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viernes, 10 de diciembre de 2010

Análisis de los procesos para llegar a la producción de biocombustibles de algas


Será un largo camino para que los productores de biocombustibles a base de algas se hagan un espacio significativo en el suministro mundial de combustibles. ¿Cuánto tiempo? Consideren esto, Pike Research dijo en los primeros días de noviembre que, en 2020, la industria de biocombustibles de algas probablemente produzca sólo 61 millones de galones por año a escala mundial. Ese número, que se traduce en 1.3 mil millones de dólares en valor de mercado, es considerado diminuto en la cantidad de combustible que es necesaria para impulsar hoy los autos. En Estados Unidos sólo se consumieron 138 mil millones de galones de gasolina en 2009, según la U.S. Energy Information Administration.
Un informe del Energy Bioscience Institute (EBI) de la Universidad de Berkeley, California, señala que la producción de biocombustibles a partir de algas con un costo competitivo requerirá mucho más tiempo en investigaciones, desarrollo y experimentación. El informe plantea diez años de lapso para llegar a una conclusión sobre la capacidad de lograr, al menos en lugares específicos, la biomasa de algas y la producción de combustible a un costo relativamente bajo. Las áreas del estudio identificadas como esenciales para el R&D son los campos de la biología e ingeniería. La capacidad de cosechar cultivos estables en condiciones exteriores, alcanzando tanto altas productividades como el contenido del aceite, debe todavía ser desarrollado. A pesar del conocido rápido crecimiento de las algas, el aumento del volumen de aceite de algas producido por unidad de superficie anual es uno de los objetivos cruciales.
La variedad de algas ricas en aceite que son biológicamente competitivos con la contaminación de las especies salvajes y que crecen coherentemente bien en varios climas son necesarias. Otros key steps son mejores para la cosecha de bajo costo de las células de algas microscópicas y la extracción de su aceite contenido, asó como el tratamiento con los residuos de biomasa que permanecen después de la extracción del aceite.
Mientras tanto, una gran variedad de aplicaciones del producto no relacionadas con el combustible pueden servir para impulsar la industria en ciernes. “Aún con un proceso de presunciones alentador y relativamente favorable  (desde el cultivo hasta el proceso de cosecha), la producción de aceite de algas con cultivos de microalgas será cara y, al menos a corto y mediano plazo, requerirá de fuentes de ingresos adicionales para ser económicamente viable”, explican Nigel Quinn y Tryg Lundquist, del Lawrence Berkeley National Laboratory, socio del instituto financiado por BP.
Estas conclusiones surgieron de un minucioso análisis técnico-económico de la producción de biocombustibles a partir de algas. El proyecto es uno de los más de 70 estudios sobre bioenergía que realizan el EBI y sus científicos en la University of California en Berkeley, la University of Illinois en Urbana-Champaign, y el Berkeley Lab. La mayoría de las casi 100 compañías de todo el mundo que trabajan para producir biomasa de algas para aceite o combustibles para transporte son pequeñas y ninguna tiene todavía una planta piloto con varios acres de sistemas de producción de algas. Con todo, varias firmas iniciaron recientemente proyectos importantes, incluyendo compañías petroleras como ExxonMobil (hace un año anunció un compromiso de 600 millones de dólares para tecnología de biocombustibles de alga), Shell (con un proyecto de joint-venture, "Cellana", en Hawai) y Eni (la compañía italiana, con una planta pre-piloto en Sicilia). Otra empresas de algas high-profile es Solazyme, que tiene un único proceso realizado por fermentación para hacer aceite y otros químicos, más con estanque abiertos y bio-reactores.
El U.S.Department of Energy (DOE) financió varios consorcios de investigación y desarrollo y los programas de pruebas, más un proyectos de demostración de 300 acres en Nuevo México, realizado por Sapphire Energy Inc.  El U.S. Department of Defense también respalda diversos proyectos fast-track. En el Reino Unido, Carbon Trust, comenzó un trabajo de 10 años de duración para desarrollar la producción de aceite de algas con 12 universidades y laboratorios de investigación, y la Unión Europea (UE) acaba de financiar tres programas piloto de 25 acres.
La mayoría de estas iniciativas emplea el método de estanques abiertos para la producción de algas, analizando el informe de EBI. El objetivo que persiguen es demostrar que es posible el cultivo masivo de algas con la tecnología actual, o bien con la que se está desarrollando de acuerdo con las limitaciones técnicas y monetarias que afrontan la producción de biocombustibles. El informe reseña que la producción total de las facilities de estanques abiertos experimentales durante el año pasado ha sido de sólo unas toneladas de biomasa y menos de cien galones reales de aceite de algas. El análisis de informe incluye cinco instalaciones conceptuales de producción de biocombustibles de algas en estanques, cuatro de ellos de un tamaño de 250 acres y uno de 1.000 acres. La localización hipotética es en Imperial Valley en el sur de California, donde las únicas granjas de microalgas en la parte continental estadounidense están en este momento localizadas. En los escenarios, la productividad alcanza su punto máximo en los meses de verano, pero es esencialmente cero en los meses más fríos del invierno, con dos principales factores restrictivos, la luz y la temperatura.
 El problema primario son los costos.  Los diseños de ingeniería y los análisis de costos para los casos planteados en el informe están basados en las proyecciones de la producción de microalgas comerciales y los procesos de tratamiento de aguas residuales en escalas mucho más grandes. Ellos asumieron productividades más altas debido a los plausibles avances tecnológicos. Los costos de inversión estimados para un sistema de producción de biocombustibles de 250 acres acentuando la producción de aceite eran de cerca de 21 millones de dólares, con costos de operación anual de alrededor de 1.5 millones de dólares, para producir cerca de 12.300 barriles de aceite, dando un precio break-even por barril de petróleo de 330 dólares (basado en un precio de capital del 8%). El aumento del sistema de escala a 1.000 acres redujo el precio break-even a cerca de 240 dólares por barril. Estos precios toman en consideración los créditos del tratamiento de aguas residuales, que redujeron costos de aproximadamente 20%. Otras instalaciones que maximizaron el tratamiento de aguas residuales produjeron combustibles a costos más bajos debido a mayores ingresos por el tratamiento.
Haciendo animal feed como un producto suplementario después que el aceite es cosechado de algas no baja dramáticamente los costos, según el EBI. Incluso con los gastos de capital más bajos, no es posible producir biocombustibles de microalgas a costos competitivos con los combustibles fósiles o aún con otras de las principales tecnologías de biocombustibles avanzados.
Una vez que se cuente con las tecnologías adecuadas, la disponibilidad global de recursos será un factor determinante para la producción de algas. Se necesita tener al mismo tiempo cuatro recursos vitales –el clima adecuado, el agua, tierra firme y dióxido de carbono- para lograr una producción óptima. A pesar de esta necesidad, los autores del estudio sostienen que la tecnología para la producción de algas podría generar en Estados Unidos varios miles de millones de galones anuales de combustible renovable. El informe de EBI destaca que la producción de biocombustibles a partir de algas combinada con el tratamiento de aguas residuales puede ayudar a recortar costos y a acelerar el desarrollo de un proceso práctico. El uso de aguas residuales en la producción de algas proporciona el agua y los nutrientes necesarios, y sería una fuente potencial de ingresos a cambio del servicio de depuración que ofrece. Pero todavía se deben conseguir mejoras fundamentales, como la reducción de los costos del cultivo de células microscópicas de algas y la extracción de aceite, además del tratamiento adecuado de la biomasa de residuos después de la extracción. La investigación en cultivación e ingeniería es también necesaria para bajar los costos, por ejemplo, con un mejor control de herbívoros zooplancton y desarrollo de charcas y digestores a bajo costo.

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