Milthon B. Lujan Monja
Aqua Center SRL
Resumen:
Los biocombustibles obtenidos de las algas se constituyen en una alternativa económicamente viable, debido a los cuestionamientos que se le vienen dando a los biocombustibles obtenidos de plantas terrestres. Los biocombustibles más comunes son el biogas, el bioetanol y el biodiesel, los mismos que pueden ser obtenidos mediante el procesamiento de las algas.
1. Introducción.
Los biocombustibles cada día están adquiriendo más importancia, debido al potencial que tienen para sustituir a los combustibles de origen fósil; los cuales son altamente contaminantes. Gracias a este creciente interés, la tasa de crecimiento de la producción de biocombustibles a nivel mundial es de 15% al año (Brown ¿).
Dentro del rubro de los biocombustibles se incluyen el biogas, el bioetanol y el biodiesel. El bioetanol se obtiene principalmente del maíz, sorgo, caña de azúcar y remolacha, siendo el principal productor USA, seguido por Brasil; mientras que el biodiesel es obtenido a partir de aceites vegetales (canola, soja), y el principal productor es Alemania.
Puppán (2001) reporta que las ventajas de los biocombustibles incluyen: 1) Representan el ciclo del CO2, la mayoría de ellos tienen mejores emisiones, son biodegradables y contribuyen a la sostenibilidad; y 2) Son “amigables” al ambiente.
Aun cuando, la producción de biocombustibles se presentan como “amigables” al ambiente, han surgido una serie de cuestionamientos debido a que se están afectando los bosques naturales para ampliar los terrenos cultivables, se esta reemplazando el cultivo de productos alimenticios, se incrementara el uso de fertilizantes y pesticidas; además de la quema de algunas cosechas (caña) para la obtención del azúcar, lo que contribuye con los gases invernaderos.
Actualmente, existe una serie de cuestionamientos a los biocombustibles obtenidos de plantas terrestres. No obstante, esto se constituye en una gran oportunidad para los biocombustibles obtenidos desde las algas (macro y microalgas).
Las investigaciones para la obtención de biocombustibles desde las algas no es nueva; no obstante, recién en los últimos años se le esta prestando la debida atención. Según Gao y McKinley (1993) las macroalgas tienen una mayor productividad que las plantas terrestres, y no compiten con ellas por el terreno; además debemos considerar que las algas se pueden cultivar en zonas marinas o en tierra obteniéndose varias cosechas al año.
Las algas prometen ser la alternativa ambientalmente y económicamente más factibles que los combustibles fósiles (Gao y McKinley 1993; Reith et al 2005). Por otro lado, las algas tienen un bajo contenido de celulosa, lo que los convierte en un material adecuado para la degradación biológica (Horn 2000). Asimismo, las algas producen naturalmente aceite; alternativamente otras especies de algas que producen más carbohidratos y menos aceite, pueden ser procesados y fermentados para producir etanol.
Este documento tiene como objetivo de revisar el nivel de desarrollo existente en la producción de biocombustibles obtenidos de las algas y de las oportunidades que están tecnologías ofrecen para los cultivadores de macro y microalgas.
2. Producción de biodiesel
Briggs (2004) indica que desde 1978 hasta 1996, el Departamento de Energía de USA, bajo el National Renewable Energy Laboratorio (NREL), conocido como “Aquatic Species Program”, desarrollo diversas investigaciones para identificar las microalgas con alto contenido de aceites, que puedan ser cultivadas con la finalidad de producir biodiesel. Los resultados de este programa establecieron que algunas especies de microalgas son ideales para la producción de biodiesel, debido a su alto contenido de aceite (más de 50%) y su rápido crecimiento; no obstante, primero se deben resolver algunos problemas referidos principalmente a los costos de producción.
Hasta la fecha lo desarrollado por NREL ha sido el programa más ambicioso en la producción de biodiesel de las microalgas. No obstante, en la actualidad existen muchos países tratando de mejorar las técnicas de cultivo de las microalgas, con la finalidad de volverlos más sencillos y rentables.
De acuerdo al portal www.oilgae.com , la producción de aceite en las microalgas es mayor a las de las tradicionales semillas oleaginosas. En este sentido, estimaciones realizadas por la empresa BFS indican que soya, colza y palmera aceitera producen 50 m3 km-2 año-1, 100 a 140 m3 km-2 año-1, y 610 m3 km-2 año-1, respectivamente; mientras que las microalgas pueden producir de 10 000 a 20 000 m3 km-2 año-1.
Por muchos años se ha propuesto el cultivo de microalgas como un método para la fijación de CO2 y la producción de biocombustibles (Benemann et al ¿). En este sentido, desde mayo del 2006, el Estado de New York en conjunto con NRG Energy y GreenFuel Technologies viene evaluando el uso del cultivo de microalgas para el “secuestro” de CO2, y la producción de biodiesel a través del procesamiento de las microalgas cultivadas.
De acuerdo a Brown (¿), los estudios iniciales sugirieron que la energía producida por el cultivo de microalgas, es mucho mayor que el biocombustible producido por las cosechas en tierra; y que si se intensifica las investigaciones en esta tecnología podrían producirse cantidades sustanciales de biocombustibles sin tener impactos en el uso de los suelos.
Otro modelo que se viene fomentando, es el empleado por la empresa española Biofuel Systems SL (BFS), quien obtiene biocombustibles del fitoplancton marino. Según estimaciones de esta empresa, una superficie de 52 000 kilómetros cuadrados puede producir 95 millones de barriles de biopetroleo al día.
Por otro lado, en cuanto al uso de la macroalgas para la producción de combustible, la empresa Israelí Seambiotic Ltd. ha patentado una técnica en la cual produce un litro de combustible por cada 5 kg de una especie de macroalga proveniente del mar Mediterráneo.
3. Producción de biogas
Se ha demostrado la producción de metano a través de la fermentación anaeróbica, ha tasas mayores que otras fuentes de biomasa. En este sentido, la digestión anaeróbica para la producción de biogás ya mostró buenos resultados (Reith et al 2005).
La idea de producir gas metano desde las algas fue propuesta a inicios de la década del 50 (Meier 1955 citado por NREL 2006b). Aun cuando se ha avanzado en la investigación en la producción de este combustible, su uso no se ha masificado, debido principalmente a los costos de producción; no obstante, esta técnica puede emplearse muy bien para algas cultivadas en zonas contaminadas o con aguas servidas, con la finalidad de aprovechar los nutrientes existentes.
4. Producción de bioetanol
Etanol es un producto intermedio en la digestión completa de la materia orgánica y es producida por cepas microbianas específicas (Horn 2000); de esta forma el etanol debe ser producido bajo condiciones controladas para evitar problemas de contaminación. USA es el principal productor de etanol del mundo (Brown ¿).
Reith et al (2005) indican que las macroalgas contienen una alta cantidad de polisacáridos (aproximadamente 60% del peso), que son la plataforma para la producción de varios químicos vía fermentación. De esta forma, la producción de etanol es la técnica más efectiva para el aprovechamiento de la fracción de carbohidratos presentes en las algas (NREL 1996b).
Horn et al (2000) ensayo la producción de etanol a través de la fermentación de extractos de la macroalga Laminaria hyperborea, logrando obtener 0.43 g de etanol por cada gramo de sustrato. Recientemente, científicos japoneses de la Tokyo University of Marine Science and Technology, presentaron detalles de un ambicioso proyecto para producir etanol a gran escala mediante el procesamiento de las macroalgas sargasso (hondawara) cultivadas en un área de 10 000 km2; se estima una producción de 5.3 billones de galones.
5. Desafíos y Perspectivas.
La producción de biocombustibles mediante el aprovechamiento de las algas, se esta constituyendo en una alternativa real; no obstante, se deben superar algunos desafíos en términos de la rentabilidad para el cultivo de algas (microalgas y macroalgas) destinadas a la producción de biocombustibles; y en la concentración del CO2 para la producción de las algas.
Según el informe de la NREL (2006a) el uso de biodiesel provenientes de las algas todavía es una tecnología con bajo grado de madurez; en este sentido, se requiere de una mayor investigación para mejorar la tecnología de cultivo.
Por otro lado, el informe de la Global Watch Misión (2006) indica que una dificultad significativa de las macro y microalgas es el alto contenido de agua; lo que genera dificultades en el manipuleo y el transporte.
Debido a los cuestionamientos que vienen teniendo los biocombustibles producidos en base a plantas, y al incremento de los precios en los combustibles fosiles; el aprovechamiento de las algas para la producción de biocombustibles se constituye en una alternativa económicamente atractiva y viable.
6. Referencias bibliograficas.
Benemann J., Van Olst J., M. Massingill, J. Weissman & d. Brune. ?. The Controlled Eutrophication Process: Using Microalgae for CO2 Utilization and Agricultural Fertilizer Recycling. http://www.unh.edu/p2/biodiesel/pdf/algae_salton_sea.pdf
Briggs, M. 2004. Widescale Biodiesel Production from Algae. University of New Hampshire, Physics Department. http://www.unh.edu/p2/biodiesel/article_alge.html
Brown, L. ?. Biofuels: Renewable energy or environmental disaster in the Making?. Worlwatch Institute. 23 p. http://www.biofuelwatch.org.uk/biofuel_paper.pdf
Gao, K. & K. McKinley. 1993. Use of macroalgae for marine biomass production and CO2 remediation: a review. Journal of Applied Phycology 6(1): 45-60.
Global Watch Misión. 2006. Second generation transport biofuels – a mission to the Netherlands, Germany and Finland . DTI –NNFCC. 120 p.
Horn S. 2000. Bioenergy from brown seaweeds. Norwegian University of Science and Technology. Trondheim, Norway. 93 p.
Horn S., I. Aasen, K. Østgaard. 2000. Ethanol production from seaweed extract. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology 25(5): 249-254.
National Renewable Energy Laboratory (NREL). 2006a. From Biomass to Biofuels. USA. 6 p. http://www.nrel.gov/biomass/pdfs/39436.pdf
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Puppán D. 2001. Environmental evaluation of biofuels. Periodica Polytechnica ser. soc. man. sci. vol. 10, no. 1, pp. 95–116. http://www.pp.bme.hu/so/2002_1/pdf/so2002_1_08.pdf
Reith, J., E. Deurwaarder, K. Hermes, P. Kamermans, W. Brandenburg & G. Zeeman. 2005. Bio-Offshore. Grootschalige teelt van zeewieren in combinatie met offshore windparken in de Noordzee. ECN Biomassa, A.P.W.M. Curvers, ECN Windenergie, WUR – Nederlands Instituut voor Visserijonderzoek / RIVO, Plant Research International, Lettinga Associates Foundation. Holanda. 137 p. http://www.ecn.nl/docs/library/report/2005/c05008.pdf