Los biocombustibles a partir de microalgas

La generación de biocombustibles a partir de las microalgas presenta innumerables ventajas y es, en muchos aspectos, complementaria del resto de las energías renovables.

El modelo energético actual, basado en un porcentaje alto en el petróleo y en otros combustibles fósiles, empieza a estar caduco. Problemas derivados de su uso; como el negativo impacto ambiental con su nefasto efecto sobre el calentamiento global, la inestabilidad de los precios, el progresivo agotamiento de las reservas y los conflictos geopolíticos, han provocado en los últimos años una carrera por buscar fuentes de energías alternativas y renovables que rompan con la dependencia del petróleo de las actuales sociedades industrializadas.

La ya económicamente viable energía eólica, junto con la energía solar, (con sus vertientes térmicas, termoeléctrica y fotovoltaica que han registrado continuos y prometedores avances en los últimos años) están llamados a liderar esta nueva fase energética. A ellas se une una nueva opción: el cultivo de microalgas para producir biocombustibles.

La generación de biocombustibles a partir de las microalgas presenta innumerables ventajas y es, en muchos aspectos, complementaria del resto de las energías renovables ya que aborda uno de los aspectos de más difícil resolución con las demás tecnologías; un combustible para el transporte de forma sustentable y barata.

Un buen número de empresas están inmersas en el desarrollo de estas tecnologías y ya se plantea la aparición de las primeras centrales de producción en masa entre los años 2010 y 2012.

El proceso biológico de las microalgas, la captación de la energía del sol

Las microalgas son organismos que viven en el agua (agua dulce o agua salada) o en ambientes terrestres de elevada humedad.

El papel de las algas en la naturaleza es de suma importancia ya que, gracias a la fotosíntesis, son capaces de transformar la materia inorgánica en materia orgánica utilizando para ello la energía del sol. Esta energía queda almacenada en sus estructuras biológicas y es aprovechada posteriormente por los seres que se alimentan de ella. Se puede decir por tanto que las microalgas están en la base de la cadena trófica.

En el proceso de la fotosíntesis, empleando la energía del sol, se combina el Co2 atmosférico con el agua y como resultado se produce oxígeno que se libera a la atmósfera y azúcares que el microalga empleará para producir distintas sustancias como celulosa que conforma su estructura, aceites, etc.

 

Captacion de Co2 y energia microalga

Esquema del almacenamiento de energía en un microalga

Las microalgas tienen una tasa de multiplicación muy elevada por lo que son capaces de absorber y almacenar una gran cantidad de energía del sol.

El cultivo de microalgas

Las microalgas crecen de manera espontánea en ambientes acuáticos y húmedos. Sin embargo pese a su abundancia en la naturaleza, para la producción de biocombustibles en masa se lleva a cabo su cultivo controlado en plantas en tierra firme. Diversas son las causas que llevan a ello:

Por un lado se asegura la obtención de la variedad de microalga adecuada en función de la utilidad que se quiera obtener de ella. Se estima que existen más de 300 000 especies de algas, pero pocas de ellas poseen las características necesarias para hacer viable la producción de biocombustibles con fines comerciales.

Por otro lado el cultivo asegura la producción del volumen de microalgas necesario controlando aspectos como la extensión del cultivo y su rendimiento. Optimizando las necesidades vitales de las microalgas es posible obtener una reproducción mucho más rápida de lo que se obtendría en estado natural

También factores medioambientales desaconsejan la recolección o producción de manera artificial de microalgas en el mar. La mayor presencia (por reproducción forzada) o la reducción (por recolección) de algas en la naturaleza alteraría la disponibilidad de alimento de muchos organismos impactando en la cadena trófica. De obtener las microalgas directamente de la naturaleza muchos ecosistemas podrían entrar en colapso suponiendo una gran catástrofe.




Técnicas de cultivo de las microalgas

Existen tres modalidades de cultivo de algas que las distintas compañías están estudiando. Estas modalidades son:

-Cultivo en estanques al aire libre– La forma más simple de cultivo. Se trata básicamente de piscinas descubiertas expuestas al sol. Al agua de estas piscinas se suministra nutrientes para que las microalgas puedan reproducirse a un ritmo acelerado. Es el sistema menos eficiente aunque el más económico. El rendimiento de este tipo de producción es en principio bajo y no se tiene noticia de que ninguna empresa lo esté utilizando para producir biocombustibles, lo que puede indicar que resulta comercialmente inviable para este fin. Es un sistema utilizado por empresas que cultivan microalgas para otros mercados (alimentación, estética..etc.…)
-Cultivo de tanques en invernadero– Los tanques de agua en los cuales se reproducen las microalgas están protegidos por invernaderos. Se tiene noticia de diferentes configuraciones de este tipo que van desde auténticos invernaderos en los cuales se encuentran los tanques hasta pequeños estanques en los que se coloca un vidrio o plástico encima.

Las ventajas de este sistema son un mejor control de la temperatura y una pérdida muy reducida de agua. Estos factores favorecen una mayor reproducción de las algas y por lo tanto un mayor rendimiento. Existen empresas productoras que optan por este sistema por considerarlo en un buen equilibrio entre la eficiencia de producción y los costes.

cultivo microalgas en invernadero

Invernadero con cultivo de microalgas

-Cultivo en fotobioreactores-. Los fotobioreactores son conductos transparentes aislados del exterior en los cuales se desarrollan las microalgas. Estos tubos se colocan al exterior para captar mayor cantidad de radiación solar. Un sistema controlado informáticamente se encarga de suministrar a las microalgas Co2 y nutrientes para optimizar al máximo su productividad. Son a priori los sistemas más productivos de todos.

Esquema fotobioreactor

Esquema de fotobioreactor

 

Fotobioreactor "airemar" de la empresa Biofuels systems

Fotobioreactor “airemar” de la empresa Biofuels systems

 

Ventajas del cultivo de microalgas frente a los cultivos energéticos tradicionales para la producción de biocombustibles

Para la producción de biocombustibles las microalgas presentan una serie de ventajas importantes con respecto a los otros productos agrícolas que se emplean en la actualidad:

El nivel de productividad es mucho mayor que empleando cualquier otro tipo de materia prima. Las microalgas son organismos que en condiciones adecuadas se desarrollan a gran velocidad y completan su ciclo de vida en un tiempo mucho menor que los cultivos tradicionales. Se estima que la productividad de biocombustibles a partir de las microalgas es de entre 20 y 80 veces superior que a los producidos a partir del maíz, la soja o la caña de azúcar. Algunas empresas aseguran que con sus métodos, la producción de biomasa de algas (de la cual se pueden extraer diversos productos) es miles de veces superior que en el caso de los cultivos de soja, girasol o palma. Conviene, sin embargo, a falta de más información, estimar como más fiable el primer dato ofrecido.

No se emite Co2 de más a la atmósfera– Las microalgas en su desarrollo requieren Co2 que toman de la atmósfera capturándolo en sus moléculas. En el momento de su combustión ese Co2 tomado se libera devolviéndolo al aire. Por lo tanto se libera tanto Co2 como el que el alga tomó en su desarrollo resultando el balance final igual a cero. Varios diseños de plantas de producción de microalgas proyectan emplear las emisiones de Co2 de las centrales termoeléctricas para insuflarlas en los cultivos y acrecentar la producción.

La producción de biocombustible a partir de microalgas no afecta en absoluto al mercado de alimentos. Actualmente se están destinando grandes partidas de cereales para producir bioetanol y biodiesel lo que provoca que estos escaséen y que se eleve su precio en perjuicio de la industria alimenticia y sobretodo de las sociedades más pobres. Obtener combustibles a partir de las algas permitirá que los cereales se usen exclusivamente para fines alimentarios y que los precios se mantengan más bajos

Para el cultivo de microalgas no se destruyen bosques ni selvas– La inmensa demanda de biocombustibles elaborados a partir de cultivos tradicionales provoca la destrucción amplias zonas selváticas y forestales con el fin de ampliar la superficie cultivable. Esto repercute muy negativamente en nuestros ecosistemas.

Es perfectamente posible realizar el cultivo de microalgas en estanques localizados en áreas desérticas o en terrenos improductivos para cualquier otro tipo de vegetal. Existen de hecho en ejecución centrales de producción de microalgas para biocombustibles en desiertos aprovechando las excelentes cualidades de insolación que ofrecen.

 

Productos derivados del cultivo de microalgas

El cultivo de microalgas permite la obtención de diversos productos para fines energéticos. Buena parte de los procesos y de las especies de algas usadas son secretos industriales, aunque ya se puede afirmar que se está trabajando en la obtención de los siguientes productos:

Biodiesel– Ciertas microalgas, con la finalidad de flotar y captar con ello mejor la luz solar, producen aceites que almacenan entre sus membranas. Es posible extraer estos aceites y emplearlos como combustible en motores diesel. Es la aplicación que planea el mayor número de empresas del sector por su relativa sencillez y rendimiento.

Bioetanol– La empresa mexicana biofiedls afirma disponer de un método para obtener bioetanol directamente de las microalgas. El sistema se basa en el cultivo de un tipo de microalgas verde azuladas denominadas cianobacterias que se alimentan de Co2 y que producen de manera natural etanol. Esta empresa esta en proceso de construir su primera planta de etanol en Puerto Libertad en el estado de Sonora (México) en un área desértica próxima al mar.

Biomasa– Entendiéndose como tal al volumen de masa de algas generado. Las algas contienen celulosa que se puede emplear para distintos fines, entre ellos el energético. La empresa española biofuels systems esta en proceso de ejecución de una central termoeléctrica de 30 MW que empleará como materia prima de combustión la biomasa de las microalgas. La empresa situada en Alicante, (Valencia) afirma que el poder calorífico del kilogramo de biomasa de alga es similar al del carbón. Otro uso que esta misma empresa pretende darle a la biomasa de algas es la producción de papel.

Biopetróleo– La misma empresa, biofuels systems, ha desarrollado un proceso que le permite obtener biopetróleo a partir de las algas. Aunque no se conocen públicamente los detalles, en principio se trataría de reproducir de manera artificial y acelerada los procesos biológicos que dieron lugar al petróleo de origen fósil. Este biopetróleo mantendría las ventajas y los usos del petróleo actual (combustibles, plásticos y petroquímica) siendo incluso necesario refinarlo, pero evitando sus inconvenientes (contaminación por azufre y otros metales pesados, emisiones de Co2 a la atmósfera, reservas finitas etc.…)


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