Мировые продовольственные системы испытывают всё большую нагрузку. Рост глобальных температур, увеличение спроса и нерациональное использование земель доводят наземное сельское хозяйство до предела. Однако у побережий остаются огромные возможности для производства пищи. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, для крупномасштабного выращивания водорослей пригодны 650 миллионов гектаров океана — площадь почти с Австралию. Развитие отрасли может дополнить рацион людей, обеспечить кормом скот, дать сырьё для биотоплива, замедлить изменение климата и создать важные места обитания для разнообразной морской жизни. Но у выращивания водорослей есть и ограничения.
«Думаю, их просто немного сложнее заметить, потому что нам так нужны решения климатического кризиса и кризиса биоразнообразия», — говорит соавтор исследования Скотт Спиллиас, аспирант, изучающий выращивание водорослей в Университете Квинсленда в Австралии. Среди препятствий — увеличение размера и производительности ферм в западных странах, расширение рынка продуктов из водорослей и снижение экологических рисков. Исследование показывает, каких масштабов отрасль могла бы достичь при максимальном развитии.
За пределами Восточной Азии, где выращивание водорослей уже стало обычной отраслью, коммерческие фермы пока только развиваются. Коренные народы США выращивают водоросли поколениями, однако большинство коммерческих ферм на Западе появилось сравнительно недавно. Они сильно отличаются от гигантских азиатских хозяйств, занимающих тысячи гектаров океана и производящих миллионы тонн водорослей в год. «В Китае можно посмотреть на залив, и водоросли или какие-нибудь аквакультурные хозяйства будут видны до самого горизонта», — говорит Гретхен Гребе, координатор проектов Морской биологической лаборатории в Вудс-Холе, штат Массачусетс.
По словам Даниэль Блэклок, директора отдела аквакультуры Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), водоросли — самый быстрорастущий продукт американской аквакультуры, но объёмы производства в стране значительно уступают крупным азиатским фермам. Американский рынок в основном поддерживают небольшие компании, такие как Montauk Seaweed Supply. Эта молодая компания в проливе Лонг-Айленд сотрудничает с фермерами и перерабатывает собранные водоросли в биоудобрение — более экологичную альтернативу синтетическим удобрениям. Пока это нишевый рынок, отмечает Гребе, особенно в сравнении с гигантскими азиатскими хозяйствами.
Если фермы по выращиванию водорослей получат широкое распространение на Западе, экологическая польза может быть значительной. Авторы исследования смоделировали глобальное расширение крупномасштабного выращивания водорослей и рассмотрели пять теоретических сценариев с разными объёмами использования водорослей в пищу людям, на корм скоту и для производства биотоплива.
Согласно расчётам, выращивание красных водорослей на корм скоту могло бы сократить ежегодные выбросы углерода на 2,6 гигатонны — столько же выбросов производят более 570 миллионов автомобилей за год. Если заменить водорослями 10% продуктов в рационе людей, для наземного сельского хозяйства можно было бы освободить до 110 миллионов гектаров. Большинство видов биотоплива производят из наземных культур, таких как кукуруза и сахарный тростник. Использование водорослей в качестве сырья для топлива могло бы значительно сократить расход удобрений и, следовательно, загрязнение воды питательными веществами.
Однако эти результаты не одинаково достижимы. «Я был бы очень удивлён, если бы хоть один из этих сценариев воплотился в жизнь», — говорит Спиллиас. Особенно трудно добиться того, чтобы люди во всём мире увеличили потребление водорослей на 10%. В Восточной Азии водоросли — привычный продукт, но даже там они составляют лишь 2% среднего рациона, отмечает исследователь. Чтобы потребление водорослей на Западе значительно превысило азиатский уровень, понадобились бы масштабные культурные изменения.
Поэтому Montauk Seaweed Supply пока использует ламинарию для производства удобрений, а не продуктов питания, говорит сооснователь компании Шон Барретт. Опыт работы в коммерческой отрасли выращивания водорослей показал ему, насколько трудно продавать американским потребителям продукты из них. Компания переключилась на производство удобрений из водорослей. «Мы сталкивались с серьёзным сопротивлением: американцы не привыкли есть макроводоросли», — говорит Барретт.
Эксперты отмечают, что и развитию биотоплива мешают существенные препятствия. Первое — доступность водорослей. «Объёмы производства, необходимые для экономически оправданного выпуска биотоплива, в США пока даже близко не достигнуты», — говорит Блэклок из NOAA. Второе препятствие — стоимость. Консорциум по индустриализации морских водорослей при Университете Дьюка разрабатывает биотопливо на основе водорослей, которое можно было бы продавать примерно по 5 долларов за галлон. Но даже при такой цене топливо из водорослей, вероятно, не сможет конкурировать с этанолом, который сейчас стоит 2,16 доллара за галлон.
У расширения выращивания водорослей могут быть экологические преимущества, но масштабирование отрасли также вызывает вопросы о рисках для окружающей среды. Фермеров и предпринимателей особенно беспокоит распространение инвазивных видов. В сообществе производителей водорослей идёт «острая» дискуссия о том, можно ли экологично выращивать виды, не являющиеся местными для конкретного региона, объясняет Барретт. По его словам, по мере развития отрасли фермеры хотят выращивать разные виды. Им может показаться заманчивым завозить неместные виды, чтобы разнообразить урожай, однако это способно навредить местной экологии. Например, выращивание в Нью-Йорке бычьей ламинарии, характерной для Калифорнии, может привести к конкуренции за пространство и ресурсы с местным сахарным келпом и поставить его популяции под угрозу.
Помимо риска распространения неместных видов, NOAA тщательно оценивает пригодность участков для выращивания водорослей. В частности, ведомство исключает места, где обитают исчезающие виды, находятся уязвимые среды обитания или растут кораллы. «Выбор места — это главное», — говорит Блэклок. Появление новых водорослей в экосистеме, которая и без того испытывает нагрузку, например на коралловом рифе, может усилить конкуренцию за важные ресурсы — питательные вещества, солнечный свет и пространство.
«Нельзя просто взять и разместить ферму где угодно», — говорит Гребе из Морской биологической лаборатории. Но иногда фермы по выращиванию водорослей могут принести пользу местной природе и экономике. После того как на исследовательском участке Гребе появилась ферма по выращиванию ламинарии, в созданное ею место обитания пришли сотни карибских колючих лангустов. Этих лангустов ценят местные рыбаки; ферма может создать новые экономические возможности в месте, где раньше не вели промысел, отмечает Гребе. Правильный выбор участка важен не только для снижения экологического вреда, но и для того, чтобы ферма приносила пользу местному сообществу.
Модели, подобные модели Спиллиаса, позволяют оценить возможные масштабы выращивания водорослей. Но, по его словам, для экологичного развития отрасли до глобального уровня потребуется много исследований, предпринимательских инициатив и культурных изменений.
«Я не хочу, чтобы мы повторили в океане те же ошибки, что совершили на суше», — говорит Спиллиас.