Debido a que los combustibles fósiles emiten contaminantes que son dañinos tanto para el medio ambiente como para la salud pública, los investigadores están explorando diligentemente alternativas más sostenibles. Una de estas alternativas son los biocombustibles.

Los biocombustibles son fuentes de energía renovables creadas a partir de plantas como el maíz o el pasto varilla que se pueden cultivar como cultivos anuales o perennes. Otra fuente utilizada para crear biocombustible son las algas, tanto microalgas unicelulares como macroalgas como las algas. Aunque los biocombustibles de algas son una alternativa más sostenible a los combustibles fósiles, queda margen para mejorar la producción de las algas utilizadas para su creación.

Ken Reardon, el Profesor Jud y Pat Harper de Ingeniería Química y Biológica, lidera un proyecto de 2,1 millones de dólares que tiene como objetivo aumentar la producción de algas mejorando la utilización del dióxido de carbono. El proyecto de tres años es parte de un esfuerzo liderado por la Oficina de Eficiencia Energética y Energías Renovables del Departamento de Energía para mejorar la competitividad de costos y la sustentabilidad ambiental de los combustibles y productos a base de microalgas. Un equipo de cinco miembros de la facultad de la Universidad Estatal de Colorado y tres investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) colaborarán para lograr los objetivos del proyecto de 1) mejorar la entrega de CO2 a las algas y 2) mejorar el consumo de CO2 de las algas.

El proyecto también es una asociación con dos empresas. New Belgium Brewing proporcionará CO2 de sus procesos de fermentación, y Qualitas Health, una empresa que produce nutracéuticos omega-3 a partir de algas, ayudará a probar la tecnología mejorada de suministro de CO2 en su sitio de cultivo en Imperial, Texas.

Entrega:Llevando CO2 a las algas

Para fines de cultivo masivo, Las microalgas normalmente se cultivan en grandes estanques poco profundos que permiten que la luz penetre en el agua hasta las células de las algas. Como plantas las algas requieren luz solar, CO2, y nutrientes para crecer. Para suministrar CO2, se burbujea aire, o empujado a través de pequeños orificios en un tubo, en el fondo del estanque. Usando este método de entrega, gran parte del CO2 sale a la superficie y se desperdicia, en lugar de ser utilizado por las algas.

Para mejorar la entrega del CO2 al cultivo de microalgas, Reardon trabajará con Travis Bailey, profesor asociado del Departamento de Ingeniería Química y Biológica, y Deanne Sammond, socio de NREL, para diseñar una membrana polimérica que contiene una enzima que convertirá el CO2 en bicarbonato soluble en agua, que las algas pueden utilizar para crecer. Esta membrana transferirá CO2 al agua de manera mucho más efectiva que el burbujeo.

David Dandy, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biológica, desarrollará un modelo computacional que predice cuándo y dónde en el estanque las algas crecerán más rápido, permitiendo que el bicarbonato se dirija a esos lugares. Para evitar un suministro excesivo de bicarbonato, un sistema de monitoreo láser diseñado por un socio de NREL detectará cuando hay demasiado CO2 en la superficie del estanque.

"Tendremos la capacidad de entregar más bicarbonato de lo que es posible actualmente, ", dijo Reardon." Queremos estar seguros de que estamos colocando el bicarbonato donde y cuando las algas lo necesitarán más ".

Captación:Consumir CO2

Una vez que se perfecciona el método de entrega, las algas se modificarán para poder seguir el ritmo del aumento de bicarbonato. El equipo está aprovechando dos enfoques para mejorar las algas. La primera estará dirigida por Graham Peers, profesor asociado del Departamento de Biología, que manipulará genéticamente las algas para que absorban y metabolicen el bicarbonato más rápido de lo que normalmente lo harían. La socia de NREL, Lieve Laurens, utilizará un enfoque de selección natural que implica seleccionar cepas genéticamente superiores, ya que las algas son marrones en entornos ricos en bicarbonato.

"Estamos probando dos enfoques, por lo que estamos seguros de tener al menos una modificación exitosa, ", dijo Reardon." Cada versión también podría utilizarse para diferentes aplicaciones ".

Si bien el enfoque de Peers da como resultado un organismo modificado genéticamente (OGM), Laurens no lo hace. Algunas empresas prefieren utilizar algas libres de OMG en sus productos, por lo que la creación de estas dos opciones permite aplicaciones más diversas.

Cuantificando el éxito

Medir si las mejoras en la entrega y la aceptación son efectivas o no depende de Jason Quinn, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica, y el socio de NREL Ryan Davis. Utilizando una evaluación del ciclo de vida para medir la sostenibilidad ambiental del proceso y un análisis tecnoeconómico para estimar el costo, Quinn y Davis determinarán si el equipo logró mejorar la competitividad de costos a través de sus mejoras en la utilización de CO2.

"Estoy seguro de que podremos aumentar la productividad de un sistema que producirá más biomasa, ", dijo Reardon." Y estoy convencido de que superaremos nuestro objetivo de mejorar la utilización del CO2 ".