El estudio de Argonne muestra que las emisiones de carbono que provienen de la producción de etanol pueden cultivar algas que, a su vez, pueden usarse para producir biocombustibles.
por Joan Koka, Laboratorio Nacional de Argonne
Cuando escucha la palabra biocombustible, es probable que el maíz sea lo primero que le venga a la mente. Pero las algas son, de hecho, otra alternativa viable, si se pueden producir en masa.
Las algas son un grupo de organismos acuáticos capaces de realizar la fotosíntesis. Las algas, la escoria de los estanques y las algas marinas gigantes son algunos ejemplos bien conocidos. En conjunto, las algas tienen el potencial de producir de 10 a 100 veces más combustible por acre de tierra en comparación con otros cultivos, pero requieren mucha agua y dióxido de carbono (CO 2 ) para crecer. Estos recursos son limitados en muchas regiones de EE. UU., lo que dificulta mantener la producción. Sin embargo, el Medio Oeste, que es abundante en CO 2 de alta pureza gracias a la producción de etanol de maíz , es un área donde la generación de algas tiene el potencial de florecer.
La fermentación del maíz produce CO 2 concentrado junto con etanol. Investigadores del Laboratorio Nacional Argonne y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) publicaron recientemente un estudio que detalla los desafíos y oportunidades asociados con el aprovechamiento de este CO 2 para cultivar algas en el Medio Oeste.
“En última instancia, este trabajo muestra el potencial para el cultivo de algas en el Medio Oeste mientras se mitigan las emisiones de la producción de etanol. Es una región a considerar para aquellos que buscan comercializar tecnologías de captura y utilización de carbono de algas”, dijo el científico principal de Argonne, Troy Hawkins, un estudio co -autor.
Los hallazgos de Hawkins y su equipo revelan que las condiciones del Medio Oeste pueden favorecer el crecimiento de algas y que la producción de combustible durante todo el año puede mantenerse mediante el uso de otros materiales, como residuos de madera, para generar combustible en las estaciones en las que las algas no crecen bien. También descubrieron que cultivar algas de esta manera puede, a su vez, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero de la producción de etanol al eliminar la necesidad de que los productores de etanol capturen el carbono producido en el camino.
“Las regiones más cálidas, como los estados del sur, generalmente se consideran mejores para el cultivo de algas, pero muchos lugares tienen acceso limitado al agua y al dióxido de carbono necesarios para el cultivo de algas”, dijo Hawkins. “Una de las preguntas que tratamos de responder en este estudio es si el beneficio de la abundancia de CO 2 de alta pureza y agua dulce en el Medio Oeste compensaría las condiciones de crecimiento menos favorables en la región”.
Beneficios de la producción del Medio Oeste
Los estados del medio oeste generalmente no se consideran favorables para la producción de algas debido a sus inviernos fríos. Sin embargo, los investigadores descubrieron que, en los meses más cálidos, un estanque de algas del Medio Oeste podría cultivar tantas algas como los estados del sur, pero con menos estrés hídrico. Y cuando se utiliza el CO 2 concentrado de la producción de etanol de maíz , en lugar del CO 2 diluido de las centrales eléctricas de carbón, el proceso se vuelve más eficiente desde el punto de vista energético.
“Usar el CO 2 concentrado de la fermentación del maíz para cultivar algas tiene el potencial de reducir la intensidad de carbono del etanol mientras se produce biocombustible de algas adicional”, dijo Hawkins. “Esto es importante, ya que la fermentación del maíz genera una cantidad significativa de CO 2 ; muy aproximadamente, un tercio del carbono del maíz va al etanol, un tercio queda en el grano de destilería, que se usa como alimento para animales, y un tercio va a la atmósfera”.
Análisis de ciclo de vida impacto detallado
Los investigadores llegaron a sus resultados después de realizar un análisis completo del ciclo de vida del proceso para fabricar biocombustible a base de algas. Se basaron en el modelo de gases de efecto invernadero, emisiones reguladas y uso de energía en tecnologías (GREET) de Argonne , una herramienta analítica única en su tipo que simula el uso de energía y las emisiones de varias combinaciones de combustible y vehículos.
“Usamos GREET para calcular todas las emisiones generadas en cada paso del proceso de producción de biocombustibles”, dijo Longwen Ou, analista de sistemas de energía de Argonne y autora principal del estudio. “Esto incluyó trabajar en los detalles de las emisiones de la cadena de suministro y de la electricidad utilizada para la producción”.
Argonne y PNNL colaboraron en este esfuerzo, aprovechando las capacidades de modelado desarrolladas en los dos laboratorios para brindar nuevos conocimientos a la industria que busca comercializar la producción de algas para biocombustibles y bioproductos, así como a las agencias gubernamentales involucradas en el establecimiento de políticas que afectan la producción de biocombustibles de algas y las medidas de descarbonización. Se utilizó la herramienta de disponibilidad de biomasa de algas del PNNL para estimar la productividad de las algas.
El estudio también utilizó el modelo de agua disponible restante en los Estados Unidos (AWARE-US) de Argonne para evaluar el estrés hídrico asociado con el crecimiento de algas. Este modelo mide el estrés hídrico para una amplia variedad de tecnologías.
El estudio, titulado “Utilización de fuentes de dióxido de carbono de alta pureza para el cultivo de algas y la producción de biocombustibles en los Estados Unidos: oportunidades y desafíos”, se publica en el Journal of Clean Energy Production .
