Al cultivar algas en estanques al aire libre como biocombustible de próxima generación, una mezcla de especies naturalmente diversa ayudará a reducir la posibilidad de que se pierdan las cosechas, según un estudio financiado con fondos federales realizado por investigadores de la Universidad de Michigan.

El aceite biocrudo derivado de algas se está estudiando como una posible alternativa de energía renovable a los combustibles fósiles. El ecologista de la U-M Bradley Cardinale y sus colegas descubrieron que el cultivo de múltiples especies de algas en 180 tanques similares a un acuario ayudó a estabilizar la producción de biocrudo e hizo que el sistema fuera más confiable y eficiente.

Si bien el experimento se llevó a cabo en interiores, sus hallazgos tienen relevancia para el cultivo al aire libre, dijo Cardinale, coautor de un artículo publicado recientemente en línea en la revista Ciencia y tecnología ambiental .

"Estos hallazgos son importantes porque uno de nuestros mayores desafíos para hacer que el biocombustible de algas sea asequible es mejorar la eficiencia de los estanques de crecimiento al aire libre y prevenir choques que arruinan los cultivos". " él dijo.

"Las empresas gastan grandes cantidades de dinero para instalar repetidamente estos estanques. Si la diversidad de especies aumenta la eficiencia y al mismo tiempo reduce la posibilidad de un accidente, luego también reduce los costos, "dijo Cardinale, profesor de la Facultad de Recursos Naturales y Medio Ambiente de la U-M y director del CILER, el Instituto Cooperativo de Investigación en Limnología y Ecosistemas.

Asombrosamente, Los investigadores también encontraron que el cultivo de una mezcla de especies de algas no aumentaba la producción de biocrudo en comparación con las especies cultivadas solas como monocultivos. De hecho, La competencia entre especies a menudo hacía que las mezclas produjeran menos biocrudo que cada especie individualmente.

Este hallazgo contrasta con décadas de investigación ecológica que muestran que las comunidades que contienen conjuntos más diversos de plantas y animales son, de media, más productivo y más eficiente en el uso de recursos. Debido a este trabajo previo, Los investigadores de algas de la U-M habían planteado la hipótesis de que una mezcla de especies de algas sería más productiva que una sola especie. Pero ese no fue el caso.

"Nuestros resultados sugieren que existe una compensación fundamental cuando se cultiva biocombustible de algas, "dijo Anita Narwani, ex investigador postdoctoral de la U-M en la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente y autor principal del estudio.

"Puede cultivar cultivos de una sola especie que produzcan altos rendimientos pero que tengan un alto riesgo de que los cultivos fracasen. O puede utilizar mezclas de especies que producen rendimientos más bajos pero que tienen menos probabilidades de colapsar y son más sostenibles a lo largo del tiempo".

El trabajo de la U-M fue financiado por $ 2 millones, Beca de cuatro años de la National Science Foundation. Otorgado en julio de 2013, la subvención pagó por un estudio de dos partes para identificar y probar grupos naturalmente diversos de algas verdes que se pueden cultivar juntas para crear un alto rendimiento, sistema ambientalmente sostenible y rentable para producir biocombustibles de próxima generación.

La primera fase del estudio implicó el cultivo de varias combinaciones de seis especies de algas lacustres de América del Norte en 180 tanques con forma de acuario en un laboratorio en el sótano del edificio Dana de la U-M. sede de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente.

Cada tanque de 10 litros (2.2 galones) contenía uno, dos, cuatro o seis especies de algas. La mitad de los tanques recibieron una temperatura constante de 71,6 grados Fahrenheit (22 C). La otra mitad se asignó a un tratamiento de temperatura variable para simular las condiciones exteriores. La temperatura fluctuó entre 62,6 y 80,6 F (17 y 27 C) a intervalos semanales.

El experimento duró siete semanas y mostró que las mezclas de especies de algas eran, de media, más estable y confiable frente a las fluctuaciones de temperatura.

La segunda fase del proyecto financiado por NSF involucró pruebas de campo de las especies de algas y mezclas de especies más prometedoras al cultivarlas al aire libre en 80 tanques de fibra de vidrio para ganado en el E.S. George Reserve, un 1, Estación biológica de 300 acres cerca de Pinckney, Mich. Ese trabajo se llevó a cabo en el verano de 2016, y ahora se están analizando los resultados.

En ambas fases del estudio, colegas de la Facultad de Ingeniería de la U-M han utilizado una técnica llamada licuefacción hidrotermal para medir la cantidad y calidad de los aceites combustibles, o biocrudo, producido por las diversas combinaciones de algas. También están comparando la capacidad de los sistemas de una sola especie y de múltiples especies para reutilizar y reciclar los desechos para un crecimiento adicional.

Suministros limitados de combustibles fósiles, La creciente demanda mundial de energía y el aumento de los niveles atmosféricos de gas de dióxido de carbono que atrapa el calor han llevado recientemente a los biocombustibles derivados de algas a la vanguardia de los programas de investigación de energías renovables.

Sin embargo, Es necesario superar una serie de obstáculos para que la producción a escala industrial de aceite de biocrudo de algas sea viable y económicamente competitiva con el petróleo crudo a base de combustibles fósiles. Cuando se cultiva en grandes estanques al aire libre, las algas sufren de inestabilidad de los cultivos debido a las variaciones de la luz solar y la temperatura, así como perturbaciones por plagas, enfermedades y otros invasores no deseados.

los Ciencia y tecnología ambiental papel, "El poder del plancton:efectos de la biodiversidad de las algas en la producción y la estabilidad de biocrudo, "se publicó en línea el 9 de noviembre. El primer autor, Narwani, se encuentra ahora en el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuáticas. Los otros autores, además de Cardinale, son Aubrey Lashaway de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente, David Hietala del Departamento de Ingeniería Química de la U-M, y el ex miembro de la facultad de ingeniería de la UM Phillip Savage, ahora en la Universidad Estatal de Pensilvania.

El mismo equipo de investigación, con la incorporación del investigador postdoctoral de SNRE Casey Godwin, tenía otro artículo del mismo estudio publicado en línea el 29 de noviembre en Bioresource Technology. Demostró que cuando los fertilizantes utilizados para cultivar algas se reciclan en tanques que contienen una sola especie de algas, esos monocultivos a menudo no crecen, o incluso mueren, cuando intentan reciclar y reutilizar su propio fertilizante gastado.

A diferencia de, las mezclas de algas no solo sobreviven con el fertilizante gastado, sino que prosperan al reciclar sus propios nutrientes, a menudo se produce una mayor cantidad de biomasa mediante la reutilización del mismo fertilizante una y otra vez.

"Ser capaz de reciclar los nutrientes es importante porque los fertilizantes son costosos y porque los nutrientes no utilizados son la principal fuente de contaminación de los arroyos, lagos y océanos, ", Dijo Godwin." Nuestro estudio muestra que diversas mezclas de algas pueden reducir el uso de fertilizantes y reciclar nutrientes de una manera que produce más biocrudo ".