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Algas y microalgas. Cultivo de carbono y reciclaje de CO2

cultivo de carbono e upcycling – las palabras clave para mitigar el cambio climático y dar vida a la economía circular (1,2) – encuentran una expresión sin igual en la superficie terrestre en las algas y microalgas.

Estas formas de vida primitivas no solo secuestran grandes volúmenes de carbono en la atmósfera, sino que también convierten rápidamente el CO2 en materia orgánica y, por lo tanto, en alimentos, piensos, fertilizantes y biocombustibles.

ABECC (Bioenergía a base de algas con captura y almacenamiento de carbono) es una de las aplicaciones de la bioeconomía azul más interesante. Produce proteínas y energía devorando dióxido de carbono.

1) Mitigar la cambio climático con sistemas de emisión negativa. CIPF

"Mitigación del Cambio Climático', el informe IPCC 2022 (El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático), confirma lo ya señalado en 2014. (3) La probabilidad de contener el aumento de la temperatura global en el límite de +2°C está asociada a 116 escenarios posibles, donde:

  • El 87% de las hipótesis se basan en la adopción de sistemas BECCS (Bioenergía con captura y almacenamiento de carbono.),
  • El 67% de estos escenarios postulan que estos sistemas expresarán al menos el 2100% de la energía primaria mundial para el año 20.

Producir energía con cero emisiones (por ejemplo, solar, biometano), según el IPCC, no es suficiente para mitigar el calentamiento global. También necesitamos sistemas con emisiones negativas, es decir, sistemas capaces de absorber más carbono del que emiten.

2) Almacenamiento de carbono. Los límites de los ecosistemas terrestres

árboles y plantas (por ejemplo, cáñamo, bambú) son herramientas fundamentales para combatir el cambio climático a través del almacenamiento de carbono. (4) Un estudio científico publicado en Naturaleza (terrer et al., 2021) también ha destacado la existencia de una relación variable, incluso negativa, entre el desarrollo de la biomasa vegetal y el almacenamiento de CO2 en el suelo (COS, Carbono orgánico del suelo) (5)

Observación de 108 estudios experimentales mostraron que el almacenamiento de carbono en el suelo (COS) disminuye cuando la biomasa vegetal es fuertemente estimulada por CO2. La reducción de actuación de los suelos parece estar ligada a la mayor absorción de nutrientes por parte de algunas plantas, quizás también en relación con las prácticas agronómicas adoptadas. Por lo tanto, las proyecciones de SOC pueden requerir revisión.

3) Microalgas superestrella en almacenamiento de carbono

Microalgas representan una de las soluciones más prometedoras tanto para producir alimentos de alto valor nutricional (6,7) como para contribuir a la mitigación de cambio climático. También mediante la creación de sistemas de almacenamiento de carbono que puedan superar los límites de los ecosistemas terrestres, por lo siguiente.

3.1) Relación entre bioenergía producida y espacio utilizado

La producción de bioenergía a través de microalgas requiere una superficie diez veces menor que la necesaria para producir la misma cantidad de energía a través de plantas terrestres.

3.2) Consumo de agua y condiciones de cultivo

El cultivo de microalgas Consume menos agua que muchos cultivos terrestres. Con dos diferencias sustanciales:

  • no se requiere el uso de agua dulce, incluso si es posible,
  • es posible suministrar nutrientes a través de aguas residuales de otros procesos industriales.

3.3) Rapidez de crecimiento

Fotosíntesis las microalgas lo utilizan para absorber CO2, agua, luz solar y producir energía. Pero a diferencia de muchas plantas, las microalgas no necesitan desarrollar tallos y/o raíces.

La energía de las microalgas por lo tanto, se dedica principalmente a la división celular, lo que le permite replicarse constantemente a un ritmo mucho más rápido que los árboles.

Por lo tanto también Las microalgas acuáticas se han identificado como especies de crecimiento rápido cuya tasa de fijación de carbono es superior a la de las plantas terrestres.

3.4) Prosperidad en ambientes con alta concentración de CO2

algunas especies de las microalgas son capaces de prosperar en ambientes con una alta concentración de CO2 y eliminarlo de manera efectiva a un ritmo de 10 a 50 veces mayor que el de las plantas terrestres. Un acre (0,4 ha) de algas puede eliminar hasta 2,7 toneladas de CO2 por día.

Chlorella destaca por su gran resistencia a las difíciles condiciones ambientales, mostrando excelentes tasas de crecimiento a diferentes concentraciones de CO2 (15%), así como en presencia de nitrógeno y óxidos de azufre (NOx, SOx), gases responsables del smog. (8)

4) upcycling de CO2 para la producción industrial de algas. el ejemplo de Tecnología de estanque

Tecnologías de estanques (Canadá) desarrolló un sistema de upcycling del CO2 emitido por diversas plantas industriales (por ejemplo, centrales eléctricas, refinerías de petróleo, fábricas de cemento, industrias alimentarias, etc..).

Biorreactores convencionales, conectados a las infraestructuras, trasladan las emisiones de las chimeneas a los depósitos donde las algas consumen el dióxido de carbono y liberan oxígeno a la atmósfera, produciendo también biomasa para diversos destinos.

5) Biocombustibles con emisiones negativas de microalgas

Sistemas ABECCS (Bioenergía a base de algas con captura y almacenamiento de carbono) utilizar microalgas marinas para producir energía con emisiones negativas, es decir, capaz de satisfacer las necesidades indicadas por la CIPF (véase el apartado 1 anterior).

Las ventajas de biocombustibles así producidos, en comparación con otros materiales falsamente representados como tales, son:

  • huella de carbono efectivamente negativa (a diferencia, por ejemplo, del aceite de palma. Ver nota 9),
  • ausencia de competencia con la producción de alimentos, en el Las opciones de entrada (por ejemplo, agua dulce) y el salida (como en cambio, entre otros, los cultivos de maíz para uso biocombustible) (10)

6) Sistemas integrados de agricultura, silvicultura y cultivo de algas

Sistemas embebidos de la agricultura, la silvicultura y el cultivo de algas también son prometedores, desde varios puntos de vista económicos y medioambientales, para la producción de alimentos, piensos y bioenergía. Al respecto, un estudio (Beal et al., 2018) en un proyecto de la ABECCS donde se combinó una planta de algas de 121 hectáreas con un bosque de eucaliptos de 2.680 hectáreas. (11)

Biomasa de eucalipto alimenta la generación combinada de calor y electricidad (plantas combinadas de calor y electricidad, cogeneración) con la subsiguiente captura y almacenamiento de carbono (Captura y almacenamiento de carbono, CCS). Parte del CO2 capturado se utiliza para el cultivo de algas, el resto se secuestra. La combustión de biomasa proporciona CO2, calor y electricidad, al mismo tiempo que promueve el cultivo de algas.

6.1) Sistemas integrados, salida de proteína y energía

El sistema integrado objeto de análisis (Beal et al., 2018) produjo una cantidad de proteína igual a la de la soja, generando 61,5 TJ de electricidad y secuestrando 29.600 t/año de CO2. La energía generada fue mayor que la consumida, la huella hídrica (agua dulce) casi igual a la de la soja.

Los resultados económicos los resultados fueron iguales a los de un monocultivo de soja, gracias a la disponibilidad de combinaciones de productos que pueden incluir el suministro de biomasa de algas - con funciones que reemplazan la harina de pescado, o la soja - con los correspondientes créditos de carbono. Y un valor ambiental apreciable por el respeto a la biodiversidad en el espacio forestal.

7) Conclusiones provisionales

Algas y microalgas representan una solución concreta para la producción de biomasa con varios destinos (alimentos, piensos, fertilizantes y bioestimulantes, biocombustibles) y bioenergía, con huella de carbono negativa.

Integración de la producción de microalgas en sistemas agrícolas e industriales también parece prometedor para las perspectivas de upcycling flujos de procesos laterales (p. coproductos) en ingredientes alimentarios.

Dario Dongo y Giulia Pietrollini

Note

(1) Darío Dongo, Giulia Pietrollini. Cultivo de carbono, luz verde del Consejo para la certificación de la UE de créditos de carbono en la agricultura. REGALO (Gran Comercio Alimenticio Italiano). 21.12.22

(2) Darío Dongo. Upcycling, el principal camino hacia la investigación y la innovación. REGALO (Gran Comercio Alimenticio Italiano). 1.1.23

(3) IPPC, Informe de síntesis del quinto informe de evaluación, (2014) Informe de síntesis AR5: Cambio climático 2014 — IPCC

(4) Marta Cantado. El poder del cáñamo para secuestrar carbono en el núcleo de Hemp-30. REGALO (Gran Comercio de Alimentos Italianos). 10.1.23

(5) Terrer, C., Phillips, RP, Hungate, BA et al. (2021). Una compensación entre el almacenamiento de carbono de la planta y el suelo bajo niveles elevados de CO2. https://www.nature.com/articles/s41586-021-03306-8 Naturaleza 591, 599-603. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03306-8

(6) Darío Dongo. ProFuture, microalgas para alimentar el planeta. El proyecto de investigación de la UE. REGALO (Gran Comercio Alimenticio Italiano). 18.6.19

(7) Darío Dongo, Andrea Adelmo Della Penna. Algas y microalgas para uso alimentario en Europa, el ABC. REGALO (Gran Comercio Alimenticio Italiano). 14.11.22

(8) SP Singh, Priyanka Singh (2014). Efecto de la concentración de CO2 en el crecimiento de algas: una revisión. Revisiones de energías renovables y sostenibles. Volumen 38, 2014, páginas 172-179, ISSN 1364-0321, https://doi.org/10.1016/j.rser.2014.05.043.

(9) Darío Dongo, Giulia Caddeo. Biodiésel de aceite de palma. Antimonopolio condena a ENI. Égalité. 8.2.20

(10) Marta Cantado. Subida de precios y crisis alimentaria en tiempos de guerra. Antecedentes en el informe iPES FOOD. REGALO (Gran Comercio de Alimentos Italianos). 10.5.22

(11) Beal, Colin M.; Archibald, Ian; Huntley, Mark E.; Greene, Charles H.; Johnson, Zackary I. (2018). La integración de algas con captura y almacenamiento de carbono bioenergético (ABECCS) aumenta la sostenibilidad. El futuro de la tierra. doi: 10.1002/2017EF000704

(12) Darío Dongo. Upcycling, el principal camino hacia la investigación y la innovación. REGALO (Gran Comercio de Alimentos Italianos). 1.1.23

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