微藻可能成為可持續(xù)農(nóng)業(yè)的未來(lái)
你可能無(wú)法在早餐、午餐和晚餐時(shí)消化大豆，但你吃的動(dòng)物卻可以。主要農(nóng)作物的種植面積是英國(guó)面積的五倍，其中85%用于動(dòng)物飼料。由于預(yù)計(jì)世界人口和食肉的全球中產(chǎn)階級(jí)都將迅速增長(zhǎng)，到2050年，大豆的需求將增長(zhǎng)80%，超過(guò)任何其他主食作物。
由于可耕地的稀缺，我們對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品的需求已經(jīng)導(dǎo)致了亞馬遜和其他熱帶雨林的大面積砍伐。需求的大幅增長(zhǎng)很可能導(dǎo)致更多的破壞，而此時(shí)正是我們需要遏制全球變暖的第二大原因的時(shí)候。
但這種毀滅還不確定。我最近去冰島考察了一項(xiàng)提高光合作用的尖端商業(yè)技術(shù)。它可以幫助保存生物多樣性,CO?吸吮至關(guān)重要的生態(tài)系統(tǒng)的健康我們的地球。
光合作用的特點(diǎn)
光、二氧化碳和水賦予植物生命。通過(guò)光合作用，植物將這三種成分轉(zhuǎn)化為繁盛所需的重要碳水化合物。但令人驚訝的是，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)對(duì)這些因素幾乎沒(méi)有控制。它依靠陽(yáng)光來(lái)灌溉，雖然灌溉大大提高了作物產(chǎn)量，但水資源短缺往往是農(nóng)民面臨的一個(gè)問(wèn)題。
一片大豆地侵蝕著亞馬遜雨林。
這種新方法在冰島的Hellisheidi地?zé)峁珗@進(jìn)行了試驗(yàn)，將陽(yáng)光與LED燈、淡水與含鹽量更高的“微咸”水以及環(huán)境空氣與高濃度二氧化碳進(jìn)行交換，控制它們?cè)诿麨楣馍锓磻?yīng)器的創(chuàng)新模塊中的濃度。把它們想象成核反應(yīng)堆，除了以高濃度的二氧化碳和光為輸入，以有機(jī)物質(zhì)為輸出。
這些光生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)目的不是種植大豆，而是種植植物微生物。在管不同的形狀和大小,富含微仔細(xì)攪拌,水分、光照、水,和?。使用與NASA太空旅行系統(tǒng)相同的邏輯，他們回收碳、磷和氮。與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)相比,這些閉環(huán)模塊允許更大的控制和測(cè)量的肥料和水,更高效地利用有限公司?,風(fēng)險(xiǎn)低污染的農(nóng)作物損失,害蟲(chóng),風(fēng)暴。
最重要的是，它們最大化了光合作用的關(guān)鍵成分:光的效率。通過(guò)保持微藻液的不斷流動(dòng)，密切調(diào)節(jié)溫度和采收時(shí)間，這些微生物暴露在最大健康的光照下，擺脫了晝夜循環(huán)和天氣的自然限制。
相當(dāng)不同。
利用這一技術(shù)，光生物反應(yīng)器可以提供與大豆相似的營(yíng)養(yǎng)含量，且在土地和水的使用中所占比例不到0.6%。生產(chǎn)單位使用130 m2每年增長(zhǎng)10500公斤的生物質(zhì)–在資源效率提高200倍。
一種可伸縮的解決方案
這些反應(yīng)堆的生態(tài)足跡很小。冰島的反應(yīng)堆是地?zé)峁╇姷?，可以與任何形式的可再生電力配套使用。碳的生產(chǎn)成本后,他們公司?凈吸收器。它們消除了對(duì)殺蟲(chóng)劑和除草劑的需求。它們可以放在貧瘠的土地上，也可以像樂(lè)高積木一樣垂直堆放。模塊化設(shè)計(jì)甚至可以部署在城市中心。
關(guān)鍵是，這項(xiàng)技術(shù)具有成本效益。主要得益于大麻的商業(yè)化，LED技術(shù)現(xiàn)在比以前便宜得多，效率也更高，最近的其他工程創(chuàng)新也進(jìn)一步降低了成本。如果把大豆種植造成的環(huán)境和社會(huì)危害的貨幣成本考慮在內(nèi)，微藻現(xiàn)在的性?xún)r(jià)比要高得多，盡管生產(chǎn)商需要更高水平的初始投資。雖然從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向技術(shù)技能的轉(zhuǎn)變需要短期的密集培訓(xùn)，但對(duì)農(nóng)民和各州來(lái)說(shuō)，這種成本將被更大的利潤(rùn)和更容易的生產(chǎn)所抵消。
外面的顏色就沒(méi)那么鮮艷了。
還需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來(lái)證明完全以微藻為基礎(chǔ)的飲食從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看并不會(huì)對(duì)動(dòng)物的健康有害，但研究表明，它們有可能喂養(yǎng)小雞、母雞、豬和奶牛。光生物反應(yīng)器已經(jīng)可以用來(lái)培育適合人類(lèi)食用的微藻菌株，比如流行的保健食品螺旋藻。
與許多其他行業(yè)一樣，畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)往往難以改變。
但是這些替代的食物系統(tǒng)現(xiàn)在是可以實(shí)現(xiàn)的，如果有依賴(lài)大豆的政府的支持，這項(xiàng)技術(shù)可以拯救數(shù)百萬(wàn)公頃的雨林，并為已經(jīng)被砍伐的森林地區(qū)的恢復(fù)提供空間。隨著各國(guó)面臨的減排壓力加劇，這種轉(zhuǎn)變可能會(huì)變得越來(lái)越有吸引力。
它還可以騰出寶貴的土地和水資源來(lái)養(yǎng)活預(yù)計(jì)在未來(lái)80年將增長(zhǎng)一半的人口。隨著全球變暖，洪水、干旱和農(nóng)作物歉收的極端模式預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)，像這樣的光生物反應(yīng)器可能會(huì)為數(shù)百萬(wàn)人避免饑荒。就像地球上存在的許多問(wèn)題一樣，解決之道就在那里。我們只需要實(shí)現(xiàn)它們。
本文由劍橋大學(xué)CSER食品安全研究助理兼首席研究員Asaf Tzachor撰寫(xiě)。
