Una mezcla diversa de especies mejora la estabilidad y el rendimiento de combustible de los sistemas de biocombustibles de algas, así como su resistencia a la invasión de personas externas, según los hallazgos de un estudio al aire libre financiado con fondos federales por investigadores de la Universidad de Michigan.
Los científicos de UM cultivaron varias combinaciones de especies de algas de agua dulce en 80 estanques artificiales en la Reserva ES George de UM cerca de Pinckney en el primer experimento controlado a gran escala para probar la idea ampliamente difundida de que la biodiversidad puede mejorar el rendimiento de los sistemas de biocombustibles de algas en el campo.
En general, los investigadores descubrieron que diversas mezclas de especies de algas, conocidas como policultivos, realizaban más funciones clave a niveles más altos que cualquier especie individual; eran mejores en la multitarea. Pero sorprendentemente, los investigadores también descubrieron que los policultivos no producían másmasa de algas, conocida como biomasa, que la especie individual más productiva, 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 más largos", dijo el líder del estudioautor Casey Godwin, investigador postdoctoral en la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la UM.
Los hallazgos del equipo están programados para su publicación el 18 de junio en la revista Cambio Global Biología-Bioenergía .
El aceite biocrudo derivado de algas se está estudiando como una alternativa potencial de energía renovable a los combustibles fósiles. Debido a que crecen rápidamente y pueden convertirse en bio-aceite, las algas tienen el potencial de generar más combustible a partir de menos superficie que los cultivos como el maízPero los desafíos técnicos involucrados en el crecimiento de grandes cantidades de estas plantas acuáticas microscópicas en grandes estanques de cultivo al aire libre han frenado el progreso hacia el cultivo a escala comercial.
Fuera, lejos de las condiciones controladas del laboratorio, un sistema de cultivo de biocombustibles de algas debe mantener un crecimiento estable y estable de algas listas para combustible frente a las condiciones climáticas fluctuantes, la amenaza de choques poblacionales causados por enfermedades y plagas,e invasión por 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, en promedio, más productivas que las comunidades menos diversas, más estables frente a las fluctuaciones ambientales y más resistentes a las 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 Instituto de Energía de la UM, el ecólogo de la UM Bradley Cardinale y sus colegas se propusieron probar esta hipótesis,usando un estudio de dos partes.
La primera fase consistió en cultivar varias combinaciones de seis especies de algas lacustres de América del Norte en 180 tanques tipo acuario en el sótano del Edificio Dana en el campus Ann Arbor de la UM. Las seis especies se usan comúnmente en sistemas de biocombustibles.
La segunda fase consistió en probar en el campo 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 la reserva UM de 1.300 acres. Ese trabajo se realizó en el verano de 2016 y llevó a la próxima Cambio Global Biología-Bioenergía papel
En ambas fases del estudio, los colegas de la Facultad de Ingeniería de la UM utilizaron una técnica llamada licuefacción hidrotermal para convertir las algas en aceites combustibles, o biocrude, que se pueden refinar para hacer combustibles de transporte como el biodiesel.
"Primero evaluamos diferentes combinaciones de algas en el laboratorio, y luego sacamos las mejores a la naturaleza, donde estuvieron expuestas a condiciones climáticas fluctuantes, plagas, enfermedades y todos los demás factores que han plagado la investigación de combustibles basados en algasesfuerzos por 40 años ", dijo Godwin.
En su análisis de las muestras de algas recolectadas durante el estudio de George Reserve de 10 semanas de ES, los investigadores compararon la capacidad de los monocultivos y policultivos para hacer varios trabajos a la vez: cultivar gran cantidad de biomasa de algas, para producir biocrudo de alta calidad, parapermanecer estable a través del tiempo, para resistir los choques de población y repeler las invasiones de algas no deseadas.
Su análisis mostró que el uso de policultivos retrasó significativamente la invasión de especies no deseadas de algas; que los rendimientos de biocrude fueron significativamente mayores en los policultivos de dos y cuatro especies que en los monocultivos; y que diversos cultivos de algas fueron más estables en el tiempo.
Y aunque los monocultivos tendían a ser buenos en uno o dos trabajos a la vez, los policultivos realizaban 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 las caídas repentinas y bruscas en la producción de algas conocidas como choques de población.
"Nuestros hallazgos sugieren que hay una compensación fundamental cuando se cultiva biocombustible de algas", dijo Cardinale, profesor de la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad de la UM.
"Puede producir cultivos de una sola especie que producen grandes cantidades de biomasa pero son inestables y producen menos biocrude. O, si está dispuesto a renunciar a algún rendimiento, puede usar mezclas de especies para producir un sistema de biocombustible que sea másestable 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 en papel, además de Godwin y Cardinale, están Aubrey Lashaway y David Hietala de UM, y Phillip Savage de la Universidad Estatal de Pennsylvania.
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, reciclar los desechos y mejorar las propiedades químicas del biocrudo.
"En conjunto, estos resultados muestran cómo la aplicación de los principios de la ecología podría ayudar en el diseño de los sistemas de combustibles renovables de próxima generación", dijo Godwin.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Michigan . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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