Aplicación de combustible de algas.

El combustible de algas es un combustible basado en lípidos extraídos de microalgas. Los algocombustibles son biocombustibles de «tercera generación» que pueden reemplazar a los controvertidos biodiesel de «primera generación», obtenidos a partir de aceites vegetales de plantas terrestres. El combustible de algas, el biocombustible de algas o el aceite de algas marinas es una alternativa a los combustibles fósiles líquidos que utilizan las algas como fuente de aceites de alta energía. Al igual que el combustible fósil, el combustible de algas libera CO2 cuando se quema, pero a diferencia de los combustibles fósiles, el combustible basado en algas y otros biocombustibles libera solo CO2 recientemente extraído de la atmósfera por fotosíntesis a medida que las algas o las plantas crecen.

La crisis energética y la crisis alimentaria mundial han despertado el interés en el crecimiento de algas para la producción de biodiesel y otros biocombustibles en tierras inadecuadas para la agricultura convencional. Algunas de las características atractivas de los combustibles basados ​​en algas son que podrían cultivarse con un impacto mínimo en los recursos de agua dulce, se pueden producir con solución salina y aguas residuales, y son biodegradables y relativamente inocuos. En caso de derrame en el medio natural.

El biocombustible producido completamente a partir de algas se considera una energía de tercera generación, pero su producción aún no está en el punto.

Principales características
Las algas son el primer componente del kerógeno, del cual se deriva el aceite.

Fotosíntesis de microalgas
Las diatomeas y la clorofita tienen un proceso fotosintético similar al de las plantas superiores. Son capaces de fijar, como lo hacen las plantas terrestres, el CO2 gracias a la enzima Rubisco (ribulosa bifosfato carboxilasa). Los productos del ciclo de Calvin sirven como punto de partida para la biosíntesis de azúcares o lípidos. La enzima acetilcoenzima A carboxilasa (ACCasa) desempeña un papel clave, especialmente en diatomeas, en la ruta de síntesis de triglicéridos o triacilgliceroles (TAG), moléculas buscadas para obtener combustibles. Una deficiencia de sílice inducida en diatomeas aumentó la síntesis de lípidos, esto en relación con la actividad del gen ACCase. Este gen se ha aislado y clonado para intentar aumentar su expresión y, por lo tanto, la producción de petróleo. El estrés por nitrógeno en las algas verdes se acompaña de los mismos efectos.

Devoluciones
Hay diferentes tipos de devoluciones.

El rendimiento de la biomasa caracteriza la producción de materia viva, este rendimiento es una base de comparación para las fuentes de biocombustibles (cereales, algas, árboles, etc.). Este rendimiento se usa particularmente en el análisis de la sustitución de petróleo por energía renovable equivalente (líquido, con poca modificación de los sistemas existentes, como los motores).
La eficiencia energética caracteriza la salida final de energía, independientemente de su forma (combustible o electricidad). Es un indicador de comparación global.

Rendimiento de biomasa
Según el programa de investigación Shamash, coordinado por INRIA, algunas microalgas «pueden acumular hasta el 50% de su peso seco en ácidos grasos». Las microalgas analizadas son diatomeas y clorofia.

Según IFREMER, «se estima que hay entre 200,000 y un millón de especies de algas en el mundo. Esta diversidad biológica, que responde a una adaptabilidad excepcional, permite prejuzgar una riqueza proporcional en las moléculas y los lípidos originales (algo-combustibles). En comparación con las especies terrestres de petróleo, las microalgas tienen muchas características favorables para la producción de ácidos grasos que podrían utilizarse para producir combustibles de origen común. Los activos principales son alrededor de 10 veces mayor rendimiento de biomasa y no hay conflicto con las tierras de agua dulce y agrícola. La producción podría representar De 20000 a 60000 litros de aceite por hectárea por año, frente a los 6000 litros de aceite de palma, uno de los mejores rendimientos en tierra. »

Según Yusuf Chisti, de la Universidad de Massey en Nueva Zelanda (Instituto de Tecnología e Ingeniería), el rendimiento de las diatomeas y la clorofícea es mucho mayor que el de las plantas terrestres, como la violación, porque son organismos unicelulares; su crecimiento en suspensión en un medio acuoso les permite un mejor acceso a los recursos: agua, CO2 o minerales. Según los científicos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés), las algas microscópicas son capaces de «sintetizar 10 veces a 100 más aceite por hectárea que las plantas terrestres de petróleo usadas para producir agrocombustibles».

Los combustibles necesarios para el transporte por carretera en los Estados Unidos podrían cubrirse con la producción de algocombustibles en un área de 90 000 km 2, aproximadamente el área total de Hungría. Un rendimiento para comparar con el del aceite de palma, que para el mismo uso requeriría el área total de un país como Pakistán. Un investigador que realizó un estudio para el Departamento de Energía de los Estados Unidos cree que, mientras tanto, el combustible utilizado hoy en los Estados Unidos podría producirse en una superficie más pequeña equivalente a la del estado de Maryland que 27 091 km2, o una plaza de 165 km de lado. En comparación, el Sahara representa 9,400,000 km2.

Eficiencia energética
El informe «Agrocombustibles y medio ambiente», publicado a fines de 2008 en Francia por el Ministerio de Ecología, afirma por su parte que la eficiencia de conversión de la energía solar por microalgas es del orden de W m2, que es de dos a diez veces menos que la energía eólica. (entre 5 y 20 W m2), o hidroelectricidad de montaña (entre 10 y 50 W m2). La conclusión a la que llega este informe es que «los agrocombustibles se encuentran en la zona de los rendimientos más bajos, en realidad están limitados por el rendimiento de la fotosíntesis, que es muy bajo (& lt; 1%). La tercera generación, utilizando algas, seguirá siendo en gran parte es menos eficaz que cualquier solución «eléctrica», incluido el uso de energía solar, «por lo que los agrocombustibles no tienen otra justificación que la de proporcionar combustibles utilizables para alternativas de transporte a los combustibles fósiles».

Costo
Las estimaciones del costo de producción industrial difieren.

El equipo científico francés Shamash evalúa en enero de 2009 a 10 euros por litro el costo de la producción industrial del algocarburante.
Una compañía canadiense, Seed Science Ltd estima el costo de la producción industrial en los países desarrollados en una cifra de entre 3.5 y 6.9 euros por litro (entre $ 4.5 y $ 9).
El programa Biomasa, el Departamento de Energía de EE. UU., Estima el costo de la producción industrial en más de 8 dólares por galón, o 1,80 euros por litro, dados los datos conocidos de noviembre de 2008.
Algenol anuncia una distribución de bajo costo de $ 1.30 por galón en 2015 18, o € 0.30 por litro.

Impacto medioambiental
En comparación con los cultivos de biocombustibles basados ​​en la tierra, como el maíz o la soja, la producción de microalgas produce una huella de la tierra mucho menos significativa debido a la mayor productividad del petróleo de las microalgas que en todos los demás cultivos. Las algas también se pueden cultivar en tierras marginales inútiles para cultivos ordinarios y con bajo valor de conservación, y pueden usar agua de los acuíferos de sal que no es útil para la agricultura o el consumo. Las algas también pueden crecer en la superficie del océano en bolsas o pantallas flotantes. Por lo tanto, las microalgas podrían proporcionar una fuente de energía limpia con poco impacto en el suministro de alimentos y agua adecuados o en la conservación de la biodiversidad. El cultivo de algas tampoco requiere subsidios externos de insecticidas o herbicidas, eliminando cualquier riesgo de generar flujos de desechos de pesticidas asociados. Además, los biocombustibles de algas son mucho menos tóxicos y se degradan mucho más fácilmente que los combustibles derivados del petróleo. Sin embargo, debido a la naturaleza inflamable de cualquier combustible combustible, existe la posibilidad de algunos peligros ambientales si se enciende o se derrama, como puede ocurrir en el descarrilamiento de un tren o en una fuga en la tubería. Este peligro se reduce en comparación con los combustibles fósiles, debido a la capacidad de los biocombustibles de algas para producirse de una manera mucho más localizada, y debido a la menor toxicidad en general, pero el peligro todavía existe. Por lo tanto, los biocombustibles de algas deben tratarse de manera similar a los combustibles derivados del petróleo en el transporte y el uso, con medidas de seguridad suficientes en todo momento.

Los estudios han determinado que reemplazar los combustibles fósiles con fuentes de energía renovables, como los biocombustibles, tiene la capacidad de reducir las emisiones de CO2 hasta en un 80%. Un sistema basado en algas podría capturar aproximadamente el 80% del CO2 emitido por una central eléctrica cuando la luz solar está disponible. Aunque este CO2 se liberará más tarde a la atmósfera cuando se quema el combustible, este CO2 habría ingresado a la atmósfera a pesar de todo. La posibilidad de reducir las emisiones totales de CO2, por lo tanto, reside en la prevención de la liberación de CO2 de los combustibles fósiles. Además, en comparación con combustibles como el diesel y el petróleo, e incluso en comparación con otras fuentes de biocombustibles, la producción y combustión del biocombustible de algas no produce óxidos de azufre ni óxidos nitrosos, y produce una cantidad reducida de monóxido de carbono, hidrocarburos no quemados y Emisiones de otros contaminantes nocivos. Dado que las fuentes terrestres de producción de biocombustibles simplemente no tienen la capacidad de producción para cumplir con los requisitos energéticos actuales, las microalgas pueden ser una de las únicas opciones para abordar el reemplazo completo de los combustibles fósiles.

La producción de microalgas también incluye la capacidad de utilizar residuos de solución salina o residuos de CO2 como fuente de energía. Esto abre una nueva estrategia para producir biocombustibles junto con el tratamiento de aguas residuales, al tiempo que se puede producir agua limpia como un subproducto. Cuando se usan en un biorreactor de microalgas, las microalgas recolectadas capturan cantidades significativas de compuestos orgánicos, así como también contaminantes de metales pesados ​​absorbidos de las corrientes de aguas residuales que de lo contrario se descargarían directamente a las aguas superficiales y subterráneas. Además, este proceso también permite la recuperación de fósforo a partir de desechos, que es un elemento esencial pero escaso en la naturaleza, cuyas reservas se han agotado en los últimos 50 años. Otra posibilidad es el uso de sistemas de producción de algas para limpiar la contaminación de fuentes no puntuales, en un sistema conocido como un depurador de césped de algas (ATS). Se ha demostrado que esto reduce los niveles de nitrógeno y fósforo en los ríos y otras grandes masas de agua afectadas por la eutrofización, y se están construyendo sistemas que serán capaces de procesar hasta 110 millones de litros de agua por día. El ATS también se puede usar para tratar la contaminación de fuentes puntuales, como las aguas residuales mencionadas anteriormente, o para tratar el efluente del ganado.

Policultivos
Casi todas las investigaciones en biocombustibles de algas se han centrado en el cultivo de especies individuales o monocultivos de microalgas. Sin embargo, la teoría ecológica y los estudios empíricos han demostrado que los policultivos de plantas y algas, es decir, grupos de múltiples especies, tienden a producir mayores rendimientos que los monocultivos. Los experimentos también han demostrado que las comunidades microbianas acuáticas más diversas tienden a ser más estables a lo largo del tiempo que las comunidades menos diversas. Estudios recientes encontraron que los policultivos de microalgas produjeron rendimientos de lípidos significativamente más altos que los monocultivos. Los policultivos también tienden a ser más resistentes a los brotes de plagas y enfermedades, así como a la invasión de otras plantas o algas. Por lo tanto, el cultivo de microalgas en el policultivo no solo aumenta los rendimientos y la estabilidad de los biocombustibles, sino que también reduce el impacto ambiental de una industria de biocombustibles de algas.

Viabilidad económica
Es evidente que existe una demanda de producción sostenible de biocombustibles, pero si un biocombustible en particular se utilizará en última instancia no depende de la sostenibilidad sino de la eficiencia de costos. Por lo tanto, la investigación se centra en reducir el costo de la producción de biocombustibles de algas hasta el punto en que pueda competir con el petróleo convencional. La producción de varios productos a partir de algas ha sido mencionada [weasel words] como el factor más importante para hacer que la producción de algas sea económicamente viable. Otros factores son la mejora de la eficiencia de conversión de la energía solar a la biomasa (actualmente del 3%, pero teóricamente se puede lograr del 5 al 7%) y facilitar la extracción de petróleo de las algas.

En un informe de 2007 se derivó una fórmula que estimaba el costo del aceite de algas para que fuera un sustituto viable del diesel de petróleo:

Con la tecnología actual disponible, se estima que el costo de producir biomasa de microalgas es de $ 2.95 / kg para fotobiorreactores y $ 3.80 / kg para estanques abiertos. Estas estimaciones asumen que el dióxido de carbono está disponible sin costo alguno. Si la capacidad de producción de biomasa anual se incrementa a 10,000 toneladas, el costo de producción por kilogramo se reduce a aproximadamente $ 0,47 y $ 0,60, respectivamente. Suponiendo que la biomasa contenga 30% de aceite en peso, el costo de la biomasa para proporcionar un litro de petróleo sería de aproximadamente $ 1.40 ($ 5.30 / gal) y $ 1.81 ($ 6.85 / gal) para fotobiorreactores y canalizaciones, respectivamente. El petróleo recuperado de la biomasa de menor costo producida en los fotobiorreactores tiene un costo de $ 2.80 / L, suponiendo que el proceso de recuperación contribuya con un 50% al costo del petróleo recuperado final. Si los proyectos de algas existentes pueden alcanzar objetivos de precio de producción de biodiesel de menos de $ 1 por galón, los Estados Unidos pueden alcanzar su objetivo de reemplazar hasta el 20% de los combustibles de transporte para 2020 mediante el uso de combustibles ambiental y económicamente sostenibles de la producción de algas.

Mientras que los problemas técnicos, como la recolección, están siendo abordados con éxito por la industria, la alta inversión inicial de las instalaciones de algas a biocombustibles es vista por muchos como un obstáculo importante para el éxito de esta tecnología. Solo unos pocos estudios sobre la viabilidad económica están disponibles al público, y con frecuencia deben basarse en los pocos datos (a menudo solo estimaciones de ingeniería) disponibles en el dominio público. Dmitrov examinó el fotobiorreactor GreenFuel y estimó que el aceite de algas solo sería competitivo a un precio del petróleo de $ 800 por barril. Un estudio de Alabi et al. examinó los conductos, fotobiorreactores y fermentadores anaeróbicos para producir biocombustibles a partir de algas y descubrió que los fotobiorreactores son demasiado caros para fabricar biocombustibles. Las vías de rodadura pueden ser rentables en climas cálidos con costos laborales muy bajos, y los fermentadores pueden ser rentables luego de mejoras significativas en el proceso. El grupo descubrió que el costo de capital, el costo de la mano de obra y los costos operativos (fertilizantes, electricidad, etc.) por sí solos son demasiado altos para que los biocombustibles de algas sean competitivos en costo con los combustibles convencionales. Otros descubrieron resultados similares, lo que sugiere que, a menos que se encuentren formas más baratas de aprovechar las algas para la producción de biocombustibles, su gran potencial técnico nunca podrá ser económicamente accesible. Recientemente, Rodrigo E. Teixeira demostró una nueva reacción y propuso un proceso para cosechar y extraer materias primas para biocombustibles y producción química que requiere una fracción de la energía de los métodos actuales, mientras extrae todos los constituyentes celulares.

Uso de subproductos
Muchos de los subproductos producidos en el procesamiento de microalgas se pueden usar en diversas aplicaciones, muchas de las cuales tienen un historial de producción más largo que el biocombustible de algas. Algunos de los productos que no se utilizan en la producción de biocombustibles incluyen tintes y pigmentos naturales, antioxidantes y otros compuestos bioactivos de alto valor. Estos productos químicos y el exceso de biomasa han encontrado numerosos usos en otras industrias. Por ejemplo, los tintes y aceites han encontrado un lugar en los cosméticos, comúnmente como agentes espesantes y aglutinantes del agua. Los descubrimientos dentro de la industria farmacéutica incluyen antibióticos y antifúngicos derivados de microalgas, así como productos naturales para la salud, que han ido creciendo en popularidad durante las últimas décadas. Por ejemplo, la espirulina contiene numerosas grasas poliinsaturadas (omega 3 y 6), aminoácidos y vitaminas, así como pigmentos que pueden ser beneficiosos, como el betacaroteno y la clorofila.

Ventajas

Facilidad de crecimiento
Una de las principales ventajas de usar microalgas como materia prima en comparación con cultivos más tradicionales es que se puede cultivar mucho más fácilmente. Las algas se pueden cultivar en tierras que no se considerarían adecuadas para el crecimiento de los cultivos utilizados regularmente. Además de esto, las aguas residuales que normalmente obstaculizarían el crecimiento de las plantas han demostrado ser muy efectivas en el crecimiento de algas. Debido a esto, las algas pueden cultivarse sin ocupar tierras cultivables que de otro modo se utilizarían para producir cultivos alimentarios, y los mejores recursos pueden reservarse para la producción normal de cultivos. Las microalgas también requieren menos recursos para crecer y se necesita poca atención, lo que permite que el crecimiento y el cultivo de algas sea un proceso muy pasivo.

Impacto en los alimentos
Muchas materias primas tradicionales para el biodiésel, como el maíz y la palma, también se utilizan como alimento para el ganado en las granjas, así como una valiosa fuente de alimento para los seres humanos. Debido a esto, su uso como biocombustible reduce la cantidad de alimentos disponibles para ambos, lo que resulta en un mayor costo tanto para los alimentos como para el combustible producido. El uso de algas como fuente de biodiesel puede aliviar este problema de varias maneras. En primer lugar, las algas no se utilizan como fuente primaria de alimento para los seres humanos, lo que significa que se puede usar únicamente como combustible y que habría poco impacto en la industria alimentaria. En segundo lugar, muchos de los extractos de productos de desecho producidos durante el procesamiento de algas para biocombustibles se pueden utilizar como alimento suficiente para animales. Esta es una forma efectiva de minimizar el desperdicio y una alternativa mucho más barata a los alimentos más tradicionales a base de maíz o grano.

Minimalización de residuos.
El crecimiento de algas como fuente de biocombustible también ha demostrado tener numerosos beneficios ambientales, y se ha presentado como una alternativa mucho más respetuosa con el medio ambiente a los biocombustibles actuales. Por un lado, puede utilizar escorrentía, agua contaminada con fertilizantes y otros nutrientes que son un subproducto de la agricultura, como su fuente principal de agua y nutrientes. Debido a esto, evita que esta agua contaminada se mezcle con los lagos y ríos que actualmente suministran nuestra agua potable. Además de esto, el amoníaco, los nitratos y los fosfatos que normalmente hacen que el agua sea insegura en realidad sirven como excelentes nutrientes para las algas, lo que significa que se necesitan menos recursos para cultivar las algas. Muchas especies de algas utilizadas en la producción de biodiesel son excelentes bio-fijadores, lo que significa que son capaces de eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera para utilizarlo como una forma de energía para sí mismos. Debido a esto, han encontrado uso en la industria como una forma de tratar los gases de combustión y reducir las emisiones de GEI.

Desventajas

Viabilidad comercial
El biodiesel de algas sigue siendo una tecnología bastante nueva. A pesar de que la investigación comenzó hace más de 30 años, se suspendió a mediados de la década de 1990, principalmente debido a la falta de fondos y al costo relativamente bajo del petróleo. Durante los próximos años, los biocombustibles de algas recibieron poca atención; No fue hasta el pico del gas a principios de la década de 2000 que finalmente tuvo una revitalización en la búsqueda de fuentes alternativas de combustible. Si bien existe la tecnología para cosechar y convertir algas en una fuente utilizable de biodiesel, todavía no se ha implementado en una escala lo suficientemente grande como para satisfacer las necesidades energéticas actuales. Se requerirá más investigación para hacer que la producción de biocombustibles de algas sea más eficiente, y en este momento está siendo frenada por cabilderos que apoyan biocombustibles alternativos, como los producidos a partir de maíz y grano. En 2013, el presidente y CEO de Exxon Mobil, Rex Tillerson, dijo que después de comprometerse originalmente a gastar hasta $ 600 millones en desarrollo en una empresa conjunta con Genómica sintética de J. Craig Venter, las algas están «probablemente más» que «a 25 años de distancia» de la viabilidad comercial , aunque Solazyme y Sapphire Energy ya comenzaron las ventas comerciales a pequeña escala en 2012 y 2013, respectivamente. Para 2017, la mayoría de los esfuerzos se habían abandonado o cambiado a otras aplicaciones, y solo quedaban algunas.

Estabilidad
El biodiesel producido a partir del procesamiento de microalgas difiere de otras formas de biodiesel en el contenido de grasas poliinsaturadas. Las grasas poliinsaturadas son conocidas por su capacidad para retener la fluidez a temperaturas más bajas. Si bien esto puede parecer una ventaja en la producción durante las temperaturas más frías del invierno, las grasas poliinsaturadas dan como resultado una menor estabilidad durante las temperaturas estacionales regulares.

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Investigación

Proyectos actuales

Estados Unidos
El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés) es el principal laboratorio nacional del Departamento de Energía de los EE. UU. Para la investigación y el desarrollo de energías renovables y eficiencia energética. Este programa está involucrado en la producción de energías renovables y eficiencia energética. Una de sus divisiones más actuales es el programa de biomasa que está involucrado en las tecnologías de caracterización de biomasa, conversión bioquímica y termoquímica junto con la ingeniería y análisis de procesos de biomasa. El objetivo del programa es producir tecnologías eficientes en el costo de la energía, rentables y amigables con el ambiente que apoyen las economías rurales, reduzcan la dependencia de las naciones en el petróleo y mejoren la calidad del aire.

En el Instituto Oceanográfico Woods Hole y en el Instituto Oceanográfico de Harbor Branch, las aguas residuales de fuentes domésticas e industriales contienen compuestos orgánicos ricos que se están utilizando para acelerar el crecimiento de las algas. El Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola de la Universidad de Georgia está explorando la producción de biomasa de microalgas utilizando aguas residuales industriales. Algaewheel, con sede en Indianápolis, Indiana, presentó una propuesta para construir una instalación en Cedar Lake, Indiana, que utiliza algas para tratar las aguas residuales municipales, utilizando el subproducto de lodo para producir biocombustibles. Un enfoque similar está siendo seguido por Algae Systems, una compañía con sede en Daphne, Alabama.

Sapphire Energy (San Diego) ha producido crudo verde a partir de algas.

Solazyme (sur de San Francisco, California) ha producido un combustible adecuado para impulsar aviones a reacción a partir de algas.

La estación de investigación marina en Ketch Harbor, Nueva Escocia, ha estado involucrada en el cultivo de algas durante 50 años. El Consejo Nacional de Investigación (Canadá) (NRC) y el Programa Nacional de Subproductos han proporcionado $ 5 millones para financiar este proyecto. El objetivo del programa ha sido construir una planta piloto de cultivo de 50 000 litros en las instalaciones del puerto de Ketch. La estación ha participado en la evaluación de la mejor manera de cultivar algas para producir biocombustibles y está involucrada en la investigación de la utilización de numerosas especies de algas en las regiones de América del Norte. NRC ha unido fuerzas con el Departamento de Energía de los Estados Unidos, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable en Colorado y los Laboratorios Nacionales Sandia en Nuevo México.

Europa
Las universidades en el Reino Unido que están trabajando en la producción de petróleo a partir de algas incluyen: la Universidad de Manchester, la Universidad de Sheffield, la Universidad de Glasgow, la Universidad de Brighton, la Universidad de Cambridge, el University College de Londres, el Imperial College de Londres, la Universidad de Cranfield y la Universidad de Newcastle. En España, también es relevante la investigación llevada a cabo por el Instituto de Bioquímica Vegetal y Fotosíntesis del CSIC (Grupo de Biotecnología de Microalgas, Sevilla).

La Asociación Europea de Biomasa de Algas (EABA) es la asociación europea que representa tanto a la investigación como a la industria en el campo de las tecnologías de algas, actualmente con 79 miembros. La asociación tiene su sede en Florencia, Italia. El objetivo general de la EABA es promover el intercambio mutuo y la cooperación en el campo de la producción y el uso de biomasa, incluidos los usos de los biocombustibles y todas las demás aplicaciones. Su objetivo es crear, desarrollar y mantener la solidaridad y los vínculos entre sus miembros y defender sus intereses a nivel europeo e internacional. Su objetivo principal es actuar como un catalizador para fomentar las sinergias entre científicos, industriales y tomadores de decisiones para promover el desarrollo de la investigación, la tecnología y las capacidades industriales en el campo de las algas.

Las innovaciones de CMCL y la Universidad de Cambridge están llevando a cabo un estudio de diseño detallado de una planta C-FAST (Combustibles negativos de carbono derivados de tecnologías de algas y solares). El objetivo principal es diseñar una planta piloto que pueda demostrar la producción de combustibles de hidrocarburos (incluidos el diesel y la gasolina) como portadores de energía sostenibles negativos en carbono y materias primas para la industria de productos químicos. Este proyecto informará en junio de 2013.

Ucrania planea producir biocombustibles utilizando un tipo especial de algas.

El Proyecto de grupo de algas de la Comisión Europea, financiado a través del Séptimo Programa Marco, está compuesto por tres proyectos de biocombustibles de algas, cada uno de los cuales busca diseñar y construir una instalación diferente de biocombustibles de algas que cubra 10 hectáreas de tierra. Los proyectos son BIOFAT, All-Gas e InteSusAl.

Dado que se pueden producir diversos combustibles y sustancias químicas a partir de algas, se ha sugerido investigar la viabilidad de diversos procesos de producción (extracción / separación convencional, licuefacción hidrotermal, gasificación y pirólisis) para su aplicación en una biorrefinería de algas integrada.

India
Reliance industries, en colaboración con Algenol, EE. UU., Encargó un proyecto piloto para producir bio-aceite de algas en el año 2014. La espirulina, que es un alga rico en contenido de proteínas, se ha cultivado comercialmente en la India. Las algas se utilizan en India para tratar las aguas residuales en estanques de oxidación abiertos / naturales. Esto reduce la demanda biológica de oxígeno (DBO) de las aguas residuales y también proporciona biomasa de algas que se puede convertir en combustible.

Otro
La Algae Biomass Organization (ABO) es una organización sin fines de lucro cuya misión es «promover el desarrollo de mercados comerciales viables para productos renovables y sostenibles derivados de las algas».

La Asociación Nacional de Algas (NAA) es una organización sin fines de lucro formada por investigadores de algas, compañías de producción de algas y la comunidad de inversión que comparte el objetivo de comercializar el aceite de algas como materia prima alternativa para los mercados de biocombustibles. La NAA brinda a sus miembros un foro para evaluar de manera eficiente varias tecnologías de algas para posibles oportunidades en la etapa inicial de la empresa.

Pond Biofuels Inc. en Ontario, Canadá, tiene una planta piloto en funcionamiento donde las algas crecen directamente de las emisiones de chimeneas de una planta de cemento y se secan con calor residual. En mayo de 2013, Pond Biofuels anunció una asociación con el National Research Council of Canada y Canadian Natural Resources Limited para construir una biorrefinería de algas a escala de demostración en un sitio de arenas petrolíferas cerca de Bonnyville, Alberta.

Ocean Nutrition Canada en Halifax, Nueva Escocia, Canadá, ha encontrado una nueva variedad de algas que parece ser capaz de producir petróleo a una velocidad 60 veces mayor que la de otros tipos de algas que se utilizan para la generación de biocombustibles.

VG Energy, una subsidiaria de Viral Genetics Incorporated, afirma haber descubierto un nuevo método para aumentar la producción de lípidos de algas al interrumpir las vías metabólicas que de otro modo desviarían la energía fotosintética hacia la producción de carbohidratos. Usando estas técnicas, la compañía afirma que la producción de lípidos podría incrementarse varias veces, lo que podría hacer que los biocombustibles de algas sean competitivos en costos con los combustibles fósiles existentes.

La producción de algas de la descarga de agua caliente de una planta de energía nuclear ha sido pilotada por Patrick C. Kangas en la Estación de Energía Nuclear Peach Bottom, propiedad de Exelon Corporation. Este proceso aprovecha la temperatura relativamente alta del agua para sostener el crecimiento de algas incluso durante los meses de invierno.

Compañías como Sapphire Energy y Bio Solar Cells están utilizando ingeniería genética para hacer que la producción de combustible de algas sea más eficiente. Según Klein Lankhorst, de Bio Solar Cells, la ingeniería genética podría mejorar enormemente la eficiencia del combustible de las algas, ya que las algas pueden modificarse para construir solo cadenas cortas de carbono en lugar de cadenas largas de carbohidratos. Sapphire Energy también utiliza mutaciones inducidas químicamente para producir algas adecuadas para su uso como cultivo.

Algunos intereses comerciales en los sistemas de cultivo de algas a gran escala buscan vincularse con las infraestructuras existentes, como fábricas de cemento, centrales de carbón o instalaciones de tratamiento de aguas residuales. Este enfoque convierte los desechos en recursos para proporcionar las materias primas, el CO2 y los nutrientes para el sistema.

El Consorcio Internacional de Investigaciones sobre los Márgenes Continentales está realizando un estudio de viabilidad utilizando microalgas marinas en un fotobiorreactor en la Universidad Jacobs de Bremen.

El Departamento de Ciencias Ambientales de la Universidad Ateneo de Manila, en Filipinas, está trabajando en la producción de biocombustibles a partir de una especie local de algas.

Ingeniería genética
La ingeniería genética de algas se ha utilizado para aumentar la producción de lípidos o las tasas de crecimiento. La investigación actual en ingeniería genética incluye la introducción o eliminación de enzimas. En 2007 Oswald et al. introdujo una monoterpeno sintasa de albahaca dulce en Saccharomyces cerevisiae, una cepa de levadura. Esta monoterpeno sintasa particular provoca la síntesis de novo de grandes cantidades de geraniol, mientras que también la secreta en el medio. El geraniol es un componente primario en el aceite de rosa, aceite de palmarosa y aceite de citronela, así como en los aceites esenciales, por lo que es una fuente viable de triacilglicéridos para la producción de biodiesel.

La enzima ADP-glucosa pirofosforilasa es vital en la producción de almidón, pero no tiene conexión con la síntesis de lípidos. La eliminación de esta enzima resultó en el mutante sta6, que mostró un mayor contenido de lípidos. Después de 18 horas de crecimiento en medio deficiente en nitrógeno, los mutantes sta6 tenían en promedio 17 ng de triacilglicéridos / 1000 células, en comparación con 10 ng / 1000 células en células WT. Este aumento en la producción de lípidos se atribuyó a la reasignación de recursos intracelulares, ya que las algas desviaron la energía de la producción de almidón.

En 2013, los investigadores utilizaron un «derribo» de enzimas reductoras de grasa (lipasa / fosfolipasa / aciltransferasa multifuncional) para aumentar los lípidos (aceites) sin comprometer el crecimiento. El estudio también introdujo un proceso de selección eficiente. Las cepas de eliminación antisentido 1A6 y 1B1 contenían 2.4 y 3.3 veces más contenido de lípidos durante el crecimiento exponencial, y 4.1 y 3.2 veces más contenido de lípidos después de 40 h de inanición de silicio.

Programas de financiacion
Se han creado numerosos programas de financiación con el objetivo de promover el uso de energías renovables. En Canadá, la iniciativa de capital de biocombustibles ecoAgriculture (ecoABC) proporciona $ 25 millones por proyecto para ayudar a los agricultores a construir y ampliar una instalación de producción de combustible renovable. El programa tiene $ 186 millones reservados para estos proyectos. El programa de desarrollo sostenible (SDTC) también ha aplicado $ 500 millones en 8 años para ayudar en la construcción de combustibles renovables de próxima generación. Además, en los últimos 2 años, se han puesto a disposición $ 10 millones para la investigación y el análisis de combustibles renovables.

En Europa, el Séptimo Programa Marco (7PM) es el principal instrumento para financiar la investigación. De manera similar, el NER 300 es un portal no oficial e independiente dedicado a proyectos de energía renovable e integración de redes. Otro programa incluye el programa Horizonte 2020, que comenzará el 1 de enero, y reunirá el programa marco y otros fondos de innovación e investigación de la CE en un nuevo sistema de financiamiento integrado.

El programa de desarrollo de materias primas de American NBB está abordando la producción de algas en el horizonte para expandir el material disponible para biodiesel de manera sostenible.

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