Вонючие водоросли захламляют пляжи Карибского моря, но решение из Новой Зеландии может превратить их в «зеленую» энергию и удобрения

Гниющие водоросли более 10 лет отравляют жизнь на Карибах. Наше исследование показывает, как можно одновременно очистить пляжи и сократить выбросы, превратив то, что сейчас является мусором, в возобновляемую электроэнергию и удобрения.

Пелагические саргассовые водоросли — это бурые водоросли, плавающие на поверхности океана, особенно в Атлантике.

За последнее десятилетие беспрецедентное количество этих водорослей выбросило на побережья Карибского региона, Мексиканского залива, США и Западной Африки, что вызвало опасения за здоровье людей и негативно повлияло на окружающую среду и экономику.

Недавние спутниковые снимки показали больше саргассума в море, чем в предыдущие годы. Эксперты опасаются, что нынешний наплыв может стать худшим со времен катастрофического сезона 2018 года.

Учитывая едкий сероводородный газ (H₂S), выделяемый водорослями при разложении, и частоту этих наплывов с 2011 года, саргассум нанес ущерб экономике Карибских стран, зависящей от туризма и рыболовства.

Но выход есть.

Наша команда исследователей разработала новый подход к превращению саргассума в биоэнергию и удобрения — решение, которое может помочь восстановить пляжи, создать рабочие места и производить возобновляемую электроэнергию.

Проблемы, связанные с саргассумом

Туризм — ключевой сектор в Карибском регионе, на который приходится 30–40% ВВП некоторых малых островных государств.

Гниющие водоросли привели к сокращению числа туристов.

Саргассум также спровоцировал чрезвычайное положение в рыболовном секторе нескольких островов. Водоросли привели к снижению видимости, учащению случаев запутывания в рыболовных сетях, массовым повреждениям лодок и снижению улова.

Морская экосистема страдает дальше, так как скопление саргассума на пляжах и вдоль мелководья мешает гнездованию морских черепах и вызывает гибель рыбы из-за дезоксигенации и токсинов в воде.

Саргассум также способствует обесцвечиванию кораллов и гибели рифов.

Здоровье людей и целостность инфраструктуры также страдают от сероводорода (H₂S) — едкого и токсичного газа с запахом тухлых яиц, выделяемого при разложении водорослей.

Хотя предпринимались небольшие попытки найти применение саргассуму, захоронение на свалках остается основным способом борьбы с наплывами. Этот подход дорог и требует больших затрат труда и энергии.

Наше новое решение для вонючих водорослей

Саргассум перспективен как компонент систем анаэробного сбраживания — процесса, при котором бактерии разлагают органическое вещество в отсутствие кислорода, производя биогаз.

Эти водоросли богаты полисахаридами (хороший источник энергии) и содержат мало лигнина и целлюлозы, которые трудно перевариваются.

Однако саргассум не так легко поддается биологическому разложению.

Чтобы преодолеть эту проблему, наше исследование предлагает новый подход: впервые объединить технологии предварительной обработки перегретой водой с системой анаэробного сбраживания.

Гидротермальная предобработка — это «зеленая» технология, использующая высокое давление для нагрева воды до сверхвысокой температуры (140°C), сохраняя ее в жидком состоянии. Обработка саргассума в такой перегретой воде в течение 30 минут помогает его расщепить.

Это означает, что гидротермально обработанный саргассум дает больше энергии, чем необработанный.

Гидротермальная предобработка также снижает содержание сероводорода (H₂S) в получаемом биогазе с 3% до 1%.

На втором этапе гидротермально обработанный саргассум перерабатывается вместе с пищевыми или другими органическими отходами в системе анаэробного сбраживания.

Совместная переработка разных органических отходов помогает сбалансировать сырьевую смесь, что означает возможность производства большего количества биогаза.

Кроме того, вещество, оставшееся после производства биогаза, богато питательными веществами и не содержит патогенов, что делает его безопасным и полезным в качестве органического биоудобрения или кондиционера для почвы.

Потенциал биоперерабатывающего завода на Барбадосе

Создание биоперерабатывающего завода на основе саргассума, оснащенного технологиями гидротермальной предобработки и анаэробного сбраживания, даст странам Карибского бассейна ряд социально-экономических и экологических преимуществ.

Наиболее очевидно, что такой завод будет поставлять электроэнергию в национальную сеть и производить биоудобрения для местного и международного использования.

Предлагаемый завод на Барбадосе мог бы перерабатывать 15 750 метрических тонн гидротермально обработанного саргассума, смешанного с сырыми пищевыми отходами, в год. Это позволило бы утилизировать значительную часть наплыва водорослей, не отправляя их на свалки.

Такое сырье может давать 0,69 гигаватт-часов (ГВт·ч) электроэнергии, 1,04 ГВт·ч тепла и 15 000 метрических тонн твердо-жидкого биоудобрения для Барбадоса.

Хотя саргассум доступен только сезонно, завод мог бы работать исключительно на пищевых или других органических отходах в отсутствие водорослей, что делает его устойчивым круглогодичным источником «зеленой» энергии.

Внедрение этой технологии также поможет повысить экономическую устойчивость туристического и рыболовного секторов, улучшит управление отходами и поспособствует развитию промышленности и инфраструктуры в регионе.

Однако затраты на разработку и управление таким заводом на Барбадосе необходимо тщательно контролировать, и для этого потребуется существенная поддержка местного сообщества.

Согласно нашему анализу, завод не окупится только за счет выработки электроэнергии. Максимальная прибыль может быть достигнута за счет продажи всего удобрения на международные рынки — но такой подход не поддерживает местную продовольственную безопасность. Наш рекомендуемый вариант — разделить удобрение поровну (50/50) между местными фермерами и международными рынками.

Хотя это решение не может напрямую предотвратить наплывы саргассума, производимый биогаз поможет сократить выбросы углерода.

Поскольку изменение климата, по-видимому, является фактором увеличения цветения саргассума за последнее десятилетие, вклад в глобальные усилия по смягчению последствий изменения климата может со временем улучшить ситуацию.

А пока у нас может появиться эффективный способ справиться с вонючим беспорядком, портящим пляжи Карибского моря.