط إلى تغيير وشيك.
قال ليندل: "سنصل إلى إدراك أن الأمور قد تغيرت في السوق"، "ولا يمكننا استخراج المزيد من النفط من الأرض في غضون 30 عامًا."
