A medida que EE. UU. trata de avanzar hacia una economía de energía limpia y emisiones netas de carbono cero para 2050, parece que los biocombustibles están teniendo su momento. Estos líquidos de fuentes renovables podrían ser un sustituto directo de la energia para automóviles que consumen mucho petróleo o procesos industriales sin necesidad de cambiar toda la infraestructura de la red eléctrica.
En particular, parece que el gobierno está aumentando su enfoque en la sustancia verde que podría satisfacer algunas de las necesidades energéticas de los estadounidenses: las algas.
A principios de febrero, la Oficina de Tecnologías de Bioenergía (BETO) del Departamento de Energía anunció una nueva ronda de financiamiento por valor de $19 millones para proyectos que puede aumentar la capacidad de los sistemas de algas en funcionamiento para capturar dióxido de carbono. Los objetivos son dos: reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y cultivar algas para biocombustibles y otros bioproductos.
Este anuncio se basa financiación de años anterioresincluyendo una ronda de subvenciones por un total de $ 8 millones lanzados en el verano de 2021. Aunque estos números palidecen en comparación con el presupuesto total del Departamento de Energía para 2022 de $40.3 mil millonesla bioenergía de algas parece ser un interés creciente, incluso hay una nueva competencia estudiantil innovar con los organismos a base de agua.
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El objetivo final, dice Schonna Manning, profesora asistente de investigación en biociencias moleculares en la Universidad de Texas en Austin, es desplazar la dependencia de los combustibles fósiles mediante el uso de bio energía en su lugar. Manning también es el director de investigación y desarrollo de la universidad. colección de cultivo de algas
Técnicamente, la mayor parte de la energía convencional ya proviene de las algas. El petróleo crudo que da poder a la industria de los combustibles fósiles es el resultado de antiguos depósitos de algas. Después de millones de años de calor y presión, la vida marina, como plantas y eucariotas, se transformó en los hidrocarburos que componen el petróleo en la actualidad. Pero la ingeniería de algas para producir petróleo a pedido podría proporcionar una solución menos intensiva en carbono para las necesidades energéticas. Los proyectos ganadores de subvenciones representan una amplia gama de enfoques, incluida la utilización de algas de la captura directa del aire y la alimentación de animales.
En el Centro de Arizona para la Innovación Tecnológica de Algas en la Universidad Estatal de Arizona, se utilizan grandes estanques de canalización abiertos para cultivar algas. La tecnología de las algas se utiliza para crear productos renovables como biocombustibles, alternativas plásticas y nutracéuticos, que son productos alimenticios nutritivos que también pueden usarse como productos medicinales, similares al té verde y el ginseng.
Uno de los problemas clave que cita Manning es que, aunque estos estanques pueden parecer densos como una sopa de guisantes, las algas solo constituyen uno porciento del volumen total del estanque. El resto de la biomasa flotante es agua. Esto presenta uno de los principales desafíos en el cultivo de algas a gran escala: para producir una alta densidad, se debe eliminar una gran cantidad de agua de la ecuación (mucha de la cual finalmente se reutiliza en el sistema). Según la estimación de Manning, el proceso de recolección y deshidratación puede absorber el 70 por ciento de los costos de capital.
En busca de una solución, los ingenieros del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico se inspiraron en los procesos de la Tierra y propusieron un método de formación de combustible llamado licuefacción hidrotermal. En lugar de extraer el aceite por separado, cocinan las algas, las proteínas y todo, a temperaturas y presiones increíblemente altas para imitar cómo se forma el petróleo bajo el agua. Aunque hasta ahora solo se ha realizado a pequeña escala, esta podría ser una solución propuesta para evitar los altos costos de deshidratación.
Otro proyecto recientemente financiado en Centro de tecnología sostenible de Illinois tiene como objetivo reducir los costos de cultivo y recursos mediante el uso de dióxido de carbono de los gases de combustión emitidos por una planta de energía cercana, junto con los nutrientes de las plantas de tratamiento de aguas residuales. El sistema, que se ubicará dentro de la planta de agua, luz y energía de la ciudad en Springfield, Illinois, tiene como objetivo cultivar algas como una alternativa para la alimentación animal.
Según Josh McCann, profesor asistente de ciencia animal en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign que forma parte del proyecto Springfield, la proteína es una de las macromoléculas más caras en los alimentos. Si las algas resultan ser competitivas en costos con los alimentos más establecidos, entonces podría ser una opción barata pero de alta calidad para los ganaderos.
McCann señala que dado que el ganado es uno de los consumidores menos quisquillosos, la pregunta no es si los animales consumirán las algas. Se trata más de si las algas se pueden producir a un costo lo suficientemente bajo para la nutrición que proporciona. McCann espera que el enfoque único de este proyecto en crecimiento compense algunas de esas preocupaciones. Al crear una alternativa rica en proteínas, las algas como materia prima pueden desplazar a la soya y otros ingredientes tradicionales que requieren una cantidad desproporcionada de tierra y agua para crecer. Los investigadores esperan sus primeros rendimientos esta primavera, después de lo cual McCann realizará análisis para evaluar los niveles de nutrientes de las algas y fijar el precio correspondiente para las ventas agrícolas.
Mientras tanto, el costo sigue siendo un factor engorroso también para el biocombustible a base de algas. Las estimaciones de precios varían según el productor y la escala, pero hasta ahora nada está lo suficientemente cerca como para competir con el promedio nacional actual de $ 3.53 por galón de gasolina en las bombas. Un proyecto, el Consorcio de Industrialización de Algas Marinas en la Universidad de Duke, está tratando de producir biocombustible de algas a $5 por galón a escala comercial.
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Aunque no hay pruebas concluyentes que demuestren que los biocombustibles de algas emiten menos gases de efecto invernadero que los combustibles fósiles cuando se queman, su producción neta de dióxido de carbono es menor que la de los combustibles tradicionales. Un kilogramo de algas consume aproximadamente 1,8 kilogramos de dióxido de carbono para crecer; en comparación, un árbol maduro absorbe alrededor de 22 kilogramos de dióxido de carbono al año. Además, los organismos fotosintéticos no necesitan agua dulce ni tierra cultivable para crecer, lo que reduce la demanda de recursos naturales cada vez más escasos.
Pero antes de que puedan producir biocombustibles, es necesario recolectar las diminutas gotas de aceite que se encuentran en las algas. Estas células tienen alrededor de 10 micrones o 0,001 milímetros de ancho, según Manning.
“Vamos a buscar las minucias aquí. Estamos persiguiendo pequeñas células diminutas, y estamos persiguiendo las diminutas gotitas de aceite que existen dentro de esas células”, dice ella. “Entonces tenemos mucha variabilidad en la producción de aceites en las algas, que van desde el 15 por ciento al 50 por ciento de aceite. [per organism].”
A veces aumentar estas reservas de lípidos, las algas se someten a estrés o inanición, lo que hace que aumente la producción de aceite. Los cultivadores pueden aumentar los niveles reteniendo nutrientes como el azufre y el nitrógeno o aumentando la temperatura y la luz. La especie particular de algas también juega un papel.
Todo lo cual es decir, los grandes experimentos continuarán. Mientras que los EE.UU. ha estado jugando con algas de grado industrial durante décadas, el reciente impulso de BETO agrega una nueva urgencia al campo. “La tecnología de algas proporciona no solo un sumidero de carbono excepcional, sino también un producto de material versátil, que ofrece soluciones a los desafíos de sustentabilidad desde el combustible hasta los plásticos”, la Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable declaró en un comunicado de prensa sobre el reciente flujo de subvenciones. Pero hasta que bajen los costos, estas ideas permanecerán estancadas en laboratorios y estanques de canales, y nada más.