Científicos desarrollan un innovador proceso para crear biocombustibles a base de algas
Cuando Cristóbal Colón se aventuraba por primera vez, en el siglo XV, en las aguas septentrionales del océano Atlántico dio cuenta, en su diario de navegación, de los fuertes vientos que empujaban su expedición hacia lo que serían las costas vírgenes de América central.
Allí el Almirante describió también las “manadas de hierbas verdes” que acompañaban su travesía. Estaba conociendo un fenómeno singular: un género de macroalgas conocidas como sargazo (sargassum) que se desarrollan aprovechando las cálidas temperaturas de las aguas de la región. Con el tiempo definieron su nombre: “Mar de los sargazos”.
Las distintas corrientes marinas limitaban la expansión de las algas, que permanecían en un temido triángulo de ese mar, donde los navegantes quedaban atrapados en las espesas masas de vegetación.
Pero el cambio climático trastornó ese equilibrio. En las últimas dos décadas, los sargazos expandieron sus fronteras de manera descomunal, invadiendo incluso las zonas costeras. En 2018, la invasión fue de tal magnitud que conectó la costa oeste de África con el Golfo de México.
Los científicos estimaron que el volumen de esa enorme masa vegetal podría llegar a pesar 20 millones de toneladas y encendieron las alarmas acerca de sus consecuencias.
“En dosis dispersas en mar abierto, el sargazo contribuye a la salud del océano, al proporcionar hábitat para tortugas, cangrejos y demás fauna marina, y produce oxígeno mediante la fotosíntesis como otras plantas”, explicó el Dr. Mengqiu Wang, coautor de un estudio realizado por la Facultad de Ciencias Marinas de la Universidad de Florida del Sur (USF).
Pero si la población de sargazos se descontrola sus consecuencias pueden ser muy nocivas: “Demasiada cantidad de estas algas dificulta que ciertas especies marinas se muevan y respiren, especialmente cuando cubren la costa. Cuando muere y se hunde en el fondo del océano en grandes cantidades, puede sofocar corales y pastos marinos”.
Otro equipo de científicos, integrado por investigadores de Florida Atlantic University y del Georgia Institute of Technology, analizó las imágenes obtenidas por la NASA entre 2000 y 2018 donde pudieron observar que las algas comenzaron a proliferar en nuevos lugares de manera creciente hasta llegar al imponente desborde actual.
Millones de toneladas de algas podridas han inundado las playas de México, el Caribe y otros sitios, hacen irrespirable esos lugares, destruyen la industria del turismo, la pesca y ponen en riesgo los ecosistemas marinos. Para el profesor Chuanmin Hu, director del estudio citado de la USF “esa tendencia de crecimiento incontrolado es posible que se convierta en un hecho habitual”.
La causa: la conjunción de varios desastres ambientales provocados por la actividad humana. Cambios en la química del océano a consecuencia del calentamiento global y los desechos plásticos arrojados al mar; fertilizantes y pesticidas de la agricultura industrial que llegan al océano a través de ríos y napas; y aumentos notables en la deforestación de los países circundantes.
Algas: problema y solución
Existe evidencia científica clara de que las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), derivadas de la quema de combustibles fósiles y el cambio en el uso del suelo como resultado de las actividades humanas, están perturbando el clima de la Tierra.
Desde la década de los 80, los biocombustibles derivados de algas han sido objeto de investigación sin éxito, pero en los últimos años, se buscaron posibles soluciones a los muchos problemas de los biocombustibles derivados de las algas que no lograban ser rentables, por lo que su proceso no avanzaba.
Las alarmas acerca de la proliferación de las algas también se encendieron en el Reino Unido, donde existe un fenómeno de algas nativas e invasoras en la costa suroeste del país.
Un equipo de investigación, liderado por las Universidades de Exeter y Bath se puso como objetivo resolver el problema de las algas invasoras. Y han logrado desarrollar un proceso al que describen como una forma barata y sencilla de recolectar algas marinas para crear biocombustibles y fertilizantes, al tiempo que eliminan el plástico de los océanos y limpian las playas turísticas del Caribe y América Central.
Las algas marinas ofrecen una fuente sostenible de biomasa renovable, que no requiere tierra o agua dulce para cultivar o cosechar. Con el 70% de la superficie del planeta cubierta de agua de mar y aumentando los niveles de eutrofización, las algas marinas son un recurso subutilizado con un excelente potencial para disminuir los requerimientos actuales de recursos fósiles.
El profesor Mike Allen, profesor asociado de genómica en la Facultad de Ciencias de la Vida y del Medio Ambiente de la Universidad de Exeter, científico de mérito en el Laboratorio Marino de Plymouth y miembro honorario de la Facultad de Física de la Universidad de Bristol, es uno de sus artífices.
Las investigaciones anteriores enfrentaban el problema de que procesar esa enorme biomasa marina de algas requería eliminarle el agua salada, lavarla en agua dulce y secarla. “Los costos de estos procesos pueden ser prohibitivamente altos. En última instancia, para que esto funcione debía ser rentable –señala Allen–. Necesitábamos encontrar un proceso que se pagara y se sustentara, algo viable desde el punto de vista económico y ambiental. Este trabajo logrado proporciona un paso crucial que faltaba hacia una verdadera biorrefinería marina, a base de sal al establecer el paso de fraccionamiento inicial”.
La investigación avanzó sobre pre-tratamientos simples para la biomasa de macroalgas en agua salada, con lo que reduce la huella de agua dulce y elimina la necesidad de una etapa de lavado y secado que es intensiva en energía.
Devorando plástico
Pero lo extraordinario del avance científico logrado es que no solo todas las algas pueden convertirse en productos, sino que cualquier residuo plástico recolectado junto a ellas, también se procesará y convertirá en nuevos productos.
En un reportaje, Allen como buen padre, atribuye parte de la inspiración a sus dos hijos, Rosie (12) y Archie (9). Ellos le ayudaban a recolectar muestras de algas marinas en la costa de Devon, para sus estudios: “Fue Rosie quien desencadenó toda una serie de investigaciones después de la extracción minuciosa de la basura plástica de las muestras de algas marinas de los niños, al preguntar: ‘Papá, ¿no puedes convertir también los plásticos junto con las algas?'”.
El equipo diseñó a partir de allí, un proceso, utilizando catalizadores ácidos y básicos, que libera azúcares que pueden usarse para alimentar una levadura que produce un sustituto del aceite de palma. El mismo método también prepara las algas residuales para la siguiente etapa de procesamiento, llamada licuefacción hidrotermal.
Este proceso somete el material orgánico a altas temperaturas y presiones y convierte las algas marinas en bio-aceite que puede procesarse además en combustibles y fertilizantes de alta calidad y bajo costo.
Allen, junto a Christopher Chuck, Sofía Raikova y Timothy Knowles publicaron en 2019, un interesante trabajo sobre sus avances en co-licuefacción de macroalgas con contaminantes plásticos marinos comunes. Para ellos, las floraciones de macroalgas son ambientalmente problemáticas y costosas de remediar, pero también representan un vasto recurso sin explotar para la producción de químicos y combustibles renovables.
Es evidente que la explotación responsable de semejantes recursos marinos puede tener un rol cada vez más relevante en la transición hacia una economía que abandone el petróleo crudo, que es el que hoy domina la productividad global y uno de los causantes decisivos de los dramas ambientales que enfrentamos.
Para los investigadores, la contaminación plástica derivada del petróleo crudo es hoy una presencia generalizada en los océanos, lo que dificulta la conversión efectiva de las materias primas marinas. Por eso, consideraron que, si se pretendía aprovechar todo el potencial de las macroalgas, cualquier proceso industrial a gran escala tendría que tener en cuenta esa presencia del plástico.
La sal puede ser útil
Para Ed Jones, uno de los autores y doctorando en el Centro de Tecnologías Circulares Sostenibles de la Universidad de Bath, “por primera vez, este estudio demuestra que, en lugar de ser un obstáculo, la presencia de agua salada puede ser útil. En contraste con las estrategias existentes de pre-tratamiento, mostramos que una ruta de conversión bioquímica completamente a base de sal puede funcionar”.
Christopher Chuck, Director del Centro de Investigación Integrada de Bioprocesamiento de la misma Universidad y líder del proyecto, sostiene que el objetivo es desarrollar una biorrefinería sostenible donde los combustibles, productos químicos y alimentos para animales se puedan producir de forma económica con el mínimo impacto en los alimentos y recursos de agua dulce.
En el Centro están trabajando en la mejora de los productos de biomasa mediante la aplicación de métodos químicos alternativos para la síntesis de combustible. Los combustibles líquidos resultantes abordan los problemas de sostenibilidad y también el bajo rendimiento de los biocombustibles actuales de primera generación.
El objetivo último es lograr biocombustibles para transporte por carretera e incluso adecuados para la aviación: “La variedad de productos creados por este proceso es una fortaleza importante. La industria petrolera crea una variedad de productos que incluyen combustible líquido, plásticos y fertilizantes, y (con este avance) podemos beneficiarnos de una flexibilidad similar… Simplemente podemos alterar las condiciones del proceso para producir cantidades mayores o menores de subproductos específicos, lo que nos permite satisfacer una demanda variable”.
Otra fortaleza de este programa de investigación es el uso de algas invasoras como el sargazo, un problema ambiental que hoy genera enormes pérdidas a la industria turística y a los países involucrados (limpieza de costas y reducción de visitantes).
Como señala Allen, “muchos países del Caribe y América Central dependen en gran medida del turismo, por lo que la pandemia de coronavirus sumado al actual problema del sargazo, los han puesto de rodillas. El mes pasado (mayo 2020), más de 4 millones de toneladas de algas problemáticas llegaron a sus costas”.
Lo que no muchos saben es que las algas marinas contienen muchos componentes variados que son comercialmente valiosos. Desde pigmentos y metabolitos individuales hasta biomasa completa, y sin embargo, siguen siendo un producto abundante, subcultivado y subutilizado.
En la actualidad, la explotación comercial de algas está limitada al consumo total de biomasa o extractos para algún producto de la industria alimentaria. El desarrollo de una biorrefinería de algas marinas, basada en múltiples productos y servicios, podría proporcionar una oportunidad importante para explotar mercados nuevos y hoy poco explorados.