Bioetanol_por_medio_de_algas

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Escuela Agrícola Panamericana El Zamorano
Contenidos
Introducción	2
Objetivos	3
¿Qué es bioetanol con algas?	4
Proceso de extracción de aceites y producción de Biodiesel	6
Ventajas y desventajas de la producción de bioetanol.	8
Aceptación a través del tiempo	9
Conclusiones	10
Bibliografía	11
Introducción
En la actualidad nos encontramos que el planeta tierra pasa por una serie de transformaciones que no necesariamente son beneficiosas para el ser humano, como por ejemplo el efecto invernadero y la lluvia ácida sin olvidar mencionar problemáticas tan grandes como la escases de alimento y el agotamiento de los recursos naturales como agua, petróleo y suelos. Debido a esto los investigadores se ven en la obligación de hacer investigaciones para lograr sustituir los métodos convencionales con el fin de reducir el gran daño ambiental que se le está haciendo al planeta tierra.
Pero el lograr sustituir e introducir nuevos productos se ha tornado un tanto difícil debido a que muchos sustitutos que parecen “ambientalmente amigables” terminan haciendo un daño igual o peor al planeta tierra, de igual forma se ha tornado un verdadero dolor de cabeza introducirlos a la sociedad ya sea por intereses económicos o por la poca fe que se tiene en estos productos innovadores, sobre todo la primera razón; intereses económicos.
Pero no se puede negar que en un par de años la sustitución de métodos convencionales será definitivamente inevitable y esto es debido a que la mayoría de productos tienen como materia prima recursos que tarde o temprano se agotarán si no se presenta sumo cuidado en estos.
c Este informe tiene como objetivo principal el mostrar todos los aspectos que esta engloba, ¿Qué es?, ¿Cómo se realiza?, ¿Aprobación a través de los años? Pros y contras; para que cada uno cree su criterio propio de esta alternativa.
Objetivos
· Poner en práctica todos los conocimientos adquiridos durante el curso de microbiología para así tener un mejor criterio de nuevas alternativas que actualmente se están proponiendo.
· Mostrar nuevas alternativas ambientalmente amigables ante el uso de petróleo convencional.
· Determinar si la producción de bioetanol a través de algas es una opción viable para el planeta tierra.
¿Qué es bioetanol con algas?
 
El gran agotamiento del petróleo ha causado una gran desesperación, provocando así la producción de bioetanol por medio de las algas. Una vez cultivadas y cosechadas las algas con el aporte de luz solar natural o artificial y de CO2, se obtiene una biomasa compacta que será la materia de producción del combustible. El bioetanol es un tipo de combustible que presentan menos dificultades de obtención a partir de micro algas.
Las algas necesitan tres componentes esenciales para su desarrollo: luz, CO2 y agua. Gracias a que algunas especies contienen un alto contenido en grasas resultan ideales para la producción de biodiesel. Se cultivan en balsas, tubos o canales de escasa profundidad para permitir una mayor iluminación. En su interior se mantiene un flujo y temperaturas constantes, y se inyecta CO2 y nutrientes. Una vez desarrolladas, se extraen de su medio de crecimiento mediante un adecuado proceso de separación y se obtiene el aceite sin necesidad de secarlas de antemano. A este proceso se le conoce como transesterificacion, en comparación a los demás cultivos terrestres estas crecen de 7 a 30 veces más rápido, empresas productoras de esta comprueban que en un área de aproximadamente 52km2 se pueden obtener 95 millones de barriles de biodiesel al día, lo que remplaza en un 100% a los combustibles convencionales, no solo por cantidad, sino también en precio que sería mucho más bajo.
Lo que más ha despertado el interés en las últimas décadas, es utilizar las algas debido a su baja cantidad de lignina y altas concentraciones de carbohidratos, entre ellos la hexosa y la pentosa ya que ya que son unos de los azucares menos aprovechables en las fermentación alcohólicas. Debido a la pentosa que está en estado no aprovechable en las algas, entonces se ha planteado el usar la levadura; scheffersomyces stipitis específicamente para la fermentación de pentosa. Además se experimentó con dos tipos de algas debido a sus azucares reductores (glucosa y xilosa), Macrocystis pyrifera y Ulva rigida; resultando más factible la U. rigida.
Al hacer el análisis con estos dos tipos de algas se determinó que el apropiado para la realización de bioetanol era la ulva rigida por su fácil procedimiento de extracción de xilosa, presentando incluso mayor cantidad de xilosa que Macrocystis. En cuanto a la utilización de levadura también se realizó una serie de estudios para saber cuál funcionaba mejor con la alga que ya se había seleccionado; los tipos de levadura que estuvieron a prueba fueron las. cerevisiae y S. stipitis, bajo la estrategia de dos tipos de fermentación; sacarificación y fermentación simultánea y la Hidrolisis y fermentación separadas, se determinó que la levadura a utilizar debía ser la S. stipitis con Sacarificación y fermentación simultanea (SSF) acompañado de enzimas como hemicelulasa para mejores resultados.
Sin embargo se han hecho más estudios acerca de otras especies que podrían utilizarse para la producción de bioetanol evaluando de igual forma ventajas y desventajas en cuanto a productividad, ya que el porcentaje de ácidos grasos según especie varía a continuación se presenta un listado de varias especies de algas que se tomaron en cuenta para evaluar porcentaje de ácidos grasos.
	Scenedesmus obliquus 
	Scenedesmus quadricauda 
	Scenedesmus dimorphus 
	Chlamydomonas rheinhardii 
	Chlorella vulgaris 
	Chlorella pyrenoidosa 
	Spirogyra sp. 
	Dunaliella salina 
	Euglena gracilis 
	Prymnesium parvum 
	Tetraselmis maculata 
[footnoteRef:1] [1: http://www.biodisol.com/biocombustibles/biodiesel-de-algas-proceso-de-produccion-de-biodiesel-utilizando-algas-energias-renovables-biocombustibles-cultivos-energeticos/] 
Dicha investigación determinó que las especies que podrían ser utilizadas debido a su alto contenido de aceites son:
	· Scenedesmus dimorphus – Esta es una de las preferidas por el alto rendimiento de aceites para biodiesel, pero uno de los problemas es que produce gruesos sedimentos si al cultivo no se lo agita con frecuencia.
	· Dunaliella tertiolecta – Esta cepa produce cerca de 37 % de aceites. Es una cepa que crece rápido lo que significa que tiene una alta tasa de absorción de CO2.
	· Bacilliarophyta (diatomea) – Es una de las favoritas del ASP. El problema es que necesita silicona en el agua, mientras que las Clorofita necesitan nitrógeno para crecer.
	· Chlorofita – Algas verdes tienden a producir almidón, en vez de lípidos. Tienen tasas de crecimiento muy altas a 30 ºC con alta intensidad de la luz agua de tipo en 55 mmho/cm.[footnoteRef:2] [2: ] 
(Tabla tomada del mismo sitio anterior)
Proceso de extracción de aceites y producción de Biodiesel
La acumulación de lípidos se produce sometiendo las algas a un estrés ambiental, se le llama estrés ambiental cuando se somete a las algas a bajas cantidades de alimentos, también se sabe que la extracción de lípidos se puede hacer a través de la disminución de compuestos nitrogenados o sometiendo a las algas a condiciones adversas como temperaturas altas. La enzima Acetil-CoA tiene un importante rol en la extracción de lípidos.
Existen tres métodos distintos de extracción de aceites en algas que se detallaran a continuación: 
1. Expeller/Press: las algas son sometidas a secado, de modo que mantienen su contenido de aceite intacto para luego ser prensadas para su extracción.
2. Solvente hexano: Es una mezcla entre el método expeller, ya que luego de pasar por la prensa se le agrega ciclo hexano de modo que también se pueda extraer el contenido remanente del alga.
3. Extracción supercrítica del fluido: Es un método capaz de extraer el 100% del aceite, pero a diferencia del solvente hexano es mucho más caro debido a la maquinaria que se necesita.
4. Extracción enzimática
5. Shockosmótico 
6. Ultrasonido,
Cabe destacar que las tres últimas mencionadas solo son métodos que podrían ser utilizados, sin embargo no data que alguna empresa los estén utilizando actualmente.
Como se mencionó anteriormente producción de bioetanol se realiza a través de transesterificación de aceite, la cual consiste en remplazar glicerol por un alcohol simple, esto permite disminuir la viscosidad del aceite, para lograr esta reacción se necesitan temperaturas de 40° y 60°C y un catalizador como soda o potasa cáustica.
Hay dos tipos de cultivo de algas que son los sistemas abiertos y sistemas cerrados, se refiere a sistemas abiertos a lagunas y estanques, las desventajas de esto que son propensos a contaminación por otros tipos de algas, pero no requieren una gran inversión. Mientras que los sistemas cerrados es posible controlar las condiciones ambientales por lo que es mucho menos probable que exista una contaminación.
Entre los tipos de sistemas cerrados existen los fotobiorreactores, a continuación se presentara características de cada uno de ellos.
	· Tubos plásticos o de vidrio de forma triangular: Gases como C02 y O2 se hacen fluir desde la parte baja de la hipotenusa y algas con medio de cultivo se hacen fl[footnoteRef:3]uir en el sentido opuesto. [3: http://www.biodisol.com/biocombustibles/biodiesel-de-algas-proceso-de-produccion-de-biodiesel-utilizando-algas-energias-renovables-biocombustibles-cultivos-energeticos/] 
	· Fotobiorreactores tubulares en forma horizontal: Son tubos de acrílico en el que se hace circular en forma horizontal medio de cultivo más algas para que están no precipiten y todas reciban la misma cantidad de luz y nutrientes.
	· Columna vertical de burbujas: Se genera circulación del medio con algas en una columna vertical a través del flujo de gases como dióxido de carbono. Se ilumina a través de tubos de luz a lo largo del tubo, cuyo objetivo es disminuir el costo del cultivo de algas a gran escala y hacerlo más simple.
	· Equipos de fermentación: Algunas compañías obtuvieron aceite de algas sin crecimiento fotosintético, sino alimentando a las algas con azucares que luego estas fermentaban. Una de estas compañías ese llama Solazyme, una empresa de biotecnología que está desarrollando técnicas para producir combustible para autos y aviones a partir de algas.
(Datos tomados del sitio web número 3)
Por medio de estos métodos se pueden obtener diversos tipos de combustibles como biobutanol, biogasolina y metano. De estos se encuentra poca o nula información ya que las investigaciones no han sido concluidas. Pero puede mencionarse que diversas empresas están llevando a cabo una serie de investigaciones; empresas como: Origin Oil, Diversified energy corporation y Shell. En Latinoamérica también se están llevando a cabo una serie de investigaciones, en Costa Rica, en la facultad de ingeniería de la Universidad Católica de Temuco de Chile y Oilfox por mencionar algunos.
Ventajas y desventajas de la producción de bioetanol.
Ventajas
· Estructura y costo no dependiente de los insumos agrícolas
· No se requieren tierras cultivables, se prefieren tierras no arables o desérticas de bajo costo.
· El proceso de Algenol consume y recicla dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que de otro modo sería emitido en la atmósfera y lo convierte en combustible de transporte valioso con un bajo consumo de energía.
· No se utilizan agroquímicos costos de producción muy bajos.
· Balance energético positivo
· Pocos requerimientos nutricionales
· Alta carga de lípidos y ácidos grasos
· Alto rendimientos de producción de masa algal
· Capacidad de producción altamente escalable y Tiempo de crecimiento corto 
Desventajas
· Alta inversión económica.
· El bioetanol se consume mucho más rápido que normalmente el combustible aproximadamente a un 25% a 30%, por lo que efectuaría que más interesados primeramente ahorraríamos más el uso de automóviles, aparte de tener que producir más cantidad de algas por tiempo y de buena calidad.
· Alta variabilidad genética y pocas cepas para niveles industriales.
· Altos requerimientos de agua
· Procesos no estandarizados de procesamiento.
· Difícil extracción y cosecha algales
Aceptación a través del tiempo
 Pasado: Los primeros intentos de producción de bioetanol a partir de algas datan de la década de los 70. En esta época, varios grupos de investigadores en Estados Unidos comenzaron a realizar proyectos basados en el cultivo oceánico en plataformas flotantes de macro algas marinas del tipo Macrocystis pyrifera. Más tarde, países europeos como Noruega siguieron sus pasos, pero terminaron por abandonar sus proyectos. Se creía que solo era una tontería producir un montón de algas sin sentido para la producción de algo que según esos momentos nunca se acabaría o bien si se acabaría era muy lejano tiempo y era el combustible. Dentro de las encuestas y campañas que se realizaron para esta aprobación fue algo desastroso donde solo un 0.9% de la población estaban de acuerdo que funcionara.
Presente: En las décadas actuales, los investigadores se han centrado mayoritariamente en el uso de las micro algas para la fabricación de bioetanol, pero en la actualidad múltiples programas de investigación apuestan también por las macro algas, debido a su alto auge económico que este genera. La producción de bioetanol por medio de algas es una alternativa que apenas va despuntando tratando de convencer del porque merece sustituir al combustible convencional y desplazar al resto de biocombustibles que ya existen en la actualidad.
Futuro: Podría decirse que la producción de bioetanol a través de algas es la sustituyente perfecto al petróleo convencional y a otras formas de biocombustibles que se están intentando introducir en la actualidad, debido a que su huella de carbono es mucho menor en comparación de estos, por ejemplo en la realización de biocombustibles a través de cereales se demanda una gran cantidad de tierras para ellos, lo que a mediano y largo plazo ocasionaría un gran problema en el abastecimiento de alimento a la población y problemas en la economía mundial, como ya fue mencionado anteriormente la producción de bioetanol por medio de algas requiere un cantidad determinada para trabajar y con un buen manejo de aguas residuales puede reducir su consumo de agua significativamente.
Debido a esto más y más empresarios creen y apuestan al bioetanol mediante algas; en algunos países desarrollados como España y otros de Europa se comercializa en baja escala bioetanol, bajo el nombre de E85 el cual es una mezcla 85% bioetanol y 15% combustible convencional, el cual ofrece exactamente el mismo rendimiento que como que si solamente se utilizara combustible convencional pero a un menor precio; también cabe destacar que la lamentablemente la mezcla E85 solo la pueden utilizar ciertos vehículos que han creado unas modificaciones el su motor, es decir que en un par de años debido a la escases de fuente de petróleo el bioetanol por medio de algas podría sustituir por completo a este, ya que una mezcla pura de bioetanol no necesita ninguna modificación en su motor.
Conclusiones
· La producción de bioetanol a través de algas se pudo comprender en su totalidad gracias a los conocimientos adquiridos en el curso de microbiología, ya que no solamente se investigó sobre el tema, sino también se comprendió cada uno de los procesos que este requiere.
· Las algas como materia prima para la producción de bioetanol, se perfilan como la fuente más adecuada debido a su rápido crecimiento, alto contenido de aceite y alta productividad, desplazando por varios aspectos al resto de alternativas en biocombustibles.
· La sustitución completa de productos combustibles convencionales es algo que requiere, tiempo, dedicación y sobre todo paciencia ya que hay demasiados factores económicos y sociales que dificultan que nuevas tecnologías sean introducidas sin ningún problema.
Bibliografía
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