Biocombustible a base de microalgas

El término “biocombustible” se refiere a combustibles sólidos, líquidos o gaseosos derivados de material biológico renovable, ya sean plantas no fósiles o material proveniente de animales, también conocido como biomasa.

12/04/2017
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Por: ASEPRO ECOLOGÍA

Algunos ejemplos son pastos perennes, biomasa de madera, cosechas de semillas, oleaginosas, algas, entre otros. Además de la reducción de la intensidad del carbono en el sector del transporte, el uso de biocombustibles provee otras grandes ventajas, tales como la diversificación de fuentes energéticas. Asimismo, ofrece un gran potencial a países en vías de desarrollo de convertirse en productores, consumidores y exportadores de biocombustibles.

Los biocombustibles pueden ser utilizados en diferentes tipos de transporte (terrestre, aéreo, marino) sin necesidad de modificar sus motores, en calderas estáticas para la producción de calor y/o electricidad. Con base en su origen, los biocombustibles se clasifican en distintas generaciones; las cuales varían dependiendo de las definiciones de cada autor.

Primera Generación. (La mayoría de los biocombustibles utilizados actualmente)
Provienen de los productos de cosechas alimentarias y están conformados por las partes comestibles de las plantas, las cuales contienen altos niveles de almidón, azúcares y aceites. Algunos ejemplos son el etanol de caña de azúcar, de soya y de maíz y el biodiesel de aceite de palma y de semillas de cártamo o girasol.

Ventajas: Fácil procesamiento, bajas emisiones de GEI.

Desventajas: Compiten con el sector agropecuario por tierras fértiles, su beneficio es cuestionable, ya que se argumenta que las emisiones de CO2 son mayores en su producción que la captura de CO2 en el crecimiento de su materia prima. El incremento en los precios de algunos alimentos y su escases, está estrechamente relacionado a la producción de biocombustibles de esta generación.

Segunda Generación. (Principalmente utilizados para la producción de etanol, pero muchos métodos se encuentran en experimentación)
Son derivados de residuos agrícolas y forestales compuestos principalmente por celulosa. Algunos ejemplos son, hojas y tallos de caña de azúcar, trigo y maíz, aserrín, ramas y hojas secas de árboles, así como de plantas no comestibles como la Jatrofa y la Higuerilla.

Ventajas: No compiten con el sector agropecuario, más si ocupan tierras fértiles.

Desventajas: Su producción no resulta en una reducción de GEI con respecto a aquellos de primera generación. Su producción es costosa.

Tercera Generación (Actualmente en desarrollo de tecnología)
Estos biocombustibles son derivados de vegetales no alimenticios de crecimiento rápido y con una alta densidad energética almacenada en sus componentes químicos, por lo que se les denomina “cultivos energéticos”. Entre estos vegetales se encuentran algunos pastos perennes, árboles, plantas y algas.

Ventajas: Captura CO2 durante su producción y generación de O2

Desventajas: Algunas tecnologías se encuentran en etapa experimental y no son económicamente viables.
A pesar de que la mayor parte la producción global de biocombustibles es de primera generación, existe una preocupación cada vez más fuerte acerca de la sustentabilidad de esta actividad; ya que compite con la producción de cosechas alimentarias, requieren de una gran cantidad de agua y las emisiones de GEI son altas para su procesamiento, transporte y distribución. Por esto, los esfuerzos se están concentrando cada vez más en el desarrollo de tecnologías para producir biocombustibles de otras generaciones de manera sustentable, cuyo costo de producción pueda ser competitivo con los precios de los combustibles fósiles en el mercado.

Las ventajas del cultivo de microalgas se resumen en que no compiten con la producción de alimentos, el agua se reutiliza en cada ciclo de cultivo y el CO2 es capturado de otras industrias. No requieren de tierras fertiles y el área necesaria para los cultivos de microalgas es sustancialmente menor que el de cosechas de alimentos. El rendimiento por hectárea del cultivo de microalgas es de aproximadamente 60,000 a 460,000 litros de aceite/hectárea/año comparado con 446 litros de frijol de soya. En la tabla se muestra una comparación del rendimiento de distintas fuentes de aceite utilizadas para la producción de biocombustibles.

Cultivo de microalgas
Un cultivo de microalgas tiene tres componentes primarios: (I) un medio de cultivo contenido en un recipiente adecuado, (II) células de algas que crecen en dicho medio y (III) aire para permitir el intercambio de dióxido de carbono entre el medio y la atmósfera. Para algas completamente autótrofas, todo lo que se necesita para el crecimiento es luz, agua, dióxido de carbono y nutrientes; ya que, a través de la fotosíntesis las microalgas serán capaces de sintetizar todos los compuestos bioquímicos necesarios para su desarrollo.

Las algas pueden ser producidas de acuerdo a una gran variedad de métodos, desde los altamente controlados en laboratorio hasta los menos predecibles estanques al aire libre. Los cultivos en ambientes cerrados permiten controlar los parámetros de cultivo, la contaminación de agentes depredadores y el ingreso de algas no deseadas al cultivo; mientras que los sistemas al aire libre, aunque más económicos, dificultan el cultivo de algas especificas -y deseadas- por periodos prolongados. Mundialmente se utilizan distintos tipos de cultivo de microalgas, los más ampliamente adoptados incluyen: por lotes, continuo y semi-continuo en depósitos, estanques y biorreactores.

Sistemas de cultivo
Un importante prerrequisito para cultivar microalgas comercialmente para la producción de energía es la necesidad de sistemas de gran escala que puede ir desde los sencillos sistemas de cultivo abierto, que exponen las algas al ambiente como lagos o estanques, hasta los altamente controlados sistemas de cultivo cerrado llamados fotobiorreactores (FBR). Un biorreactor se define como un sistema en el que se logra una conversión biológica; por lo tanto, un fotobiorreactor es un reactor en el que se desarrollan fotótrofos o se usan para llevar a cabo una reacción fotobiológica. Estos reactores ofrecen un funcionamiento continuo, un alto grado de control y elevadas concentraciones de biomasa.

Es importante resaltar que la producción de biomasa algal a partir del cultivo de microalgas tiene enormes aplicaciones, entre ellas, la producción de biodiesel, biogas, combustibles para transporte, producción de hidrógeno y producción de alcoholes (bioetanol o biometanol, etc.).

Las algas consumen los nutrientes y CO2, mientras que producen O2 que podría inhibir el crecimiento de las algas a elevadas concentraciones, por lo que las condiciones de crecimiento se irán deteriorando a lo largo del tubo. Por lo tanto, no pueden ser ampliados indefinidamente, es por esto que la producción a gran escala está basada en la integración de múltiples módulos individuales con una óptima relación tamaño vs longitud del tubo. Sin embrago se considera que los FBR tubulares son más adecuados para la producción al aire libre, pues exponen una gran superficie a la luz solar.

El aumento de la demanda energética mundial, el agotamiento del petróleo y el incremento en las dificultades ambientales por los gases de efecto invernadero, demandan Fuentes Alternativas de Energía

Las microalgas fueron los primeros organismos con capacidad de fotosíntesis y uno de los principales agentes en la creación de la actual atmósfera terrestre. El aprovechamiento de la radiación solar para producir microalgas es muy eficiente, por ello el cultivo de microalgas se ha considerado para la obtención de diversos productos con fines energéticos (Benemann, et al. 1996).

En México, a pesar de que existe producción de biocombustibles de diferentes orígenes, la mayoría de las iniciativas son a nivel experimental, plantas piloto, proyectos Nacionales con participación de Gobiernos Estatales y de Universidades. También concurren distintas compañías que impulsan el desarrollo y uso sustentable de materias primas para la generación de energías renovables.

El aumento de la demanda energética mundial, el agotamiento del petróleo y el incremento en las dificultades ambientales por los gases de efecto invernadero, demandan Fuentes Alternativas de Energía basadas en Procesos Sustentables, Renovables y Amigables con el Medio Ambiente

El mundo vive la necesidad de mejorar la calidad nutricional en los alimentos y sus componentes, fomentando estilos de vida y hábitos alimenticios más saludables, a través de la inclusión de productos orgánicos de mayor valor nutricional y proteico; siempre mejorando la productividad y aprovechamiento por hectárea de la tierra. En el mundo se requieren soluciones integrales a los problemas de los combustibles fósiles, y al problema de alimentación deficiente.

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