Microalgas, suministrador de gasolineras
2010/10/01 Lakar Iraizoz, Oihane - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
En la Unidad de Energía de Inasmet-Tecnalia se abordó el estudio de las microalgas para analizar si todo lo que empezó a oír sobre el potencial como materia prima de los biocombustibles era "insignificante". Así lo dice Amaya Arteche, investigadora de microalgas. Han pasado tres años desde entonces y actualmente están inmersos en varios proyectos. Neiker-Tecnalia también ha investigado en el último año y medio las microalgas como fuente de energía.
Además de los centros tecnológicos, numerosas grandes empresas involucradas en temas de bioenergía, como Repsol, Aurantia, Abengoa y Acciona, han anunciado que están realizando investigaciones relacionadas con microalgas para la generación de biocombustibles.
Dos noticias publicadas recientemente muestran el interés de las empresas. Por un lado, la petrolera Repsol ha anunciado la adquisición del 20% de la empresa AlgaEnergy. La empresa creada en 2007 mantiene diversas patentes y convenios de colaboración con el CSIC y varias universidades españolas en materia de microalgas. Por otro lado, Iberdrola lidera el proyecto denominado VIDA. El proyecto tiene entre sus objetivos el desarrollo de nuevas tecnologías para el acceso a la energía a partir de microalgas y se prolongará hasta 2013. Además de Iberdrola, participan otras 15 empresas y 25 centros tecnológicos, entre ellos Neiker-Tecnalia.
Los procedentes de microalgas se consideran biocombustibles de segunda generación. Las diferencias con respecto a los biocombustibles que más han aumentado hasta el momento, a partir de las semillas de las plantas son muy diversas. No se destinan materias primas alimenticias a la generación de energía, no se utiliza suelo agrícola, no es necesario utilizar agua de riego, ya que se pueden utilizar algas que crecen en aguas residuales o saladas, se podrían utilizar como fuente de CO 2 los humos emitidos por diversas industrias, etc. Además, la fertilidad de las microalgas es mucho mayor por unidad de superficie que la mayor parte de las plantas terrestres que crecen para producir biocombustibles. Por ejemplo, una hectárea de colza aporta 1.500 litros de aceite y una hectárea de palmeras 6.000. Así, las microalgas pueden aportar entre 20.000 y 80.000 litros de aceite por hectárea.
A la vista de estas ventajas, desde hace cuatro o cinco años "la demanda de las entidades energéticas ha crecido muy rápidamente y en muy poco tiempo han empezado a trabajar un montón de grupos, con un montón de especies, con muchos sistemas de crecimiento, en muchas regiones climáticas, etc.", explica Sonia Castañón, jefa del Departamento de Biotecnología de Neiker-Tecnalia.
Un ejemplo de la velocidad de las investigaciones y la pretensión de demostrar que los resultados son buenos ha sido la demostración que se llevó a cabo en junio en Berlín: por primera vez un avión utilizó combustible procedente de algas como combustible. Sin embargo, los investigadores lo tienen claro: la ignorancia todavía es muy grande.
Materias primas combustibles diversas
En general, se pueden producir tres tipos de combustibles a partir de microalgas: biomasa de combustión, bioetanol y biodiesel. Estos organismos monocelulares son utilizados como pequeñas fábricas que producen materias primas para convertirlos en biocombustibles. Como las plantas son seres vivos fotosintetizadores, absorben CO 2 con energía lumínica y convierten el carbono en biomasa, azúcares o lípidos.
En el caso de la biomasa, el combustible son las mismas algas cultivadas: la energía se obtiene quemando las algas cultivadas. Los azúcares y los lípidos deben ser modificados. La producción de bioetanol a partir de azúcar se realiza mediante un proceso de fermentación y, de los lípidos, mediante procesos industriales denominados biodiesel, esterificación y transesterificación.
Todos estos procesos industriales de generación de combustibles son ya conocidos. En definitiva, las microalgas siguen las mismas metodologías que se utilizan anteriormente con las plantas.
Necesidad de mejora en los procesos de crecimiento
En cuanto a las condiciones de crecimiento y las materias primas que pueden extraerse de ellas, "las microalgas son perfectas para producir biocombustibles", afirma Arteche. "Teóricamente perfectas. Pero hay mucho que mejorar en estos procesos", ha añadido.
"Sería una tontería, por ejemplo, derrochar más energía que la que proporcionarán las algas como fuente de energía en el crecimiento y procesado de las algas, o gastar más que el dinero que obtendrás en el proceso de generación de combustible", ha señalado Arteche.
En otros mercados donde se extraen productos de microalgas, como la farmacia o la cosmética, la situación es muy diferente. Se trata de mercados de alto valor añadido por lo que los cultivos de algas que trabajan para ellos pueden hacer frente a altos costes de producción y procesado. "En el caso del biodiesel los beneficios son mucho menores. Por lo tanto, hay que recortar mucho los gastos", explica Arteche.
En el caso del biodiesel, por ejemplo, hay que elegir especies de microalgas ricas en lípidos y saber qué tipo de agua y qué condiciones necesita para crecer. Además, es necesario conocer muy bien el ciclo de vida y el metabolismo de las algas para saber cuándo es el momento más adecuado para la cosecha. Como seres vivos, son las fases del ciclo en las que más lípidos tienen.
En cuanto a la cosecha, hay mucho que mejorar en cuanto a la separación del alga del agua. "En el líquido que se recoge en el vivero, las algas sólo llenan entre un 2 y un 5%", ha precisado Arteche. El resto es agua. La vía más eficiente para llevar a cabo este trabajo es el uso de centrifugadoras, que consumen mucha energía. Sin embargo, en los últimos tiempos se está incrementando la eficiencia de las centrifugadoras y se están produciendo reducciones significativas en los consumos.
Una vez separada la biomasa del agua, las propias algas deben ser procesadas. La producción de biodiesel requiere la extracción de lípidos. Mediante métodos mecánicos, las microalgas se alimentan de métodos químicos, como disolventes, o de una combinación de ambos métodos.
Una vez extraído, hay que tener en cuenta el tipo de aceite obtenido. Al igual que los aceites que proporcionan las semillas de girasol y las de colza, son diferentes los que proporcionan las diferentes especies de algas. Por tanto, es necesario caracterizarlos y ver si es necesario añadir aditivos para obtener biocombustibles homologados posteriormente.
A partir de ahí, convertir el aceite en biodiesel es más conocido, más universal. "Tiene dificultades, pero es algo más estandarizado", dice Arteche. Por ello, en los centros de investigación vascos se está trabajando en mejorar y optimizar los pasos hasta la cosecha.
Qué investigar
El primer trabajo que deben realizar los centros de investigación es elegir qué aspectos de mejora abordar. En Inasmet-Tecnalia, por ejemplo, se llevó a cabo un primer estudio para conocer la situación del mercado y de las tecnologías. También se analizó qué fase de la producción de algas tenía mayor necesidad de mejora.
Ahora colaboran con empresas productoras de biocombustibles. Una vez escogida la especie más conveniente para cada proyecto, han tardado "varios meses" en conocer el alga, según ha explicado Arteche, para saber qué metabolismo tiene, cómo crece, cómo se reproduce, cuándo conviene cosechar, etc. Para ello, han diseñado un fotobioreactor o vivero de 40-50 litros para cada uno de ellos, con el objetivo de recopilar de forma continua datos sobre el crecimiento, como temperatura, pH del agua, concentraciones de oxígeno y CO 2, etc.
En las investigaciones que se están llevando a cabo se están estudiando procesos de separación entre algas y agua, entre otros: "Centrifugación, micro-ultrafiltración, tratamientos habituales en plantas depuradoras (floculación y flotación)... Estamos probando diferentes métodos de diferenciación y viendo de qué calidad dan unos y otros", ha precisado. Asimismo, se están preparando y optimizando sistemas de extracción de aceite de algas. "Este aceite extraído estaría listo para ser sometido a un proceso de biocarburante", explica Arteche.
Desde el Departamento de Biotecnología de Neiker-Tecnalia se han enfocado las investigaciones por otras vías. En lugar de tratar de mejorar los procesos de crecimiento y distribución, se está trabajando en la selección de especies y cepas de algas que "pueden dar los mejores resultados para un determinado uso".
También cuentan con una colección de especies de unas 30 especies. "Comenzamos la colección con las especies que necesitábamos para empezar a investigar, y ahora vamos añadiendo las que necesitamos en los proyectos que nos surgen, o las que aquí y allá recogemos en nuestra actividad", dice Castañón.
Por otro lado, para rentabilizar la producción de microalgas destinadas a la producción de biocombustibles, buscan algo que aporte valor añadido a las algas. Es decir, una vez extraídos los componentes de interés para la producción de biocombustibles, "buscan moléculas que puedan ser de interés para otros fines", explica Castañón, en la biomasa remanente: ácidos grasos esenciales, pigmentos, moléculas antioxidantes, inmunoestimultantes, etc.
La transformación genética, una alternativa
Otra forma de rentabilizar la producción de microalgas es generar más lípidos. Este es el objetivo de otra línea de investigación en marcha por Neiker-Tecnalia, basada en la ingeniería genética. Es decir, están investigando las transformaciones génicas que afectan a las enzimas de la senda metabólica que sintetiza los lípidos. La base es introducir algún otro gen en los genes que producen estas enzimas para que se expresen de forma exagerada.
Para ello se está utilizando la bacteria Agrobacterium tumefaciens. La bacteria las introduce espontáneamente en las plantas que infecta algunos de sus fragmentos genómicos. De hecho, en estos pequeños trozos tiene genes para acelerar el crecimiento de las plantas y producir sustancias nutritivas para la bacteria. Pues bien, introduciendo en su lugar genes que regulan la síntesis de lípidos, los investigadores pretenden conseguir que las microalgas produzcan más lípidos.
Viendo que hay tantas investigaciones, vías de investigación, aspectos de mejora y campos de estudio, no parece difícil, según Arteche, que en el campo de los biocombustibles "lleguen a ser materias primas prometedoras. Creemos que llegarán a competir con los combustibles fósiles. Pero todavía no. Hoy por hoy, parece que la única manera de rentabilizar todo este proceso es extraer moléculas diferentes de las microalgas. Los costes son altos, son muchas las áreas de mejora y hay que adaptar, adaptar y optimizar toda la red".
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