Investigadores destacan que MACMODS puede ser usado para evaluar el diseño de las granjas y las prácticas de cultivo que maximicen la producción de macroalgas, pero que también explora las interacciones entre la granja y el ecosistema con la finalidad de minimizar los impactos.
En todo el mundo, las macroalgas se cultivan principalmente en aguas costeras, pero existe el interés de expandir el cultivo de algas a mar abierto.
La industria del cultivo de macroalgas tiene el potencial de expandirse a mar abierto; no obstante, trasladarse a aguas profundas requiere de estructuras suspendidas que configuran nuevas interacciones granja-ambiente.
El cultivo de macroalgas en mar abierto tiene el potencial de contribuir a la seguridad energética y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero a través de la producción de biocombustibles, y para proveer alternativas de baja emisión para industrias tan diversas como los téxtiles, bioplástico y fertilizantes.
Los investigadores de la University of California (EE.UU), Patagonia Seaweeds (Chile), Southern California Coastal Water Research Project (EE.UU) presentan un modelo computarizado, la Macroalgal Cultivation Modeling System (MACMODS), para explorar las modificaciones que se tienen que hacer a las granjas de macroalgas basados en la luz, el flujo de la corriente y los nutrientes, en base a escalas de espacio y tiempo relevantes para las macroalgas.
La modelación numérica puede ser una útil herramienta para optimizar el diseño de las granjas, las técnicas de cultivo, y los procedimientos operativos para maximizar la producción, para la ubicación de la granja y para predecir los impactos y beneficios a los ecosistemas costeros.
Modelos utilizados
Los investigadores presentan una integración de múltiples modelos que abarcan escalas de tiempo y espacio relevantes para la granja de macroalgas:
- ROMS-BEC: Modelo oceánico regional con ciclos elementales biogeoquímicos que informa las condiciones físicas y químicas del agua.
- LES: Modelo hidrodinámico a escala fina que predice la hidrodinámica modificada dentro de la granja de macroalgas.
- Un modelo de crecimiento de las macroalgas que predice la biomasa de algas marinas y utiliza información tanto de ROMS-BEC como de LES.
“Evaluamos el efecto de procesos como el sombreado de las algas marinas, el arrastre de las macroalgas, la extracción de nutrientes por las algas marinas y el transporte de nutrientes modificado en el crecimiento de las macroalgas”, informan los investigadores.
Ellos indican que sus simulaciones están parametrizadas para la macroalga Macrocystis pyrifera, para evaluar el potencial de la granja de macroalgas en la ensenada del sur de California.
Impacto de la circulación física
“Nosotros demostramos que la circulación física dentro de la granja y los campos químicos en un modelo numérico impacta la biomasa de algas dentro de la granja prevista”, reportan.
Ellos resaltan que Macrocystis pyrifera es una alga grande con una capacidad sustancial para modificar la circulación y la química del agua circundante, y este ambiente modificado afecta el crecimiento de las algas marinas.
“Aplicamos MACMODS para simular una gran de M. pyrifera cerca de Santa Bárcara. El modelo predice una divergencia de flujo significativa tanto debajo como alrededor de la granja”, indicaron los investigadores.
Captura de carbono
Por otro lado, los autores del estudio destacan que existe un creciente interés en el potencial del cultivo de macroalgas para el secuestro de carbono.
“Nosotros estimamos una producción de 20 toneladas métricas de peso húmedo por hectárea, lo que equivale 0,6 toneladas de carbono por hectárea”, informan.
De acuerdo con los investigadores, un modelo dinámico que simule el carbono y el nitrógeno sería de gran utilidad para cuantificar el carbono removido vía la cosecha, además del carbono exportado al sistema costero del entorno.
Conclusiones
“Existe una creciente necesidad de herramientas computacionales para ayudar a medir la viabilidad y la escalabilidad del cultivo de algas marinas como una solución potencial y para predecir los costos y beneficios ambientales potencial del cultivo de macroalgas a gran escala”, destacan los investigadores.
Ellos concluyen que los modelos biofísicos, como MACMODS, se pueden usar junto con el análisis tecnoeconómico para comprender mejora la viabilidad financiera del cultivo de macroalgas bajo diferentes escenarios de política ambiental (por ejemplo, créditos de nutrientes o un impuesto al carbono).
El estudio fue financiado por el U.S. Department of Energy ARPA-E’s MARINER (Macroalgae Research Inspiring Novel Energy Resources).
Referencia (acceso libre)
Frieder Christina A., Yan Chao, Chamecki Marcelo, Dauhajre Daniel, McWilliams James C., Infante Javier, McPherson Meredith L., Kudela Raphael M., Kessouri Fayçal, Sutula Martha, Arzeno-Soltero Isabella B., Davis Kristen A. 2022. A Macroalgal Cultivation Modeling System (MACMODS): Evaluating the Role of Physical-Biological Coupling on Nutrients and Farm Yield. Frontiers in Marine Science, vol. 9 https://doi.org/10.3389/fmars.2022.752951
