Una mezcla diversa de especies mejora la estabilidad y el rendimiento de fueloil de los sistemas de biocombustible de algas, así como su resistencia a la invasión de forasteros, según los hallazgos de un estudio al aire libre financiado con fondos federales realizado por investigadores de la Universidad de Michigan.

Los científicos de la U-M cultivaron varias combinaciones de especies de algas de agua dulce en 80 estanques artificiales en E.S. George Reserve cerca de Pinckney en la primera gran escala, Experimento controlado para probar la idea ampliamente difundida de que la biodiversidad puede mejorar el rendimiento de los sistemas de biocombustible de algas en el campo.

En general, los investigadores encontraron que diversas mezclas de especies de algas, conocido como policultivos, realizaban más funciones clave en niveles más altos que cualquier especie individual; eran mejores en la multitarea. Pero sorprendentemente Los investigadores también encontraron que los policultivos no producían más masa de algas, conocida como biomasa, que las especies individuales más productivas, o monocultivo.

"Los resultados son clave para el diseño de sistemas de biocombustibles sostenibles porque muestran que, si bien un monocultivo puede ser la opción óptima para maximizar la producción de algas a corto plazo, los policultivos ofrecen un cultivo más estable durante períodos de tiempo más largos, "dijo el autor principal del estudio, Casey Godwin, becario de investigación postdoctoral en la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la U-M.

Los hallazgos del equipo están programados para su publicación el 18 de junio en la revista. Biología-Bioenergía del cambio global .

El aceite biocrudo derivado de algas se está estudiando como una posible alternativa de energía renovable a los combustibles fósiles. Debido a que crecen rápidamente y se pueden convertir en bioaceite, las algas tienen el potencial de generar más combustible a partir de una superficie menor que cultivos como el maíz. Pero los desafíos técnicos involucrados en el cultivo de grandes cantidades de estas plantas acuáticas microscópicas en grandes estanques de cultivo al aire libre han ralentizado el progreso hacia el cultivo a escala comercial.

Fuera, lejos de las condiciones controladas del laboratorio, un sistema de cultivo de biocombustible de algas debe mantenerse estable, crecimiento estable de algas listas para combustible frente a condiciones climáticas fluctuantes, la amenaza de colapso demográfico provocado por enfermedades y plagas, e invasión de especies molestas de algas.

Décadas de investigación ecológica han demostrado que las comunidades de plantas y animales que contienen una rica mezcla de especies son, de media, más productivas que las comunidades menos diversas, más estable frente a las fluctuaciones ambientales, y más resistente a plagas y enfermedades.

Pero la idea de que los policultivos de algas pueden superar a los monocultivos nunca se había probado rigurosamente en condiciones de campo a gran escala. Con fondos de la National Science Foundation y el U-M Energy Institute, El ecologista de la UM Bradley Cardinale y sus colegas se propusieron probar esta hipótesis, utilizando un estudio de dos partes.

La primera fase implicó el cultivo de varias combinaciones de seis especies de algas lacustres de América del Norte en 180 tanques con forma de acuario en el sótano del edificio Dana en el campus de Ann Arbor de la U-M. Las seis especies se utilizan comúnmente en sistemas de biocombustibles.

La segunda fase involucró pruebas de campo de las cuatro especies de algas y mezclas de especies más prometedoras al cultivarlas al aire libre dentro de tanques de ganado de 290 galones en el 1, Reserva U-M de 300 acres. Ese trabajo se realizó en el verano de 2016 y condujo a la próxima Biología-Bioenergía del cambio global papel.

En ambas fases del estudio, colegas de la Facultad de Ingeniería de la U-M utilizaron una técnica llamada licuefacción hidrotermal para convertir las algas en aceites combustibles, o biocrudo, que se puede refinar para fabricar combustibles de transporte como el biodiésel.

"Primero evaluamos diferentes combinaciones de algas en el laboratorio, y luego sacamos los mejores a la naturaleza, donde estuvieron expuestos a condiciones climáticas fluctuantes, plagas enfermedades y todos los demás factores que han plagado los esfuerzos de investigación de combustibles basados ​​en algas durante 40 años, "Dijo Godwin.

En su análisis de las muestras de algas recolectadas durante las 10 semanas E.S. Estudio de George Reserve, Los investigadores compararon la capacidad de los monocultivos y policultivos para realizar varios trabajos a la vez:cultivar mucha biomasa de algas, para producir biocrudo de alta calidad, para permanecer estable en el tiempo, para resistir el colapso de la población y repeler las invasiones de especies de algas no deseadas.

Su análisis mostró que el uso de policultivos retrasó significativamente la invasión de especies de algas no deseadas; que los rendimientos de biocrudo fueron significativamente más altos en los policultivos de dos y cuatro especies que en los monocultivos; y que diversos cultivos de algas eran más estables a lo largo del tiempo.

Y mientras que los monocultivos tienden a ser buenos en uno o dos trabajos a la vez, los policultivos realizaron más trabajos en niveles más altos que cualquiera de los monocultivos, un rasgo llamado multifuncionalidad.

Pero al mismo tiempo, los policultivos produjeron menos biomasa que el monocultivo de mejor rendimiento. Y el uso de policultivos no tuvo un efecto significativo sobre la magnitud y el momento de aparición repentina, fuertes disminuciones en la producción de algas conocidas como colapsos poblacionales.

"Nuestros hallazgos sugieren que existe una compensación fundamental cuando se cultiva biocombustible de algas, "dijo Cardinale, profesor de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la U-M.

"Puede cultivar cultivos de una sola especie que produzcan grandes cantidades de biomasa pero que sean inestables y produzcan menos biocrudo. O bien, si estás dispuesto a ceder algo, puede utilizar mezclas de especies para producir un sistema de biocombustible que sea más estable a lo largo del tiempo, más resistente a las especies de plagas, y que produce más aceite biocrudo ".

Autores de la Biología del cambio global papel, además de Godwin y Cardinale, son Aubrey Lashaway y David Hietala de U-M, y Phillip Savage de la Universidad Estatal de Pensilvania.

Los miembros del mismo equipo de investigación han publicado otros artículos recientes que examinan los beneficios de la diversidad en los sistemas de biocombustibles de algas para minimizar el uso de fertilizantes. reciclaje de residuos, y mejora de las propiedades químicas del biocrude.

"Colectivamente, Estos resultados muestran cómo la aplicación de principios de la ecología podría ayudar en el diseño de sistemas de combustibles renovables de próxima generación. "Dijo Godwin.