Hace ya varios años que se utilizan los biocombustibles para impulsar los coches, los aviones, los barcos y los grandes camiones, principalmente a partir del maíz y otros cultivos agrícolas de producción masiva. Sin embargo, los investigadores de la University of Southern California (USC) han buscado en el océano lo que podría ser un biocombustible aún mejor: las algas marinas.
Científicos del Instituto Wrigley de Estudios Medioambientales de la USC, en la isla de Santa Catalina, en colaboración con la industria privada, informan de que una nueva técnica de acuicultura en la costa californiana aumenta drásticamente el crecimiento de las algas, produciendo cuatro veces más biomasa que los procesos naturales. La técnica emplea un artilugio llamado “elevador de algas” que optimiza el crecimiento de las algas flotantes de color bronce elevándolas y bajándolas a diferentes profundidades.
Los hallazgos del equipo, recientemente publicados, sugieren que es posible utilizar el océano abierto para cultivar algas para obtener biocombustibles con bajas emisiones de dióxido de carbono, de forma similar a como se utiliza la tierra para cosechar materias primas para combustibles como el maíz y la caña de azúcar, y con un impacto medioambiental potencialmente menor.
El National Research Council ha indicado que la generación de biocombustibles a partir de materias primas como el maíz y la soja puede aumentar la contaminación del agua. Los agricultores utilizan pesticidas y fertilizantes en los cultivos que pueden acabar contaminando arroyos, ríos y lagos. A pesar de estos inconvenientes, el 7% del combustible para el transporte del país sigue procediendo de los principales cultivos alimentarios. Y casi todo es etanol a base de maíz.
“Para forjar nuevas vías de producción de biocombustible hay que demostrar que los nuevos métodos y materias primas funcionan. Este experimento en la costa del sur de California es un paso importante porque demuestra que el alga puede gestionarse para maximizar su crecimiento”, dijo Diane Young Kim, del Instituto Wrigley de la USC, autora correspondiente del estudio y profesora de estudios medioambientales en la Facultad de Letras, Artes y Ciencias Dornsife de la USC.
El estudio se publicó el 19 de febrero en la revista Renewable and Sustainable Energy Reviews. Entre los autores se encuentran investigadores de la USC Dornsife, que alberga el Instituto Wrigley, y de la empresa Marine BioEnergy Inc. con sede en La Cañada Flintridge, que diseñó y construyó el sistema experimental para el estudio y que actualmente está diseñando la tecnología para las granjas de algas de mar abierto.
El alga se muestra muy prometedora como cultivo de biocombustible
Los gobiernos y la industria ven en una nueva generación de biocombustibles respetuosos con el clima la posibilidad de reducir las emisiones netas de dióxido de carbono y la dependencia del petróleo extranjero. Los nuevos biocombustibles podrían complementar o sustituir a la gasolina, el gasóleo, el combustible para aviones y el gas natural.
Si está a la altura de su potencial, el alga marina es una opción más atractiva que los cultivos habituales para biocombustibles -maíz, canola, soja y pasto varilla– por dos razones muy importantes. Por un lado, los cultivos oceánicos no compiten por el agua dulce, la tierra agrícola o los fertilizantes. Y en segundo lugar, los cultivos oceánicos no amenazan importantes hábitats cuando se ponen a cultivar tierras marginales.
Figura 1. Diagrama que muestra el “elevador de algas” del equipo.
Los científicos se centraron en las algas gigantes, Macrocystis pyrifera, que forman majestuosos bosques submarinos a lo largo de la costa californiana y en otros lugares, y que llegan a las playas en densas alfombras. El alga es una de las plantas de más rápido crecimiento de la naturaleza y su ciclo vital se conoce bien, por lo que es susceptible de ser cultivada.
Pero el cultivo de algas requiere superar algunos obstáculos. Para prosperar, el alga tiene que estar anclada a un sustrato y sólo crece en aguas soleadas hasta unos 60 pies de profundidad. Pero en los océanos abiertos, la capa superficial iluminada por el sol carece de los nutrientes disponibles en las aguas más profundas.
Para maximizar el crecimiento en este ecosistema, los científicos tuvieron que averiguar cómo dar al alga un punto de apoyo al que agarrarse, mucha luz solar y acceso a abundantes nutrientes. Y debían ver si el alga podía sobrevivir a mayor profundidad bajo la superficie. Así pues, Marine BioEnergy diseñó el concepto de ciclismo de profundidad para las algas, y los científicos de la USC Wrigley llevaron a cabo el ensayo biológico y oceanográfico.
El elevador de algas consta de tubos de fibra de vidrio y cables de acero inoxidable que sostienen las algas en mar abierto. El alga se fija a una viga horizontal, y toda la estructura se eleva y desciende en la columna de agua mediante un cabrestante automatizado.
A partir de 2019, los buzos de investigación recogieron algas silvestres, las fijaron al elevador de algas y luego las desplegaron frente a la costa noroeste de la isla Catalina, cerca de la estación de campo marina de Wrigley. Todos los días, durante unos 100 días, el elevador subiría el alga hasta cerca de la superficie por el día para que pudiera absorber la luz solar, y luego la bajaría a unos 260 pies (79 metros) por la noche para que pudiera absorber el nitrato y el fosfato de las aguas más profundas. Mientras tanto, los investigadores comprobaban continuamente las condiciones y la temperatura del agua y comparaban sus algas con grupos de control criados en condiciones naturales.
“Descubrimos que el alga con ciclo de profundidad crecía mucho más rápido que el grupo de control de algas, produciendo cuatro veces más biomasa”, dijo Diane Young Kim.
Se trata de una nueva generación de biocombustibles
Antes del experimento, no estaba claro si el alga podía absorber eficazmente los nutrientes en el entorno profundo, frío y oscuro. El nitrato es un gran factor limitante para las plantas y las algas, pero el estudio sugiere que el alga encontró todo lo que necesitaba para prosperar cuando se bajó a aguas profundas por la noche. Y lo que es más importante, el alga fue capaz de soportar una mayor presión bajo el agua.
“La buena noticia es que el sistema de granja puede montarse a partir de productos disponibles en el mercado sin necesidad de nuevas tecnologías”, afirma Brian Wilcox, cofundador e ingeniero jefe de Marine BioEnergy. “Una vez implantadas, las granjas de reciclaje en profundidad podrían dar lugar a una nueva forma de producir combustible asequible y neutro en CO2 durante todo el año”.
Cindy Wilcox, cofundadora y presidenta de Marine BioEnergy, calcula que se necesitaría una parcela de océano del tamaño de Utah para producir suficiente biocombustible de algas para sustituir el 10% del petróleo líquido que se consume anualmente en Estados Unidos. Utah ocuparía sólo el 0,13% del total del Océano Pacífico.
El desarrollo de una nueva generación de biocombustibles ha sido una prioridad para California y el gobierno federal. La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía del Departamento de Energía de EE.UU. invirtió 22 millones de dólares en esfuerzos para aumentar las materias primas marinas para la producción de biocombustibles, incluyendo 2 millones de dólares para realizar el estudio del elevador de algas.
El Departamento de Energía tiene un estudio para localizar mil millones de toneladas de materia prima al año para biocombustibles; Cindy Wilcox, de Marine BioEnergy, dijo que el océano entre California, Hawai y Alaska podría contribuir a ese objetivo, ayudando a que Estados Unidos sea líder en esta nueva tecnología energética.
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