Энергия в реальном времени

Фотосинтез - это способ концентрации и накопления рассеянной энергии Солнца для обеспечения функционирования нашей современной экономики. По мере того, как мы уменьшаем нашу зависимость от ископаемого топлива по причинам изменения климата и неизбежной нехватки ключевых ресурсов, нам нужно будет еще раз обратить внимание на годовую продуктивность природы, а не на энергию и ресурсы, накопленные в результате работы десятков и сотен растений миллионы лет назад.

Ветер, прямая солнечная энергия, геотермальные и приливные источники будут иметь жизненно важное значение для замены ископаемых источников энергии, но ни один из них не может обеспечить замену жидкой энергии (бензин, дизельное топливо и керосин), которая более века была столь жизненно важной для транспорта - и особенно авиации.

Поскольку ископаемое топливо должно играть меньшую роль в обеспечении нашего развития и благосостояния, растения будут в центре внимания, поскольку мы ищем не только альтернативы ископаемым источникам энергии, но также пластмассе, фармацевтическим препаратам и волокнам.

Это очень большое дело, и хотя мы едва ли начали понимать, чего нужно достичь, некоторые пионеры говорят об «биотехнологической экономике», основанной больше на продуктах нынешнего фотосинтеза, а не на ископаемом фотосинтезе (нефть, уголь и газ).

Био-нефтеперерабатывающие заводы, которые используют продукты первичного производства для производства материалов, которые в настоящее время получают из ископаемого топлива, будут ключевой частью этого возможного будущего. Сегодня из сырой нефти мы производим широкий спектр продуктов, от топлива до пластмасс, удобрений и фармацевтических препаратов, и поэтому в будущем мы можем использовать различные виды растений в качестве сырья.

Если вы живете в Европе и управляете дизельным автомобилем, вы уже используете биотопливо растительного происхождения, смешанное с ископаемым эквивалентом. В США водители частично работают на этаноле, произведенном на заводах. Многие продукты питания и напитки все чаще приходят к вам в упаковках, состоящих из молекул, созданных растениями. Сахарный тростник - одна из современных фабрик по производству биопластика, производящая материалы, необходимые для синтеза упаковок для ведущих брендов, поставляющих воду и газированные напитки. Баночки для йогурта на основе кукурузы теперь тоже есть в магазинах.

Некоторые растения, в том числе некоторые разновидности водорослей, производят соединения, химически идентичные нефти. Эти организмы открывают перспективу того, что однажды они будут производить углеводороды из растений таким образом, чтобы не повышать общий уровень углекислого газа в воздухе: растения будут использовать этот парниковый газ в качестве сырья для производства топлива. Технологии, развивающиеся в этом направлении, также стали претендентами на получение приза Ричарда Брэнсона Earth Challenge, о котором упоминалось в предыдущей главе.

Переход к экономике, основанной на биотехнологиях, сопряжен с серьезными проблемами, особенно в том, что земля и вода, используемые для производства биотоплива и сырья для производства пластика, не могут использоваться для выращивания продуктов питания.

Отвод земли для топлива и других материалов может привести к росту цен на продукты питания. Но вопрос, который логически вытекает из этого наблюдения, заключается не столько в том, должны ли мы выращивать пищу или топливо, пластмассы, волокна или лекарства, а скорее в том, как мы собираемся делать все это на ограниченном участке земли. И не только это, но и как мы собираемся использовать фотосинтез, уменьшая нашу зависимость от ископаемых ресурсов, в то же время удовлетворяя потребности растущего населения - и населения, которое во многих частях мира также хочет стать богаче и потреблять больше?

Вдобавок ко всему, мы должны защитить стабильность циклов, которые так важны для правильного функционирования природных систем, и человеческой экономики, которая от них зависит, включая круговорот воды и азота. Мы также должны найти способы защитить и повысить роль фотосинтеза в углеродном цикле.

Торги за меньшее загрязнение

Когда дело доходит до контроля над питательными веществами и снижения воздействия, которое они оказывают на экосистемы, многое можно сделать, сократив при этом расходы фермеров и улучшив качество их почв.

Река Конестога в Пенсильвании страдает от высокого уровня загрязнения питательными веществами.

Азот и фосфор стекают с полей и стимулируют рост водорослей, что, в свою очередь, снижает уровень кислорода и вызывает сокращение численности многих видов диких животных, в том числе на большой площади мелководных прибрежных вод в Чесапикском заливе. Чтобы защитить способность почв удерживать питательные вещества и, таким образом, поддерживать продуктивность пресноводных и прибрежных экосистем, местные власти рассматривали различные способы предотвращения утечки удобрений в реки.

Некоторые почвы в этой области являются одними из самых продуктивных в Соединенных Штатах, поэтому прекращение земледелия там не было популярным вариантом. Вместо этого фермеров пригласили принять участие в новом процессе, целью которого было добиться максимального сокращения количества питательных веществ при минимальных затратах, сохранив при этом способность фермеров использовать методы, которые лучше всего подходят их обстоятельствам. Он назывался обратным аукционом, и в нем участвовали несколько продавцов (фермеров), конкурирующих за поставку товаров одному покупателю (природоохранным агентствам), а не обычный аукцион с одним продавцом, который стремится к конкуренции между множеством потенциальных покупателей.

Вместо этого фермерам было предложено сделать ставки на основе того, сколько им будет стоить сокращение загрязнения фосфором, уносящегося с их полей в реки.

Бюджет составлял почти 500 000 долларов, и фермеры боролись за долю денег, предлагая низкую цену за меры, которые они могли предпринять, чтобы уменьшить количество фосфора, уносящегося с полей в реки и, в конечном итоге, в море. Технические специалисты из заповедника округа Ланкастер работали с фермерами, чтобы оценить, насколько они смогут снизить потерю питательных веществ с помощью различных шагов, включая использование меньшего количества удобрений в первую очередь и создание буферных зон вокруг водотоков.

Результатом стало не только сокращение утечки питательных веществ, но и уменьшение эрозии почвы. Пилотные аукционы, опробованные в Пенсильвании, были признаны успешными, и Министерство сельского хозяйства США опробовало аналогичные методы аукционов, чтобы стимулировать создание новых водно-болотных угодий, которые помогут в борьбе с наводнениями.

Рабочие устрицы

Есть также способы справиться с химическими веществами после того, как они попали в окружающую среду, - один из них - использование устриц.

На многих прибрежных территориях когда-то были обширные районы устричных рифов. Эти объекты, площадь некоторых из которых составляет сотни квадратных миль, представляли собой мелководные районы, где морское дно было покрыто плотным слоем устриц. Эти двустворчатые моллюски прикрепляются к морскому дну, часто на пустых раковинах умерших предков, иногда составляя слой раковины толщиной в 1 метр. Прочный слой живых моллюсков наверху прокачивает воду через свои тела и в процессе извлекает из воды микроскопические продукты питания, в том числе планктонные одноклеточные растения.

Хотя мы склонны думать об устрицах как об экзотической пище, реже мы рассматриваем этих животных как инженеров экосистемы, которые строят целые среды обитания. И они не только создают для себя среду; они служат домом для сотен других видов, которые живут в их плотных слоях и между ними. Среди них много видов рыб, в том числе молодь промысловых рыб. Среди устриц обитает множество беспозвоночных; некоторые, например мшанки и ракушки, инкрустируются раковинами.