Аквакультура — выращивание рыбы и других гидробионтов в фермерских условиях — сейчас обеспечивает свыше половины мирового улова и продолжает быстро расти [1]. При этом сектор сильно зависит от энергии: для нагрева воды, аэрации и прокачки зачастую используются дизель-генераторы и электроэнергия из углеводородов [2]. Этот подход несёт высокие затраты и углеродные выбросы. Мировое сообщество признаёт необходимость перехода к «зелёной» аквакультуре в рамках Целей устойчивого развития ООН. Например, исследование в США подчёркивает, что «рыбное хозяйство в значительной степени зависит от ископаемого топлива и должно перейти на возобновляемые источники энергии (ВИЭ)» [2].

Современные технологии аквакультуры и ВИЭ

Развиваются различные современные методы рыбоводства: от традиционных прудов и сеточных установок до замкнутых рециркуляционных систем (RAS) и аквапоники (комбинированного выращивания рыбы и растений). Они дают новые возможности для внедрения возобновляемой энергетики.

Солнечные установки

Солнечные панели устанавливаются на крышах хозяйственных зданий, береговых сооружениях или даже над поверхностью прудов. Солнечные модули дают энергию для насосов, компрессоров и освещения. В Египте, например, демонстрационный аквапонический комплекс на солнечной энергии питает насосы и компрессоры в теплице с тиляпией и салатом [3, 4]. В Азии и Латинской Америке также изучают «аквафотовольтаику» — установку панелей над водоемами и между прудами для двойного использования площади и тени [5, 6].

Ветроэнергетика

Наземные и морские ветротурбины могут питать прибрежные или океанические рыбоводческие фермы. В Европе развиваются пилотные проекты совмещения offshore-ветроэнергетики и рыборазведения. Так, проект AquaWind (Канарские острова, Испания) строит плавающую платформу с ветряной турбиной и резервуарами для рыбы [7, 8]. В России на рассмотрении находятся идеи размещения рыбных ферм рядом с береговыми ветропарками.

Биогазовые установки

Отходы рыбоводства (накопившийся ил, экскременты и отбракованный корм) можно направлять в анаэробные дигесторы. Исследования показывают, что из биомассы рыбьи отходы при анаэробном сбраживании дают биогаз с ~70% метана [9]. Полученный биогаз можно использовать для выработки тепла и электроэнергии на ферме, а побочные продукты (CO2​) — для удобрения аквариумных растений [9]. Такой подход делает систему более «круговой»: тепло и газовые выбросы возвращаются в цикл.

Морские возобновляемые источники

Волновая и приливная энергия обещают автономную работу удалённых рыбных ферм. Концепция «волновой рыбной фермы» (WPAF) предполагает установку волногенераторов, улавливающих энергию морских волн и питавших ферму [10]. Исследование специалистов Cornell University в США показало, что оптимально размещать такие фермы далеко от берега, где волны сильнее: это снижает стоимость выработки энергии на 60% по сравнению с ближним прибрежьем [10]. В США технологические стартапы (E-Wave) разрабатывают флаповые волновые преобразователи для подкармливания рыб и обеспечения электроэнергией фидеров на крупнейшей офшорной ферме Open Blue [11, 12].

Замкнутые системы и аквапоника

В современных рециркуляционных установках вода постоянно фильтруется и повторно используется. Это снижает потребности в «чистой» воде, а также концентрирует отходы для последующего использования (например, в биогазовых установках). Аквапоника объединяет рыбоводство и гидропонику: богатая питательными веществами вода из рыбных бассейнов питает овощные культуры, а растения очищают воду для рыбы. Примером является пилотная солнечная аквапоническая теплица WorldFish в Египте [3]: она демонстрирует, как технологии могут сочетать устойчивое производство рыбы и овощей с минимальным энергопотреблением.

Экологические и экономические преимущества

Интеграция ВИЭ в рыбоводческие хозяйства даёт сразу несколько важных выгод.

• Снижение затрат и выбросов. Во-первых, снижаются затраты на топливо и электроэнергию, которые составляют значительную статью расходов ферм. Например, в Чили новый плавучий рыбный кош с солнечными панелями позволит ежегодно экономить ≈140 тыс. л дизеля и уменьшить выбросы CO2​ примерно на 350 тонн [13]. Во-вторых, уменьшаются выбросы парниковых газов и загрязнение: дизель-генераторы создают шум и риск разлива топлива в море, тогда как «зелёные» установки тихи и чисты [11, 13].
• Улучшение качества продукции. Тихие ветроколёса и волновые конвертеры служат также своего рода искусственными рифами и заповедными зонами, привлекая рыбу и планктон [13]. Кроме того, «зеленая» ферма получает имидж экологичной, что положительно влияет на сбыт продукции и открывает доступ к «зеленому» финансированию (субсидиям, грантам, «голубым облигациям»). Исследование в Германии отмечает: «энергосберегающие практики позволяют экономить деньги и благоприятны для окружающей среды, а также способствуют более здоровому росту рыбы» [5]. Другими словами, благоприятная экологическая среда (чистая вода, оптимальные температуру и кислород) даёт рыбе крепкий иммунитет и высокое качество продукции.
• Энергетическая независимость. Некоторые цифры иллюстрируют преимущества: китайский пилот совместного использования ветра и солнца на морских платформах вырабатывает около 96 МВт·ч в сутки, что эквивалентно питанию ~42,5 тыс. человек [14, 15], и при этом экономит одновременно энергоресурсы фермы. Американский проект GMRI показал, что даже 35-кВт волновой преобразователь может полностью питать системы кормления одной крупной офшорной фермы [11, 12]. Это доказывает, что технология зрелая, и она способна покрыть существенную часть потребностей рыбопитомников. В сумме все перечисленные выгоды — от прямой экономии до «долгосрочной устойчивости» — делают интеграцию ВИЭ важным шагом к будущему рыболовству [5, 13].

Примеры успешных проектов и инициатив по миру

Европа

В Словении (рыбхоз Vodomec) при поддержке ЕС смонтировали солнечную электростанцию и зарядную станцию для электромобиля. Ферма стала почти полностью энергонезависимой [16, 17]. В Норвегии проект OffWoff по программе Nordic Innovation объединяет морские ветровые платформы с рыбными фермами: планируется размещать рыбные садки между офшорными турбинами, что может дать до 6000 т рыбы в год [13]. Это сочетание не только вырабатывает энергию, но и создаёт защищённое морское «океаническое хозяйство», куда не проникают крупные рыболовецкие суда, что снижает паразитов и улучшает качество воды [13]. В Испании (Канарские острова) проект AquaWind строит прототип плавающей платформы, которая одновременно несёт ветряную турбину и бассейны для рыбоводства [7, 8]. Идея — доказывать техническую и экономическую состоятельность таких мультитранспортных структур, решающих задачи энергетической и продовольственной безопасности [8].

Азия

В Китае введён в строй первый в мире глубоководный проект «ветроэнергетика+аквакультура» возле острова Наньри (Фуцзянь): три полупогружных платформы с 4-МВт ветровыми турбинами и гибкими солнечными панелями, вокруг которых находится огороженная зона для разведения рыбы. Система вырабатывает около 96 000 кВт·ч в сутки [14, 15]. Китайский пример наглядно демонстрирует, как можно использовать одну и ту же морскую акваторию сразу для производства энергии и выращивания морепродуктов. Во Вьетнаме правительство совместно с Нидерландами проводит исследования по переходу аквакультуры на солнечную энергию. Отчёт показывает: в креветочных и сомовых хозяйствах до 80–90% затрат уходит на электроэнергию (в основном на аэрацию воды ночью) [6]. Установки солнечных панелей на крышах или берегах дают возможность снизить эти расходы и уменьшить углеродный след ферм [6]. Аналогичные пилоты планируются и в других азиатских странах, испытывая на практике «удвоение» ресурса земли — и для еды, и для энергии.

Латинская Америка

В Чили компания Mowi реализовала первый в стране плавающий рыбоводческий пен с интегрированной солнечной установкой [13]. Эта «гибридная система» на месте выращивания атлантического лосося на берегу Тихого океана позволит отказаться от ≈140 000 литров дизтоплива в год — это экономия 36 750 галлонов и ≈350 тонн CO2​ ежегодно [13]. Ожидается, что возобновляемая энергия будет обеспечивать до 57% потребностей фермы, что снизит число рейсов топливных кораблей и уменьшит шум от генераторов [13]. Такой пример показывает, что, внедряя ВИЭ, латинские фермеры могут одновременно повышать рентабельность бизнеса и экологичность производства.

Африка

В Египте (крупнейшей аквакультурной державе Африки) WorldFish при поддержке Норвегии построили демонстрационный аквапонический комплекс на солнечной энергии [3]. В теплице сочетаются два бассейна с генетически улучшенной тиляпией и грядки с салатом. Солнечная станция питает насосы и компрессоры, обеспечивая замкнутый цикл: отходы рыбы используются растениями как удобрение, а чистая вода возвращается к рыбам [3, 4]. Уже получен урожай салата, а вскоре ожидают и сбор тиляпии. Проект способствует продовольственной безопасности региона и служит наглядной моделью «аквазеленой» фермы для масштабирования по дельте Нила и за её пределами.

США

Сейчас «традиционная» аквакультура в США во многих местах почти полностью зависит от дешёвого электричества из сети и топлива для генераторов [2]. Тем не менее появляются инновации. В штате Мен (Новая Англия) исследователи GMRI разрабатывают плавающие солнечные установки и системы накопления энергии для удалённых устричных ферм, не имеющих доступа к сети [18, 19]. Пилотные тесты показывают, что сочетание панелей и батарей может снизить выработку на дизель-генераторах и уберечь морскую среду от выбросов и разливов топлива [19]. Параллельно, как уже упоминалось, американская компания E-Wave при поддержке DOE создала волногенератор для автономного питания оборудования Open Blue (офшорная ферма у берегов Флориды) [11, 12]. Эти примеры иллюстрируют: даже в США аквакультура постепенно переходит к решениям с чистой энергией.

Проблемы и вызовы

Несмотря на очевидные выгоды, переход на ВИЭ в аквакультуре сталкивается с рядом сложностей.

• Высокие затраты. Установка солнечных батарей, ветряков или систем накопления требует значительных капиталовложений. Фермеры опасаются этих затрат и сложности окупаемости. Базовый анализ показал: «рыбоводы понимают, что возобновляемая энергия может снизить затраты, но беспокоятся о расходах на установку» [4]. Особенно тяжело оплатить такие вложения мелким хозяйствам. Кроме того, в некоторых странах фермеры арендуют участки лишь на несколько лет, поэтому предпочитают мобильные решения (например, переносные солнечные генераторы) вместо стационарных инвестиций [4].
• Технические ограничения. Солнце и ветер нестабильны: в безоблачную жару или штиль ветряные турбины выдают мало энергии, а в суровые штормы оборудование может быть повреждено. Поэтому на фермах нужны накопители энергии или резервные дизель-генераторы — это усложняет систему и повышает стоимость. Морская среда добавляет и другие проблемы: волны, соль и биообрастание требуют особых прочных конструкций и регулярного обслуживания. Как отмечает DOE, разработчикам «приходится сталкиваться с длительными процедурами разрешений, ограниченными испытательными возможностями и дорогим экологическим мониторингом», что затягивает внедрение морских ВИЭ [11]. Офшорные рыбофермы могут располагаться в сотнях километров от берега, и ежедневная доставка персонала и кормов (с использованием топлива) остаётся значительной статьёй расходов [11].
• Климатические факторы. Качество работы ВИЭ зависит от местного климата. В северных широтах зимой солнца мало, а дни коротки — эффективность СЭМ падает. В тропиках в сезон дождей или тайфунов энергия солнца и ветра непродолжительна, и одновременно инфраструктура рискует быть повреждена. Колебания уровня воды (приливы/наводнения) могут влиять на плавучие системы и электрические соединения. В итоге технические решения должны адаптироваться к каждой климатической зоне, что усложняет стандартизацию.
• Правовые и организационные барьеры. Размещение «мульти-юз» установок (например, рыбной фермы вместе с ветряком) требует разрешений в нескольких ведомствах: энергетиков, рыбохозяйственных служб, экологов и др. Процедуры согласования часто громоздки. В отсутствие чёткой политики государств по «голубой экономике» многие инноваторы не получают достаточной поддержки. На национальном уровне могут отсутствовать льготы или гарантированные тарифы на «зеленую» энергию для ферм, в результате инвесторы не видят стимулов. В США, к примеру, даже при наличии технологий дешевое электричество из сети и упрощённые требования к кормлению рыбы «становятся барьерами для внедрения возобновляемой энергии» [2]. Без последовательного законодательства и стимулирующих программ сектор не сможет в полной мере перейти на устойчивые источники.

Перспективы развития

Несмотря на трудности, будущее «зеленой» аквакультуры выглядит многообещающе.

Технологические инновации продолжают развиваться: появляются многофункциональные платформы (как AquaWind [8]), гибкие плавучие СЭМ, автоматизированные кормораздатчики и системы дистанционного мониторинга. Аквафотовольтаика (совмещение рыбных хозяйств и солнечных панелей) уже успешно опробована в Азии и Латинской Америке: например, в Тайване построена крупная 42 МВт система «аквапанелей» на прудах с рыбными хозяйствами. Усиливается цифровизация — умные датчики и ИИ управляют подачей кислорода и питанием так, чтобы минимизировать потребление энергии. Также совершенствуются биогазовые установки для эффективной переработки рыбных отходов и производства биоуглерода.

Государственная поддержка и частные инвестиции играют ключевую роль. Многие страны и фонды создают грантовые программы и льготное финансирование «зелёных» фермерских проектов. Так, ЕС выделяет средства по Фонду Рыболовства и аквакультуры (EMFAF) на программы «аква-ВИЭ» [8, 17]. Норвегия инвестирует в проекты, подобные CeREA в Египте, чтобы обучать рыбаков пользе ВИЭ. В США действует ряд грантовых программ DOE и NOAA на испытание волногенераторов и солнечных систем. Частный сектор (стартапы и крупные агрокомпании) тоже вкладывает в «зелёные» технологии. Крупнейшие морские хозяйства (Mowi, AKVA Group, InnovaSea) и новые игроки (Alotta Energy, Subfarm, E-Wave) разрабатывают готовые решения и сервисы «энергия как услуга» для ферм. Финансовые инструменты развиваются: появились «голубые» облигации, кредиты с экологическими метриками, что позволяет легче привлекать капитал для экологически чистой аквакультуры [1].

Международное сотрудничество усиливает эффект. Обмен опытом и совместные проекты позволяют быстрее масштабировать проверенные практики. Пример — проект CeREA, инициированный WorldFish и Норвегией, направлен на оснащение 5000 рыбоводческих хозяйств Египта возобновляемой энергией [4]. Европейские сети (BlueInvest, Horizon Europe) объединяют компании и инвесторов «голубой экономики». Всемирный банк и FAO включают «зелёную аквакультуру» в свои стратегии устойчивого развития [1]. Скоординированная работа по учебным программам, стандартам экологичной фермы и совместным финансам поможет достичь глобальных целей: обеспечить продовольственную безопасность населения и сократить климатический след аквакультуры. Как отмечает World Bank, «при правильном подходе и инвестициях аквакультура может решить множество проблем — от бедности до чистой энергии, и создать миллионы рабочих мест» [1].

Таким образом, развитие аквакультуры на основе ВИЭ — это не только технологический тренд, но и необходимость для устойчивого будущего. Расширение таких практик позволит человечеству получать больше здоровых морепродуктов с минимальным ущербом для экологии и климата, сохраняя ресурсы для грядущих поколений [5, 7].

——

Источники

1. worldbank.org
2. clf.jhsph.edu
3. worldfishcenter.org
4. worldfishcenter.org
5. bestaquaculture.com
6. agroberichtenbuitenland.nl
7. cinea.ec.europa.eu
8. cinea.ec.europa.eu
9. gu.se
10. news.cornell.edu
11. energy.gov
12. energy.gov
13. globalseafood.org
14. shanghai-electric.com
15. shanghai-electric.com
16. oceans-and-fisheries.ec.europa.eu
17. oceans-and-fisheries.ec.europa.eu
18. gmri.org
19. gmri.org