Rannsóknir og tilraunir Hypergiant Industries í Austin í Texas í Bandaríkjunum sýna að með aðstoð tækninnar geta þörungar verið allt að 400 sinnum virkari en tré við að gleypa í sig koltvísýring.
Fréttaskýring 04. október 2019

Úr þörungum má framleiða lífeldsneyti og prótein sem dygði fyrir alla heimsbyggðina

Hörður Kristjánsson
Fjöldi fólks hefur vaxandi áhyggjur af því magni koltvísýrings (CO2) sem er dælt út í andrúmsloftið. Ástæðan eru breytingar á veðurfari og hlýnun loftslags. Umræðan hefur samt oft þróast út í miklar öfgar og hástemmt orðskrúð svo mörgum er farið að þykja nóg um. Nær ekkert er þó rætt um að mun mikilvirkari lofttegund, súrefnið, hefur farið þverrandi. Telja sumir að það sé mun líklegri skýring á hlýnun loftslags en aukning koltvísýrings sem er ekki nema um 0,04% andrúmsloftsins. Ekki er heldur mikið rætt um að með nýtingu á agnarsmárri jurt er bæði hægt að eyða koltvísýringi úr loftinu og auka súrefnisbirgðir jarðar. 
 
Það er enginn vafi á að sú staðreynd að súrefni er nærri 21% af lofthjúpi jarðar er lykillinn að veru mannsins á jörðinni. Plöntur framleiða súrefni með ljóstillífun og því eðlilegt að við horfum á ræktun og viðgang gróðurs sem megin viðfangsefnis jarðarbúa á öllum tímum. Það vekur því spurningar af hverju við sjáum engar kröfugöngur á strætum borga um að stórefla ræktun gróðurs.
 
Skógar heimsins hafa rýrnað
 
Á heimsvísu hefur mjög verið gengið á skóga á síðustu 100 árum, sér í lagi regnskóga. Samkvæmt gögnum Global Forest Resources Assessment, þá minnkuðu skógar á heimsvísu um 3% frá 1900 til 2015, og mest í hitabeltinu. Eftir 1990 fór þó aðeins að hægja á skógareyðingunni. Það þýðir að dregið hefur umtalsvert úr framleiðslu súrefnis á þessu tímabili sem og bindingu koltvísýrings. 
 
Afar misvísandi tölur um súrefnisframleiðslu í Amazon 
 
Í tölum sem vistfræðingurinn Yadvinder Malhi hjá umhverfis­stofnun Oxford háskóla kom fram með 2010 var áætlað að allir regnskógar heims skiluðu um 34% af súrefninu í andrúmsloftinu. Miðað við stærð Amazon skóganna áttu þeir þá að skila 16% eða tæplega helmingi þess súrefnis sem landplöntur á jörðinni framleiddu í heild. Í leiðréttum tölum þar sem búið var að taka tillit til framleiðslu þörunga er talað um að Amazon skógarnir framleiði um 9% af súrefni jarðar. Í enn annarri úttekt loftslagsvísindamannsins Jonathan Foley var talan komin niður í 6%. 
 
Enn rangar fullyrðingar á lofti
 
Í tímaritinu National Geographic þann 28. ágúst síðastliðinn kom fram að enn sé verið að flagga kolröngum fullyrðingum um Amazon svæðið. Slíkt hafi komið fram í fjölmiðlum eins og CNN, ABC, Sky News, í samfélagsmiðlum, hjá pólitíkusum eins og Emmanauel Macron Frakklandsforseta, þingmönnum á Bandaríkjaþingi og leikaranum og umhverfissinnanum Leonardo di Caprio. Allir þessir aðilar fullyrði enn að Amazon skógarnir framleiði um 20% af öllu súrefni á jörðinni. 
 
Loftslagsvísindamaður og prófessor við Michigan-háskóla, Cristopher Poulson, hefur ásamt fleirum bent á að minnkun súrefnis leiði til þess að sólin hiti yfirborð jarðar meira en ella. Það leiði síðan til meiri rakauppstreymis sem hindri það að hitageislar sleppi út í geim og það leiði til gróðurhúsaástands. Því meiri sem rakinn sé í lofthjúpnum þeim mun meiri verði gróðurhúsaáhrifin. – Getur þá mögulega verið að allir þeir vísindamenn heimsins sem gjarnan er vitnað til, hafi verið að veðja á rangan hest þegar koltvísýringi var nær alfarið kennt um hlýnunina ...?
 
Rangar fullyrðingar um losun framræstra mýra á Íslandi
 
Þetta minnir óneitanlega á þrálátar fullyrðingar um gríðarlega kolefnislosun framræstra mýra á Íslandi. Þar hefur verið hamrað á því árum saman, m.a. af íslenskum stjórnvöldum og náttúruverndarsamtökum, að 72% af allri losun okkar Íslendinga á koltvísýringi sé vegna framræslu lands. Sýnt hefur verið fram á af sérfræðingum að þessar fullyrðingar standast alls ekki. Er skrítið þótt almenningur viti ekki í hvorn fótinn hann á að stíga þegar kemur að umræðum um loftslagsmál? Vísindamenn virðast ekki vera með þetta á tæru, hvað þá stjórnmálamennirnir sem eiga að stjórna aðgerðum í loftslagsmálum bæði hér heima og á heimsvísu. 
 
Stóraukin skógrækt í Evrópu
 
Ef horft er til Evrópu, þá hefur þróunin verið að snúast við á síðustu 60–80 árum. Ræktun skóglendis hefur stóraukist frá lokum síðustu heimsstyrjaldar. Víða var skipa-, bygginga- og pappírsiðnaður farinn að ganga mjög á skóga, en því tókst að snúa svo rækilega við að skógar þekja nú meira land í Evrópu en fyrir hundrað árum.
 
Um 1900 var varla nokkur upprunalegur skógur eftir í Evrópu. Eftir heimsstyrjöldina síðari var staðan orðin enn verri, þá tóku Evrópuþjóðir sig til með miklu átaki í ræktun skóga. Það átak stendur enn og eru skógar nú ríflega þriðjungi stærri en fyrir 100 árum. 
 
Hollendingar og Englendingar, sem reiddu sig mjög á siglingar, gengu hratt á skógana á átjándu og nítjándu öld. Um aldamótin 1900 voru einungis um 2–3% upprunalegra skóga eftir í báðum þessum löndum. Samkvæmt tölum World Views frá 2010 og birtar voru hjá Washington Post, þöktu skógar þá um 10–12% lands í báðum þessum löndum. Svipaða sögu er að segja frá Skotlandi og Írlandi. Þetta er byggt á rannsóknum Richard Fuchs stofnunarinnar hjá háskólanum í Wageningen í Hollandi. 
 
Ræktun skóga nýtur aukins skilnings á Íslandi
 
Vegna alvarleika umræðunnar í loftslagsmálum reyna þeir hógværari stöðugt að finna mjúka lendingu í þessum málum. Binding koltvísýrings með aukinni ræktun skóga er sannarlega áhrifarík leið. Ekki má gleyma því að súrefnisframleiðslan er jafnvel enn mikilvægari. 
 
Önnur leið sem líka er hægt að fara samhliða skógrækt er ræktun ör- eða smáþörunga (microalgae) sem eru afar öflugt lífsform sem breytir koltvísýringi með ljóstillífun í olíu og nýtanlegt hráefni í fóður dýra og fæðu manna. Það sem meira er, smáþörungar í hafinu, m.a. við Ísland, eru mun mikilvirkari í framleiðslu á súrefni en jafnvel frumskógarnir í Amazon og víðar sem löngum hafa verið kallaðir lungu heimsins. 
Þörungar taldir framleiða um 70% af súrefninu á jörðinni
 
Talið er að smáþörungar (microalgae)  í hafinu framleiði um 70% af súrefninu í lofthjúpnum og bindi um leið gríðarlegt magn af koltvísýringi og umbreyti honum í olíu og lífmassa. 
 
Athyglisverður málflutningur fyrir ágæti örþörunga
 
Í grein í Forbes í fyrrasumar var áhugaverð grein undir  fyrirsögninni „Sjáum hvernig þörungar gætu breytt veröldinni okkar“ (See How Algae Could Change Our World). Þar er vísað í loftslagsvísindamanninn Charles Greene sem er prófessor við Cornell háskóla og félagi í  Marine Algae Industrialization Consortium (MAGIC), sem hefur m.a. fengist við að skoða hvernig hægt sé að nota smáþörunga til að framleiða lífeldsneyti. Á vísindaráðstefnu American Geophysical Union’s biannual ocean sciences sem haldin var í Portland í Oregon í Bandaríkjunum í febrúar 2018, kynnti Greene hugmyndir um hvernig nota mætti örþörunga sem lausn til að mæta vanda 21. aldar. Það varðar eldsneyti, loftslagsmál og fæðuöryggi.
 
Víst er að smáþörungar eru gríðarlega afkastamiklar plöntur. Í greininni í Forbes kemur fram að  þörungar geti framleitt um 19 til 57 tonn af lífrænni olíu á hektara sem er nærri 7 sinnum meiri afköst en hægt er að ná með afkastamestu olíujurtunum í landræktun. Meira að segja hafa verið gerðar tilraunir með ræktun örþörunga úti í geimnum. 
 
Ekki laus við heimsendaspár
 
Viðtalið við Greene er svo sem ekki laust við heimsendaspádóma og greinilegt að hann telur sig ásamt sínum félögum búinn að finna þá lausn sem dugi. Þó þetta kunni allt saman að vera satt og rétt, þá verður það bara aldrei svo í veruleikanum að heimurinn verði tilbúinn að stökkva á eina hugmynd sem leysa muni öll vandamál. Ekki frekar en fólk sé tilbúið að fallast á að vera einungis með ein trúarbrögð. 
  
Smáþörungar taldir geta leyst stóru vandamál heimsins
 
Hvað er svo merkilegt við ör- eða smáþörunga að menn telji að þeir geti verið lausn á jafn risastóru vandamáli og margumtalaðri loftslagsvá? Jú, þörungarnir vaxa tíu sinnum hraðar en landplöntur og það þarf minna en tíunda hluta þess lands sem nauðsynlegt er til að framleiða jafngildi þörunga í lífmassa. Þá er miðað við þörungaframleiðslu í tjörnum. Hægt er reyndar að framleiða þörunga með enn skilvirkari hætti í lóðréttri ræktun, en það er kostnaðarsamara.  
 
Þörunga má líka rækta á landi sem annars er ekki hægt að nýta til ræktunar á nokkurri nytjajurt. Þeir keppa því ekki um land við aðra uppskeru sem ræktuð er á landi. Þörungar þarfnast ekki ferskvatns og þá er hægt að frjóvga á skilvirkari hátt en ræktun plantna á landi. Það er því hægt að komast hjá mikilli vatnsnotkun sem annars er nauðsynleg við ræktun. Það kemur í veg fyrir sóun á áburðargjöf og ofauðgun grunnvatns, áa og vatna á næringarefnum sem hefur verið fylgifiskur við nútíma landbúnað. Þá þarf ekki að beita eiturefnum við slíka ræktun. Í sjó eru þörungar uppspretta omega 3 fitusýra sem finnast í fiski.
 
Með fjölþætta nýtingarmöguleika
 
Þar sem örþörungar vaxa mun hraðar en plöntur í landinu og eru afar olíuríkir geta þeir verið uppspretta lífeldsneytis sem endurnýtir koltvísýring úr loftinu. Þá eru þeir skynsamlegar umhverfis- og efnahagslega verðmætar afurðir, að mati Greene. Auk lífeldsneytis er samhliða hægt að framleiða verðmætt fóður og hráefni til matvælagerðar.  
 
Greene telur að þörungar gætu því verið svarið við öllum þeim áskorunum um framleiðslu á  kolefnishlutlausu eldsneyti, hráefni fyrir fiskeldi fyrir landbúnað og matvælaiðnað með próteini til manneldis.
 
Risafyrirtæki veðja á þörungarækt
 
„Undanfarinn áratug hafa Greene og samstarfsmenn hans notið fjármögnunar frá hollenska risaolíufélaginu Royal Dutch Shell og orkumálaráðuneyti Bandaríkjanna við að finna leiðir til að framleiða lífeldsneyti á arðbæran hátt með örþörungum. 
 
„Við spurðum okkur hvernig umhverfi okkar yrði þegar við getum ekki lengur notað jarðefnaeldsneyti. Við komumst að því að það væri of dýrt að framleiða þörunga eingöngu til framleiðslu á  lífeldsneyti.  Við skoðuðum því afurðir sem hægt var að búa til samtímis eldsneytisframleiðslunni,“sagði Greene. 
 
„Þegar búið var að fjarlægja fitu úr þörungunum, skoðuðum við hvað hægt væri að gera við það sem eftir er. Þá uppgötvuðum við að hægt er að nota fitusnauða þörungalífmassann sem eftir er sem mjög næringarríkt fóður fyrir fiskeldi, þ.e. fyrir eldi á laxi og rækju og sem fóður fyrir kjúkling og svín.“
 
Hægt að framleiða allt eldsneyti og allt prótein fyrir heimsbyggðina úr smáþörungum
 
„Síðan spurðum við okkur hvort við gætum með þessum hætti framleitt allt eldsneyti sem heimurinn þarfnast nú, hversu mikið land við þyrftum þá til þess og hversu mikið prótein við gætum unnið úr þessu samhliða. 
 
Það kom í ljós að á heimsvísu gætum við komið til móts við núverandi kröfur um fljótandi eldsneyti með því að rækta þörunga á svæði sem er aðeins minna en þrefalt Texasríki. Á sama tíma gætum við einnig framleitt 10 sinnum það magn próteina sem framleitt er með soja úti um allan heim í dag.
 
Árið 2050 munum við hafa 9,5 til 10 milljarða manna í heiminum og með þörungum höfum við fundið leið til að fæða þetta fólk með því að framleiða mikið magn af próteini. Kannski munum við ekki sannfæra hinn vestræna heim um að breyta mataræði sínu strax, en við höfum leið til að berjast gegn vannæringu í þróunarlöndunum og það eitt og sér gerir það áhugavert,“ sagði Greene.
 
Kolefnishlutlaust eldsneyti 
 
Hann segir að ef horft sé á þetta frá kolefnishlutlausu sjónarhorni og með það að markmiði að endurnýta koltvísýring úr loftinu í gegnum þörunga og bæta ekki neinum nýjum útblæstri á CO2 út í andrúmsloftið, þá séu tímarnir að breytast. Orkumarkaðir þurfi að þróast í takt við það. 
 
Mikil þörf fyrir kolefnishlutlaust eldsneyti á þotur
 
Greene telur að stærsti hluti  bílaflotans muni ganga fyrir rafmagni á árunum 2030 til 2050 og það verði því ekki eins mikil þörf fyrir fljótandi eldsneyti fyrir ökutæki. Á hinn bóginn mun enn vera þörf á flugi og flutningum í þotum í fyrirsjáanlegri framtíð. Einnig verður auðvitað alltaf þörf fyrir mat.
 
Getur mætt kröfum um fæðuöryggi án þess að ógna líffræðilegum fjölbreytileika
 
Varðandi aðrar alþjóðlegar áskoranir, svo sem fæðuöryggi og að viðhalda líffræðilegum fjölbreytileika, þá telur Greene að þörungar geti hjálpað til við slík markmið. 
 
„Ef við höfum möguleika á að framleiða lífmassa með meiri gæðum og næringarríkari mat á minna svæði til að mæta þörfum okkar með þörungum frekar en landplöntum, þá hefur þetta gríðarlegar afleiðingar fyrir landnotkun,“ sagði Greene.
 
„Krafan um að ryðja regnskóga til að rækta soja og pálmatré á stöðum eins og Brasilíu og Indónesíu myndi hverfa. Hvers vegna ættum við þá ekki velja þá leið?
 
Við getum framleitt sama magn af mat og meira til á því landi sem er þegar þróað. Um leið gætum við nýtt margvíslega umhverfislega kosti sem yrðu samfara ræktun á örþörungum. Það  er gríðarlegur ávinningur,“ segir Greene. 
 
„Þetta er eina leiðin“
 
„Nú þegar eru framleiddar margar verðmætar afurðir úr örþörungum vegna þess að þeir búa yfir óvenjulegum næringareiginleikum, vinna gegn krabbameinsmyndun  og hafa bólgueyðandi eiginleika. Fólk hefur verið að selja þessar vörur af sértækum þörungaafurðum um nokkurn tíma, en þessir markaðir eru tiltölulega litlir. Hins vegar erum við að horfa á hrávörumarkaði sem eru stórir og munu stækka. Þetta er eina leiðin til að við getum leyst vandamál á heimsvísu,“ sagði Greene.
 
Fáir áratugir til að útfæra lausn
 
Hann segir að jarðarbúar eigi um það bil 10–15 ár eftir til að finna lausnir til að takast á við vandamál í loftslagsmálum, orku og hvað varðar matvælaöryggi. Það muni síðan taka tvo til þrjá áratugi að útfæra þær  lausnir í nægilega stórum skala til að leysa þessar alþjóðlegu áskoranir. Eftir það sé tíminn útrunninn til að bregðast við vandanum. 
 
Margir komnir af stað en í litlum skala
 
Greene segir að ein 2.500 hektara stór framleiðslustöð fyrir þörunga muni kosta um 500 milljónir dollara í byggingu. Núna eru mörg fyrirtæki sem rækta þörunga í litlum einingum í rannsóknarskyni eða sem heilsuvörur eins og KeyNatura í Hafnarfirði. Fjöldi fyrirtækja víða um heim eru að gera svipaða hluti og framleiðsluaðferðirnar eru orðnar nokkuð vel þróaðar.
 
„Það er samt enginn að framleiða örþörunga í það stórum stíl að framleiðslan henti hrávörumörkuðum,“ sagði Greene í samtalinu við Forbes. 
 
Ört vaxandi markaður
 
Samkvæmt skýrslu Report Linker frá árinu 2018 um heimsmarkaðinn fyrir þörunga, þá er áætlað að hann velti um 4 milljörðum dollara árið 2018 og muni vaxa í 5,2 milljarða dollara árið 2023. Í skýrslunni er einnig bent á að á þessu sama tímabili, 2018 til 2023, verði vöxturinn mestur í ræktun fyrir prótein, næringar- og fæðubótaiðnaðinn. Samkvæmt skýrslunni er eftirspurnin eftir matvæla- og drykkjarafurðum sem byggðar eru á þörungum vaxandi. Ísframleiðendur eru líka farnir að bæta örþörungum við afurðir sínar til að auka næringargildi vörunnar. Sem stendur framleiða þessi fyrirtæki mikið úrval af vörum úr þörungum. Þar er m.a. að finna andoxunarefni, prótein, bragð- og litarefni. Nú má finna vörur sem byggðar eru að einhverju leyti á efnum úr þörungavinnslu á veitingastöðum um allan heim, líka bjór. Þau eru líka að finna í snyrtivörum, græðandi kremum og einnig í mörgum öðrum vörum.
 
Gróðavonin gæti fengið hjólin til að snúast hraðar
 
Tæknin er þekkt og gróðavonin augljós, en það er lykillinn að því að eitthvað mikið gerist. Til að skala örþörungaframleiðsluna upp horfa menn því mjög til þátttöku stórfyrirtækjanna. 
 
Smáþörungarækt gæti verið kostur, líka á Íslandi
 
Það er hægt að binda kolefni með fleiru en tjárækt. Það má líka gera með myndun jarðvegs, með niðurdælingu á koltvísýringi í jarðlögin og með ræktun á smáþörungum. Ræktun smáþörunga er að mestu óplægður akur á Íslandi þó farið sé að beita slíkum aðferðum, meðal annars til að afla hráefnis til lyfjagerðar og í fæðubótarefni. Þar er jafnvel talið að hægt sé að nýta gasútstreymi jarðhitavirkjana til að framleiða þörunga í stórum stíl. Smáþörungar vaxa mjög hratt og með ljóstillífun soga þeir í sig koltvísýring í miklu magni og skila að sama skapi frá sér miklu af súrefni. 
 
Eru tré best til að binda koltvísýring?
 
Ben Lamm, forstjóri Hypergiant Industries í Austin í Texas í Bandaríkjunum, segir að þar á bæ hafi menn spurt sig þeirrar spurningar hvort tré væru í raun best til þess fallin að binda koltvísýring. Greint var frá þessu í vefriti DigitalTrends. 
 
Hröðun á líffræðilegum ferlum
 
„Ein leið til að hægja á þessum áhrifum er eitthvað sem kallast líffræðileg aukning. Hér er átt við upptöku og geymslu koltvísýrings með líffræðilegum ferlum. Þetta er framlenging á ljóstillífun þar sem plöntur, svo sem tré, nota orku frá sólinni til að breyta koltvísýringi í súrefni.“
 
Sérfræðingar Hypergiant Industries telja að það sé búið að finna leið til að gera þetta ferli verulega skilvirkara. Hún felur í sér að nýta nýjustu gervigreind við ræktun þörunga og ná sem mestu út úr ljóstillífunarferlinu.
 
 „Við teljum að eitt stærsta viðfangsefni manna á okkar tímum sé núverandi vandi varðandi hlýnun jarðar,“ sagði Ben Lamm. 
 
„Það hefur komið í ljós að þörungar eru í raun miklu árangursríkari en tré við að draga kolefni í andrúmsloftinu. Síðan er hægt að nýta þörunga til að búa til kolefnisneikvætt eldsneyti, plast, textíl, mat, áburð og margt fleira.“
 
Þörungar um 400 sinnum virkari en tré í bindingu koltvísýrings
 
„Rannsóknir okkar leiddu til þess að við bjuggum til Eos Bioreactor, sem er frumgerð eins konar lífefnaorkuvers eða lífefnavaka. Í honum hafa þörungar reynst allt að 400 sinnum virkari en tré við að gleypa koltvísýring.  
 
Þörungar eru ein skilvirkasta lífsform náttúrunnar sem neytir koltvísýrings. Þörungar þurfa þrjá lykilþætti til að vaxa. Það eru koltvísýringur, ljós og vatn. Þegar það eyðir CO2 framleiðir það lífmassa sem síðan er hægt að vinna úr til að búa til efni sem eru allt frá eldsneyti, olíu og áburði til plasts, snyrtivara og jafnvel próteins sem nýta má í fæðu manna. Þörungar geta ekki aðeins náð miklu meiri skilvirkni hvað varðar kolefnisbindingu en öll önnur ræktun, heldur keppa þeir ekki um ræktanlegt land. Ræktun þörunga hefur því tvöfalt vægi á við ræktun trjáa vegna þess hvað sú ræktun þarf lítið rými.
„Tækið sem við höfum búið til er lokað kerfislíkan,“ útskýrði Lamm. 
 
„Sérhverjum hluta vaxtarferilsins er nákvæmlega stjórnað og hámarkaður með nýtingu á gervigreind til að hámarka upptöku á CO2. Fylgst er með ljósi, hita, vexti, vatnshraða, sýrustigi, CO2, súrefnisafköstum og fleiru til að tryggja besta vaxtarskilyrði.“