Posts etiquetados con ‘Algas’

Producción de oxigeno en el espacio

El proyecto MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), es una iniciativa de la ESA (European Space Agency), que nace con la finalidad de estudiar el comportamiento de ecosistemas artificiales en el espacio.

La idea se basa en la interconexión de una serie de compartimentos en el que crecen diferentes microorganismos y plantas superiores, para la poducción de agua, oxigeno y alimentos, mientras que se reciclan los residuos generados en una estación espacial:

En uno de estos compartimentos se cultiva la cianobacteria Arthrospira Platensis, más conocida como Espirulina, que puede utilizar el CO2 del ambiente y la radiación solar para producior O2 y alimento, debido a su alto valor nutricional con una alto grado de proteína (aproximadamente un 60-70% de su peso seco) y un tipo especial de lípido, el ácido gammalinolénico (GLA).

En el proyecto MELLiSA se estudia el comportamiento de cultivos de espirulina en condiciones de alta radiación y de ingravidez, similares a las que se pueden encontrar en una estación espacial.

Video: USING SPIRULINA TO PRODUCE OXYGEN AND FOOD IN SPACE

 

 

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Categorias: Algas, Biomasa, ESPIRULINA

Plan de Implementación 2015

El “Plan de Implementación a 2015” publicado por BIOPLAT recientemente, viene a definir las diez cadenas de valor en el área de la bioenergía, que podrían tener un efecto positivo en la consecución de los objetivos de fomento de las energías renovables, tan a nivel nacional (PER 2011-2020), como europeo. Dichos objetivos pretenden conseguir un aumento en la diversificación de las fuentes de energía y una disminución de la elevada dependencia energética externa, así como de las emisiones de gases de efecto invernadero

En el Plan se identifican y recomiendan las acciones en I+D+i esenciales para conducir a las tecnologías biomásicas hacia una fase comercial más avanzada, para que la I+D+i se transfiera al mercado nacional de manera que la bioenergía continúe avanzando en su curva de aprendizaje y sea cada vez una energía renovable más competitiva.

Las cadenas de valor, así como otros puntos de interés del documento son los siguientes:

I. CADENA DE VALOR: Utilización de biocombustibles sólidos mediante combustión directa

II. CADENA DE VALOR: Producción y utilización de biocombustibles sólidos para gasificación

III. CADENA DE VALOR: Producción y uso del biogás

IV. CADENA DE VALOR: Conversión de azúcares y almidón en bioetanol

V. CADENA DE VALOR: Conversión de biomasa lignocelulósica por procesos bioquímicos en alcoholes

VI. CADENA DE VALOR: Gasificación de biomasa y conversión catalítica o bioquímica en biocombustibles

VII. CADENA DE VALOR: Digestión de biomasa para generación de biogás

VIII. CADENA DE VALOR: Conversión pirolítica térmica y catalítica de biomasa lignocelulósica y upgrading

IX. CADENA DE VALOR: Conversión catalítica de azúcares en combustibles y químicos

X. CADENA DE VALOR: Plataforma aceites (conversión convencional + hidrotratamiento + pirólisis + tratamiento en otras unidades de refinería solo o conjuntamente con el combustible fósil)

VECTORES BIOENERGÉTICOS INTERMEDIOS

MATERIAS PRIMAS

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Barreras a la producción de algas con fines energéticos.

Una infinidad de estudios y artículos relacionados con la producción de algas para la obtención de energía han visto su momento álgido en la actualidad, en parte suscitado por la crisis económica internacional y también por la variación de los precios del crudo. Estamos ante una nueva era de tecnologías de cultivo, procesado, extracción…, en el que vendedores de crece pelo intentan colarnos la idea de que la actualmente la obtención de energía a partir de algas es viable tanto económicamente como medioambientalmente.

Habitualmente, en los diferentes medios de comunicación y congresos especializados se habla del potencial de las microalgas (< 200 µm) para la producción de aceite, el cual puede ser transformado en biodiesel. Esta línea energética marca la mayoría de las tendencias de desarrollo. Pero existe un gran número de posibilidades para estos bichitos. En primer lugar, no hay que cerrar la puerta al resto de especies de algas, que se diferencian, entre otras cosas, en el tamaño y no por ello dejan de ser  aptas. Así por ejemplo el caso de mesoalgas (200 µm – 3 cm) o macroalgas (> 3 cm) forman grupos de organismos con un gran potencial. Por tanto habría que generalizar el término y hablar de ALGAS para la producción de ENERGÍA y no sólo de biodiesel.

Es más, hablar de la producción de biodiesel en microalgas es una cuestión que está cayendo en saco roto, debido a que para obtener el porcentaje de aceite tan elevado que nos cuentan (60% o más del peso total en seco) se precisa llevar al organismo a unas condiciones de estrés muy fuertes, reduciendo de manera proporcional la biomasa que los conforma, es decir, más aceite  = menos unidad de superficie.

En la mayoría de los casos se olvida mencionar el potencial que algunos tipos de algas poseen para la producción de polisacáridos de los que se puede obtener bioetanol. Y no sólo hablamos de biocarburantes, sino de biomasa en general, susceptible de ser transformada en otros tipos de energía  mediante procesos de gasificación, biodigestión o procesos Fischer Tropsch.  También es de sobra conocido el uso de algas para la fabricación de medicamentos, sumado a la importancia que posee en el sector farmacéutico y en la producción de piensos animales. Por todo esto, desarrollar el concepto de BIOREFINERÍA, donde se contemplen todas las posibilidades comerciales en función del tipo de alga utilizada, será crucial para el crecimiento del sector.

El concepto de biorefinería  integra los procesos de conversión de biomasa y el equipamiento necesario para la producción de biocombustibles, energía y productos químicos. El término  es análogo al usado en las  refinerías de petróleo, en el que se producen una amplia variedad de combustibles y productos derivados.

Costes asociados a los fertilizantes, CO2 y agua.

Hay que establecer como axioma que para que un cultivo de algas sea rentable en la actualidad y que además sea sostenible tanto ecológicamente como económicamente debemos desechar la posibilidad de usar CO2 embotellado, agua de red y fertilizantes comerciales. El coste asociado a los fertilizantes (para el suministro de nitrógeno y fósforo principalmente) es aproximadamente del 40% del coste total, por lo que es inevitable la búsqueda de otras fuentes de nutrientes como los que pueden proporcionar las aguas residuales, los efluentes de piscifactorías y los lodos de depuradora.

En el caso del CO2 es un grave error interpuesto por los vendedores de humo, de que las algas pueden funcionar como secuestradores de dióxido de carbono o como sistemas de almacenamiento. En un cultivo de algas, entre un 20 y un 50% del CO2 suministrado es asimilado, mientras que el resto se pierde a la atmósfera. Por esta razón es ridículo pensar en el suministro de CO2 mediante botellas, ya que de esta manera el balance de emisiones siempre será positivo (a lo que habría que sumar las emisiones derivadas de la producción de CO2 para embotellar). Por tanto, es imprescindible suministrar al cultivo una fuente de carbono proveniente de focos de emisión ya establecidos, como los que se producen en las centrales térmicas, cementeras y otras actividades industriales.  La diferencia entre fijación de CO2 y secuestro se debe a una escala temporal, ya que mientras la fijación capta el carbono durante el periodo de vida del alga hasta su descomposición, el secuestro trata de almacenar los gases durante un periodo prolongado de tiempo sin que este pase a la atmósfera.

Por último, indicar que el uso de agua de red es una locura. Hay que dirigir los esfuerzos hacia el uso de otros tipos de agua no potable, como el agua de mar  o procedente de salinas, aguas de depuradora (sin elementos tóxicos ni patógenos) o aguas residuales derivadas de otras actividades industriales.

*Tendremos que estar preparados para el “desvanecimiento” del sector, cuando las falacias y el humo se disperse, para poder desarrollar un sector que ya es prometedor, pero que no va a salvar el mundo. Esto último, sólo depende de nosotros.

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Microalgas, estado del arte (2.- Producción de biomasa a partir de algas)

Por norma general podemos afirmar que la producción de biomasa a partir de microalgas es más cara que la obtenida mediante el cultivo de especies tradicionales terrestres. La explotación de cultivos terrestres posee un rango de producción que ha sido mejorado durante miles de años mediante su uso alimentario. Tanto la maquinaria como las labores culturales se encuentran totalmente adaptadas y muy evolucionadas. Pero, son los organismos fotosintéticos terrestres los más eficientes desde el punto de vista fotosintético??

El crecimiento fotosintético requiere luz, dióxido de carbono, agua y sales inorgánicas. Las plantas tradicionales desarrollan diferentes sistemas tisulares que desarrollan diversas funciones. La energía transformada en las zonas verdes (hojas y en ocasiones tallos) tiene la principal función de garantizar la supervivencia de la planta y para ello se concentra en mayor cantidad en los frutos-semillas, por lo que gran parte de la energía asimilada se “perderá” en desarrollar el resto de los tejidos. Sin embargo, en el caso de las microalgas, se puede afirmar que será toda la superficie del organismo el que realice la función fotosintética, obteniendo un mayor rendimiento en la transformación de la energía lumínica a energía química. Esto coloca a las microalgas en la base de la cadena trófica, transmitiendo la energía al resto de escalones.

Un crecimiento medio de las microalgas precisa una serie de elementos inorgánicos que constituirán la célula. Los elementos denominados esenciales incluyen nitrógeno, fósforo, metales y en algunos casos silicio. Unos requerimientos mínimos nutricionales podrían ser estimados usando una aproximación a la formula molecular de su biomasa:

CO 0.48 – H 1.83 – N 0.11 – P 0.01

Los nutrientes como el fósforo deben ser suministrados en exceso debido a que la mayoría de las formas en las que se encuentra están en forma de complejos metálicos, por lo que no todo el fósforo es bioasimilable. El agua del mar suplementada con fertilizantes comerciales nitrogenados y fosforados con una pequeña cantidad de otros micronutrientes es comúnmente usado para el desarrollo de microalgas marinas (Molina Grima et al., 1999)

La biomasa de microalgas contiene aproximadamente un 50% de carbono de base seca (Sanchez Mirón et al., 2003). Todo este carbono deriva del CO2 atmosférico. Una producción de 100 Tn de biomasa de algas ha fijado de media 183 Tn de dióxido de carbono. El CO2 debe ser suministrado de manera continua durante las horas de luz y controlado mediante sensores de pH que minimizan las pérdidas por exceso de inputs y regulan la acidez. Para la producción de biodiesel, el uso de CO2 procedente de plantas que usan recursos fósiles para la obtención de energía, posee un gran potencial debido a que está generalmente disponible y tendría un bajo o nulo coste (Sawayama et al., 1995; Yun et al., 1997)

Teóricamente, el biodiesel procedente de microalgas puede poseer un balance de CO2 neutro, siempre y cuando la energía necesaria para la producción y el procesamiento del alga viniera de la combustión del propio biodiesel y del metano producido en la digestión anaerobia del residuo de biomasa generado tras la extracción del aceite.

La producción de biomasa a gran escala usa generalmente cultivos continuos durante las horas de luz, en el que la inclusión de medio de cultivo fresco en cantidades constantes y la retirada de microalgas es un proceso continuo. El aporte de nutrientes cesa durante la noche, mientras que la mezcla y homogenización del cultivo debe ser continuo, para prevenir la sedimentación de la biomasa. Aproximadamente un 25% de la biomasa producida durante el día se pierde en horas de oscuridad debido a la respiración celular. Dicho porcentaje depende de los niveles de luminosidad en los que el alga ha crecido, la temperatura del cultivo y la temperatura de las horas donde no hay luz. Los métodos utilizados para la producción de microalgas a gran escala son los sistemas abiertos de “raceway ponds” y cerrados o “fotobioreactores”.

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Microalgas, estado del arte (1.- Introducción)

Saludos Bloggeros. Este post será el inicio de una serie, que espero disfrutéis, sobre las microalgas y su cultivo para la producción de energía, además de las tecnologías existentes de explotación, que están haciendo de estos microorganismos una nueva fuente de materia prima renovable.

Microalgas, estado del arte (1.- Introducción)

Las microalgas se definen como organismos unicelulares fotosintéticos que abundan en aguas dulces, salobres y ecosistemas marinos de toda la tierra. Estos organismos al igual que la plantas, son capaces de utilizar el CO2 y la luz solar para generar complejas biomoléculas necesarias para su supervivencia. Un tipo de moléculas sintetizadas por algunas especies son los lípidos neutros o triacilgliceroles (TAG´s), que bajo ciertas condiciones de stress pueden acumular una cantidad importante de lípidos (más del 50% de su peso celular en seco).

La biodiversidad de las microalgas es enorme, con decenas de miles de especies que han sido descritas y con más de 10 millones existentes aún por catalogar. Se clasifican en procariotas (cianobacterias o algas verdeazuladas) y eucariotas.

Existen diferentes aspectos que hacen de la producción de biocombustibles a partir de algas un interesante campo donde investigadores y empresarios han depositado su atención:

- Alta productividad por hectárea, en comparación con los cultivos tradicionales
- Materia prima basada en usos non-food
- Uso de tierras no productivas o no arables.
- Utilización de un amplio rango de tipos de aguas (dulce, salobres, marinas y residuales)
- Producción de varios tipos de biocombustibles y subproductos valorizables.

Existe el consenso general de que se deben considerar aún muchas cuestiones dirigidas al I+D, necesarias para llevar a cabo una comprensión fundamental de las tecnologías de escalado, para producir biocombustibles de una forma sostenible y económica suficiente para competir con los productos basados en el petróleo. Para acelerar este sector sería necesario establecer un banco de cepas de acceso directo con información sobre sus rendimientos, crecimiento, limitaciones…, evitando de esta manera la duplicación de esfuerzos que en muchas ocasiones se producen entre instituciones de investigación.

Las investigaciones llevadas a cabo durante los últimos 50 años han demostrado que las microalgas son capaces de producir una amplia cantidad de intermediarios químicos e hidrocarburos que ofrecen la posibilidad de sustituir los productos derivados del petróleo o del gas natural. Tres componentes principales pueden ser extraídos de la biomasa de las microalgas; lípidos (incluyendo triglicéridos y ácidos grasos), carbohidratos y proteínas. La bioconversión de estos productos en alcoholes, metano, hidrógeno, ácidos orgánicos y la conversión catalítica de parafinas, olefinas y compuestos aromáticos, hacen de la explotación de las microalgas una verdadera industria de biorefinería.

Las microalgas juegan un importante rol en la capacidad productiva global. Aunque producen solamente el 0,2% de la fotosíntesis de la biomasa, se estima que aproximadamente realizan la fijación del 50% del carbono orgánico global y que contribuyen entre el 40-50% a la oxigenación de la atmósfera.

Bajo las limitaciones de las tecnologías actuales, las algas pueden convertir el 15% de la radiación solar disponible mediante fotosíntesis (PAR-photosynthetic available radiation) o aproximadamente el 6% de la radiación incidente total. En contraste, los cultivos terrestres, poseen una eficiencia de conversión fotosintética menor. Por ejemplo, la caña de azúcar, uno de los cultivos terrestres más productivos, no superan en ningún caso el 3,5-4% de PAR.

En este nuevo campo de obtención de energía primaria, existe como en la mayoría, una serie de barreras técnicas, económicas y regulatorias que deben ser solventadas para lograr el desarrollo de una industria a gran escala basada en los biocombustibles de origen renovable.

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