El alga gigante (Macrocystis pyrifera) tiene el potencial de ser el próximo cultivo de biocombustible / energía. paule858 / Getty Images Algas gigantes la especie de algas marinas más grande del mundo, es una fuente atractiva para la fabricación de biocombustibles. En un estudio reciente, probamos una estrategia novedosa para el cultivo de algas marinas que podría hacer posible su producción continua a gran escala. La idea clave es mover las existencias de algas marinas diariamente hacia las aguas cercanas a la superficie para obtener luz solar y hacia aguas más oscuras para obtener nutrientes.
A diferencia de los cultivos energéticos actuales, como el maíz y la soja, el cultivo de algas marinas no requiere tierra, agua dulce o fertilizante. Y las algas gigantes pueden crecer más de un pie por día en condiciones ideales.
El quelpo generalmente crece en zonas poco profundas cerca de la costa y prospera solo donde la luz solar y los nutrientes son abundantes. Ahí está el desafío:la capa iluminada por el sol del océano se extiende unos 200 metros (665 pies) o menos por debajo de la superficie, pero esta zona a menudo no contiene suficientes nutrientes para apoyar el crecimiento de las algas.
Gran parte de la superficie del océano abierto es pobre en nutrientes durante todo el año. En las zonas costeras, surgencia - agua profunda que sube a la superficie, traer nutrientes - es estacional. Aguas más profundas por otra parte, son ricas en nutrientes pero carecen de luz solar.
Nuestro estudio demostró que las algas marinas resistieron los cambios diarios en la presión del agua mientras la recorrimos entre profundidades de 30 pies (9 metros) y 262 pies (80 metros). Nuestras algas cultivadas adquirieron suficientes nutrientes de las profundidades, ambiente oscuro para generar cuatro veces más crecimiento que las algas que trasplantamos a un hábitat de algas costeras nativas.
La fabricación de biocombustibles a partir de cultivos terrestres como el maíz y la soja compite con otros usos de las tierras agrícolas y el agua dulce. Usar plantas del océano puede ser más sostenible, eficiente y escalable.
La biomasa marina se puede convertir en diferentes formas de energía, incluido el etanol, para reemplazar el aditivo derivado del maíz que actualmente se mezcla con la gasolina en los EE. UU. Quizás el producto final más atractivo sea el biocrudo:el petróleo derivado de materiales orgánicos. El biocrudo se produce a través de un proceso llamado licuefacción hidrotermal, que utiliza temperatura y presión para convertir materiales como algas en aceites.
Estos aceites se pueden procesar en refinerías existentes en biocombustibles para camiones y aviones. Todavía no es práctico hacer funcionar estos modos de transporte de larga distancia con electricidad porque requerirían baterías enormes.
Según nuestros cálculos, Producir suficientes algas para alimentar todo el sector del transporte de EE. UU. requeriría usar solo una pequeña fracción de la Zona Económica Exclusiva de EE. UU.:el área del océano a 200 millas náuticas de la costa.
Aquí se ve a un buzo trabajando en el "elevador de algas". Maurice Roper / (CC BY-ND)
Nuestro trabajo es una colaboración entre USC Wrigley Institute y Marine BioEnergy Inc., financiado por el programa ARPA-E MARINER (Investigación de macroalgas que inspiran nuevos recursos energéticos) del Departamento de Energía de EE. UU. El equipo de investigación incluye biólogos, oceanógrafos e ingenieros, trabajar con buceadores, operadores de embarcaciones, técnicos y estudiantes de investigación.
Probamos la respuesta biológica de las algas marinas al ciclo de profundidad uniéndolas a una estructura de océano abierto que llamamos "elevador de algas marinas". "diseñado por los ingenieros del equipo. El elevador está anclado cerca del Centro de Ciencias Marinas Wrigley de la USC en la isla Catalina de California. Un cabrestante alimentado por energía solar lo eleva y lo baja todos los días para alternar las algas entre aguas profundas y poco profundas.
Hicimos un ciclo de profundidad de 35 plantas de algas jóvenes durante tres meses y plantamos un segundo conjunto en un lecho de algas saludables cercano para comparar. Hasta donde sabemos, Este fue el primer intento de estudiar los efectos biológicos del ciclo de profundidad física en las algas. Los estudios anteriores se centraron en bombear artificialmente agua profunda rica en nutrientes a la superficie.
Nuestros resultados sugieren que el ciclo de profundidad es una estrategia de cultivo biológicamente viable. Ahora queremos analizar los factores que pueden incrementar los rendimientos, incluido el tiempo, profundidad del agua y genética de las algas.
Muchas incógnitas necesitan más estudio, incluidos los procesos para autorizar y regular las granjas de algas marinas, y la posibilidad de que la cría de algas marinas a gran escala pueda tener consecuencias ecológicas no deseadas. Pero creemos que la energía de la biomasa marina tiene un gran potencial para ayudar a enfrentar los desafíos de sustentabilidad del siglo XXI.
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Diane Kim es profesor asistente adjunto de estudios ambientales y científico principal en el Instituto Wrigley de la USC, Facultad de Letras de USC Dornsife, Artes y Ciencias. Ignacio Navarret e es un académico postdoctoral e investigador asociado en el Instituto Wrigley de Estudios Ambientales para Estudios Ambientales de la USC, Facultad de Letras de USC Dornsife, Artes y Ciencias. Jessica Dutton es director asociado de investigación y profesor asistente adjunto de investigación en el Instituto Wrigley de Estudios Ambientales de la USC, Programa de Estudios Ambientales de la USC, Facultad de Letras de USC Dornsife, Artes y Ciencias.
