将温室气体转化为粮食安全解决方案的创新进程，就像地平线上的海市蜃楼一样，因经济不确定性而停滞不前。现在，斯坦福大学的一项首次分析评估了这种方法的市场潜力，在这种方法中，细菌喂食捕获的甲烷生长成富含蛋白质的鱼粉。
这项研究发表于11月22日自然的可持续性该公司发现，从美国某些来源捕获的甲烷的生产成本低于传统鱼粉的市场价格。它还强调了可行的成本降低，可以使使用其他甲烷来源的方法有利可图，并能够满足全球所有鱼粉需求。
“美国的工业来源排放的甲烷数量确实惊人，以目前的应用程序捕获和使用甲烷是不经济的。”该研究的主要作者萨哈尔·埃尔·阿巴迪说，他是土木与环境工程专业的研究生，进行了这项研究。
“我们的目标是颠覆这种模式，利用生物技术创造高价值的产品。”埃尔·阿巴迪补充道，他现在是斯坦福大学公民、自由和全球教育项目的讲师。
两个问题，一个解决方案
尽管二氧化碳在大气中更为丰富，但甲烷在20年期间对全球变暖的潜在影响是它的85倍，释放一个世纪后至少是它的25倍。甲烷还会增加对流层臭氧的浓度，从而威胁空气质量。据估计，接触对流层臭氧每年会导致全球100万人因呼吸道疾病而过早死亡。自工业革命开始以来，甲烷的相对浓度增长速度是二氧化碳的两倍多，这在很大程度上是由人类排放造成的。
一种潜在的解决方案在于一种叫做甲烷养菌的甲烷消耗细菌。这些细菌可以在一个冷却的、充满水的生物反应器中生长，反应器中提供加压甲烷、氧气和氮、磷和微量金属等营养物质。由此产生的富含蛋白质的生物质可以用作水产养殖饲料中的鱼粉，抵消了由小鱼或植物性饲料制成的鱼粉的需求，这些饲料需要土地、水和肥料。
“虽然一些公司已经在用管道天然气作为原料，但更好的原料是大型垃圾填埋场、污水处理厂和油气设施排放的甲烷。”该研究的合著者、斯坦福大学工程学院土木与环境工程教授克雷格·克里德尔说。“这将带来多种好处。包括降低大气中强效温室气体的水平，更稳定的生态系统和积极的财政成果。”
作为蛋白质和微量营养素的重要全球来源，海产品的消费量自1960年以来增长了四倍多。其结果是，野生鱼类资源严重枯竭，而渔场现在提供了我们食用的所有动物源海鲜的一半左右。斯坦福大学和其他机构的研究人员牵头对水生动物、植物和藻类进行的一项全面评估显示，到2050年，全球对水生动物、植物和藻类的需求可能会翻一番，这一挑战只会加剧。
虽然以甲烷喂养的甲烷养菌可以为养殖鱼类提供饲料，但这种方法的经济效益尚不清楚，尽管按实际价格计算，传统鱼粉的价格自2000年以来上涨了近两倍。为了阐明这种方法满足盈利需求的潜力，斯坦福大学的研究人员模拟了以下场景:甲烷来自相对大型的污水处理厂、垃圾填埋场、石油和天然气设施，以及从商业天然气电网购买的天然气。他们的分析考察了一系列变量，包括电力成本和劳动力可用性。
走向盈利
在涉及从垃圾填埋场和石油和天然气设施捕获甲烷的场景中，分析发现甲烷营养化鱼粉的生产成本——每吨分别为1546美元和1531美元——低于10年平均市场价格1,600美元。在从废水处理厂捕获甲烷的场景中，生产成本略高于鱼粉的平均市场价格——每吨1645美元。从商业电网购买甲烷的场景导致了最昂贵的鱼粉生产成本——每吨1783美元——由于购买天然气的成本。
在每种情况下，电力都是最大的支出，平均占总成本的45%以上。在密西西比州和德克萨斯州等电价较低的州，生产成本下降了20%以上，使得用甲烷生产鱼粉的成本为每吨1214美元，比传统鱼粉生产每吨低386美元。
研究人员说，电力成本可以进一步降低，可以设计出更好地传递热量、需要更少冷却的反应堆，并将电力应用转换为由所谓的滞留气体驱动的应用，否则这些应用将被浪费或未使用，这也可以减少偏远地区对电网电力的依赖。在涉及废水处理厂甲烷的场景中，废水本身可以用来提供氮和磷，以及冷却。
根据这项研究，如果这样的效率可以将以甲烷营养物为基础的鱼粉的生产成本降低20%，那么仅在美国，这一过程就可以通过捕获的甲烷来满足全球对鱼粉的总需求。同样，如果进一步降低成本，该工艺可以取代大豆和动物饲料。
“尽管经过了几十年的努力，能源行业仍难以找到滞留天然气的良好用途，”该研究的合著者、斯坦福大学能源工程博士后埃文·大卫·舍温说。一旦我们开始把能源和食品系统放在一起考虑，很明显，我们至少可以同时解决两个长期存在的问题。”
来源:https://www.stanford.edu/