Cuando se cultivan algas en estanques al aire libre como biocombustible de próxima generación, una mezcla de especies naturalmente diversa ayudará a reducir la posibilidad de fracaso de los cultivos, según un estudio financiado con fondos federales por investigadores de la Universidad de Michigan
El aceite biocrudo derivado de algas se está estudiando como una alternativa potencial de energía renovable a los combustibles fósiles. El ecologista de la UM Bradley Cardinale y sus colegas descubrieron que el cultivo de múltiples especies de algas en 180 tanques similares a los acuarios ayudó a estabilizar la producción de biocrude e hizo que el sistema fuera más confiabley eficiente
Si bien el experimento se realizó en interiores, sus hallazgos tienen relevancia para el cultivo al aire libre, dijo Cardinale, coautora de un artículo publicado en línea recientemente 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 los choques que arruinan los cultivos", dijo.
"Las empresas gastan grandes cantidades de dinero para instalar estos estanques repetidamente. Si la diversidad de especies aumenta la eficiencia al tiempo que reduce la posibilidad de un colapso, también reduce los costos", dijo Cardinale, profesora de la Escuela de Recursos Naturales de la UMy Medio Ambiente y director de CILER, el Instituto Cooperativo para la Investigación de Limnología y Ecosistemas.
Sorprendentemente, los investigadores también descubrieron que cultivar una mezcla de especies de algas no aumentaba la producción de biocrude en comparación con las especies cultivadas solas como monocultivos. De hecho, la competencia entre las especies a menudo causaba que las mezclas produjeran menos biocrude que cada especie individualmente.
Este hallazgo contrasta con décadas de investigación ecológica que muestra que las comunidades que contienen conjuntos más diversos de plantas y animales son, en promedio, más productivas y más eficientes en el uso de los recursos. Debido a este trabajo previo, los investigadores de algas de la UM habían planteado la hipótesis de que una mezclade las especies de algas sería más productivo que las especies individuales, pero ese no fue el caso.
"Nuestros resultados sugieren que hay una compensación fundamental cuando se cultiva biocombustible de algas", dijo Anita Narwani, ex investigadora postdoctoral de la UM en la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente y autora principal del estudio.
"Puede cultivar cultivos de una sola especie que produzcan altos rendimientos pero tengan un alto riesgo de fracaso de los cultivos. O puede usar mezclas de especies que producen rendimientos más bajos pero que son mucho menos propensos a colapsar y son más sostenibles en el tiempo".
El trabajo de UM fue financiado por una subvención de cuatro años de $ 2 millones de la National Science Foundation. Otorgada en julio de 2013, la subvención pagó un estudio de dos partes para identificar y evaluar grupos naturalmente diversos de algas verdes que se pueden cultivarjuntos para crear un sistema de alto rendimiento, ambientalmente sostenible y rentable para producir biocombustibles de próxima generación.
La primera fase del estudio involucró el cultivo de varias combinaciones de seis especies de algas lacustres de América del Norte en 180 tanques similares a acuarios en un laboratorio en el sótano del Edificio Dana de la UM, hogar de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente.
Cada tanque de 10 litros 2.2 galones contenía una, dos, cuatro o seis especies de algas. La mitad de los tanques recibió una temperatura constante de 71.6 grados Fahrenheit 22 C. La otra mitad se asignó a una variable-tratamiento de temperatura para simular condiciones exteriores. La temperatura fluctúa 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, en promedio, más estables y confiables ante las fluctuaciones de temperatura.
La segunda fase del proyecto financiado por NSF implicó probar en el campo las especies de algas y mezclas de especies más prometedoras al cultivarlas al aire libre en 80 tanques de ganado de fibra de vidrio en la Reserva ES George de la universidad, una estación biológica de 1.300 acres cerca de Pinckney, Mich.Ese trabajo se realizó en el verano de 2016, y los resultados ahora se están analizando.
En ambas fases del estudio, los colegas de la Facultad de Ingeniería de la UM han utilizado una técnica llamada licuefacción hidrotermal para medir la cantidad y calidad de los aceites combustibles, o biocrude, producidos por las diversas combinaciones de algas. También están comparando la capacidad desistemas únicos y multiespecies para reutilizar y reciclar desechos para un crecimiento adicional.
Los 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 energía renovable.
Sin embargo, se deben superar una serie de obstáculos para que la producción a escala industrial de aceite biocrudo de algas sea viable y económicamente competitiva con el petróleo crudo a base de combustibles fósiles. Cuando se cultivan en grandes estanques al aire libre, las algas sufren inestabilidades de los cultivos debido a las variaciones de la luz solar.y temperatura, así como las perturbaciones causadas por plagas, enfermedades y otros invasores no deseados.
El Ciencia y tecnología ambiental documento, "El poder del plancton: efectos de la biodiversidad de algas en la producción y estabilidad de biocrude", se publicó en línea el 9 de noviembre. El primer autor Narwani ahora está en el Instituto Federal Suizo de Ciencia y Tecnología Acuática. Los otros autores, además deCardinale, son Aubrey Lashaway de la Escuela de Recursos Naturales y Medio Ambiente, David Hietala del Departamento de Ingeniería Química de la UM 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 de la investigadora postdoctoral SNRE Casey Godwin, publicó otro artículo del mismo estudio en línea el 29 de noviembre en Bioresource Technology. Se demostró que cuando los fertilizantes utilizados para cultivar algas se reciclan en tanques que contienen un soloespecies de algas, esos monocultivos a menudo no crecen, o incluso mueren, cuando intentan reciclar y reutilizar sus propios fertilizantes usados.
Por el contrario, las mezclas de algas no solo sobreviven con el fertilizante gastado, sino que también prosperan reciclando sus propios nutrientes, a menudo produciendo mucha más biomasa al reutilizar el mismo fertilizante una y otra vez.
"Poder reciclar nutrientes es importante porque los fertilizantes son caros y porque los nutrientes no utilizados son la mayor fuente de contaminación para los arroyos, lagos y océanos", dijo Godwin. "Nuestro estudio muestra que diversas mezclas de algas pueden reducir el uso de fertilizantes yreciclar nutrientes de una manera que produzca más biocrude ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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