Plàncton: una esperança microscòpica per a un combustible sostenible

En un post anterior titulat "Aprofitar el poder del plàncton: un enfocament revolucionari per a la indústria", vam analitzar les diverses aplicacions industrials del plàncton, inclosa la producció de biocombustibles. Tanmateix, aquest tema en particular es mereix més atenció i un post dedicat. Això es deu al fet que trobar fonts d'energia renovables s'ha convertit en crític en un món que s'enfronta a unes reserves de combustibles fòssils cada vegada més minses i un clima que canvia ràpidament. El plàncton, organismes microscòpics, tenen un enorme potencial com a font sostenible i eficient de biocombustibles.

El plàncton és un grup divers d'organismes marins, però per a la producció de biocombustibles, l'atenció se centra en el fitoplàncton, concretament en la seva notable capacitat per produir olis i greixos, els ingredients clau per al biodièsel i altres biocombustibles. El fitoplàncton es pot cultivar en grans estanys o bioreactors. Els sistemes de basses obertes imiten les proliferacions naturals de plàncton. Els nivells de nutrients, la temperatura de l'aigua i fins i tot la intensitat de la llum es controlen acuradament per crear ambients ideals. Algunes espècies de fitoplàncton necessiten períodes de foscor per desencadenar la producció de petroli. No obstant això, les basses obertes són susceptibles a la contaminació per organismes no desitjats i fluctuacions ambientals. Els bioreactors ofereixen un entorn més controlat. Els científics poden ajustar amb precisió les longituds d'ona de la llum, la concentració de CO₂ i el subministrament de nutrients per crear la recepta perfecta per al creixement ràpid del fitoplàncton. Aquests sistemes tancats també minimitzen els riscos de contaminació i permeten una recol·lecció eficient de la biomassa de plàncton. No obstant això, mantenir condicions estèrils i les altes demandes d'energia per al funcionament dels bioreactors poden ser un factor de cost significatiu.

Imatge generada amb I.A. Albert Calbet

Extracció de l'oli

Un cop el plàncton ha arribat a la biomassa màxima, és hora d'extreure el valuós oli. Un mètode implica la disrupció mecànica, és a dir, moldre el plàncton amb diferents tècniques. Aquestes tècniques trenquen les parets cel·lulars, alliberant el contingut cel·lular. Això pot requerir molta energia i pot danyar el mateix oli. Un altre enfocament utilitza dissolvents. Certs dissolvents poden dissoldre les parets cel·lulars, permetent que l'oli es separi del material cel·lular restant. És crucial triar el dissolvent adequat; ha de ser eficient en l'extracció de l'oli, però també no tòxic i fàcilment reciclable per a la sostenibilitat ambiental.

Després de la disrupció cel·lular, entren en joc les tècniques de separació. La centrifugació és un mètode comú, on la biomassa alliberada de la cèl·lula es gira a altes velocitats. L'oli, en ser menys dens, se separa i puja a la part superior, permetent una recollida fàcil. Alternativament, els dissolvents es poden tornar a fer servir en un procés anomenat extracció amb dissolvents. Aquí, la biomassa alliberada es barreja amb el dissolvent i l'oli es dissol en el dissolvent, separant-se del material sòlid. A continuació, s'evapora el dissolvent, deixant l'oli concentrat.

Avantatges del plàncton com a matèria primera per a biocombustibles. El plàncton ofereix diversos avantatges que el converteixen en una matèria primera prometedora per a biocombustibles:

• Creixement ràpid: A diferència dels cultius de biocombustibles tradicionals com el blat de moro o la soja, el fitoplàncton presenta taxes de creixement impressionants, duplicant la seva biomassa en qüestió d’hores o de dies. Aquesta ràpida reproducció permet una producció de combustible significativament més ràpida, fent del plàncton una solució més eficient i potencialment més escalable.

• Cultiu independent de la terra: Un dels principals beneficis del plàncton és la seva capacitat de ser cultivat en estanys oberts o bioreactors tancats. Això elimina la competència per terres agrícoles valuoses, un factor crucial tenint en compte el creixement constant de la població humana i la necessitat de seguretat alimentària. El cultiu de plàncton pot prosperar en zones no aptes per a l'agricultura, maximitzant l'eficiència en l'ús de la terra.
• Versatilitat en les condicions de creixement: El plàncton prospera tant en ambients d'aigua salada com d'aigua dolça. Aquesta versatilitat ofereix flexibilitat a l'hora de triar llocs de cultiu i obre possibilitats per utilitzar una gamma més àmplia de fonts d'aigua. A més, els avenços en modificació genètica permeten la creació de soques de plàncton optimitzades específicament per a la producció de biocombustibles, millorant potencialment la seva capacitat de producció de lípids.
• Potencialment neutre en empremta de carboni: A través de la fotosíntesi, el fitoplàncton juga un paper vital en el cicle global del carboni. Consumeixen diòxid de carboni, un gas d'efecte hivernacle important, i el converteixen en matèria orgànica. Això compensa les emissions de carboni alliberades durant la producció de biocombustibles, convertint potencialment el biocombustible de plàncton en una font d'energia neutra en carboni. Aquesta característica és crucial en la lluita contra el canvi climàtic i ofereix un avantatge ambiental significatiu respecte als combustibles fòssils tradicionals.

Problemes per superar

Malgrat les perspectives prometedores, cal superar dificultats importants perquè el biocombustible de plàncton es converteixi en una realitat dominant. A continuació es presenten alguns dels principals reptes que requereixen més investigació i desenvolupament:

• Eficiència del cultiu: Mètodes de cultiu a gran escala i rendibles són essencials per a l'èxit de la producció de biocombustibles de plàncton. Cal investigar més per optimitzar el subministrament de nutrients, l'exposició a la llum i el control de la contaminació dins d'estanys o bioreactors. Optimitzar aquests processos serà crucial per assolir nivells de producció comercialment viables.
• Reptes de la recol·lecció: La recol·lecció eficient i econòmica de plàncton microscòpic és un obstacle tècnic. Es necessiten noves tecnologies per filtrar i concentrar la biomassa de plàncton per fer que el procés sigui comercialment viable. Desenvolupar tècniques de recol·lecció eficients serà essencial per garantir la viabilitat econòmica de la producció de biocombustibles de plàncton a gran escala.

• Conversió a biocombustible: La conversió del plàncton en biocombustibles utilitzables presenta un altre desafiament. Desenvolupar mètodes rendibles i eficients per extreure els olis i convertir-los en biodièsel o altres combustibles és crucial per a la producció a gran escala. Els avenços en aquesta àrea determinaran la viabilitat econòmica del biocombustible de plàncton en comparació amb les opcions existents.
• Els cultius de biocombustibles tradicionals tenen una tecnologia establerta: La infraestructura i els coneixements existents per al cultiu i processament de biocombustibles tradicionals com el blat de moro o la soja ja estan establerts. Això redueix la inversió inicial necessària per a la producció en comparació amb la indústria incipient de biocombustibles de plàncton. A més, les refineries establertes ja estan equipades per manipular biocombustibles derivats de cultius tradicionals, minimitzant la necessitat d'inversió en infraestructura addicional, fet que en conjunt fa que els cultius de biocombustibles siguin més competitius que el combustible derivat del plàncton fins ara.

El futur de la investigació

El futur de la investigació sobre biocombustibles de plàncton ofereix possibilitats emocionants. Algunes àrees d'exploració inclouen la utilització de soques de plàncton modificades genèticament, dissenyades específicament per a la producció de biocombustibles, i que tenen el potencial d'augmentar significativament l'eficiència de la producció de biocombustibles a partir de plàncton. Un altre camp d'investigació interessant és la integració de la producció de biocombustibles amb les plantes de tractament d'aigües residuals. Els nutrients de les aigües residuals es poden utilitzar per cultivar plàncton, abordant així la gestió de les aigües residuals i la producció d'energia. Finalment, el desenvolupament de sistemes de bioreactors de circuit tancat podria minimitzar l'ús d'aigua i maximitzar l'eficiència dels recursos reciclant l'aigua dins del sistema de cultiu. Aquest enfocament seria especialment beneficiós en regions àrides on l'escassetat d'aigua és una preocupació important.

A mesura que la investigació continua i es fan avenços tecnològics, el biocombustible de plàncton té el potencial de revolucionar el panorama energètic. Ofereix una solució neta, sostenible i preparada per al futur per a les nostres creixents necessitats energètiques. Tanmateix, superarà altres fonts d'energia com l'energia solar, eòlica, nuclear, etc.? El temps ens en donarà la resposta.