مشارکت بیوتکنولوژی در رسیدگی به بحران آب و هوایی

تقریبا از هر سطح اقتصادی به رویکردهای جدیدی نیاز است. بیوتکنولوژی پتانسیل این را دارد که با ارائه کمک های حیاتی به کاهش کوتاه مدت گازهای گلخانه ای (GHG) و ابزارهای انقلابی برای جلوگیری از تغییرات آب و هوایی فاجعه بار در طولانی مدت، نقش متحول کننده ای در این مبارزه داشته باشد. ابزارهای بیوتکنولوژی جدید از جمله ویرایش ژن و زیست شناسی مصنوعی می توانند راهکارهای اقلیمی متحول کننده ای در بخش های کلیدی این صنعت نوظهور باشند. سیاست هایی که از توسعه و به کارگیری راهکارهای اقلیمی بیوتکنولوژی حمایت می کنند، باید در تمام تلاش های دولتی برای رسیدگی به تغییرات آب و هوایی در نظر گرفته شوند.

بیوتکنولوژی می تواند با استفاده از فناوری های موجود، سالانه به کاهش ۳ میلیارد تن معادل CO2 تا سال ۲۰۳۰ دست یابد و فناوری های زیستی نوظهور می توانند مزایای GHG متحول کننده ای را در طیفی از بخش های صنعتی داشته باشند.

بیوتکنولوژی می تواند راهکارهای اقلیمی حیاتی ای را در چهار زمینه کلیدی ارائه دهد:

• تولید مواد اولیه زیست توده پایدار
• توانمند سازی تولید پایدار
• توسعه محصولات کم کربن
• افزایش ترسیب کربن

تولید مواد اولیه زیست توده پایدار

جایگزینی مواد اولیه فسیلی با مواد اولیه زیست توده پایدار تولید شده، از اجزای حیاتی کربن زدایی اقتصاد ایالات متحده است زیرا از ظرفیت فتوسنتز برای حذف کربن از اتمسفر استفاده می کند. جایگزینی زیست توده موجب کاهش های حیاتی کوتاه مدت در شدت کربن سوخت های حمل و نقل شده و مجموعه ای از محصولات مصرفی به سرعت در حال رشد را فراهم کرده است.

 در چندین بازار کلیدی از جمله سوخت های هوانوردی، جایگزین های زیست پایه تنها راه مناسب برای کاهش گازهای گلخانه ای هستند. بیوتکنولوژی برای توسعه و استفاده از طیف وسیعی از نسل بعدی مواد اولیه زیست توده برای گسترش در دسترس بودن و کاهش بیشتر شدت کربن سوخت های زیستی و محصولات زیست پایه استفاده می شود. دستاوردهای اقلیمی آینده از زیست توده به شدت به ردپای کربن تولید مواد اولیه زیست توده بستگی دارد.

نوآوری های بیوتکنولوژی در تولید زیست توده پایدار، بخش وسیع تر کشاورزی را نیز متحول می کند. کشاورزی تقریبا ۱۰% از کل انتشار گازهای گلخانه ای ایالات متحده را تشکیل می دهد. انتشار نیتروژن از کود و خاک و انتشار گاز متان از دام عمده این انتشارات را تشکیل می دهند. بیوتکنولوژی برای مقابله با هر دو مشکل به کار گرفته شده است.

یافته های کلیدی:

• سوخت های زیستی حاصل از کشاورزی یا شهری و محصولات انرژی زای اختصاصی مانند جلبک ها، سوییچ گرس، صنوبر ترکیبی و میسکانتوس به کاهش ۸۰ درصدی GHG نسبت به نفت با فناوری فعلی دست یافته اند.
• انتظار می رود که بهبود مستمر در تولید مواد اولیه، بازده تبدیل و محصولات مشترک، مسیرهایی با امتیاز کربن منفی را به همراه داشته باشد.
• بیوتکنولوژی برای کاهش شدید انتشار نیتروژن کشاورزی به کار گرفته شده است: ابتدا، با معرفی میکرو ارگانیسم های تثبیت کننده نیتروژنی که به عنوان زیست شناختی کشاورزی (ag) شناخته می شوند به خاک؛ و سپس، با استفاده از بیوتکنولوژی گیاهی برای مهندسی گیاهان برای استفاده بهتر از نیتروژن خاک. راهکارهای بیوتکنولوژی می توانند میزان انتشار نیتروژن اکسید از کشاورزی را تا بیش از ۱۵۰ میلیون متریک تن معادل کربن کاهش دهند.
• کشاورزی و بیوتکنولوژی گیاهی به طور مشابه برای افزایش ترسیب کربن از طریق معرفی میکروب های تثبیت کننده خاک و سیستم های ریشه گیاهان بزرگ تر مورد استفاده قرار می گیرند. زیست شناختی کشاورزی و بیوتکنولوژی گیاهی در صورت به کار گیری گسترده می توانند ترسیب کربن خاک را تا ۶۰۰ میلیون تن در سال افزایش دهند.
• بیوتکنولوژی انتشار گاز متان از دام ها را از طریق خوراک دام و مواد تشکیل دهنده خوراک جدید دام، حیوانات کارآمدتر و راهکارهایی برای فرآوری و استفاده مجدد از فضولات حیوانی کاهش می دهد.
• بیوتکنولوژی گیاهی برای ادامه دستاوردهای پایداری کشاورزی از جمله بهبود عملکرد محصول، کارآرایی فتوسنتز و تاب آوری اقلیمی، حیاتی خواهد بود.
• راهکارهای بیوتکنولوژی باهم این پتانسیل را دارند که انتشار گازهای گلخانه ای بخش کشاورزی را تا حدود ۱ میلیارد تن (۱ گیگاتن) در سال (یا معادل معادل انتشار گازهای گلخانه ای از بیش از ۱۰۰ میلیون خانه در ایالات متحده) کاهش دهند.

توانمند سازی تولید پایدار

تولید محصولات روزمره مانند پوشاک، پلاستیک، بسته بندی، فرش و لوازم آرایشی، یکی از تولید کنندگان اصلی گازهای گلخانه ایست که مسئول ۲۲ درصد از میزان کل انتشار گازهای گلخانه ای است. بیوتکنولوژی می تواند با ساختن بلوک های سازنده آن ها از مواد اولیه تجدید پذیر به جای سوخت های فسیلی این انتشارات را به طور چشم گیری کاهش دهد؛ در بسیاری موارد، زیست شناسی اجازه جایگزینی بلوک های سازنده فعلی را می دهد که امکان پذیرش سریع تر در سراسر اقتصادمان با راهکارهای داخلی را فراهم می کند.

ابزارهای جدید بیوتکنولوژی مانند ویرایش ژن و زیست شناسی مصنوعی، پتانسیل راهکارهای اقلیمی متحول کننده ای را در بخش های کلیدی نوظهور در اختیار ما می گذارند. بیوتکنولوژی مدلی پایدار برای تولید در قرن ۲۱ ارائه می دهد.

یافته های کلیدی:

• تولید زیستی (استفاده از آنزیم ها و میکرو ارگانیسم ها در تولید) می تواند انتشار گازهای گلخانه ای را ۸۰% یا بیشتر نسبت به مسیرهای شیمیایی سنتی برای انواع مواد شیمیایی و محصولات مصرفی کاهش دهد.
• CRISPR و سایر ابزارهای ویرایش ژن به طور چشم گیری سرعت مهندسی ژنتیک را افزایش و هزینه آن را کاهش داده اند و برای مقابله با طیف وسیعی از چالش های جهانی از جمله تغییرات آب و هوایی به کار گرفته می شوند.

• محاسبات موازی مبتنی بر زیست شناسی و ذخیره سازی داده های DNA پتانسیل کاهش انرژی و ردپای کربن محاسبات و دخیره سازی داده ها (بخش هایی که انتظار می رود تا سال ۲۰۴۰، ۱۴% یا بیشتر انتشار گازهای گلخانه ای جهان را تشکیل دهند) تا ۹۹ درصد یا بیشتر در مقایسه با فناوری فعلی را دارند.
• حسگرهای بیولوژیکی، پوشش ها و مواد اولیه می توانند ضایعات غذایی و خوراک را، که مسئول تقریبا ۷ درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای جهان هستند، به طور چشم گیری کاهش دهند.

توسعه محصولات کم کربن

با گسترش آگاهی در مورد بحران آب و هوایی، مصرف کنندگان هرچه بیشتر خواستار گزینه های کم کربن و جایگزین های پایدارتر برای محصولات موجود هستند. این به معنای یافتن جایگزین های کم انتشاری است که همان سطح عملکرد، دوام و مقرون به صرفه بودن سیستم های بالغ مبتنی بر فسیل را فراهم می کنند.

بیوتکنولوژی امکان تولید محصولات مصرفی کم کربن از طریق جایگزینی زیست توده یا سایر مواد اولیه با کربن بازیافتی را فراهم می کند و با ممکن ساختن تولید کارآمدتر و مبتنی بر بیولوژیک، علاوه بر کاهش انتشار گازهای گلخانه ای، نیاز بخش مهمی از بازار را نیز برآورده می کند.

یافته های کلیدی:

• نسل اول سوخت های زیستی انتشار گازهای گلخانه ای بخش حمل و نقل ایالات متحده را تا ۹۸۰ میلیون تن طی سیزده سال گذشته کاهش داده است، که این میزان معادل حذف حدود ۱۶ میلیون وسیله نقیله از جاده یا ۱۹ نیروگاه زغال سنگ افلاین در آن دوره است. نوآوری های بیوتکنولوژی در مواد اولیه، فرآوری و بازیافت کربن همچنان در حال کاهش شدت کربن خود هستند.
• مواد اولیه نسل بعدی با کاهش ۸۰ درصدی یا بیشتر GHG در چرخه زندگی در مقایسه با نفت، کاهش انتشار گازهای گلخانه ای حمل و نقل حاصل از سوخت های زیستی نسل اول را بیش از دو برابر کرده و آماده ارائه راهکارهای حمل و نقل کربن منفی خواهد بود.
• محصولات زیست پایه تولید شده از زیست توده یا گازهای زائد بازیافت شده به طور بیولوژیکی، ۴۵۹ میلیارد دلار به اقتصاد ایالات متحده در سال ۲۰۱۶ افزوده اند و از کربنی ساخته می شوند که در غیر این صورت در اتمسفر ساکن می شد و مسیری محوری برای حذف کربن اتمسفر ایجاد می کرد.
• پلاستیک ها و پلیمرهای زیست پایه مانند PLA، PHA و BDO در مقایسه با همتایان مبتنی بر نفت خود به کاهش چرخه عمر تا ۸۰ درصد دست یافته اند. اکنون فهرست به سرعت در حال رشدی از بلوک های سازنده شیمیایی زیست پایه جدید در حال توسعه است.
• بیوتکنولوژی ردپای کربن محصولات حیوانی را کاهش داده و مجموعه رو به رشدی از گزینه های پایدار و کم کربن برای گوشت و محصولات حیوانی را از راه های زیر ممکن می سازد:
• گوشت های گیاهی و کشت شده با انتشار GHG تا ۸۹ درصد کمتر در چرخه زندگی.
• جلبک ها و مواد خوراک میکروبی که انتشار متان روده ای از حیوانات نشخوار کننده را تا ۶۸% یا بیشتر کاهش داده و از معادل ۱۴۰ میلیون تن کربن در سال اجتناب می کنند.
• سایر گزینه های مواد بیولوژیکی برای خوراک ماهی که ردپای کربن آن را تا ۳۰ درصد کاهش می دهند.
• هضم بی هوازی فضولات حیوانی با پتانسیل کاهش انتشار GHG ایالات متحده تا ۱۵۱ متریک تن معادل CO2 سالانه تا سال ۲۰۵۰ با استفاده از فناوری فعلی.

مقالات زیست فناوری

افزایش ترسیب کربن

بر اساس یک توافق علمی گسترده، کاهش انتشار کربن به تنهایی برای جلوگیری از تغییرات فاجعه بار آب و هوایی کافی نیست. تقریبا تمام مدل های تثبیت موفقیت آمیز دمای زمین شامل مولفه اساسی حذف کربن دی اکسید از اتمسفر نیز می شوند. بیوتکنولوژی نقش های حیاتی متعددی در دستیابی به حذف کربن مورد نیاز دارد.

یافته های کلیدی:

• جذب بیولوژیکی کربن عملی ترین مسیر کوتاه مدت برای حذف سودمند کربن از اتمسفر است. توسعه سیستم های ترموشیمیایی برای منابع نقطه ای و جذب مستقیم از هوا همچنان از اهداف مهم فناوری است، اما فتوسنتز و سایر مسیرهای بیولوژیکی همچنان تنها مکانیسم های مرسوم برای جذب کربن در مقیاس مناسب برای حذف کربن هستند.
• انرژی زیستی با جذب و ترسیب کربن (BECCS) می تواند تا سال ۲۰۴۰ بیش از ۷۰۰ میلیون متریک تن کربن در سال، یا بیش از نیمی از انتشار گازهای گلخانه ای از تمام نیروگاه های زغال سنگ ایالات متحده را به طور مقرون به صرفه حذف کند.
• جلبک ها و سایر سیستم های جذب کربن میکروبی که برای انرژی زیست توده یا سایر سیستم های پالایشگاه زیستی به کار می روند، یکی از کربن منفی ترین راهکارهای آب و هوایی موجود را ارائه می دهند.
• زمین و سایر زیرساخت های مناسب برای به کار گیری سیستم های جذب کربن مبتنی بر جلبک در بیش از ۵۰۰ نیروگاه و تاسیسات اتانول در ایالات متحده وجود دارد. این سیستم ها ظرفیت جذب سالانه بیش از ۲۰۰ میلیون تن دی اکسید کربن را دارند.

نتیجه

بیوتکنولوژی یک فناوری توانمندساز حیاتی برای مبارزه با تغییرات اقلیمی است که راهکارهای بسیار زیادی از فناوری های موجود و راهکارهای بالقوه تحول آفرینی در بخش های متعدد اقتصاد ارائه می دهد. نوآوری های فعلی و آینده در زمینه بیوتکنولوژی برای دستیابی به اقتصاد کربن صفر مورد نیاز هستند و نقشی کلیدی در جذب و ترسیب کربن برای دستیابی به فراتر از صفر ایفا می کنند. سیاست هایی که از توسعه و به کار گیری راهکارهای اقلیمی بیوتکنولوژی حمایت می کنند، باید بخشی از تمام تلاش های دولت برای رسیدگی به تغییرات آب و هوایی باشند.