El metano, un poderoso gas de efecto invernadero, puede capturarse y transformarse en alimento rico en proteínas para los peces de cultivo. Un nuevo análisis muestra cómo hacer que el enfoque sea más rentable que los alimentos para la acuicultura.
Como un espejismo en el horizonte, un proceso innovador para convertir un potente gas de efecto invernadero en una solución de seguridad alimentaria se ha estancado por la incertidumbre económica.
Un análisis de la Stanford University, el primero en su tipo, evalúa el potencial de mercado del enfoque, en el que las bacterias alimentadas con metano capturado se convierten en proteínas para reemplazar la harina de pescado en las dietas acuícolas.
El estudio publicado en la revista Nature Sustainability encontró que los costos de producción que incluyen la captura de metano de ciertas fuentes en EE.UU son más bajos que el precio en el mercado de la harina de pescado convencional.
El documento también destaca las reducciones de costos factibles que podrían hacer que el enfoque sea rentable utilizando otras fuentes de metano y capaz de satisfacer toda la demanda mundial de harina de pescado.
“Las fuentes industriales en los Estados Unidos están emitiendo una cantidad realmente asombrosa de metano, que es antieconómico de capturar y usar con las aplicaciones actuales”, dijo el autor principal Sahar El Abbadi, quien realizó la investigación.
“Nuestro objetivo es cambiar ese paradigma, utilizando la biotecnología para crear un producto de alto valor”, agregó El Abbadi, quien ahora es profesor en el programa Civic, Liberal and Global Education en la Stanford University.
Dos problemas, una solución
Aunque el dióxido de carbono es más abundante en la atmósfera, el potencial de calentamiento global del metano es aproximadamente 85 veces mayor en un período de 20 años y al menos 25 veces mayor un siglo después de su liberación.
El metano también amenaza la calidad del aire al aumentar la concentración de ozono troposférico, cuya exposición causa aproximadamente 1 millón de muertes prematuras anualmente en todo el mundo debido a enfermedades respiratorias.
La concentración relativa de metano ha crecido más del doble de rápido que la del dióxido de carbono desde el comienzo de la Revolución Industrial debido en gran parte a las emisiones provocadas por el hombre.
Una posible solución radica en las bacterias que consumen metano llamadas metanotrofos. Estas bacterias pueden cultivarse en un biorreactor refrigerado lleno de agua alimentado con metano presurizado, oxígeno y nutrientes como nitrógeno, fósforo y oligoelementos.
La biomasa rica en proteínas resultantes se puede utilizar como reemplazo de la harina de pescado en los piensos para la acuacultura, compensando la demanda de harina de pescado elaborada a partir de pescado silvestres o de harinas vegetales que requieren tierra, agua y fertilizantes.
“Si bien algunas empresas ya están haciendo esto con gas natural de los gasoductos como materia prima, una materia prima preferible sería el metano emitido en grandes rellenos sanitarios, plantas de tratamiento de aguas residuales e instalaciones de petróleo y gas”, dijo el coautor del estudio Craig Criddle, profesor de ingeniería civil y ambiental en la School of Engineering de la Stanford University.
“Esto daría lugar a múltiples beneficios, incluyendo niveles más bajos de un potente gas de efecto invernadero en la atmósfera, ecosistemas más estables y resultados financieros positivos”.
El consumo de pescados y mariscos, una importante fuente mundial de proteínas y micronutrientes, se ha cuadruplicado desde 1960. Como resultado, las poblaciones de peces silvestres están muy agotadas y las granjas de peces proporcionan ahora aproximadamente la mitad de todos los pescados y mariscos que se consumen.
El desafío sólo crecerá a medida que la demanda mundial de animales y plantas acuáticas probablemente se duplique para el 2050, según una revisión del sector liderada por los investigadores de Stanford y otras instituciones.
Si bien los metanotrofos alimentados con metano pueden proporcionar alimento para los peces de cultivo, la economía del enfoque no ha sido clara, incluso cuando los precios de la harina de pescado convencional casi se han triplicado en términos reales desde el año 2000.
Para aclarar el potencial del enfoque para satisfacer la demanda de manera rentable, los investigadores de Stanford modelaron escenarios en los que el metano se obtiene de plantas de tratamiento de aguas residuales relativamente grandes, vertederos e instalaciones de petróleo y gas, así como gas natural comprado de la red comercial.
Su análisis examinó una variedad de variables, incluido el costo de la electricidad y la disponibilidad de mano de obra.
Hacia la obtención de ganancias
En los escenarios que involucran el metano capturado de vertederos e instalaciones de petróleo y gas, el análisis encontró que los costos de producción de proteína metanotrófica (US$ 1,546 y 1,531 por tonelada, respectivamente) fueron más bajos que el precio mercado promedio de 10 años de la harina de pescado (US$ 1,600).
Para el escenario en el que se capturó metano de las plantas de tratamientos de aguas residuales, los costos de producción fueron ligeramente más altos (US$ 1,645 por tonelada) que el precio promedio de mercado de la harina de pescado.
El escenario en el que se compró metano de la red comercial generó los costos de producción de proteína más costosos (US$ 1,783 por tonelada) debido al costo de compra de gas natural.
Para cada escenario, la electricidad fue el mayor gasto, representando más del 45% del costo total en promedio.
En estados como Mississippi y Texas con bajos precios de la electricidad, los costos de producción bajaron más del 20 por ciento, lo que hizo posible producir proteína a partir de metano por US$ 1,214 por tonelada, o US$386 menos por tonelada que la producción convencional de harina de pescado.
Los costos de electricidad podrían reducirse aún más, dicen los investigadores, diseñando reactores que transfieran mejor el calor para requerir menos enfriamiento, y cambiando las aplicaciones eléctricas a aquellas alimentadas por el llamado “gas varado” que de otro modo se desperdiciaría o no se usaría, lo que también puede reducir dependencia de la red eléctrica para ubicaciones remotas.
En escenarios que involucran el metano de las plantas de tratamiento de aguas residuales, las propias aguas residuales podrían usarse para proporcionar nitrógeno y fósforo, así como para enfriar.
Si las eficiencias descritas pudieran reducir el costo de producción de la proteína a base de metanótrofos es un 20 por ciento, el proceso podría abastecer de manera rentable la demanda global total de harina de pescado con metano capturado solo en los EE.UU, según el estudio.
De manera similar, el proceso podría reemplazar el uso de la soja y los alimentos para animales si se lograran más reducciones de costos.
“A pesar de décadas de intentos, la industria energética ha tenido problemas para encontrar un buen uso para el gas natural varado”, dijo el coautor del estudio Evan David Sherwin, investigador postdoctoral de ingeniería de recursos energéticos en Stanford.
“Una vez que comenzamos a analizar los sistemas de energía y alimentos juntos, quedó claro que podíamos resolver al menos dos problemas de larga data a la vez”.
El estudio fue financiado por la Stanford Center for Innovation in Global Health y el Stanford Natural Gas Initiative.
Contacto
Sahar Heal El Abbadi, Stanford Introductory Studies: elabbadi@stanford.edu
Craig Criddle, Stanford School of Engineering: (650) 723-9032, criddle@stanford.edu
Evan David Sherwin, School of Earth, Energy & Environmental Sciences: (650) 736-3491, evands@stanford.edu
Rob Jordan, Stanford Woods Institute for the Environment: (650) 721-1881, rjordan@stanford.edu
Referencia
El Abbadi, S.H., Sherwin, E.D., Brandt, A.R. et al. Displacing fishmeal with protein derived from stranded methane. Nat Sustain (2021). https://doi.org/10.1038/s41893-021-00796-2
