Dit artikel werd oorspronkelijk gepresenteerd op Hakai-tijdschrift, een online publicatie over wetenschap en samenleving in kustecosystemen. Lees meer van dit soort verhalen op hakaimagazine.com.
Zeewieren zijn divers; het biedt leefgebied voor het zeeleven, beschermt kustlijnen en absorbeert koolstofdioxide. Maar in de Verenigde Staten proberen wetenschappers te zien of zeewier nog een bijzonder waardevolle truc in petto heeft: het fungeert als een zoute, slijmerige bron van kostbare mineralen.
Binnen het Amerikaanse ministerie van Energie bestaat de Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), een wetenschappelijke afdeling die zich toelegt op het oplossen van uitdagende, risicovolle energietechnologieprojecten. ARPA-E maakt grote stappen en claimt grote prijzen. En tot nu toe heeft het agentschap vijf miljoen dollar toegekend aan drie ondernemingen die onderzoeken of zeewier kan dienen als een praktische bron van kritische materialen, zoals platina en rhodium, maar ook van zeldzame aardelementen, waaronder neodymium, lanthaan, yttrium en dysprosium.
Deze waardevolle elementen, die kunnen worden opgevangen en geconcentreerd door zeewier, zijn van cruciaal belang voor de groene energietransitie – en voor technologie in bredere zin. Zeewier zou een alternatief kunnen zijn voor conventionele mijnbouw en andere mogelijkheden, zoals diepzeemijnbouw.
“Er zit veel complexiteit in het hele proces, en daarom valt het in de categorie ‘zeer verkennend'”, zegt Schery Umanzor, een zeewierexpert aan de University of Alaska Fairbanks en hoofdonderzoeker van een van de door ARPA-E gefinancierde projecten. . ‘De kans op succes is klein. Maar als het ons lukt, zijn de gevolgen enorm.”
Twee belangrijke principes liggen ten grondslag aan dit onderzoek, zegt Umanzor. Om te beginnen groeit zeewier snel en zuigt het daarbij mineralen uit het water op. Aan de andere kant zijn de celwanden van zeewier opgebouwd uit gesulfateerde polysachariden – verbindingen gemaakt van lange ketens van suikermoleculen. Gesulfateerde polysachariden zijn negatief geladen, wat betekent dat ze positief geladen mineralen aantrekken die in de buurt drijven. “Het is pure chemie”, zegt Umanzor. “Positief met negatief, en dan telt het alleen maar op.”
Een paar jaar geleden begon Scott Edmundson, van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) van het Amerikaanse ministerie van Energie in de staat Washington, te onderzoeken of zeewier waardevolle mineralen kon opslaan. Hij kwam een artikel tegen waarin werd beschreven hoe zeldzame aardelementen zich ophopen in zeewier in vervuilde gebieden langs de Atlantische kust van Marokko, en hij werd getroffen door het potentieel ervan.
Toen ik las over de natuurlijke neiging van zeewier om mineralen uit zeewater te lekken, ontstond het ‘gekke idee’ om te testen hoe ver het proces kon gaan, zegt Edmundson. Daarom voerden hij en andere PNNL-wetenschappers een experiment uit om te zien of ze opzettelijk zeewier konden kweken om de mineralen te absorberen. Het project – eveneens gefinancierd door ARPA-E – eindigde vorig jaar, hoewel ze zich nog steeds in het onderwerp verdiepen. Het werk van het team tot nu toe suggereert dat zeewier kan worden verwerkt tot een koolstofrijke component die wordt gebruikt bij de productie van beton of biobrandstoffen, en een andere minerale component die elementen zoals fosfor bevat.
Er zijn een veel van het onbekende, zegt Edmundson. Verschillende zeewieren lijken verschillende mechanismen te hebben voor het extraheren van mineralen uit zeewater en unieke manieren om ze in hun weefsels op te nemen of te concentreren. “Er zijn lagen van variabiliteit die op dit moment onduidelijk zijn”, voegt hij eraan toe.
Aan de basis van al dit onderzoek liggen belangrijke onbeantwoorde vragen, waaronder waarom zeewier deze mineralen überhaupt absorbeert, of het dit kan doen in concentraties die hoog genoeg zijn om bruikbaar te zijn, en of de elementen op een financieel haalbare manier kunnen worden gewonnen.
De sleutel om dit allemaal te laten werken, zegt Umanzor, is het vinden van een manier om de metalen en zeldzame aardelementen uit het zeewier te halen zonder het te vernietigen. Wil de zeewierwinning financieel zinvol zijn, dan moet het proces ervoor zorgen dat de algen in voldoende goede staat blijven om gebruikt te kunnen worden voor andere toepassingen, bijvoorbeeld als brandstof, voedsel of als onderdeel van de productie van bioplastics.
Een ander belangrijk stukje van de puzzel is het vinden van de juiste plek om zeewier te kweken. Ondanks hun naam zijn zeldzame aardelementen niet zo zeldzaam. Deze en andere cruciale mineralen zijn in kleine hoeveelheden in de oceaan aanwezig. Er zijn echter gebieden waar ze waarschijnlijk in hogere concentraties voorkomen, zoals stroomafwaarts van grote afzettingen op het land. Daarom onderzoeken Umanzor en haar collega’s of zeldzame aardelementen van Mount Bokan in het zuidoosten van Alaska wegstromen en in de oceaan terechtkomen, en of het kweken van zeewier in een nabijgelegen baai kan opvangen wat wegstroomt. Mount Bokan wordt overwogen voor conventionele mijnbouw, maar als dit succesvol is, zou zeewierwinning een duurzamer alternatief kunnen bieden.
Susete Pintéus, een marien bioloog aan het Polytechnisch Instituut van Leiria in Portugal, was co-auteur van een overzichtsartikel uit 2022 over de rol van zeewier in de groene energietransitie. Ze zegt dat zeewierwinning alleen – als het werkt – de conventionele winning van deze metalen niet volledig kan elimineren, omdat de vraag zo groot is. “[Seaweeds] ze kunnen een bijdrage leveren’, zegt ze, ‘maar ze zullen het probleem niet alleen oplossen.’
Hoewel het oogsten van zeewier de mijnbouw niet volledig kan vervangen, zegt Umanzor dat de zeewierwinning, door materiaal te winnen dat op natuurlijke wijze uit de grond loogt – zoals op de berg Bokan – een manier biedt om mineralen te leasen die anders in de grond verloren zouden gaan. de zee.
Umanzor had nooit gedacht dat eenvoudig zeewier een schip zou kunnen worden voor het vangen van waardevolle materialen. Maar in deze rol kan het een duurzamere toekomst ondersteunen.
“Metalen moeten ergens vandaan komen, en het winnen ervan is zeer destructief”, zegt ze. “Het is de moeite waard om andere mogelijkheden te onderzoeken die meer in lijn zijn met onze ideeën over een groenere wereld – of een blauwere wereld.”
Dit artikel verscheen voor het eerst in Hakai Magazine en is hier met toestemming opnieuw gepubliceerd.