✨Nuôi trồng rong biển

thumb|Nuôi [[Eucheuma dưới biển ở Philippines]] Nuôi trồng rong biển, hay nuôi trồng tảo biển, là hoạt động nuôi trồng và thu hoạch rong biển. Ở dạng đơn giản nhất, nó bao gồm việc quản lý các lô rong biển được tìm thấy tự nhiên. Ở dạng tiên tiến nhất, nó bao gồm việc kiểm soát hoàn toàn vòng đời của tảo biển.

Các loài rong biển được trồng nhiều là Eucheuma denticulatum (rong sụn gai), Kappaphycus alvarezii (rong sụn), Kappaphycus striatus (rong bắp sú), Gracilaria tenuistipitata (rong câu chỉ vàng), Gracilaria firma (rong câu thắt), Gracilaria bailinae (rong câu cước), Saccharina japonica, Undaria pinnatifida, Pyropia, Sargassum fusiforme và Caulerpa lentillifera (rong nho). Nuôi trồng rong biển thường được coi như một giải pháp để cải thiện điều kiện kinh tế và giảm áp lực đánh bắt và khai thác quá mức. Tính đến năm 2014, rong biển chiếm 27% tổng sản lượng nuôi trồng hải sản. Nuôi trồng rong biển là phương pháp cô lập carbon, có tiềm năng giảm thiểu biến đổi khí hậu.

Phương pháp

Các hướng dẫn nuôi trồng rong biển sớm nhất ở Philippines đã khuyến nghị trồng rong biển Laminaria ở các bãi đá ngầm có độ sâu xấp xỉ một mét khi thủy triều xuống. Việc cắt cỏ biển và loại bỏ nhím biển được đề xuất trước khi xây dựng trang trại. Sau đó, cây con được buộc vào dây cước và treo vào giữa các cọc đước được gắn vào giá thể. Phương pháp nuôi gần đáy này vẫn là một trong những phương pháp chính được sử dụng ngày nay. thumb|right||Một nông dân ở [[Nusa Lembongan, Indonesia, thu hoạch rong biển thực phẩm mọc trên các sợi dây dài.]] Có những phương pháp canh tác mới, sử dụng dây treo dài, có thể được triển khai ở vùng nước sâu hơn, độ sâu xấp xỉ 7 mét. Người ta dùng các dây canh tác dài nổi gần bề mặt và được neo với đáy ở các vùng trồng rong biển tại Indonesia. Các loài rong biển được nuôi bằng dây canh tác dài bao gồm các loài thuộc các chi Saccharina, Undaria, Eucheuma, Kappaphycus và Gracilaria.

Trồng rong biển ở châu Á là một ngành có công nghệ tương đối thấp và sử dụng nhiều nhân lực lao động. Đã có những nỗ lực áp dụng công nghệ cao để nuôi trồng cây tách rời sinh trưởng trong các bồn chứa trên đất liền nhằm giảm công lao động, nhưng chúng vẫn chưa đạt được khả năng thương mại. Dù vậy, công nghệ nuôi rong biển vẫn có những cải tiến liên tục, như sử dụng các thiết bị vạt nhựa chống cá ăn rong, thiết bị cản sóng gió cho vùng trồng rong, Người nuôi trồng có thể hưởng lợi từ thu hoạch thêm các loài cá ăn cỏ và động vật thân mềm có vỏ trong khu vực. Tương tự, Tổ chức Khí hậu Phi chính phủ và một số chuyên gia đã cho rằng việc nuôi các hệ sinh thái rong biển ngoài khơi theo các nguyên tắc của nuôi trồng lâu dài có thể tạo ra các Hệ sinh thái biển Vĩnh cửu. Ý tưởng chính là sử dụng các nền tảng nổi và chìm nhân tạo làm chất nền để tái tạo các hệ sinh thái rong biển tự nhiên, cung cấp môi trường sống và làm nên đáy tháp dinh dưỡng cho các sinh vật biển khác. Tuân theo các nguyên tắc nuôi trồng lâu dài, rong biển và cá có thể được thu hoạch bền vững cùng lúc với việc cô lập carbon. Tính đến năm 2020, một số thử nghiệm thành công đã diễn ra ở Hawaii, Philippines, Puerto Rico và Tasmania. Ý tưởng này đã nhận được sự chú ý đáng kể của công chúng, được đề cập trong bộ phim tài liệu của Damon Gameau mang tên Năm 2040 và trong cuốn sách Drawdown: Kế hoạch Đầy đủ nhất để Đảo ngược sự Nóng lên Toàn cầu do Paul Hawken biên tập.

Ở Vương quốc Anh, Maine và British Columbia, chỉ được phép trồng các loại rong biển bản địa, do lo ngại việc du nhập các giống ngoại lai có thể phá vỡ hệ sinh thái địa phương. thumb|Đàn [[cá mòi bơi giữa rừng tảo bẹ khổng lồ mọc tự nhiên ở biển California, Mỹ.]] Nuôi trồng rong biển giúp bảo tồn các rạn san hô nhờ vào việc làm tăng tính đa dạng sinh học, đồng thời nó cũng cung cấp thêm môi sinh cho các loài cá và động vật thân mềm sống tại địa phương.

Nuôi cấy rong biển cũng giúp bẫy lọc, hấp thụ và chuyển hoá các chất dinh dưỡng thừa trong môi trường biển vào mô sống. "Sinh chiết dinh dưỡng" hay "thu hoạch sinh học" là thuật ngữ để chỉ việc xử lý ô nhiễm môi trường bằng sinh vật, liên quan đến nuôi trồng và thu hoạch các loài thân mềm có vỏ và rong biển để loại bỏ nitơ và các chất dinh dưỡng khác từ các thủy vực tự nhiên.

Đã có các đề xuất về việc trồng rong biển quy mô lớn trong đại dương mở để cô lập carbon và giảm thiểu biến đổi khí hậu. Một số nghiên cứu học thuật đã chứng minh rằng các khu rừng rong biển gần bờ tạo thành một nguồn carbon xanh, vì các mảnh vụn rong biển được mang theo các dòng sóng vào giữa đại dương sâu, do đó cô lập carbon. Hơn nữa, không có gì trên Trái Đất hấp thụ carbon nhanh hơn Macrocystis pyrifera (tảo bẹ khổng lồ), một loài có thể phát triển chiều dài lên đến 60 m, với tốc độ 50 cm mỗi ngày trong điều kiện lý tưởng. Tính theo khối lượng carbon hữu cơ thu được mỗi năm cho mỗi mét vuông hứng nắng, rong biển và các loài tảo đa bào lớn có thể sản sinh 2-14 kg, trong khi cây, cỏ trên mặt đất và tảo đơn bào chỉ tạo được khoảng 1kg.

Nuôi trồng rong biển có thể là bước khởi đầu để thích ứng với các tác động môi trường không thể tránh khỏi do biến đổi khí hậu trong tương lai gần. Các trang trại rong biển giúp bảo vệ bờ biển thiết yếu thông qua việc tiêu tán năng lượng sóng, đặc biệt quan trọng đối với các bờ biển ngập mặn. Rong biển được sử dụng với lượng nhỏ trong khẩu phần ăn gia súc cũng giúp cắt giảm đến 82% lượng khí nhà kính chăn nuôi. và được dự báo là tăng liên tục cỡ 10,8%/năm từ năm 2021 đến năm 2028 để đạt 37,8 tỷ đô la Mỹ vào năm 2028. Riêng tại Nhật Bản, cây nori có giá trị sản xuất lên tới 2 tỷ đô la Mỹ mỗi năm và là một trong những cây trồng ở biển có giá trị nhất thế giới.

Nhu cầu cao về sản xuất rong biển mang lại nhiều cơ hội và công việc cho cộng đồng địa phương. Một nghiên cứu do Philippines thực hiện đã chỉ ra rằng những mảnh đất rộng khoảng một ha có thể tạo thu nhập ròng từ việc canh tác Eucheuma cao gấp 5 đến 6 lần mức lương trung bình tối thiểu của một nông dân. Trong cùng một nghiên cứu, họ cũng đã chứng kiến sự gia tăng xuất khẩu rong biển từ 675 tấn năm 1967 lên 13191 tấn năm 1980, rồi tăng gấp đôi lên 28000 tấn vào năm 1988. Ở Ninh Thuận, Việt Nam, cây rong sụn đã giúp xoá đói giảm nghèo cho làng biển Sơn Hải.

Nghề trồng rong biển đã có những tác động kinh tế xã hội rộng rãi ở Tanzania, và trở thành một nguồn tài nguyên rất quan trọng đối với phụ nữ nước này, đóng góp ngoại tệ lớn thứ ba cho đất nước. Ở đây, 90% nông dân là phụ nữ, và phần lớn sản phẩm được sử dụng cho ngành mỹ phẩm và chăm sóc da.

Sử dụng

Rong biển nuôi được sử dụng trong một số sản phẩm công nghiệp khác nhau, được dùng trực tiếp như thực phẩm, hoặc là một thành phần trong phân bón hoặc thức ăn chăn nuôi và làm nguyên liệu cho nhiên liệu sinh học.

Hoá phẩm

Một số loại rong biển được sử dụng để sản xuất các hóa chất phái sinh cho các ngành công nghiệp, dược phẩm hoặc thực phẩm khác nhau., công nghiệp thực phẩm và công nghiệp mỹ phẩm.

Carrageenan

thumb|Rong sụn gai được nuôi để sản xuất iota-carrageenan, ở Zanzibar, Tanzania. Carrageenan là nhóm các polysaccharid mạch thẳng sulfat hóa, được chiết từ các loài rong sụn, rong đỏ. Carrageenan được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm với các tính chất như tạo gel, làm dày, ổn định. Ứng dụng quan trọng của phụ gia này là trong các sản phẩm thịt và sữa, do khả năng liên kết tốt với các protein thực phẩm.

Trong thương mại có ba dạng carrageenan, khác nhau bởi mức độ sulfat hóa:

• Kappa-carrageenan chỉ có một nhóm sulfat trên mỗi disaccharid, tạo nên sợi gel cứng do chứa ion kali. Dạng này phản ứng với các protein sữa và chủ yếu được sản xuất từ Kappaphycus alvarezii (rong sụn).
• Iota-carrageenan có hai nhóm sulfat trên mỗi disaccharid, tạo nên sợi gel mềm do các ion calci. Dạng này chủ yếu được tạo ra từ Eucheuma denticulatum (rong sụn gai). Chất này là một hỗn hợp của hai thành phần: agarose polysaccharide mạch thẳng, và một hỗn hợp không đồng nhất của các phân tử nhỏ hơn gọi là agaropectin. Nó tạo thành cấu trúc hỗ trợ trong thành tế bào của một số loài tảo biển và rong biển, và được giải phóng khi đun sôi. Những tảo và rong chứa agar được gọi là agarophyte, và thuộc về ngành Rhodophyta (tảo đỏ).

Agar đã được sử dụng như một thành phần trong các món tráng miệng ở khắp châu Á, và cũng là chất nền vững chắc để chứa môi trường nuôi cấy cho các thí nghiệm vi sinh. Ngoài việc được dùng trong các món tráng miệng và kem lạnh, agar có thể được sử dụng như một loại thuốc nhuận tràng, một chất ức chế sự thèm ăn, một chất thay thế gelatin cho người ăn chay, một chất làm đặc cho xúp, chất bảo quản trái cây, chất làm trong cho sản xuất bia, chất gia keo trong sản xuất giấy và vải, làm vật liệu nha khoa, và nhiều ứng dụng khác.

Thực phẩm

thumb|Một đĩa rong biển muối cay.

Rong biển thực phẩm là các loại rong biển có thể ăn sống hoặc chế biến trong ẩm thực. Chúng thường có nhiều chất xơ, và thuộc vào một trong ba nhóm tảo đa bào là tảo đỏ, tảo xanh, và tảo nâu. Các loài tảo lớn ở nước mặn đa phần là không gây ngộ độc khi không ăn nhiều quá, tuy nhiên một số loài thuộc chi Lyngbya có thể gây chết người. Các vụ ngộ độc cũng thường xảy ra khi tiêu thụ một số loại cá ăn Lyngbya, như ngộ độc cá Ciguatera. Một số loài rong biển Desmarestia có rất nhiều acid, với các không bào chứa acid sulfuric có thể gây ra các bệnh đường ruột nghiêm trọng. Ngoài ra, thực phẩm này cũng chứa nhiều loại vitamin (A, B, C, E, nhưng không có D), các nguyên tố vi lượng (ví dụ như iod), và giàu chất xơ. Phân bón rong biển có thể ở dạng lỏng được chiết xuất từ rong biển, hoặc ở dạng chất hữu cơ đã được sấy khô và nghiền thành bột. Nhờ các hoạt tính khác nhau, rong biển có khả năng cải tạo đất mạnh mẽ, xử lý môi trường, kiểm soát thiên địch và bệnh tật, tăng khả năng chống chịu với các stress phi sinh, cải thiện kết cấu đất và khả năng giữ nước.. Mỗi ngành rong biển mang lại các lợi ích khác nhau cho sức khỏe của đất và cây trồng. Bón phân rong biển vào đất cũng có thể làm thay đổi cấu trúc và chức năng của các quần xã vi sinh vật. Sự phát triển của nông nghiệp hữu cơ đang thu hút các ứng dụng của phân bón và các chất phụ gia đất từ rong biển. Ngành phân bón rong biển, dù vẫn còn sơ khai, có tiềm năng giúp phát triển kinh tế bền vững và giảm lượng dinh dưỡng chảy tràn trong các hệ thống ven biển. Tuy nhiên, sử dụng và sản xuất phân bón rong biển vẫn có các trở ngại như: làm tăng sự lây lan của các loài xâm lấn, nguy cơ tích tụ kim loại nặng.

Tổng độ lớn thị trường phân bón rong biển toàn cầu được dự báo là đạt 17,1 triệu đô la Mỹ vào năm 2025 và tăng trưởng theo nhu cầu của ngành nông nghiệp hữu cơ.

Ngoài ra, rong biển cũng có thể được sử dụng như là một thành phần trong thức ăn nuôi gia súc và nuôi cá, cung cấp vitamin, khoáng chất, amino acid, chất chống oxy hóa và các acid béo thiết yếu. Rong biển được dùng cho chăn nuôi gia súc chủ yếu là các loại tảo nâu thuộc chi tảo thạch. Thường chỉ phần ngọn của rong được cắt khi thu hoạch rồi được hong khô và cắt vụn, để lại phần thân dưới biển có khả năng tiếp tục tái tạo bền vững. Nhà máy này áp dụng công nghệ nuôi rong biển tự động, trong môi trường khép kín, sử dụng năng lượng thải của hoạt động công nghiệp ở vùng lân cận, cho thu hoạch quanh năm, với tốc độ lớn của cây rong biển khoảng 10% mỗi ngày.

Nhiên liệu

Nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch lỏng có thể thu được từ rong biển, tảo biển hoặc các loại tảo khác, và thường được gọi là nhiên liệu tảo. Nhiên liệu tảo cũng có thể thay thế các nhiên liệu sinh học khác làm từ ngô và mía. Nhiên liệu tảo vẫn chưa phổ biến do chi phí cao, và một số tổ chức khác nhau đang nỗ lực cải tiến sản xuất để nhiên liệu tảo khả thi về mặt thương mại. 

Bình chứa [[nhiên liệu phản lực làm từ rong biển.]]

Giống như nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu tảo cũng thải ra  khi bị đốt cháy. Điểm khác biệt là nhiên liệu tảo và các loại nhiên liệu sinh học khác chỉ thải  đã bị lấy đi không lâu trước đó từ khí quyển thông qua chu trình quang hợp của tảo hoặc thực vật. Khủng hoảng năng lượng và khủng hoảng thực phẩm trên thế giới đã kích thích sự quan tâm đối với ngành nuôi trồng tảo nói chung, và nuôi trồng rong biển nói riêng, để tạo ra nhiên liệu sinh học trên những diện tích đất hoặc biển không phù hợp cho nông nghiệp truyền thống. Nuôi trồng tảo có thể bằng nước mặn và nước thải, tác động tối thiểu lên nguồn nước ngọt. Nhiên liệu tảo có điểm bắt lửa cao, và có thể phân hủy sinh học, khá vô hại với môi trường nếu bị tràn. 

Tuy mỗi đơn vị thể tích trồng tảo có thể tốn kém hơn các cây trồng nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai, nhưng lại cho ra nhiều nhiên liệu hơn từ 10 đến 100 lần mỗi đơn vị diện tích. Bộ Năng lượng Hoa Kỳ ước tính rằng nếu nhiên liệu tảo thay thế tất cả nhiên liệu xăng dầu trên nước Mỹ thì sẽ cần , tức là chỉ 0,42% diện tích nước Mỹ, hoặc khoảng một nửa vùng đất Maine. Con số này ít hơn  diện tích trồng ngô tại Mỹ vào năm 2000.

Năm 2013, Chủ tịch kiêm giám đốc Exxon Mobil, ông Rex Tillerson cho rằng cần hơn 25 năm nữa thì nhiên liệu tảo mới cạnh tranh thương mại được. Đến năm 2017, Synthetic Genomics và ExxonMobil đã báo cáo đột phá trong nghiên cứu nhiên liệu tảo. Họ đã tăng được lượng chất béo (từ 20% lên 40%-55%) trong một loài Nannochloropsis gaditana đã được biến đổi gien. Cùng năm này, chỉ rất ít công ty khởi nghiệp về nhiên liệu tảo còn trụ lại.

Ngoài nhiên liệu lỏng, khí sinh học cũng có thể được sản xuất từ rong biển, chủ yếu bằng phương pháp tiêu hóa kỵ khí bởi vi sinh vật. Sản lượng có thể đạt 10-32 mét khối methan cho mỗi tấn rong biển tươi. Khí sinh học trên toàn thế giới đã cung cấp gần 90 nghìn GWh điện năng năm 2016, sử dụng trực tiếp và gián tiếp 344 nghìn nhân công năm 2019, và được sản xuất chủ yếu thông qua tiêu hoá kỵ khí phân gia súc và gia cầm, nước thải và rác thải, thức ăn thừa, phế phẩm nông nghiệp, và cây và rong tảo trồng cho mục đích khai thác năng lượng. Do methan là một khí nhà kính mạnh, hoạt động sản xuất, vận chuyển và tiêu thụ khí sinh học cần tránh tuyệt đối việc rò rỉ ra khí quyển.

Lịch sử

Việc con người sử dụng rong biển thu hoạch từ thiên nhiên hoang dã đã xuất hiện từ thời kỳ đồ đá mới.

thumb|Những bó chổi ở cửa [[sông Tama dùng để trồng tảo Porphyra ở Nhật Bản, khoảng năm 1921]]

Nghề trồng rong biển bắt đầu ở Nhật Bản từ năm 1670 ở vịnh Tokyo. Vào mùa thu hàng năm, nông dân ném các cành tre xuống vùng nước nông, bùn, nơi các bào tử của rong biển sẽ bám vào. Vài tuần sau, những nhánh này sẽ trôi về đến một cửa sông. Các chất dinh dưỡng từ sông sẽ giúp rong biển phát triển. Đến những năm 1940, người Nhật đã cải tiến phương pháp này bằng cách đặt những tấm lưới bằng vật liệu tổng hợp buộc vào cọc tre, giúp tăng gấp đôi sản lượng. Một biến thể rẻ hơn của phương pháp này được gọi là phương pháp hibi. Những sợi dây đơn giản được căng giữa các cọc tre. Vào đầu những năm 1970, nhu cầu về rong biển và các sản phẩm từ rong biển đã tăng vượt xa nguồn cung, và trồng trọt được coi là phương pháp tốt nhất để tăng sản lượng.

Ở vùng nhiệt đới, việc trồng thương mại Caulerpa lentillifera (rong nho) đã được tiên phong vào những năm 1950 ở Cebu, Philippines, sau khi chúng tình cờ được trồng thử trong các ao cá ở đảo Mactan. Phương pháp trồng rong nho tiếp tục được phát triển bởi Gavino Trono, người được công nhận là Nhà khoa học quốc gia của Philippines. Nghiên cứu địa phương và nuôi cấy thử nghiệm đã dẫn đến sự phát triển của các phương pháp nuôi thương mại đầu tiên đối với các loại tảo nước ấm khác (vì tảo đỏ và nâu nước lạnh được ưa chuộng ở Đông Á không phát triển ở vùng nhiệt đới), bao gồm cả việc nuôi trồng thương mại thành công đầu tiên các loại tảo biển dùng để sản xuất carrageenan. Chúng bao gồm các loài Eucheuma, Kappaphycus alvarezii, các loài Gracilaria và Halymenia durvillei. Năm 1997, ước tính có khoảng 40 nghìn người ở Philippines kiếm sống bằng nghề trồng rong biển. Philippines là nhà sản xuất carrageenan lớn nhất thế giới trong vài thập kỷ, cho đến khi bị Indonesia vượt qua vào năm 2008.

Việc nuôi trồng rong biển từ lâu đã lan rộng ra ngoài Nhật Bản và Philippines, phổ biến ở các nước Đông Nam Á, Canada, Anh, Tây Ban Nha và Hoa Kỳ. Trồng rong biển bắt đầu ở Việt Nam từ những năm 1990, Nuôi trồng rong biển có thể được kết hợp với nuôi trồng thủy sản khác, chẳng hạn như động vật có vỏ, để cải thiện các vùng nước, chẳng hạn như theo các phương pháp do tổ chức phi lợi nhuận GreenWave của Mỹ phát triển.