Biodiesel a partir de algas

Los biocombustibles son un tema que está generando considerable atención

últimamente. En EEUU se están invirtiendo grandes sumas en el desarrollo de los

mismos. El etanol a partir de granos o celulosa, y el biodiesel a partir de aceites

vegetales son los más conocidos, pero hay muchos otros. Uno de estos es el

biodiesel a partir de algas. El cultivo de algas se estudiá al principio en la NASA

como una forma de generar productos químicos en el espacio usando fotosíntesis y

reciclando el CO2. El Departamento de Energía de EEUU llevó a cabo un programa de

investigacion desde 1978 que se dio por terminado en 1996. En la actualidad el

aumento del precio del petróleo y los problemas ambientales hicieron resurgir el

interés en el tema.

Algunas especies de algas contienen aproximadamente 50% de su peso en aceite, lo

cual supera las plantas oleaginosas como la soja. En teoria usando algas se podría

obtener un rendimiento mayor que usando plantas como se puede ver en la

siguiente tabla (extraída de oilgae.com):

Planta , Litros/hectárea

-------------------------------

Castor, 1413

Girasol, 952

Sasafras, 779

Palma, 5950

Soja, 446

Coco, 2689

Algas, 100000

-------------------------

Para generar biodiesel se require una esterificación con alcoholes, los mismos podrían

generarse a partir de residuos agrícolas celulósicos, un área de gran potencial que

tambien se está investigando de manera intensiva. Para mas información aquí hay

algunos enlaces sobre el tema.

www.unh.edu/p2/biodiesel/article_alge.html

www.greenfuelonline.com/technology.htm

www.oilgae.com

www.fuelandfiber.com/Athena/biodiesel_from_algae_es.pdf [formato PDF]

Biodiesel a partir de algas en Guatemala - Presentation Transcript

1. Producción de Biocombustibles a partir de las microalgas que contaminan cuerpos de agua dulce.GUATEMALA

2. Introducción

o Enfoque: (producto final)

Producción de biodiesel a partir de microalgas oleaginosas.Producción de biogas en motores reciprocantes y cocinas.Objetivos(1)Evaluar y controlar el crecimiento de la microalga óptima para la obtención de bio- aceite en estanque abierto y fotobioreactores(2) Implementar un sistema de biodigestores para la producción de biogás a partir de la biomasa de microalga que se encuentra en el lago.(3) Cuantificar la concentración inicial y final de la microalga óptima para la extracción de bio-aceite en estanque abierto y fotobiorreactores(4) Extraer el bio-aceite de la microalga óptima y definir las características físicas y químicas del mismo.(5)Establecer el proceso de conversión de bioaceite a biodiesel.(6) Realizar pruebas de eficiencia del biodiesel y biogás obtenido en motores de combustión interna y control de las emisiones de gas(7) Diseñar un sistema de almacenamiento del biogás para que sea utilizado en estufas y lámparas de áreas rurales(8) Realizar pruebas de biodiesel y biogás en motores de combustión interna para la generación de energía eléctrica.

o Beneficiarios :

Las comunidades adyacentes ala cuencadel LagoAmatitlán. (15,000 beneficiarios)

o Aplicación futura:

Implementaciónde una planta piloto de captación de biomasa microalgal, cultivo, enriquecimiento y transformación en Biocombustibles .

3. Project ProgressProgreso del Proyecto

o Progreso en relación a los objetivos: o Aislamiento de microalgas oleaginosas de un cuerpo de agua dulce o Se han identificado alrededor de 15 especies que se mantienen en un cepario para su reproducción.

o Se seleccionaron 5 especies productoras en medios enriquecidos para su crecimiento masivo. o Chlorella sp. o Closterium sp. o Scenedesmus dimorphus o Selenastrum capricornutum o Navícula sp. o Implementación de un sistema de cultivo abierto para acelerar el crecimiento de las microalgas. o Medio Chu No.10 HS. o Medio Combo o Evaluar el crecimiento de las microalgas en los medios de cultivoobteniendo a los 4 días de la

siembra poblaciones hasta 10 vecesmayoresque la inicial. o Separación de la biomasa de microalgas por floculación. o Implementación de un sistema de filtrado y de secado solar de la biomasa microalgal . o Obtener biomasa seca de Microalgas de las especies aisladas sin contaminación, hasta ahora: o Chlorella sp, o Closterium sp. o Evaluaciónfisico-química de la pasta seca de microalgas

4. Successes Éxitos Éxitos:

o Establecer el procesosistemáticode siembra de microalgas aisladas en cultivosenriquecidos. o Aislar la microalgas productoras en un cepariopara la siembra posterior. o Secar las microalgas en un sistema solar y extraeraceiteparasuevaluaciónfisico-química.

Leccionesaprendidas

o Cultivado en medio COMBO las microalgas aisladase iniciarproyeccionesparallevaresteproceso a escala mayor.

o Obtenerlasprimerasmuestras de masaseca. o Obtenerlasprimerasmuestras de bio-aeite de la biomasaseca.

5. ChallengesRetosPrincipalesobstáculos:

o Filtrar la biomasa húmeda. o Flocular la biomasa con sustancias no químicas. o Esperamosobtenerresultadossimilares a los obtenidos a escalapilotocuando se utilice el

fotobiorreactor. o Las depresionestropicalesqueafectaron el país no permitieroniniciar la puesta en marcha de los

biodigestores. o Hemosenfrentadoproblemasen espacioparainiciar la obra civil de los biodigestores en el

áreaadyacenteal lago. o El equipamientopara el análisis del biocombustibletiene altos costos. o No hemosencontrado la tecnologíaadecuadapararealizar la conversión de bio-aceite a biodiesel. o Consideramosutilizarultrasonidopararealizar el proceso de conversión sin embargo los proveedores

son escasos y el equipamiento con costoselevados. 6. Assigned Topic

Tema AsignadoEn Guatemala la producción de biodiesel utilizacomomateria prima el aceiteusado y Jatropha curcas (piñón). Se siembrapalmaafricana sin embargo no se utilizapara la producción de biodiesel.Con esteproyecto se pretendedarunapropuestaquecontribuya a diversificarla matrizenergéticadel país y proponersolucionesinnovadoras en la producción de bio-combustibles.Otros ha intentadoobtener bio-aceite a partir de microalgas, procuramos no seguir el camino de ellos e integrarconocimientos y variastecnologíasaplicadasparalograrobtenerresultadospositivos.

7. Las algas son las nuevas fuentes energéticas, según estudio

8. Aunque varios expertos consideran que el mundo tiene reservas de petróleo para abastecer a la población por 40 años más, hay muchas empresas que ya se han puesto en la encomiable labor de encontrar alternativas que logren suplir la necesidad de este importante combustible fósil. Y una de las grandes opciones radica en la obtención de carburantes a partir de la destilación de biomasa o, mejor, de la transformación de vegetales en diesel, que actualmente es impulsada por varios países. Y, en Colombia, particularmente, se realizan con muy buenos resultados. Un ejemplo lo constituye el Instituto Colombiano de Petróleos (IPC) de Ecopetrol, que hasta el momento ha invertido cerca de 500 millones de pesos en la investigación y el desarrollo de tecnologías que permitan obtener biodiésel a partir de algas, un novedoso recurso con el que se puede garantizar la sostenibilidad del medio ambiente, a largo plazo. Lo cierto es que, según el Banco Mundial, el uso de esta materia prima se constituye en una de las grandes apuestas del futuro, porque ayudará a reducir el efecto invernadero y a restablecer el equilibrio térmico del planeta. "Y una de las máximas ventajas es que se fabrica a través de algas, productos no aptos para la alimentación, y que no requieren de tierra cultivable ni de agua dulce para su producción. Así mismo, en lugar de emitir CO2, lo utilizan como insumo, lo que las convierte en fuentes de energía no contaminantes". Así va el proyecto Según Jaime Augusto Torres, especialista de diversificación energética del ICP, desde el 2008, cuando arrancó el proyecto en nuestro país, se definieron varias líneas de trabajo, con el objetivo de explorar los diferentes campos que ofrece esta investigación. "Es así como se vienen seleccionando las cepas nativas de algas, que es un tema en el que el Instituto goza de gran experiencia, ya que el control de la contaminación y de las fuentes de agua -en todas las zonas en donde opera Ecopetrol- se hace mediante un seguimiento minucioso a las 'matas'". Fue mediante esta clasificación que el ICP logró reunir un importante cepario, con el que hoy desarrolla el estudio para elegir las algas que producen mayores contenidos de aceite, de las que ya se han elegido muchas en el laboratorio. "Ahora continuaremos con la siguiente etapa que es comenzar a cultivarlas para ver sus características y condiciones, pues solo así podremos saber cuál es la mejor y la que más cantidad de aceite produce", afirma Torres. Actualmente, existen alrededor de 40.000 especies, muchas de ellas eficientes para convertir nutrientes y dióxido de carbono en la materia orgánica que provee el aceite y, que, más tarde, puede ser refinada y usada como base para biocombustibles. Igualmente, se inició la verificación para separar o aislar el aceite y de caracterizarlo, con el fin de ver si su producción es viable y económica para montar el proyecto de una planta exclusiva para el tema. Por el momento, hay dos grupos de investigadores que realizan los estudios con cepas nativas, en la fase exploratoria, en la que el personal de la Universidad Industrial de Santander está involucrado. "No obstante, falta realizar un trabajo fuerte en diferentes líneas de investigación para llegar a la meta propuesta. Ante esto, creería que, solo en unos cinco años -dependiendo de los resultados- podríamos contar con un piloto experimental de extracción de aceite de algas", sostiene el especialista de diversificación energética del ICP. Para el experto, la idea es que con esta oleaginosa se pueda complementar el 10 por ciento de la mezcla de biodiésel que actualmente se hace con la palma africana y que, en el plazo de unos cinco años, pueda aumentarse con el aporte de las algas. "Valga decir que la mezcla de los aceites de estas dos materias primas son compatibles, teniendo en cuenta que las algas ofrecen propiedades diferentes. Además, esta unión llegaría a ser muy

beneficiosa para la producción del combustible alternativo y, de paso, reduciría el impacto de explotación de la palma, como hoy se ha logrado -con éxito- en varias partes de Europa", explica Torres. Los beneficios de las oleaginosas Uno de los factores favorables del cultivo de algas es que no requiere del uso de tierra agrícola, agua para el riego ni fertilizantes. Entre sus ventajas como materia prima, de segunda generación (proveniente de fuentes no alimentarias), se suma que los tiempos de cultivos son cortos frente a otras fuentes de biocombustibles, como la caña de azúcar y la palma de aceite. Así mismo, la producción del combustible alternativo a partir de esta oleaginosa es menos nociva para el ambiente, pues no hay que talar árboles para sembrarla. Y su cultivo es menos vulnerable a enfermedades y contaminación. Las algas son microorganismos que contienen proteínas, carbohidratos, lípidos y ácidos nucleicos que se pueden transformar en productos diferentes como biodiésel, bioetanol, combustibles para aviones, suplementos nutricionales, productos farmacéuticos, alimentos para la acuicultura y animales de granja; como también para revestimientos, bioplásticos, bioquímicos, fertilizantes y cosméticos.

9. Publicación 10. portafolio.com.co 11. Sección 12. Otros 13. Fecha de publicación 14. 30 de marzo de 2010 15. Autor 16. EDGAR A. NUÑEZ BASTIDAS / Redactor de PORTAFOLIO

Biodiésel de Algas. Proceso de producción de biodiésel utilizando algas. Energías

renovables, biocombustibles, cultivos energéticos

¿Que es un biocarburante o biocombustible?

Los biocarburantes o biocombustibles son combustibles que se generan a partir de

procesos biológicos, son de origen biológico no fosilizado. Presentan una gran cantidad

de ventajas frente los combustibles fósiles, entre ellas producir bastante menos cantidad

de C02, principal gas causante del efecto invernadero. Al tratarse estos de recursos

inagotables, son excelentes para reemplazar los combustibles que se producen en base al

petróleo, el cual escasea y por otro lado produce grandes efectos contaminantes en la

atmósfera, como el efecto invernadero entre muchos otros. Este tipo de

biocombustibles, están caracterizados por la posibilidad de aplicación a los actuales

motores de combustión interna, y ya son muchos los vehículos que se están fabricando

para funcionar con este tipo de carburantes.

Existen diferentes tipos de biocombustibles que mencionaremos a continuación:

Bioetanol: Etanol generado a partir de la biomasa o de una fracción biodegradable de residuos.

Biodiésel: éster metílico generado a partir de un aceite vegetal, algas o animal de calidad similar al gasóleo.

Biogás: combustible gaseoso generado a partir de la biomasa de vegetales y/o a partir de la fracción biodegradable de los residuos.

Biometanol: metanol generado a partir de la biomasa de vegetales. Biodimetiléter: dimetiléter generado a partir de la biomasa de vegetales. BioMTBE (metil ter-butil éter): combustible generado a partir del biometanol. Biocarburantes sintéticos: hidrocarburos sintéticos o sus mezclas, generados a partir

de la biomasa vegetal. Aceite vegetal puro: obtenido a partir de plantas oleaginosas mediante presión,

extracción u otros procedimientos comparables, crudo o refinado, pero sin modificación química.

En este trabajo se va a analizar la producción de biodiésel utilizando como materia

prima algas, las propiedades de este tipo de biocombustibles frente a otros de origen

vegetal, los tipos de algas que se utilizan, los distintos procedimientos que se realizan

para la obtención de biodiésel a partir de algas, el desarrollo de investigaciones para la

producción de este tipo de biocombustible en el mundo, así como las ventajas y las

desventajas de utilizarlo.

Algunas características del biodiésel

Como se menciono anteriormente el biodiésel es un éster metílico generado a partir de

un aceite vegetal, algas o animal. No es contaminante ya que aunque su combustión

produce C02 que va a pasar a la atmósfera, se supone que es el mismo que las plantas o

las algas de las que proviene absorbieron durante su crecimiento, por lo tanto se libera a

la atmósfera prácticamente la misma cantidad de CO2 que se consumió. Es

biodegradable, no es tóxico, y típicamente produce cerca de 60 % menos emisiones de

dióxido de carbono. Sus emisiones de smog son 65 % menores que el diesel derivado

del petróleo.

Algunos de los usos del biodiésel son autos movidos a biodiésel, calefacción para el

hogar en base a biodiésel, generadores de electricidad en base a combustible biodiésel,

etc.

Producción de biodiésel en base a algas

Para obtener biodiésel a partir de algas primero se debe extraer el aceite de estas y por

un proceso química llamado transesterificación es posible obtener biodiésel. El cultivo

de microalgas y la obtención de aceite a partir de este presenta muchas ventajas con

respecto a los cultivos terrestres. Por un lado presentan una tasa de crecimiento mucho

mayor y por otra lado la producción de aceite por área esta estimada entre 4.6 y 18.4

l/m2, esto es de 7 a 30 veces mayor que los mayores cultivos terrestres. No requiere de

grandes superficies para su producción. En una superficie de 52.000 km2, se pueden

obtener 95 millones de barriles de biodiésel al día a un precio sensiblemente inferior al

del petróleo actual.

Se trata de una fuente de producción de energía en continuo, inagotable y no

contaminante porque no moviliza carbono fósil, sino que utiliza el exceso de carbono

(CO2). Contribuye de esta forma a paliar el efecto invernadero y a restablecer el

equilibrio térmico del planeta. En comparación con otros vegetales utilizados para la

producción de biodiésel, el fitoplancton parece ser el que mas rendimiento tiene.

Algunos estudios señalan los siguientes niveles de producción anual de volumen de

aceite por km2:

Colza: de 100 a 140 m3/km2. Mostaza (Brassica nigra): 130 m3/km2. Piñón (jatropha): 160 m3/km2. Aceite de palma: 610 m3/km2. Algas: De 10.000 a 20.000 m3/km2.

Algunas características y ventajas del biodiésel producido a partir de algas son las

siguientes:

Las algas tienden a producir una alta cantidad de ácidos grasos poliinsaturados, lo que disminuye la estabilidad del biodiésel. Pero los ácidos grasos poliinsaturados tienen puntos de fusión bajos por lo que en climas fríos es mucho más ventajoso que otros tipos de biocombustibles.

La producción de aceites a partir de algas es 200 veces mayor que en plantas. Por lo que también es mayor la producción de biodiésel.

Posee un alto rendimiento y por lo tanto un bajo costo. La producción de biodiésel de algas tiene las características de reducir las emisiones de

CO2 y compuestos nitrogenados de la atmósfera.

Cultivos de algas para la producción de Aceites

Las algas son capaces de crecer en un amplio rango de condiciones por la que se las

encuentra en cualquier zona del planeta: dentro de plantas acuáticas, sobre sustrato

artificial como madera o botellas, en lagunas, ciénagas, pantanos, nieve, lagos de agua

dulce o salina, sobre rocas, etc. Por lo que no es difícil encontrar zonas para cultivarlas.

En principio, al igual que las plantas, las algas necesitan de tres componentes básicos

para su crecimiento: luz solar, CO2 y agua. Encontrar cepas de algas para hacerlas

crecer no es difícil, pero es complicado encontrar cepas que permitan la producción de

biodiésel debido a que este tipo de algas necesitan de un alto mantenimiento y por otro

lado se contaminan fácilmente con otras especies.

Debido a que las algas necesitan de luz celular, CO2 y agua para crecer, pueden ser

cultivadas en estanques y lagos. A estos tipos de cultivos se los llaman “sistemas

abiertos”. El riesgo de este tipo de sistemas de cultivos es la alta probabilidad de ser

contaminados por otros tipos de algas, ya que las algas que tienen el mayor componente

en aceite no necesariamente son las que más rápido crecen, por lo que algunas cepas de

algas contaminantes podrían invadir masivamente el cultivo. Por otro lado en este

sistema se tienen poco control frente a condiciones ambientales tales como temperatura

del agua, CO2, intensidad lumínica, por lo que el crecimiento del cultivo depende de las

condiciones del medio y en general se produce en los meses más cálidos. En general,

para el cultivo en sistemas abiertos se buscan cepas que puedan crecer bajo condiciones

en las que otros organismos les resultaría difícil desarrollarse como Ph altos o bajos, T º

especificas, requerimientos nutritivos específicos, etc. Es por esta razón que solo pocas

especies fueron cultivadas con éxito en este tipo de sistemas. La ventaja que tienen los

sistemas abiertos es que son muy baratos y fáciles de construir ya que básicamente lo

que se hace es construir estanques o piletones en el suelo.

Un sistema alternativo para el crecimiento de algas es mediante invernaderos (Fig. 1),

también en estanque. Aunque se reduce el área de cultivo se solucionan muchos

problemas que poseen los sistemas abiertos: menor probabilidad de contaminación por

especies no deseadas, pueden cultivarse un mayor numero de especies, el periodo de

cultivo es mayor ya que hay control de la temperatura y puede incrementarse la cantidad

de C02 en el ambiente, con lo que también aumentaría la tasa de crecimiento de las

algas.

Los estanques poseen sistemas que permiten a las algas mantenerse en movimiento en el

medio, de forma que todas reciban la misma cantidad de luz y nutrientes. Por otro lado

se renueva continuamente la cantidad de C02 y nutrientes del medio.

Otro tipo de sistemas cerrados de cultivos son los Fotobiorreactores los que incorporan

luz blanca y natural y donde las condiciones son mas controladas que en los sistemas

abiertos. Son sistemas muy costosos pero que tienen un alto rendimiento en cuanto a la

producción de aceite de algas. Algunos tipos de fotobiorreactores son:

Tubos plásticos o de vidrio de forma triangular: Gases como C02 y O2 se hacen fluir desde la parte baja de la hipotenusa y algas con medio de cultivo se hacen fluir en el sentido opuesto.

Fotobiorreactores tubulares en forma horizontal: Son tubos de acrílico en el que se hace circular en forma horizontal medio de cultivo mas algas para que están no precipiten y todas reciban la misma cantidad de luz y nutrientes.

Columna vertical de burbujas: Se genera circulación del medio con algas en una columna vertical a través del flujo de gases como dióxido de carbono. Se ilumina a

través de tubos de luz a lo largo del tubo, cuyo objetivo es disminuir el costo del cultivo de algas a gran escala y hacerlo mas simple.

Equipos de fermentación: Algunas compañías obtuvieron aceite de algas sin crecimiento fotosintético, sino alimentando a las algas con azucares que luego estas fermentaban. Una de estas compañías ese llama Solazyme, una empresa de biotecnología que esta desarrollando técnicas para producir combustible para autos y aviones a partir de algas.

Tipos de algas que se cultivan para producir biodiésel

Las algas están compuestas básicamente por proteínas, carbohidratos, ácidos nucleicos y

ácidos grasos. Los ácidos grasos se encuentran en las membranas, en los productos de

almacenamiento, metabolitos, etc. El porcentaje de ácidos grasos varía según la especie,

aunque hay especies cuyos ácidos grasos representan 40% de su peso seco. Estos son

los ácidos grasos que luego son convertidos en biodiésel. Para la producción de estos se

buscan algas que contengan un alto contenido en lípido y que sean fácilmente

cultivables.

Especie Proteína Carbohid Lípidos Ácidos Nucleicos

Scenedesmus obliquus 50-56 10-17 12-14 3-6

Scenedesmus quadricauda 47 – 1.9 -

Scenedesmus dimorphus 8-18 21-52 16-40 -

Chlamydomonas rheinhardii 48 17 21 -

Chlorella vulgaris 51-58 12-17 14-22 4-5

Chlorella pyrenoidosa 57 26 2 -

Spirogyra sp. 6-20 33-64 11-21 -

Dunaliella salina 57 32 6 -

Euglena gracilis 39-61 14-18 14-20 -

Prymnesium parvum 28-45 25-33 22-38 1-2

Tetraselmis maculata 52 15 3 -

Una de las especies de algas verdes mas utilizadas en el desarrollo de biodiésel es

Botryococcus braunii. Esta especie produce alta cantidad de hidrocarburos como

terpenos, que constituye alrededor del 30 al 40% de su peso seco. El botriococeno es el

hidrocarburo predominante en Botryococcus braunii. Puede ser utilizado para la

producción de octanos, querosén y diesel. Para la producción de biodiésel a partir de

botriococeno, primero debe encontrarse una cepa adecuada de Botryococcus braunii que

produzca un alto rendimiento del hidrocarburo. Al seleccionar este tipo de cepas, puede

que se pierdan atributos como resistencia a enfermedades, desventajas competitivas, etc.

Por esta razón se necesitan fotobiorreactores para el cultivo de este tipo de cepas.

En EEUU se puso en marcha un programa que duro desde 1978 a 1996, llamado the

Aquatic Species Program (ver en referencias), cuyo objetivo fue investigar acerca de

cuales serian las especies de algas mas apropiadas para la producción de biodiésel. Este

programa llego a la conclusión de que no hay una cepa o una especie de alga que sea la

mejor en términos de producción de aceite para biodiésel, pero si que las más

prometedoras eras las diatomeas y en segundo lugar las algas verdes (ejemplo:

Botryococcus).

Existen otras especies de algas que potencialmente pueden ser utilizadas en la

producción de biodiésel por su alto contenido de aceites:

Scenedesmus dimorphus – Esta es una de las preferidas por el alto rendimiento de aceites para biodiésel, pero uno de los problemas es que produce gruesos sedimentos si al cultivo no se lo agita con frecuencia.

Dunaliella tertiolecta – Esta cepa produce cerca de 37 % de aceites. Es una cepa que crece rápido lo que significa que tiene una alta tasa de absorción de CO2.

Bacilliarophyta (diatomea) – Es una de las favoritas del ASP. El problema es que necesita silicona en el agua, mientras que las Clorofita necesitan nitrógeno para crecer.

Chlorofita – Algas verdes tienden a producir almidón, en vez de lípidos. Tienen tasas de crecimiento muy altas a 30 ºC con alta intensidad de la luz agua de tipo en 55 mmho/cm.

Proceso de extracción de aceites y producción de biodiésel

La acumulación de lípidos en algas se produce durante periodos de stress ambiental,

incluyendo crecimiento en medios con bajas condiciones de nutrientes. Para inducir

stress en cultivos de para producción de biodiésel una de las estrategias disminuir la

ración de compuestos nitrogenados o inducir como variaciones en la temperatura, el ph,

inanición. etc. Algunos estudios sugieren que la enzima Acetil-CoA carboxilasa puede

estar involucrada en la producción de ácidos grasos, por lo que a través de la

manipulación genética del gen que la codifica podría aumentarse la producción de

lípidos a través del incremento de la actividad de la enzima.

La extracción del aceite de las algas básicamente es extraer el alga de su medio de

cultivo (a través de algún proceso de separación adecuado) y luego usar las algas

húmedas para extraer el aceite. Existen tres métodos bien conocidos de extracción de

aceites de algas.

1. Expeller/press: las algas luego de ser secadas mantienen su contenido de aceite, entonces son prensada con una prensa de aceite. A veces se utiliza una combinación de prensa y solventes de extracción.

2. Método del solvente de hexano: Este es uno de los solventes de extracción favoritos ya que no es muy caro. Una vez que el aceite es extraído con una prensa se utiliza el

ciclohexano para extraer el contenido remanente del alga. Luego por destilación se separa el ciclohexano del aceite.

3. Extracción supercrítica del fluido: es un método capaz de extraer el 100 % del aceite, pero necesita un alto equipamiento. El CO2 es licuado hasta el punto de tener las propiedades de un liquido y un gas, entonces este fluido licuado actúa como un solvente de extracción para el aceite algal.

Existen otros métodos de extracción mucho menos utilizados como la extracción

enzimática, el shock osmótico y la extracción a través de ultrasonido.

El proceso de producción de biodiésel se basa en la reacción de transesterificación del

aceite. Los aceites están compuestos principalmente por moléculas denominadas

triglicéridos, las cuales se componen de tres cadenas de ácidos grasos unidas a una

molécula de glicerol. La transesterificación consiste en reemplazar el glicerol por un

alcohol simple, como el metanol o el etanol, de forma que se produzcan ésteres

metílicos o etílicos de ácidos grasos. Este proceso permite disminuir la viscosidad del

aceite, la cual es principalmente ocasionada por la presencia de glicerina en la molécula.

La alta viscosidad del aceite impide su uso directo en motores diésel, desventaja que se

supera mediante este proceso. Para lograr la reacción se requieren temperaturas entre 40

y 60ºC, así como la presencia de un catalizador, que puede ser la soda o potasa cáustica.

Aumento de la producción de Aceites en Algas a través de la ingeniería genética

Como se dijo anteriormente, existe por lo menos un método molecular conocido para

aumentar la producción de aceites algales. La enzima Acetil-CoA carboxilasa esta

involucrada en uno de los pasos de la síntesis de de aceites en algas. Durante el proyecto

estadounidense Aquatic Species Program – Biodiésel from Algae se logro clonar el que

codifica para la Acetil-CoA carboxilasa gen a partir de una diatomea y así aislar la

enzima. Cuando se pudo clonar con éxito este gen, los investigadores de este proyecto

lograron un primer y exitosos sistema de transformación en diatomeas. Tanto el gen que

codifica a la Acetil-CoA carboxilasa tanto como el sistema de transformación de

diatomeas fueron patentados. Se consiguió sobre expresar la enzima en las diatomeas

con la esperanza de aumentar los niveles de aceites. Sin embargo en los experimentos

que se llevaron a cabo no se obtuvo un cambio significativo en el nivel de aceites

producidos por las diatomeas, por lo que este método aun se encuentra en un proceso de

investigación.

Algunas empresas que están llevando a cabo investigaciones al respecto:

Origin Oil: Empresa estadounidense que esta desarrollando nuevas tecnologías para producir biodiésel así como gasolina, combustible para jets, plásticos y solventes a partir de algas.

A2BE Carbon Capture: Empresa estadounidense dedicada básicamente en biodiésel a partir de algas y en la investigación en nuevos tipos de áreas y cultivos.

Diversified Energy Corporation: desarrollo y esta comercializando una nueva forma de producción de aceite de algas llamada Simgae™, el cual es un sistema para cultivar algas a gran escala cuyo objetivo es disminuir el costo y aumentar la simplicidad de este tipo de cultivo. Este sistema consta de tubos de polietileno con una pared delgada en el que pueden ser modificadas ciertas variables como inhibición de luz UV, temperatura, concentración de nutrientes, CO2 y O2 disueltos en agua, etc. Luego de un tiempo, el flujo saliente posee una mayor concentración de algas que al principio.

Solazyme: compañía de biotecnología dedicada a desarrollar energía de algas para producir productos valiosos. Utiliza métodos de ingeniería genética para desarrollar formas bioquímicas controladas por luz solar para producir energía de forma comercialmente relevante.

Shell: cultivará algas en el mar de Hawai para convertirlas en biocombustibles criarán especies de microalgas marinas “no modificadas”.

Desarrollo de biodiésel a partir de algas en Argentina y Latinoamérica

América Latina tiene ventajas en la producción de bioetanol y biodiésel, entre ellas, el

suelo, el clima, la disponibilidad de tierras y los costos de mano de obra más bajos. Sin

embargo, a pesar de estas ventajas, la región a excepción de Brasil, no ha tomado

suficientes medidas para explorar este potencial. Existen varios programas para la

producción de biodiésel en América Latina. Uno de ellos es llevado a cabo por Brasil, el

cual es uno de los países lideres en el desarrollo de biocombustibles. Uno de los

programas se basa en la producción de biodiésel a partir de soja. En Colombia se

inauguró el 9/7/2007 la primera planta de biodiésel que se produce a partir de aceite de

crudo de palma africana. En Argentina se esta produciendo biodiésel a partir de la soja.

El problema es que para producir este tipo de biodiésel se llevan a cabo monocultivos,

los que tienen consecuencias tales como erosión, pérdida de materia orgánica, balance

negativo de nutrientes, desertificación y reducción de la biodiversidad. Algunos

expertos argentinos como el ingeniero Mario Martínez, del INTA, opina que la

producción de biodiésel a partir de maíz puede traer no es tiene un buen rendimiento y

por otro lado se necesita un alto costo energético para la producción de biodiésel a partir

de maíz. Según el presidente del INTI puede alterar los precios del maíz y la soja, lo que

los haría menos accesibles a los consumidores. Por esta razón existen empresas

latinoamericanas que están experimentando con la producción de biodiésel a partir de

algas:

En Costa Rica un grupo de estudiantes universitarios presento una investigación sobre una microalga marina que es mucho más productiva para la fabricación de biodiésel que el que se produce a partir de palma africana. Se trata de una microalga marina del género chlorella, de la cual se puede obtener hasta un 168 por ciento más de aceite utilizado en la fabricación de biocombustibles, que de la palma. Según los resultados de esta investigación una hectárea de palma produce por año 5.950 litros de aceite,

mientras que de una hectárea de microalgas se puede extraer 100.000 litros en el mismo periodo.

Un equipo científico chileno de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Católica de Temuco inició investigaciones y contactos con grupos empresariales para producir biodiésel a partir de microalgas mientras el Centro de Biotecnología de la Universidad de Concepción esta en fase de investigación de extracción de aceites de algas para la producción de biocombustibles, entre ellos biodiésel. La iniciativa que están desarrollando los investigadores cuenta con un biorreactor para producción masiva de microalgas construido especialmente para dicha labor. Esta opción es particularmente relevante para Chile, país que no dispone de reservas estratégicas de hidrocarburos, pero sí de 5.000 kilómetros de costa frente al Océano Pacífico.

En Argentina, la empresa Oilfox tiene como proyecto cultivar cuatro especies de algas en piletones en Chubut. Se invertirán cerca de 19 millones de dólares en el desarrollo de este proyecto y se supone que se obtendrán cerca de 240 mil toneladas de biodiésel ¿por año? Esta iniciativa se realiza en el contexto de la ley argentina de promoción de los biocombustibles, aprobada en 2006. La empresa destinaría la “pasta de algas”, que es un subproducto de la siembra y la cosecha de las mismas, a la alimentación, ya que las algas contienen un 67% de proteínas que es un valor muy superior a cualquier oleaginosa. La empresa incursionó en el desarrollo de un alga que creciera en aguas dulces y en aguas muy saladas. Del mismo sur Argentino (concretamente de la provincia de La Pampa), en el medio de un desierto, se obtuvieron en forma natural, las algas tanto dulces como saladas. También están desarrollando métodos no solo para extraer el aceite para hacer Biodiésel, si no también otros para la extracción de etanol (bioetanol) por fermentación y además, mediante una digestión anaeróbica, obtener CO2 (necesario para alimentar las mismas algas) y metano (biogás).

Pruebas con biodiésel derivado de algas

La empresa neocelandesa Aquaflow Bionomic produjo la primer muestra de biodiésel de algas obtenidas de aguas residuales. Puso a prueba el combustible en un Land Rover y el vehiculo fue conducido sin problemas por las calles de una ciudad neocelandesa llamada Central Wellington.

El 18/07/2007 un buque de la compañía pesquera patagónica Harengus, impulsado con 5000 litros de biodiésel producido a partir del aceite de microalgas patagónicas y desechos de merluza y calamar, zarpó de Comodoro Rivadavia. El biodiésel fue elaborado por el Centro de Energías Alternativas de Chubut. El combustible utilizado posee un 70 % de combustible fósil y un 30 % de biocombustible.

El 22 de Enero de 2008 la empresa estadounidense Solazyme realizo una prueba de carretera utilizando biodiésel en un auto estándar. A diferencia de otro aceites de algas, este se obtuvo en mayor parte a través de la fermentación de azucares por estas algas, recibiendo muy poca energía lumínica. El auto utilizado para la prueba tenía su motor diesel original de fábrica sin modificaciones. La prueba se realizo en Enero, a temperaturas bajo cero para demostrar que este biodiésel es mejor que otros biocombustibles.

También pudo ser utilizado para la generación y distribución de energía eléctrica por algunas compañías estado unidenses.

Otros combustibles derivados de algas

Biobutanol: puede ser obtenido a partir de algas como las diatomeas utilizando solamente una biorrefineria junto con luz solar. Posee algunos Km. por galón mas que la gasolina en base a petróleo.

Biogasolina: puede ser producida a partir de algas, pero se investigo poco acerca de este tipo de producción y hay poca información.

Metano: a través del cultivo de algas puede obtenerse diversos polímeros que se pueden descomponer dando como resultado metano.

Conclusión

Debido a la cada vez mayor escasez de petróleo, se hace imperante buscar nuevas

fuentes de energía renovables. Muchos países están experimentando con la producción

de biocombustibles en base a cultivos agrícolas convencionales, como los monocultivos

de soja o maíz. Pero los monocultivos pueden afectar al medio ambiente. Las

plantaciones de soja en Argentina están desplazando los bosques de quebracho del

Chaco. Las plantaciones de palma aceitera han sido responsables de un 87% de la

deforestación Indonesia y Malasia. Al comenzar a utilizarse suelo agrario para el cultivo

directo de biocombustibles se ha comenzado a producir un efecto de competencia entre

la producción de comida y la de biocombustibles. Un caso de este efecto se ha dado en

Argentina con la producción de carne de vaca, ya que se ha comenzado a utilizar los

pastos con los que se crían a las vacas para el desarrollo de biocombustibles, con lo que

se incremento el precio de la carne. Los países industrializados tienen la intención de

utilizar los suelos de países subdesarrollados para el desarrollo de monocultivos, ya que

en este caso el costo del biocombustible seria mas bajo, por lo que es probable que las

grandes empresas de los países centrales se adueñen de grandes extensiones de tierra y

de mano de obra barata en estos países y de esta manera despreocuparse por el impacto

ambiental.

Mientras muchas empresas están produciendo biocombustibles a partir de monocultivos

de plantas, existen otras que están apostando a una nueva fuente de biocombustible: el

biodiésel en base a algas. La producción de biodiésel a partir de algas se encuentra aun

en una fase de experimentación. Son pocas las pruebas que se han hecho en base a este,

pero las que se realizaron han sido exitosas. Esto se debe a que la producción de aceite a

partir de algas es mucho mayor que la que se obtiene de otras fuentes como la soja. Por

otro lado poseen un amplio rango de zonas de crecimiento, por lo que pueden cultivarse

en lugares donde no provoquen alteraciones al ecosistema o a la cadena alimenticia.

Pueden crecer cerca de desagües de aguas servidas y cerca de chimeneas de centrales

eléctricas, con el potencial de convertir los contaminantes en lípidos y luego estos ser

utilizados para la producción de biodiésel. Este procedimiento también reduce las

emisiones de carbono y de compuestos nitrogenados a la atmósfera. Debido a que el

cultivo de algas se lleva a cabo en lagos o estanques, no se explota la tierra necesaria

para el cultivo de vegetales que pueden ser utilizados como alimentos y no se alteraría

el precio de estos ni su disponibilidad.

Un ejemplo del amplio rango de zonas de crecimiento de las algas es el descubrimiento

en diciembre del 2006 de diatomeas en la Antártida a 20 metros de profundidad

(http://www.oilgae.com/blog/2007/01/diatoms-under-millions-of-years-of-ice.html). Sin

embargo, las terrestres son menos comunes que las acuáticas y se las encuentra

generalmente en lugares húmedos.

Uno de los problemas a resolver con respecto al cultivo de algas es encontrar una cepa

que contengan un alto contenido en lípidos, que no necesite muchos requerimientos para

crecer rápido y que su mantenimiento sea de bajo costo. Por esta razón la mayor parte

de las investigaciones se están haciendo en base a microalgas como diatomeas y

cianobacterias aunque otros laboratorios están realizando investigaciones para extraer

aceites de macroalgas ya que estas crecen más rápido y tienen mayor contenido de

aceite. Lo que las empresas están buscando son algas que puedan utilizarse para la

producción de biodiésel a gran escala. Se piensa que las biocombustibles en base a algas

son los únicos que pueden reemplazar los combustibles en base a petróleo, ya que para

reemplazar la demanda de combustibles derivado de petróleo hoy en día se necesitaría

un gran porcentaje de la tierra cultivable solo para producir biodiésel. Si en cambio el

petrodiesel fuera reemplazado por el biodiésel producido a partir de algas, debido a su

alta producción de aceites por acre de cultivo, se necesitarían diez millones de acres de

tierra para producir biodiésel que reemplace en su totalidad el petrodiesel utilizado hoy

en día en los EEUU por ejemplo. Es solo el 1% de la tierra que se utiliza actualmente en

este país para agricultura y pastoreo.

Aun faltan algunos aspectos por desarrollar para que esto la producción masiva de

biodiésel:

Capacidad para cultivar cepas de alta producción de aceites a gran escala: esto implica identificar las cepas de alta producción de aceites así como buscar los mejores métodos para el cultivo de estas cepas.

Capacidad para extraer este aceite a gran escala: Las algas no son lo suficientemente fibrosas como para prensar-las, y la extracción más viable es de forma química.

Capacidad para convertir aceite a biodiésel a gran escala: Solamente hay una empresa que haya sido capaz de producir suficiente combustible, Aquaflow en Nueva Zelanda, y aún quedan muchas preguntas que responder, como cual es la especie de alga que produce más aceite, cómo se puede hacer que crezca de la mejor forma posible, cual es la mejor forma de extraer el aceite.

Actualmente no se ha producido biodiésel en base a algas a gran escala, pero se espera

que en los próximos 4 o 5 años el cultivo y la producción de biodiésel en forma masiva

sea una realidad y de esta manera se pueda explotar un recurso que no es contaminante,

que reduzca los efectos del CO2 en la atmósfera así como los como lo de los

compuestos nitrogenados, que rinde mucho mas que los combustibles fósiles y que los

biocombustibles producidos hasta ahora y que no compita por tierras cultivables para

alimentos para la creciente población mundial.