Los biocombustibles microalgales se consolidan como alternativa para la aviación

En la actualidad el constante cambio en las condiciones ambientales, el llamado cambio climático, hace que sea imprescindible que todos los sectores industriales (y el sector de la navegación aérea no va a ser menos) tomen cartas en el asunto y disminuyan su impacto medioambiental.

En este último sentido, durante el 2010 se han realizado una serie de pruebas para comprobar la viabilidad en los aviones de los biocombustibles obtenidos a partir de aceite de microalgas. De hecho, la empresa EADS anunció a mediados de año el vuelo de prueba de un avión cargado con biodiesel obtenido exclusivamente de aceite de microalgas.

Asimismo a finales de año se ha creado un consorcio entre empresas del sector aeronáutico y algunos centros de investigación para implementar, entre otros aspectos, el uso de combustibles obtenidos a partir de microalgas, según informa IET. Airbus, British Airways, Rolls-Royce, Finnair, el aeropuerto de Gatwick, la IATA y la Universidad de Cranfield han configurado un consorcio cuyo objetivo fundamental es la investigación, mejora e implementación de biocombustibles tales como el obtenido a partir de microalgas.

Tal y como afirma Renewable Energy Focus, la Universidad de Cranfield cuenta con una planta piloto de cultivo y procesamiento de microalgas para la producción de biocombustibles de aviación. No obstante, el objetivo principal es la puesta en marcha de un centro marino de producción sostenible de cantidades comerciales de biomasa microalgas.

Aunque estas pruebas de viabilidad son muy esperanzadoras no podemos olvidar que el sistema de producción todavía presenta deficiencias que tienen que ser subsanadas para la viabilidad de estos combustibles en el sector de la navegación aérea.

Con el objetivo de mejorar el sistema de producción se han publicado recientemente una serie de artículos en revistas tales como Bioresource Technology, Trends in Plant Science y Biotechnology Advances. Todos ellos nos dan idea de la importancia que los investigadores y las empresas del sector dan a las potencialidades del uso de microalgas para la obtención de un biocombustible viable y rentable.

Nuevas investigaciones tecnocientíficas

En uno de ellos Campbell y colaboradores analizan el impacto medioambiental y la viabilidad económica del biodiésel microalgal. Estos autores comprobaron que las emisiones de las microalgas, comparados con los provenientes de aceite de colza y de gasóleo ULS (con contenido de azufre ultrabajo). Vieron que las emisiones de gases de efecto invernadero de las algas oscilaba en un rango de -27,6 – 18,2 (g de CO2) con respecto a los 35,9 de la colza y a los 81,2 del gasóleo. Pese a estos buenos datos, los costes de producción no son tan favorables, ya que con las algas oscilan entre 2,2 ¢ ($/litro) hasta 4,8, en comparación con el de colza (4.2) y el gasóleo ULS (3,8). Estos datos ponen de manifiesto, según los autores, la necesidad de tener que producción una alta tasa de biocombustibles para que el resultado sea económicamente atractivo.

Otro texto relevante lo han escrito Mutansa y colaboradores donde se analiza las posibilidades para desarrollar una bioprospección de microalgas que permita detectar los lípidos de estos organismos en distintos medios. Esto va a facilitar el desarrollo de las condiciones óptimas en laboratorio que permita crecer estos organismos de la mejor manera posible obteniendo, además, una gran cantidad de lípidos que serán los empleados en la producción de biodiésel.

Por otro lado, Norsker y colaboradores han publicado en la revista Biotechnology Advances un artículo en el que se analizan los modelos de producción de microalgas más empleados actualmente: estanques abiertos, fotobiorreactores tubulares horizontales y fotobiorreactores planos tipo panel. Para los tres sistemas se obtuvieron resultados de 4,95; 4,15 y 5,96 €/kg respectivamente. Lo que sugiere que el modelo de producción más barato es el de fotobiorreactores tubulares horizontales.

Escepticismos y dudas

Stacey Feldman escribe un artículo en el que afirma que María Rosenthal, la representante de los 170 miembros de la Algal Biomass Organization (ABO) afirma que en un plazo de 7 años el combustible obtenido a partir de biomasa microalgal competirá con el precio del petróleo. De hecho, Rosenthal aseguró que entre el 2017 y el 2018 se alcanzará la paridad en los precios.

Esta visión es relativamente escéptica respecto al avance en la producción de este biocombustibles si lo comparamos con otras posiciones más optimistas. Por ejemplo, Dan Simon, presidente y CEO de Heliae, una compañía de tecnología microalgal con sede en Arizona, cree que la industria podría ofrecer un producto competitivo en unos 3 años.

Asimismo, Kaloustian el director de una empresa argentina centrada en el cultivo de estos microorganismos: Oil Fox, también defiende su producción y viabilidad. De hecho, tal y como pudimos ver al hablar con él en una visita a España, Kaloustian defendía la producción inmediata y efectiva de estos biocombustibles. Precisamente, esta empresa ha inaugurado en agosto de este año su primera planta de producción de biodiésel obtenido a partir de microalgas.

Esta postura más o menos optimista contrasta con el gran escepticismo de los investigadores tecnocientíficos. De hecho, como informa Feldman, en un informe de la Universidad de California, el Berkeley`s Energy Biosciences Institute (EBI) se afirma que haría falta una década de pruebas para determinar si las empresas podrían producir biocombustibles microalgales de forma masiva pudiendo, así, ser usado en el transporte aéreo.

Esta parece ser la gran duda, ¿habrá capacidad suficiente para producir biocarburantes para el transporte aéreo dada la cantidad de combustible que éste emplea?. En este sentido, David Biello ha escrito que este es el gran desafío; desarrollar una forma de producción de biocombustible que sea suficiente para abastecer siquiera una fracción de los más de 60 millones de galones de combustible que utilizan los aviones anualmente.

Pues bien para lograr este objetivo la dificultad principal que se apuntan en el informe de la Universidad de California se centra en la búsqueda de la cepa correcta de microalgas que permita una producción con un alto rendimiento. Este problema también es asumido por los científicos de las Universidades españolas con los que hemos podido contactar (y que no nos han permitido dar su nombre) que trabajan investigan sobre microalgas. Estas personas tienen grandes dudas de la viabilidad a corto plazo de estos biocarburantes bien porque todavía, dicen, no se cuenta con la cepa adecuada y por los problemas en el sistema de producción.

Posibilidades reales y grandes retos

El cultivo de microalgas parece que se convertirá en uno de los nuevos combustibles del transporte internacional. En este sentido en la revista Biofuels International se informa que la compañía Recursos Renovables Alternativos (RRA) planea empezar a construir una planta de producción de biodiésel microalgal en Febrero.

En España existen diversas empresas que ya se han puesto a producir este tipo de biocombustibles, siendo alguna de ellas Bio Fuel Systems y Aurantia. Todas ellas son sumamente optimistas con las posibilidades de estos nuevos combustibles.

Las reticencias provienen, sobre todo, de los procesos y los costes de producción. En este sentido, uno de ellos considera que las empresas no pueden ser permanentemente subsidiarias de las ayudas del gobierno para que los precios de estos carburantes no se eleven excesivamente. En este sentido, en la web del centro Wageningen UR (University & Research Centre), se publicó una editorial en la que se afirmaba que el coste de producción de biodiesel a partir de microalgas es, en la actualidad, de 52,3 € por gigajulio de energía, en comparación con 36 € para la colza y sólo el 15,8 € por el petróleo.

Las microalgas

Las microalgas son microorganismos fotoautótrofos (gracias a la luz obtienen los productos de su metabolismo) y unicelulares de tamaño variable y que pueden vivir en diversos hábitats. La mayor parte de ellos son acuáticos aunque también viven en tierra, y su número es tremendamente elevado ya que se ha considerado que el 90% de la fotosíntesis del planeta la realizan estos microorganismos.

Aunque las microalgas llevan muchos años conviviendo con las personas, ya que en México llevan años alimentándose de productos hechos a partir de biomasa deu na microalga llamada Spirulina. Por otro lado, otras microalgas como Chlorella, Dunaliella o Haematococcus tienen utilidad en la industria cosmética, alimenticia, farmacéutica, etc.

Desde hace poco tiempo surgió la idea de hacer combustibles a partir del aceite obtenido de ellas y se comprobó que era posible. En este sentido, existen (entre otras) una serie de candidatas que parecen ser las idóneas: Scenedesmus obliquus, Scenedesmus dimorphus, Chlamydomonas rheinhardii, Chorella vulgaris, Dunaliella tertiolecta, Nannochloropsis sp., Schizochytrium sp., etc. Sin embargo, el desarrollo de los biocarburantes microalgales tiene diversas dificultades a causa del sistema de producción industrial. De ahí que, como acabamos de ver, a día de hoy éste es uno de los grandes esfuerzos de la investigación tecnocientífica del sector.

Ideas básicas del cultivo de microalgas

Las microalgas al ser organismos fotosintetizadores necesitan luz, CO2 y agua. Gracias a la fotosíntesis, convierten la energía captada de la luz (solar o de las lámparas de rayos uva) en energía química (CO2 + H2O + luz → Hidratos de carbono + O2). Este proceso fisiológico se lleva a cabo en los cloroplastos, orgánulos celulares de gran importancia y que en especies tales como Dunaliella salina pueden llegar a ocupar hasta el 50% del volumen celular. Por lo tanto vemos que la luz es uno de los factores fundamentales en el cultivo de microalgas, junto con la agitación de estos organismos y de los nutrientes. Por esta razón, se están probando distintos sistemas de crecimiento microalgal con el objetivo de mejorar la producción, aunque como ya vimos los fotobiorreactores horizontales tubulares son los más idóneos.

Tal y como hemos visto, para la producción de biogasóleo es importante que la especie escogida tenga en su interior la mayor cantidad posible de aceite utilizable. Por esto es fundamental la elección de una especie o una variedad capaz de proporcionar altas tasas de este producto. El problema es que las especies con generan un mayor contenido graso no son, precisamente, las que se reproducen con mayor rapidez.

Pues bien, a la hora de seleccionar el mejor candidato posible tenemos que tener en cuenta la tasa de crecimiento (µ) y la productividad (P= µ•Cb), la tolerancia a extremos de radiación y temperatura, las ventajas selectivas (tolerancia a alto o bajo pH, salinidad, elevada irradiancia, capacidad de fijación del N2 atmosférico, etc.), el elevado contenido en determinadas proteínas, carbohidratos, lípidos o la acumulación selectiva (o excreción) de un compuesto específico de alto valor, así como la facilidad de recolección. Todo esto hace que el sistema de producción se convierta en un proceso de alta complejidad y de gran dificultad.

Por esta razón, un equipo interdisciplinar de la Universidad de Cornell, ha desarrollado unas técnicas, basadas en el uso del espectrómetro de masas, que permite diagnosticar la situación del cultivo. De este modo será más sencillo modificar las condiciones del cultivo incrementando la productividad del mismo.