Los organismos algales simples desarrollan biomasa que puede cosecharse y transformarse para producir combustibles y otros productos. En una publicación reciente, Aramco reveló que había producido el primer lote de biocombustible a partir de algas. Junto con otros investigadores y empresas, están explorando formas de producir y utilizar combustibles bajos en carbono a partir de microalgas de aguas residuales y agua de mar.
Creación de combustibles bajos en carbono a partir de microalgas de aguas residuales y de agua de mar: Objetivo del estudio
Para obtener más información sobre combustibles líquidos alternativos que se pueden utilizar para fabricar energía ecológica y sostenible. Asimismo, para determinar los requisitos de las microalgas para la producción de energía y los tipos de biocombustible.
- Según el estudio de Kleinova et al.El biodiésel se origina a partir de microbios oleaginosos. Se utiliza como una alternativa renovable significativa para la producción de diésel y petróleo.
- Otra estudio de Demirbas sugiere que sólo las microalgas tienen el potencial del biodiésel renovable que puede satisfacer las demandas del transporte mundial.
¿Qué son las microalgas?
Son las plantas sin raíces ni hojas más pequeñas del mundo, capaces de producir más de la mitad del oxígeno que respiramos. Además, albergan compuestos bioactivos.
Características de las microalgas
- En general, las algas son clasificados en 2 grupos Es decir, eucariotas y procariotas. Las microalgas son las especies vivas más antiguas.
- Se tienen mecanismos de fotosíntesis Similares a los de otras plantas hechos de clorofila.
- Las microalgas se cultivan como suspensión acuosa y tienen más acceso al agua, nutrientes y dióxido de carbono.
- Los factores que definen su clasificación son sus tipos de pigmentos, composición química, constituyentes de la pared celular y características morfológicas.
- ellos tienen el potencial para fijar el CO2 de muchas fuentes como las sales de carbonato solubles, la atmósfera y los gases residuales de las fábricas.
Tipos de microalgas
- Ellos pueden ser heterotrófico Si utilizan compuestos orgánicos para el desarrollo.
- Autótrofo, si están obteniendo carbono a partir de compuestos inorgánicos.
- Se caracterizan por ser fotoautotrófico cuando utilizan la luz como fuente de energía.
- De manera similar, las microalgas mixotróficas son fotosintético unos a medida que incorporan la autotrofia y la heterotrofia sobre la fotosíntesis.
Desafíos del uso de microalgas para la generación de biocombustibles
Si bien el uso de algas para la producción de biocombustibles es ventajoso, conlleva altos costos de procesamiento. Además, su baja competitividad constituye un obstáculo crítico para su comercialización generalizada.
- Establecer industrias de producción de biocombustibles a través de algas y garantizar la competitividad de los costos es una gran reto.
- Según el Estudio de Jones y MayfieldPara el año 2030, alrededor del 6% de la demanda total de energía se cubrirá con biocombustibles.
- Según algunos investigadores, las microalgas para la producción de biocombustibles contienen altas cantidades de lípidos. Las siguientes tablas muestran estos datos.
Según una investigación, las almejas gigantes pueden hacer que la energía solar sea más eficiente.
Pasos involucrados en la producción de biocombustibles con microalgas
Esto incluye dos pasos principales que comprenden varios procedimientos subordinados.
Cultivo de algas
El crecimiento de las algas puede durar de 1 a 10 días y permite varias cosechas. Estos microorganismos pueden desarrollarse incluso en suelos secos y áridos. Además, algunos tipos de algas pueden crecer de 20 a 30 veces más que los cultivos alimentarios . Este estudio analiza el cultivo en estanques abiertos, ya que es el método más utilizado.
Estanque abierto para cultivo
Es fundamental elegir la tecnología adecuada para el cultivo y la cosecha de biomasa de algas. Debido a limitaciones económicas, los estanques abiertos a escala industrial son actualmente la única opción, ya que su diseño es sencillo. Generalmente, tienen forma de estanque o pista de carreras, y el CO2 se capta de la atmósfera por difusión . El sistema se clasifica en tres tipos: estanque circular, estanque tipo pista de carreras y sistema abierto sin agitación.
Limitaciones
Este método conlleva pérdidas de agua por evaporación y una baja producción de biomasa. Además, ciertas especies de algas vulnerables no pueden desarrollarse en este entorno. El cultivo en estanques abiertos solo es ideal para lugares con abundante luz solar y fácil acceso al agua, especialmente en zonas costeras.
Sistema de cultivo cerrado
Dado que el sistema abierto presenta limitaciones de recursos, se desarrollaron fotobiorreactores de sistema cerrado. En estos, no existen interacciones directas entre el medio ambiente y el sustrato de cultivo , lo que resulta en un entorno relativamente más consistente y fiable para el cultivo y la cosecha de algas.
El sistema cerrado produce productos valiosos y productos químicos finos que se utilizan en diversas aplicaciones. Se utilizan para la fabricación de biofármacos, cosméticos, biocombustibles y suplementos para la salud humana. Los métodos de cultivo cerrado incluyen paneles planos, tubos verticales, tubos horizontales y tanques agitados.
Limitaciones
Este sistema resulta algo costoso, ya que incluye un enfoque basado en parámetros de proceso, estanqueidad al aire y transferencia de masa. Los sistemas de iluminación requieren una cantidad significativa de energía, lo que lo hace ineficiente. Su comercialización se ha vuelto complicada debido a sus limitaciones.
Enfoque de nanoaditivos para un cultivo rápido de microalgas
Recientemente, algunos investigadores aplicaron nanoaditivos en diferentes etapas del cultivo de microalgas . Su objetivo era mejorar la eficiencia de la producción de biomasa y subproductos.
- Los nanomateriales como los nanotubos y las nanofibras recubiertos con enzimas pueden ser utilizado para inmovilizaciónCiertas estructuras de carbono, como los nanotubos de carbono y el óxido de grafeno, tienen el potencial de proporcionar estabilidad y actividad a las enzimas.
- Además, las nanopartículas también se han utilizado para Aumentar la producción de biocombustibles y biomasa.
- Según los investigadores, es posible mejorar la biomasa de las microalgas mediante 20-30% con aplicación de nanopartículas.
- Se han utilizado LED basados en arseniuro de galio y aluminio para ampliar el cultivo de algas, logrando así una mayor producción de biomasa.
- Las fibras ópticas también se utilizan durante el cultivo de algas para mejorar la eficiencia del crecimiento y también ahorran costos de iluminación.
Biocombustibles en el sector del transporte
Los biocombustibles son importantes en este contexto porque ayudan a satisfacer la creciente demanda de combustible. Son mejores alternativas que los combustibles fósiles y, además, son beneficiosos para el medio ambiente, ya que producen menos emisiones de dióxido de carbono. Esto, a su vez, reduce las emisiones de GEI y facilita la lucha contra el cambio climático. La gasolina procedente de antiguos depósitos de algas es una fuente limitada, se está encareciendo y posiblemente se esté agotando.
Un estudio afirma que las microalgas son valiosas fuentes de biocombustible. Acumulan y sintetizan una cantidad considerable de lípidos neutros, lo cual resulta ventajoso. Además, ofrecen producción durante todo el año y garantizan un rendimiento de aceite eficiente por cada área cultivada, en comparación con los cultivos oleaginosos.
Una investigación sugiere que la melanina de la tinta de sepia tiene potencial como recurso de biomasa sostenible.
Importancia de las algas en la producción de biocombustibles: aspectos de diversos estudios
Existen numerosos estudios que atestiguan las ventajas de las microalgas en comparación con otras plantas terrestres.
Estudio # 1
Un estudio de Jones & Mayfield sugirió que las microalgas pueden utilizarse para producir diferentes tipos de biocombustibles. Por ejemplo, la producción de metano mediante digestión aeróbica a partir de aceite de microalgas para la generación de biohidrógeno.
Estudio # 2
El estudio de Pienkos y Darzins señala que observaron que las microalgas, organismos unicelulares, pueden reproducirse mediante técnicas de alta velocidad y generar cepas que cambian rápidamente. El estudio demostró la sostenibilidad ambiental y la facilidad de cultivo de las microalgas. Además, el proceso de cultivo de microalgas puede reducir la generación de residuos.
Estudio # 3
Según el estudio de Pittman et al. , las microalgas pueden proporcionar el mayor rendimiento de biomasa por unidad de área y longitud. Por ello, han recibido gran atención para la generación de energía renovable. Poseen un alto contenido de aceite y almidón, y no requieren tierras agrícolas específicas para su cultivo ni agua dulce para sobrevivir. Se pueden cultivar fácilmente con dióxido de carbono y aguas residuales.
Estudio # 4
Según el estudio de Patil et al. , las microalgas son preferibles a las macroalgas, ya que estas últimas son menos flexibles y solo ofrecen un método de procesamiento. En cambio, las microalgas utilizan CO2 y luz solar para producir biocombustibles, piensos y bioactividades de alto valor. Cabe destacar que las microalgas representan más del 40 % de la fijación global de carbono, siendo las microalgas marinas las que concentran la mayor parte de la productividad.
Estudio # 5
Otro estudio de Singh y Olsen indica que la biomasa de microalgas contiene alrededor del 50 % de carbono en peso seco. Las algas pueden producir grandes cantidades de biomasa en poco tiempo, ya que no necesitan celulosa para sus ramas, hojas o raíces. Además, la recolección, extracción y conversión en nanocatalizadores de microalgas facilitan la producción de biodiésel, lo que resulta en una producción eficiente. En cambio, las macroalgas contienen diversos lípidos, hidrocarburos y aceites complejos, lo que complica el proceso.
Aquí les presentamos una versión simplificada y explicada del informe Perspectivas Energéticas Mundiales 2024-2050.
Conclusión
Las microalgas presentan una tasa de crecimiento superior a la de otros cultivos terrestres, un alto contenido lipídico y una rápida reproducción. Es evidente que ninguna estrategia por sí sola puede ofrecer una solución eficaz. Por lo tanto, se requiere una combinación de procesos para garantizar la dependencia de los biocombustibles en la producción de energía . Es fundamental asegurar la eficacia de las algas en el procesamiento de biocombustibles y la extracción de aceite. En este sentido, resulta más claro que los combustibles bajos en carbono derivados de microalgas de aguas residuales y marinas pueden ser la mejor solución sostenible.
Fuente : Formación de biocombustibles a partir de microalgas
