La diversidad de especies reduce las posibilidades de fracaso de cultivos en los sistemas de biocombustibles de algas

El petróleo de biocombustible derivado de algas se está estudiando como una potencial alternativa de energía renovable a los combustibles fósiles.

Cuando se cultivan algas en estanques al aire libre como un biocombustible de próxima generación, una mezcla naturalmente diversa de especies ayudará a reducir la posibilidad de que fracase el cultivo, según revela un estudio realizado por investigadores de la Universidad de Michigan (UM), en Estados Unidos.

El petróleo de biocombustible derivado de algas se está estudiando como una potencial alternativa de energía renovable a los combustibles fósiles. El ecólogo de la UM Bradley Cardinale y sus colegas descubrieron que el cultivo de múltiples especies de algas en 180 tanques similares a acuarios ayudó a estabilizar la producción de biocrudo e hizo que el sistema fuera más fiable y eficiente.

Aunque el experimento se realizó en interiores, sus conclusiones tienen relevancia para el cultivo al aire libre, asegura Cardinale, coautor de un artículo sobre el trabajo publicado recientemente en la edición digital de la revista ‘Environmental Science & Technology’. «Estos hallazgos son importantes porque uno de nuestros mayores retos a la hora de hacer biocombustible de algas accesible es mejorar la eficiencia de los estanques de crecimiento al aire libre y prevenir los accidentes que arruinan los cultivos», dice.

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«Las compañías gastan grandes cantidades de dinero para instalar repetidamente estos estanques. Si la diversidad de especies aumenta la eficiencia al mismo tiempo que reduce la probabilidad de un accidente, entonces también reduce los costos», subraya Cardinale, profesor de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la UM y director del CILER, el Instituto Cooperativo de Limnología e Investigación de Ecosistemas.

Sorprendentemente, los investigadores también encontraron que el crecimiento de una mezcla de especies de algas no aumentó la producción de biocrudo en comparación con las especies cultivadas solas como monocultivos. De hecho, la competencia entre especies a menudo hace que las mezclas produzcan menos biocombustible que cada especie individualmente.

Este hallazgo contrasta con décadas de investigación ecológica que muestra que las comunidades que contienen conjuntos más diversos de plantas y animales son, en promedio, más productivas y más eficientes en el uso de recursos. A raíz de este trabajo anterior, investigadores de algas de la UM tenían la hipótesis de que una mezcla de especies de algas sería más productiva que una sola especie; pero no fue así.

«Nuestros resultados sugieren que hay una gran compensación al cultivar biocombustible algal», subraya una de las principales autoras del estudio, Anita Narwani, exinvestigadora postdoctoral de UM en la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente. «Se puede cultivar una sola especie que produce altos rendimientos, pero tiene alto riesgo de fracaso en las cosechas, o pueden usarse mezclas de especies que producen rendimientos más bajos pero son mucho menos propensas a colapsarse y más sostenibles a través del tiempo», apunta.

LAS MEZCLAS DE ALGAS SOBREVIVEN CON FERTILIZANTE GASTADO

El trabajo de la UM fue financiado por una subvención de 2 millones de dólares para cuatro años de la Fundación Nacional de Ciencia estadounidense. Concedida en julio de 2013, la subvención pagó por un estudio en dos partes para identificar y probar grupos naturalmente diversos de algas verdes que se pueden cultivarse juntas para crear un sistema de alto rendimiento, ambientalmente sostenible y rentable para producir biocombustibles de próxima generación.

La primera fase del estudio involucró el cultivo de varias combinaciones de seis especies de algas lacustres en 180 acuarios en un laboratorio en el sótano del Edificio Dana de la UM, sede de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente. Cada tanque de 10 litros contenía una, dos, cuatro o seis especies de algas.

La mitad de los tanques mantuvo una temperatura constante de 22 º C y la otra mitad fue asignada a un tratamiento de temperatura variable para simular condiciones al aire libre, con fluctuaciones de entre 17 y 27 º C a intervalos semanales. El experimento duró siete semanas y mostró que las mezclas de especies de algas eran, en promedio, más estables y fiables frente a las fluctuaciones de temperatura.

La segunda fase del proyecto involucró pruebas de campo de las especies de algas y las mezclas de especies más prometedoras cultivándolas al aire libre en 80 tanques de fibra de vidrio Reserva George E.S. de la Universidad de Michigan, una estación biológica de unas 526 hectáreas cerca de Pinckney, Michigan. Este trabajo se llevó a cabo en el verano de 2016 y los resultados están siendo analizados.

En ambas fases del estudio, los colegas de la Facultad de Ingeniería de la UM emplearon una técnica denominada licuefacción hidrotérmica para medir la cantidad y la calidad de los petróleos combustibles, o biocrudo, producidos por las diversas combinaciones de algas. También están comparando la capacidad de sistemas individuales y multiespecies para reutilizar y reciclar desechos para un crecimiento adicional.

Los limitados suministros de combustibles fósiles, la creciente demanda mundial de energía y el aumento de los niveles atmosféricos de gas de dióxido de carbono atrapado por el calor han llevado recientemente a los biocombustibles derivados de algas a la vanguardia de los programas de investigación sobre energías renovables.

Sin embargo, hay que superar una serie de obstáculos para que la producción a escala industrial del petróleo biocrudo de algas sea factible y económicamente competitiva con el petróleo basado en combustibles fósiles. Cuando se cultivan en grandes estanques al aire libre, las algas sufren inestabilidades debido a las variaciones de la luz solar y la temperatura, así como a las perturbaciones de plagas, enfermedades y otros invasores no deseados.

Los autores, cuyo trabajo se publicó ‘online’ el 9 de noviembre en ‘Environmental Science & Technology’ y en la versión digital de ‘Bioresource Technology’ el 29 de noviembre mostró que cuando se reciclan los fertilizantes utilizados para cultivar algas en tanques que contienen una sola especie de algas, los monocultivos a menudo no crecen o, incluso, mueren al intentar reciclar y reutilizar su propio fertilizante gastado. Por el contrario, las mezclas de algas no sólo sobreviven con el fertilizante gastado, sino que prosperan al reciclar sus propios nutrientes, a menudo aumentando sustancialmente más biomasa reutilizando el mismo fertilizante una y otra vez.

«Ser capaz de reciclar los nutrientes es importante porque los fertilizantes son caros y porque los nutrientes no utilizados son la mayor fuente de contaminación de arroyos, lagos y océanos –destaca Godwin–. Nuestro estudio muestra que diversas mezclas de algas pueden reducir el uso de fertilizantes y reciclar los nutrientes de una manera que produce más biocrudo».

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