Một thợ lặn thu hoạch tảo bẹ tại một trang trại nuôi trồng thủy sản ngoài khơi. Các nhà nghiên cứu của WHOI đang phát triển các kỹ thuật để mở rộng việc trồng tảo bẹ, có tiềm năng cung cấp nguồn dinh dưỡng ít tác động, năng lượng tái tạo và lưu trữ carbon.

Rong biển là gì?

Rong biển, hay macroalgae (tảo lớn), bao gồm nhiều loại sinh vật quang hợp khác nhau. Một số như tảo bẹ và rong cải biển, được tìm thấy ở các khu vực ven biển nơi chúng bám vào đáy đại dương ở những khu vực nông để có thể nhận đủ ánh sáng cho quá trình quang hợp. Ngoài ra có một số loài khác, như Sargassum (hay còn gọi là rong mơ) trôi nổi tự do trong đại dương rộng lớn.

Rong biển vô cùng đa dạng, bao gồm hàng nghìn loài từ hai Giới phân loại khác nhau. Thường được phân loại theo màu sắc, chúng được chia thành ba nhóm lớn: rong lục, rong đỏ và rong nâu. Trong mỗi nhóm, loài có kích thước và độ phức tạp khác nhau. Rong nâu, bao gồm tảo bẹ giống thực vật, phát triển lớn nhất, với một số loài đạt chiều dài 60 mét (gần 200 feet). Trong điều kiện thích hợp, tảo bẹ khổng lồ có thể phát triển tới 60 cm (2 feet) mỗi ngày.

Rong biển hấp thụ khí carbon dioxide (CO₂) hòa tan trong nước biển. Trong quá trình quang hợp, khí này phản ứng với nước để tổng hợp các hợp chất hữu cơ phục vụ cho sinh trưởng của thực vật, đồng thời giải phóng oxy như một sản phẩm phụ. Các sản phẩm của quá trình quang hợp sau đó được tích lũy vào mô rong trong suốt quá trình sinh trưởng, qua đó cô lập carbon khỏi môi trường nước xung quanh và khí quyển.

Trong hai tháng, tảo bẹ non dài dưới 1 mm (trái) sẽ phát triển gần một foot (phải) và trong sáu tháng, sẽ cao hơn sáu feet và sẵn sàng cho thu hoạch. (Ảnh của David Bailey, © Viện Hải dương học Woods Hole )

Tại sao nó quan trọng đối với biến đổi khí hậu?

Tại bề mặt đại dương, các loại khí, bao gồm cả carbon dioxide, liên tục di chuyển giữa không khí và nước để thiết lập trạng thái cân bằng giữa hai môi trường. Vì rong biển loại bỏ carbon dioxide khỏi nước biển nên nó làm thay đổi sự cân bằng carbon dioxide giữa nước và không khí. Điều này khiến khí di chuyển từ khí quyển vào đại dương để thiết lập lại trạng thái cân bằng đó. Do đó, rong biển phát triển nhanh có thể hút một lượng đáng kể carbon dioxide ra khỏi khí quyển. Với số lượng lớn, những sinh vật này có thể đóng vai trò loại bỏ lượng carbon dioxide dư thừa trong khí quyển, giúp làm chậm tốc độ biến đổi khí hậu.

Yếu tố then chốt để hạn chế biến đổi khí hậu là đảm bảo carbon bị giữ trong rong biển không quay trở lại khí quyển. Điều này có thể xảy ra khi rong biển chết và phân hủy ở vùng nước nông. Mặc dù quá trình phân hủy cung cấp các chất dinh dưỡng quan trọng cho hệ sinh thái ven biển nhưng nó cũng cho phép đưa carbon dioxide trở lại khí quyển, đảo ngược những lợi ích tiềm tàng về khí hậu được tạo ra trong quá trình sinh trưởng của thực vật. Nhưng không phải tất cả rong biển đều phân hủy gần bờ. Một số rong có thể trượt từ thềm lục địa xuống vực sâu của đại dương sau khi chết, cung cấp thức ăn cho các sinh vật biển sâu và chôn vùi carbon của chúng ra xa khí quyển một cách hiệu quả. Ở đây, carbon có thể lắng xuống chất nền hoặc có thể hòa tan vào nước biển dưới dạng carbon dioxide. Do độ sâu cực cao nên khí không thể tiếp cận bầu khí quyển trong thời gian dài.

Các nhà nghiên cứu khảo sát một trang trại tảo bẹ bằng cách sử dụng REMUS 100, một phương tiện robot dưới nước (không nhìn thấy được) được trang bị sóng siêu âm, camera và cảm biến môi trường chuyên dụng. Cuộc khảo sát này là một phần trong nỗ lực lớn hơn do Bộ Năng lượng Hoa Kỳ tài trợ nhằm phát triển các công cụ và công nghệ nhằm thúc đẩy sản xuất hàng loạt rong biển làm nhiên liệu sinh học và hóa chất dựa trên sinh học. Ảnh của Sean Patrick Whelan, © Viện Hải dương học Woods Hole

 Các nhà nghiên cứu, bao gồm các thành viên thuộc WHOI, đang nỗ lực xác định và nhân giống các chủng tảo bẹ cứng, phát triển nhanh để sử dụng trong các trang trại nuôi tảo bẹ. Đây là một chiến lược đa mục tiêu nhằm giảm thiểu biến đổi khí hậu và cung cấp lương thực bền vững cho dân số ngày càng tăng. Một lượng lớn tảo bẹ có thể được sử dụng để nuôi người và gia súc, mang lại lợi ích cho mọi người vì tảo bẹ chỉ cần ánh sáng mặt trời và các chất dinh dưỡng có sẵn trong nước biển để phát triển. Rong biển có thể được trồng trên các nền giá thể chìm dưới nước và được duy trì trong nhiều tháng trước khi thu hoạch.

Một số nhà khoa học, bao gồm cả những người tham gia chương trình MARINER của WHOI, cũng đang khả năng ứng dụng rong biển làm nguồn nhiên liệu sinh học. Các phương pháp sản xuất nhiên liệu sinh học truyền thống đòi hỏi nước ngọt, phân bón và các đầu vào khác để tạo ra một sinh khối đủ lớn. Mặt khác, rong biển chỉ cần nước biển và ánh sáng mặt trời để sinh trưởng và phát triển, do đó được xem là một dạng nhiên liệu tiềm năng có mức phát thải carbon gần trung hòa.

Các nhà nghiên cứu đang xem xét khả năng sử dụng rong biển như một biện pháp chủ động nhằm loại bỏ carbon dioxide (CO₂) khỏi khí quyển. Phương pháp được đánh giá là khả thi nhất là nuôi trồng các quần thể rong bẹ với quy mô lớn, sau đó đưa sinh khối này xuống các tầng nước sâu của đại dương (lớn hơn 1.000 m). Độ sâu này là cần thiết vì các dòng hải lưu ở vùng nước nông có thể nhanh chóng đưa rong biển trở lại bề mặt, dẫn đến sự giải phóng CO₂ hòa tan trở lại khí quyển. Việc chủ động đặt sinh khối rong ở biển sâu có thể làm giảm tác động của hải lưu, qua đó kéo dài thời gian lưu giữ carbon trong các tầng sâu của đại dương lên đến hàng thế kỷ.

Mọi biện pháp can thiệp đều đi kèm với những chi phí và rủi ro nhất định, do đó các nhà nghiên cứu đang nỗ lực đánh giá mức độ tác động của các hoạt động này đối với hệ sinh thái biển. Mục tiêu là giảm thiểu tối đa các ảnh hưởng bất lợi đến sinh vật biển trong quá trình triển khai các giải pháp nhằm làm chậm biến đổi khí hậu. Do các can thiệp thường có thể kéo theo những hệ quả ngoài dự đoán, các nhà khoa học đại dương đang sử dụng các mô hình dự báo để đánh giá trước các kịch bản tác động tiềm tàng, qua đó hạn chế các tác động tiêu cực ở mức thấp nhất có thể.

Nguyễn Văn Ánh, Nguyễn Thế Lãm (dịch)

Tài liệu tham khảo

Krause-Jensen, D., et al. 2018. Sequestration of macroalgal carbon: the elephant in the Blue Carbon room. Biology Letters, vol. 14. doi: 10.1098/rsbl.2018.0236.

Lubofsky, Evan. King Kelp: Growing a better seaweed to fuel the future. June 12, 2019. https://www.whoi.edu/news-insights/content/king-kelp/

Monterey Bay Aquarium. Giant Kelp. https://www.montereybayaquarium.org/animals/animals-a-to-z/giant-kelp

Rindi, F. et al. 2011. Taxonomy of marine macroalgae used as sources of bioactive compounds. Marine Bioactive Compounds, pp. 1-53. doi: 10.1007/978-1-4614-1247-2_1

WHOI. Aquaculture. https://www.whoi.edu/know-your-ocean/ocean-topics/ocean-resources/aquaculture/

WHOI. Fueling the Future. https://www.whoi.edu/press-room/news-release/seaweed-fuel/