小小的水藻拯救地球

 

 「這種小氣泡正是我們想要看到的結果，」Rebecca White指著新墨西哥州人工池塘裡幾個勉強可見的小氣泡說。這種小氣泡意味著她和同事注進水裡的二氧化碳基本上全都溶解在水中了。

我們離美國-墨西哥的邊界相距不到一千米，被沙漠的綠地包圍著。我很難想到這裡還能找到大量水生藻類。然而，在這裡大量的池塘漩渦中，有上百萬升喜鹽的微擬球藻，在從下面泵上來的鹹水中，蓬勃生長。

在藻類進入人們視野之前，農民們在這片土地上種植棉花，直到1973年。他們用來灌溉的井水變得過鹹，於是就只能任由它荒廢掉，再也沒有在上面種植過任何東西了。藻類可以在使得其他植物死亡的地方茁壯生長，另外，藻類還有驚人的營養價值，這一切都讓擔心全球未來食物供給的專家印象深刻。

除了這97英畝外，White也監督著德克薩斯Imperial的一個姐妹項目，因此，她也十分清楚大量種植水藻的回報和陷阱。她已經經歷過了水藻的生物燃料狂潮。早在2012年另一家公司在這裡投資一億零四百萬美元在「綠色原油」上的時候，她就在這裡工作了。三年後，原油價格下跌，生物燃料的市場變小了，工廠也就自然倒閉了。

所以，把水藻做成燃料投入市場是行不通了，但水藻還能被做成食物來維持全球的碳平衡。雖然水藻長得不怎麼好看，但蛋白質的營養價值卻很高。如果食肉者少吃肉，多吃藻，那麼從理論上來說，隨著牛肉和豬肉的消耗減少，碳排放量也會有所下降。

水藻還可以代替像玉米，大豆這樣需要大量施肥的作物，可以作為加工食物中的飽腹成分，也可以作為魚食，豬食和牛食。如果藻類能代替一部分人和動物的飲食的話，那就算人口增長，我們也不需要開墾大量的田地，說不定還能退耕還林，促進溫室氣體含量下降。

讓水藻作為食物還有一個更大的原因：雖然水藻並不是嚴格意義上的植物，但它們仍靠吸收二氧化碳生長。為了滿足水藻的繁殖速度，農民們需要把二氧化碳直接注入水中。這樣一來，每一塊水藻田作為二氧化碳吸收棉的作用就加倍了。

這項新技術主要是為了把發電廠排放的二氧化碳通入水藻池中吸收，轉而封存二氧化碳。另一個設想是在每一個發電廠旁邊設一塊水藻田，當場就把產生的二氧化碳注進去。

然而，今天水藻養殖還屬於精品行業，主要用於保健品和食用色素。Qualitas的新墨西哥農場大量生產微擬球燥，或像White稱的那樣，「納米」，用來生產歐米茄-3添加品。這48塊池塘大約只有50英畝，卻是世界上最大的微藻田。

水藻產業必須具有一定規模，才能減少二氧化碳的含量，提供足夠的蛋白質。最後，生產者還必須說服食物加工者，讓他們認為水藻值得應用在他們的產品中——並說服消費者水藻可以作為食物。

但是如果一切都按計劃的那麼順利，這些微型有機生物將會改變整個食物產業結構，這將不輸玉米和大豆在過去五十年所帶來的影響。並且，整個星球都會從中收益。

水藻是地球最古老的生命之一。同時，它也是世界上最簡單的有機生物之一。很多水藻都是單細胞生物，缺少像莖，葉和花瓣這樣複雜的結構。

像水藻這麼微小的生物，卻對整個星球造成了如此巨大的影響。拿原綠球藻來說，這是海洋中最小且最豐富的浮遊植物，同時也構成了海洋食物鏈的基礎。「令人讚嘆的是這麼小的生物居然有這麼大的作用」，北卡羅來納州，杜克大學海洋生物學家，Zackary Johnson說。

現在，科學家希望利用水藻的特性為陸地生物提供一個更充足的食物來源。農業，林業和其他土地用途（一個被美國食物與農業組織（the Food and Agriculture Organization of the United Nations）定義的分類）大約造成了全球21%的溫室氣體排放。我們需要用更多的土地為更多的人種植食物，但同時又不想增加溫室氣體的排放。

理論上來說，水藻可以緩解這種壓力，又能提供充足的食物來源。像螺旋藻這樣的藻類百分之七十的乾重都是蛋白質。（就像原綠球藻一樣，螺旋藻並不是嚴格意義上的藻類，而是藍藻屬的一種生物，但「我們暫時把它算作藻類，」加利福尼亞大學聖地牙哥分校藻類生物科技中心的主任Stephen Mayfield說。）

由於水藻的蛋白質含量很高，同樣是一公頃的水藻和大豆，水藻的蛋白質產量是大豆的27倍。並且，水藻的蛋白質比大豆的更有營養，因為它除了基本的胺基酸外，還富含維生素和礦物質。

同時，到了2050年，全球對蛋白質的需求量會翻不止一倍。先不說人們願不願意捨棄牛排，改食藻類，至少生產水藻不需要開墾大片的土地種植牧草或穀物。

不過養水藻也不是件簡單的事。儘管水藻增殖的速度很快，但要使它穩定增殖，還需要大量的電力和精巧的裝置。農場的電主要還是從化石燃料中來的，從而泵水，攪拌不斷冒泡的混合物。水藻還需要氮肥和磷肥，而生產肥料的過程就有碳排放。

所以，考慮到所有這些因素，用水藻製作的蛋白粉也不會比動物蛋白有更好的可持續性，還比其他一些富含蛋白質的植物，比如說大豆，要差一些。另一項分析顯示雖然以水藻為食能減小森林砍伐帶來的碳排放，但想要長期減少碳排放，只能用水藻代替現在的食物和燃料，還得忽略設備更換所帶來的影響。

所以如果要用水藻來產生明顯的碳排放減少的話，生產者必須用更少的資源生產出更多的水藻。同時，為了把水藻的價格控制在消費者和食品公司能接受的水平上，他們必須降低自己的生產成本，也就是找到便宜的二氧化碳來源。這種氣體是令大多數工廠頭疼不已的副產品，現在卻成為了Qualitas最貴的肥料。

Dave Hazlebeck相信這項技術能讓羽翼未豐的水藻工業在拯救地球環境時發揮出最大的作用。他的環球水藻創新公司（Global Algae Innovations），在夏威夷的考艾島運作著33英畝的水藻田，用數項科技證明了能用更少的成本，更低的排放，更快地種植水藻。

這家公司迄今為止做的最大膽的一個實驗就是把附近煤發電廠的煙氣通入水藻池中，作為水藻所需二氧化碳的主要來源。這個過程分為三步：首先，二氧化碳被吸收器收集（就像一個洗滌器）並溶於水中，再儲存在蓋住的池塘裡。當公司種植水藻的時候，這些二氧化碳溶液被泵入一個敞開的池塘與水藻接觸。

Hazlebeck說從理論上來說，這種方法可以吸收發電廠排出的百分之九十的二氧化碳，以此支持的水藻田可以達到1000英畝。他估計如果美國在每一個氣候合適的發電廠旁安置一塊水藻田的話，這些田可以吸收八億噸二氧化碳，抵消198座發電廠的排放量。這麼多的二氧化碳可以生產四億噸水藻，粗略相當於全球一年的蛋白質食物產量。

這些數字證明了種植水藻的可行性，但Qualitas的White並不確信。當我問她關於Hazlebeck的提議時，她拿了一張紙巾開始計算。根據新發布的規定，為了滿足二氧化碳稅收抵免的標準，一個美國企業必須每年固定十萬噸二氧化碳（考慮到煤發電廠數百萬噸的碳排放量，這個量並不是很大）。

為了算出吸收這麼多二氧化碳所需的水藻量，White估計每英畝水藻田一年大概可以生產14.5噸水藻——根據工業標準來看。每生產一千克水藻，White的團隊需要用2.7千克二氧化碳。這意味著建在發電廠旁的水藻田至少要2300英畝那麼大。作為比較，美國今天農田的平均面積是440英畝。

White對農民們是否有足夠的田地和水來實施這個計劃深表懷疑——甚至水藻優於其他作物水陸兩生的特性都無法彌補這點。「這個想法的理想性大於可行性，」她說。

她認為，從大氣中直接獲取二氧化碳反而更好，雖然相關的廉價商業技術還不存在，但已經有許多家公司在研究了。發電廠可以花錢用空氣直取系統，給水藻供二氧化碳。這種不需要購買二氧化碳的方法可以「大大降低水藻的生產成本」White說，並且這種技術能在兩種產業間建立一種合作關係。

水藻工業有過很多不良的開端。二戰時期，德國科學家和大英帝國化學產業（Britain’s Imperial Chemical Industries）的員工各自開始研究水藻作為食物來源的潛能。大概在同一時期，史丹福大學的研究員在為水藻生產機構開發水藻用途時，生產了45千克的可食用水藻Chlorella。

不用說也知道，現實並沒有跟上理想。可能是味道的關係吧——有一篇報告把Chlorella的味道描述為「有點像蔬菜的味道，就像生利馬豆和生南瓜的結合體。」試吃組的成員就沒有仁慈了——他們把它描述為「非常難吃，」「噁心的餘味揮之不去，」和「催吐物。」

另一個致使水藻產業蕭條的原因是微藻養殖技術畢竟還是新事物。也就是說農民們賴以種植藻類的工具還在開發中。Qualotas用來攪拌水池的槳輪是幾個鎮之外的金屬工人定製的。

在全球水藻創新企業中，Hazlebeck正努力改變這一點。公司正在研發一種能耗相當於原來十分之一的乾燥器，並且他們的循環水藻池只需要其他水藻池三分之一的能耗就能生產他們兩到三倍的水藻

這些進步可以減少這項產業的能耗，大大增加產量，使水藻產業變得既賺錢又有可持續性。公司現在正在向其他水藻田銷售他們的第一項發明——一種只用原來三十分之一的能量就能分離水和水藻的收割機。

說回新墨西哥州的Qualitas農場，當我們過去的時候，Aaron Smith，一個收割機的操作員，正在擦窗戶。他昨天才用高壓水流清理過整個系統，但今天機器上又糊滿了這些綠色的東西。

收割機的核心是由細長帶孔的管子構成的，孔徑只有0.04微米。管子裡先裝滿溼水藻，機器再用高壓把大部分水壓出去，留下水藻在管子裡。這種設計借鑑了General Electric開發的汙水處理系統——唯一一個水藻參與工作的產業。

White稱這項技術為「巨大的工業突破」。水藻種植者們會需要更多像這樣的技術突破來擴大生產——她是去年水藻產業大會上，為數不多水藻產量超過一英畝的三個人之一。

所以還要多久，水藻才會改變我們的食物結構呢？Stephen Mayfield，UC聖地牙哥水藻專家是在新墨西哥州造了農場的那家生物燃料公司的創始人之一。他估計這個產業還有十年就能解決現有的問題，達到轉換現在大量蛋白質的臨界點。

在從小在棉花田中長大的White眼中，水藻產業正往對的方向發展。她恐怕這個行業中是種植微藻最多的人，她認為水藻產業的未來一片光明：「我們希望每天，每一頓飯，每一份零食中都會有水藻的影子。」

這篇文章出現在2018年六月列印版「水藻2.0.」

本文作者：

Amy Nordrum

 

(翻譯：費哲妮；審校：劉博堯)

 

原文連結：

https://spectrum.ieee.org/energy/environment/new-tech-could-turn-algae-into-the-climates-slimy-savior