Un estudio de Argonne National Laboratory muestra que las emisiones de carbono que proceden de la producción de etanol pueden ser empleadas para el cultivo de microalgas que, a su vez, pueden usarse para producir biocombustibles.
Biocombustibles
Los biocombustibles han atraído una atención significativa en los últimos años debido a que son considerados como carbono neutral y pueden mitigar el calentamiento global desplazando los combustibles fósiles.
Cuando escuchas la palabra biocombustibles, es probable que el maíz sea lo primero que venga a tu mente.
Pero las microalgas son, de hecho, otra alternativa viable, si se pueden producir en masa.
Potencial de las algas
En conjunto, las algas tienen el potencial de producir de 10 a 100 veces más combustible por acre de tierra, en comparación con otros cultivos, pero requieren mucha agua y dióxido de carbono (CO2).
Recursos como el agua y el CO2 se encuentran en cantidades limitadas en muchas regiones de EEUU, lo que dificulta mantener la producción. Sin embargo, el oeste medio, que es abundante en CO2 de alta pureza gracias a la producción de etanol en base al maíz, es un área donde el cultivo de algas tiene el potencial de prosperar.
El potencial de oeste medio de EEUU
La fermentación del maíz produce CO2 concentrado junto con el etanol.
Los investigadores de Argonne National Laboratory y Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Departamento de Energía de EEUU (DOE) publicaron un estudio que detalla los desafíos y oportunidades asociados con el aprovechamiento del CO2 para cultivar algas en el oeste.
“Este trabajo finalmente muestra el potencial para el cultivo de microalgas del oeste medio, mientras se mitigan las emisiones de la producción de etanol. Es una región para considerar para aquellos que buscan comercializar tecnologías de captura y utilización de carbono por medio de las algas”, dijo el científico principal de Argonne, Troy Hawkins, coautor del estudio.
Los hallazgos de Hawkins y su equipo revelan que las condiciones del oeste medio pueden favorecer el cultivo de algas y que la producción de combustibles durante todo el año se puede mantener mediante el uso de otros materiales, como residuos de madera, para generar combustible en las estaciones en las que las algas no crecen bien.
Ellos también descubrieron que cultivar algas puede, a su vez, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de etanol para eliminar la necesidad de que los productores de etanol capturen el carbono producido en sus procesos.
“Las regiones más cálidas, como los estados del sur, generalmente se consideran mejores para el cultivo de algas, pero muchos lugares tienen acceso limitado al agua y al dióxido de carbono necesarios para el cultivo de algas”, destacó Hawkins.
“Una de las preguntas que tratamos de responder en este estudio es si el beneficio de la abundancia de CO2 y agua dulce de alta pureza en el oeste medio compensa las condiciones de crecimiento menos favorables en la región”.
Beneficios de la producción en el oeste medio de EEUU
Los estados del medio oeste generalmente no se consideran favorables para la producción de algas debido a sus inviernos fríos.
Sin embargo, los investigadores descubrieron que, en los meses más cálidos, un estanque de algas puede producir tantas algas como los estados del sur, pero con menos estrés hídrico. Y cuando se utiliza CO2 concentrado de la producción de etanol de maíz, en lugar del CO2 diluido de las centrales eléctricas de carbón, el proceso se vuelve más eficiente desde el punto de vista energético.
“Usar el CO2 concentrado de la fermentación de maíz para cultivar algas tiene el potencial de reducir la intensidad de carbono del etanol, mientras que además se produce biocombustible de las algas”, indicó Hawkins.
“Esto es importante, debido a que la fermentación del maíz genera una cantidad significativa de CO2; aproximadamente, un tercio del carbono del maíz va al etanol, un tercio queda en el grano de destilería, que se usa como alimento para animales, y un tercio va a la atmósfera”.
Análisis del impacto del ciclo de vida
Los investigadores llegaron a sus resultados después de realizar un análisis completo del ciclo de vida del proceso para fabricar biocombustible a base de algas.
Ellos se basaron en el modelo de Greenhouse gases, Regulated Emissions, and Energy use in Technologies (GREET) de Argonne, una herramienta analítica única en su tipo que simula el uso de energía y las emisiones de varias combinaciones de combustibles y vehículos.
“Nosotros usamos GREET para calcular todas las emisiones generadas en cada paso del proceso de producción de biocombustible”, dijo Longwen Ou, analista de sistemas de energía de Argonne y autora principal del estudio.
“Esto incluyó trabajar a través de los detalles de las emisiones de la cadena de suministro y de la electricidad utilizada para la producción”.
Argonne y PNNL colaboraron en este esfuerzo, aprovechando las capacidades de modelado desarrolladas en los dos laboratorios para brindar nuevos conocimientos a la industria que busca comercializar la producción de algas para biocombustibles y bioproductos, así como a las agencias gubernamentales involucradas en el establecimiento de políticas que afectan la producción de biocombustibles de algas y las medidas de descarbonización.
La Algae Biomass Availability Tool de PNNL fue usada para estimar la productividad de las algas.
El estudio también empleó el modelo Available Water Remaining in the United States (AWARE-US) de Argonne para evaluar el estrés hídricos asociado con el crecimiento de algas. Este modelo mide el estrés hídrico para una amplia variedad de tecnologías.
La investigación fue financiada por la Energy Efficiency and Renewable Energy Bioenergy Technologies Office (BETO) de DOE.
Reference (open access):
Longwen Ou, Sudhanya Banerjee, Hui Xu, André M. Coleman, Hao Cai, Uisung Lee, Mark S. Wigmosta, Troy R. Hawkins. 2021. Utilizing high-purity carbon dioxide sources for algae cultivation and biofuel production in the United States: Opportunities and challenges. Journal of Cleaner Production, Volume 321, 2021, 128779, ISSN 0959-6526.
