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【專欄】海洋生物能挽救氣候變遷嗎?(下)

2019-11-23 11:00
圖為闊葉巨藻和帶狀海藻。開發海草農場,吸收二氧化碳、降低海水酸度。海草還可能對海洋塑料污染的問題有所幫助。與其他抵抗全球暖化的大規模計劃相比,種植海草更容易進行和維護。圖/作者提供
圖為闊葉巨藻和帶狀海藻。開發海草農場,吸收二氧化碳、降低海水酸度。海草還可能對海洋塑料污染的問題有所幫助。與其他抵抗全球暖化的大規模計劃相比,種植海草更容易進行和維護。圖/作者提供

要達成《巴黎協議》指定的溫室氣體減排目標,單一方法是不夠的。目前,世界上的國家主要依靠,開發再生能源減少溫室氣體排放,如風力發電、電動汽車,甚至建造二氧化碳吸收和儲存設備。但有些專家認為,這些可能還不夠,人們要準備一整套解決方案,面對不同的問題側面,用不同的技術手段解決。專家認為,如果把全球海洋表面9%拿來養海草,每年將減少 530 億噸二氧化碳,而且海草可以長期儲存二氧化碳。

藍碳(Blue carbon)被重視

氣候變遷被認為是人類最大的環境危機之一,普遍認為氣候變遷將衝擊海洋環境與生態,實際上海洋除調節大氣能量外,更是碳捕捉與儲存(Carbon capture and storage)的重要場域,在減緩氣候變遷上扮演重要角色。因此國際社會高度重視海洋作為氣候變遷調節之功能,藍碳(Blue carbon)一詞也應運而生。

所謂藍碳是指海洋及沿岸生態系,所提供的碳封存與儲存服務,尤其是沿海棲地等初級生產力較高的區域,包括鹽澤(Salt marshes)、紅樹林(Mangroves)及海草床(Seagrass beds)等,其可以從大氣當中捕捉碳並將其儲存。藍碳的主要機制有二,第一為碳匯功能(Carbon sequestration),也就是藉由海洋當中的植物體進行碳封存,穩定的減緩與調節大氣中二氧化碳濃度;第二為碳儲存(Carbon storage),此概念是指將空氣中的二氧化碳轉化成為植物體本身組織,藉此將大氣中的碳長期的儲存起來。根據美國大氣及海洋總署(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)指出,海岸生態系的碳匯功能為熱帶森林的二至四倍,碳儲存則是熱帶森林的三至五倍。海岸紅樹林的每公頃固碳量超過2,000噸,河口紅樹林超過1,500噸,海草床及海岸鹽澤則是介於500至900噸之間,至於陸上的熱帶森林則約為800噸左右,顯示部分海岸生態環境儲存有機碳的能力高於陸上的熱帶森林。

根據The Blue Carbon Initiative網站指出,全球83 %的碳循環透過海洋進行,其中海岸地區占海洋總面積的2 %以下,但有高達50 %的碳儲存在此區域;然而大洋區域雖然植物量與葉綠素含量低,但由於其面積廣闊與溫度調節機制下,對於氣候變遷的減緩也相當重要。

由於藍碳與氣候變遷的關係已受到國際社會高度重視。國際組織及當地社區攜手進行,其工作內容著重在發展相關管理措施、財務誘因及政策機制,以保育與復育海岸生態系的藍碳功能。由此顯見,海洋藍碳確實對減緩氣候變遷有相當的重要性,對海岸及海洋環境的保護與基礎研究亦顯得更加重要。

海草復育可減緩氣候變遷衝擊

在世界各地的海洋中海草是占總碳儲量約15%,海草復育可以創建一個可自我調整的機制,以減緩氣候變遷的影響。

用海草抵抗氣候變化的觀點目前還未證實,但人們已意識到它的潛在作用。單就生長速度而論,海草比陸地植物長得快 30-60 倍,這意味著海草吸收二氧化碳的能力勝過其他植物,而且適合大規模種植。

利用海草減少溫室氣體有幾種可能的方法。其一是用海草或藻類餵食牛羊,減少這類動物的甲烷排出量。其二是開發海草農場,吸收二氧化碳、降低海水酸度。海草還可能對海洋塑料污染的問題有所幫助。與其他抵抗全球暖化的大規模計劃相比,種植海草更容易進行和維護。

海藻能吸收海洋二氧化碳,成美國新興產業

當美國大部分地區的農民還在耐心等待春末莊稼成熟時,一小群「海上農人」已經在阿拉斯加較冷的海域,收成該州的新興經濟作物:海藻。「氣候變遷和植物性飲食的流行等趨勢,讓海藻成為一種新的明星作物。」

近年來,阿拉斯加農民開始種植闊葉巨藻和帶狀海藻。科迪亞克和凱奇坎等偏遠社區的生態系是這兩種海藻的原生地。全球海藻市場有60億美元(約新台幣1890億元),當地居民們希望,海藻養殖成為一種永續水生植物農業。

全世界上大部分地區都是用船隻採集野生海藻,但阿拉斯加的水生植物則是農民從冬季開始,花費長達數月種植而來。他們把認為適合繁殖的海藻,將野生樣本送到加州Blue Evolution公司。該公司從海藻中提取孢子,在名為「種子管」的細繩上栽培,接著將這些種子管交給農民。農民們則將這些管子綁在漂浮海中的栽培繩架上。6個月後、春末之前,孢子就會成熟。每年全世界收穫數十萬噸的海藻,中國和日本的全球出口量是世界首位。

研究已經證實海藻加入動物飼料,能有效減少甲烷排放,因此特別受到矚目。科學家正在測試海藻,是否能模仿化石燃料或塑膠的特性。2018年夏季,蘇格蘭打算大規模採集野生海藻,引發激烈爭辯。環保團體認為海藻林消失,可能對海岸線附近的海洋生物,造成無法彌補的傷害,因為植物對健康的生態系有重要的保護功能。在阿拉斯加,企業必須嚴格遵守政府的耕種規則:從野生植物中採集的海藻作物菌株,必須在原始植物的50公里範圍內種植。這能確保遺傳的韌性和多樣性,該州的鮭魚孵化場也遵循同樣的指導方針。

海藻不管是自然生長或是人工栽培,對環境都有相當的好處。當有日照時,海藻會吸收海中的二氧化碳……對於二氧化碳濃度越來越高的海洋來說,是件好事。

微型海藻,可別小看這些小傢伙,他們被視為能解決能源危機跟氣候暖化的重要救星。它們吸收空氣中的二氧化碳,或者我們用二氧化碳餵食它們,它們吸收之後,透過陽光的幫助,可以轉換成醣類,蛋白質跟油。

透過廢氣跟水混合後,投入管內,海藻進行光合作用,吸收大量二氧化碳。這種先鋒科技被稱為是光能生質燃料,如果這套系統研究成功,將大量地減少二氧化碳的排放,對抑制全球氣候暖化跟空氣汙染,都有正面貢獻。

專家報告指出,全球海草床樂觀估計可能共儲存了199億公噸的碳,而每平方公里的海草床最高約可儲存8萬3000公噸的碳。這些僅佔海洋面積0.2%的生態系,卻可能吸收海洋二氧化碳年吸存量的10%,對全球氣候的影響上,有著關鍵的地位。


專家報告指出,全球海草床樂觀估計可能共儲存了199億公噸的碳,而每平方公里的海草床最高約可儲存8萬3000公噸的碳。圖/Pixabay

推行「海洋造林」(Ocean Afforestation)

海洋造林濃縮二氧化碳儲存。海洋造林還生產生物燃料、糧食和生物多樣性。讓植物營養迴圈可能維持生態系統至±350 ppm二氧化碳。多種產品可降低二氧化碳的封存成本。因為這可能是人類最好的投資。這些技術已存在,最簡易的方法就是種海草、割海帶。

海洋造林,更確切地說,海洋大造林(Ocean Macroalgal Afforestation,OMA),有可能通過擴大種植大海藻的自然種群,來降低大氣中的二氧化碳濃度,這些藻類吸收二氧化碳,然後收穫以產生通過厭氧消化的生物,造成甲烷和二氧化碳。消化後剩餘的植物營養成分被回收利用,以擴大藻類森林,增加魚類種群。根據已知資料計算了品質平衡,並應用於生成生命週期評估和經濟分析。這一分析表明,海洋造林每年生產120億噸生物甲烷,同時每年直接儲存190億噸二氧化碳,加上每年從生物甲烷碳捕獲中捕獲多達340億噸燃燒廢氣。這些速率基於覆蓋世界海洋表面9%的宏觀藻類森林,這些森林可以產生足夠的生物甲烷,以取代當今對化石燃料能源的所有需求,同時每年從大氣中清除530億噸二氧化碳,恢復工業化前水準。這種生物量還可以增加可持續魚類產量,為100億人提供每人每年200公斤的魚。

海藻森林為扭轉全球變暖及海洋酸化的所有計劃奠定了生態基礎,同時提供食物、能源和就業機會。人類可以通過擴大和管理天然海洋海藻生態系統來恢復海洋和氣候:

■生產可再生能源,如沼氣(CH4)或更容易運輸生物原油。
■提供食品,減少陸上種植糧食及淡水需求。
■創造就業機會。
■促進海洋生物多樣性,為海洋生物提供棲息地,同時清除塑膠碎片。
■去除空氣中的二氧化碳,扭轉海洋酸化和全球變暖的趨勢。

我們目前空氣中400ppm的二氧化碳,使我們走向酸性海洋和海平面上升10至20呎之威脅。 相比之下,種植海藻森林的話,到2200年將會使空氣中二氧化碳濃度,恢復到220年代水準,帶來了新希望。

在台灣西海岸,即現在建立海上風力發電的地方,實行「海洋造林」,種植海草(如海帶、馬尾藻等)吸取空中二氧化碳,就如種樹可以吸收空中二氧化碳一樣。大量種樹可以降低空中二氧化碳,使地球變涼,可是我們沒有太多陸地。

當我們收割海草時,放進大型厭氧消化箱,分解有機物,產生生質燃氣(Biogas)。它是60%的沼氣(Methane)和40%的二氧化碳。沼氣是一種生質能源燃料,而要避免二氧化碳再釋放回空氣中。所以,把二氧化碳儲存下來,注入海洋深層或注入地下。使用這種方法,海草可在海中生長,不需要陸地,也不會跟耕地或森林爭地。

根據專家估計,全球要抵消目前的碳排放,需要大約50萬億棵樹。現在全球只要使用9%的海面種植海草,每年就可吸走空中5百30億噸的二氧化碳,而目前全年排放四百億噸二氧化碳。這不但可以吸走全年排放量,同時還可吸走已累積的二氧化碳,不僅不使地球增溫,更使它降溫。這樣可使魚類永續生存,還可產生生質燃料,替代化石燃料。

另外,種植海草有一個好處是清除農業污染,如肥料或工業排入海洋中的氮與磷。2017年,中國海帶公司報告,他們所種的海帶吸走大海中7萬5千噸的氮和9千5百噸的磷。只要再增加15%的海帶耕地,就可吸走全部中國排入海中的磷。至於氮,則要另想辦法。想要獲取這些好處,我們台灣得要好好設計一個系統。

總之,整個氣候變遷,根源來自空氣污染,我們正從各方面努力來挽救。追根究柢,我們把世界弄髒、弄糟,我們應該自己清除,不能只依賴自然消失來消除。


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