Energias Renovables - Universidad Iberoamericana Puebla

Universidad Iberoamericana Puebla
Repositorio Institucional
Area de Publicaciones
http://repositorio.iberopuebla.mx
Revista Rúbricas
Energías Renovables Número 3
Investigación en microalgascomo
alternativa energética:una experiencia
de desarrollo tecnológico local
Rodríguez Palacio, Mónica Cristina
2015-03-20
http://hdl.handle.net/20.500.11777/720
http://repositorio.iberopuebla.mx/licencia.pdf
como alternativa energética:
una experiencia de desarrollo tecnológico local
Mónica Cristina Rodríguez Palacio
Licenciatura en Hidrobiología y maestría en Biología en la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. Trabajó durante más de seis años en el establecimiento de una colección de cultivos de microalgas
colectadas de diferentes regiones de la República mexicana, los cuales se están probando para la
producción de biocombustibles y productos de valor agregado, a nivel laboratorio y escala piloto; esto
último en colaboración con la Universidad Iberoamericana Puebla. Actualmente es profesora e investigadora en el Departamento de Hidrobiología de la UAM-I. Ha formado recursos humanos a nivel licenciatura
y posgrado y dictado cursos a nivel nacional e internacional en este tema. ([email protected])
Ricardo Vázquez Perales
Ingeniero físico por el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Maestro en Ciencias
en Planiicación del Desarrollo Regional por la Universidad de Dortmund, Alemania, y la Universidad de
Ciencia y Tecnología de Kumasi, Ghana. Doctor en Ingeniería de la Energía con especialidad en Economía de la Energía por el Centro de Investigación en Energía de la UNAM. En 2006 fue premiado con la
beca “Príncipe Bernardo de Holanda” por el “Fondo Mundial de Conservación de la Naturaleza” (WWF).
Su tesis doctoral obtuvo el 2° lugar del concurso de tesis doctorales en Desarrollo Sustentable de la
UNAM, 2009. Sus temas de investigación incluyen manejo de residuos municipales, bioenergía, sistemas
forestales y agroforestales, biotecnología de microalgas y economía de la energía. Es académico de la
Universidad Iberoamericana Puebla donde es coordinador de la Licenciatura en Ciencias Ambientales y
Desarrollo Sustentable, responsable del proyecto de investigación en biotecnología de microalgas de la
UIA Puebla, en colaboración con la Universidad Autónoma Metropolitana-Unidad Iztapalapa.
([email protected])
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Investigación en microalgas
Introducción
El aumento en la demanda de combustibles fósiles y la declinación de las reservas de origen fósil se conjugan para que el petróleo y otros combustibles hayan
alcanzado precios históricamente altos desde 2008. Las sociedades del mundo se
enfrentan a la disyuntiva de mitigar y adaptarse a los efectos del cambio climático, sin dejar de satisfacer sus necesidades de alimentación, transporte, confort y
producción de bienes y servicios. Un cambio de paradigma energético es urgente,
en el que se haga uso racional de la energía, enfatizando la disminución en el
consumo de combustibles con una transición al uso de alternativas tecnológicas
de energía renovable que sean social, ambiental y económicamente sustentables.
En las últimas décadas, la investigación cientíica y tecnológica ha desarrollado
varias alternativas de energía renovable, que en algunos casos son esperanzadoras
y en otros no tanto, especialmente cuando se trata de encontrar las relativas a los
combustibles del sector transporte.
Entre las alternativas que han despertado mayor interés, por su potencial de
producción y bajos impactos al ambiente, destacan las microalgas como fuente de
biomasa para producir biocombustibles de tercera generación: biodiesel, bioetanol
y biohidrógeno.
Las microalgas son organismos fotosintéticos microscópicos que habitan en
medios acuosos; tienen capacidad de reproducirse celularmente más rápido que las
plantas, almacenando energía solar en sus enlaces bioquímicos, realizando captura
de CO2 de la atmósfera y remoción de nutrientes del agua o del medio de cultivo.
Muchos estudios han mostrado que la biomasa de las microalgas se compone,
principalmente, de carbohidratos, lípidos y proteínas, pero que también contienen compuestos bioquímicos de alto valor, como carotenos, ácidos grasos omega
3, icobiliproteínas y otros metabolitos de interés para la humanidad (Abalde et al.,
1995; Arredondo et al., 2007). Las microalgas no sólo nos ofrecen la posibilidad
de producir biocombustibles, sino una gama de productos de alto valor agregado,
lo cual en un futuro logrará hacer redituable este proceso (Cohen, 1986). Dentro
de estos productos resaltan los suplementos alimenticios y los de uso medicinal,
como agentes antimicrobianos, antifúngicos, antivirales, antitumorales, antiinlamatorios, antiácidos, hipocolesterolémicos, anticoagulantes, hemaglutinantes
(Muñoz et al.,1992; Chu et al., 2004), antioxidantes y cosméticos (Dutra et al.,
2007; Lim et al., 2002).
El trabajo por hacerlo realidad
En el país son pocos los trabajos que han buscado la aplicación del recurso algal
a nivel de producción comercial; la mayoría de los estudios se han centrado en
taxonomía y ecología de microalgas y cianobacterias. Sin embargo, es importante
enfocar la atención en la búsqueda de aplicaciones de este recurso, ya que México
cuenta con una alta diversidad microalgal y una excelente ubicación geográica
que beneiciaría los cultivos a gran escala.
Los cultivos de microalgas pueden ser una alternativa ideal de producción
de combustibles, ya que no compiten con la producción de alimentos sino que
pueden incrementarla al producir biocombustibles, no requieren suelo fértil ni
competir por agua de uso humano o agrícola porque pueden utilizar aguas grises
residuales municipales o salinas para el cultivo, logrando así un doble beneicio
ambiental, un eluente libre de contaminantes orgánicos y una biomasa susceptible de ser transformada en biocombustible.
La mayoría de los biocombustibles que encontramos en el mercado internacional provienen de plantas oleaginosas como maíz, girasol, soya, coco, palma,
jatropha o canola; de grasas animales y
aceites de fritura (Vieira-Costa, 2004).
Según estudios realizados, para reemplazar en 2007 todo el combustible de
transporte consumido en Estados Unidos con biodiesel serían necesarios 0.53
mil millones m3 de biodiesel anual.
Si el biodiesel se obtuviera a partir de
palma de aceite, abastecer el 50% de
ese consumo requeriría una supericie
de cultivo equivalente a 47% de la supericie agrícola de Estados Unidos, y
140% con jatropha, por lo que los cultivos de oleaginosas convencionales no
representan una opción para cubrir la
demanda; en cambio, con microalgas se
ocuparía una supericie equivalente al
2% (Chisti, 2007), sin que ésta tuviera
que ser tierra fértil. Para México, con
base en el estudio de Wijfels (2008),
se estima que la sustitución total de los
combustibles del transporte con biodiesel de microalgas podría abastecerse
utilizando una supericie equivalente al
0.68% del territorio nacional.
La idea de tomar un organismo que
se alimenta de CO2 y utilizarlo para
crear combustible parecía difícil de entender hace algunos años, sin embargo,
hoy, muchas organizaciones nacionales
e internacionales están invirtiendo para
hacer realidad esta idea. Gracias a una
mejor comprensión de las posibilidades
técnicas de esta alternativa han surgido
proyectos en el país patrocinados por
sagarpa, Fundación Produce Puebla
A.C. y conacyt, que buscan apoyar
la investigación aplicada para un beneicio futuro, con el propósito de que
la producción de biocombustibles, por
medio de microalgas, sea sustentable
social, ambiental y económicamente.
Hace aproximadamente tres años,
un equipo de investigadores de la Universidad Iberoamericana Puebla (uia
Puebla), la Universidad Autónoma
Metropolitana (uam-Iztapalapa) y el
Centro de Investigaciones Cientíicas
del Noroeste (cibnor), iniciamos un
proyecto interdisciplinario e interinstitucional con el apoyo económico de
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la Fundación Produce Puebla A.C., por el que se construyó una planta piloto experimental en la uia Puebla para la investigación del cultivo de microalgas a escala
semicomercial. Esta planta es única en su estilo, ya que prueba diferentes sistemas de
cultivo construidos con materiales económicos locales, con la inalidad de comparar
la cantidad y calidad de la biomasa algal que se produce. El propósito del proyecto es
generar alternativas de aprovechamiento de la biomasa microalgal bajo principios de
sustentabilidad. El equipo del proyecto realizó diseños propios de sistemas de cultivo
en biorreactores en columna y raceways (estanques abiertos tipo carrusel). La planta
piloto cuenta con seis biorreactores en columna con capacidad de 75 litros, siete
raceways, de los cuales tres de ellos tienen una capacidad de 300 litros y otros cuatro
una capacidad de 3 000 litros.
Biorreactores de columna de 75 l
Estanques tipo raceway de 300 y 3000 l
La planta piloto está en un invernadero que permite la entrada de la luz a 85%,
por lo que los cultivos operan con luz natural. En los raceways la aireación se realiza
por rotores que impulsan el agua a una velocidad aproximada de 30 cm/s, y en los
reactores en columnas la aireación se realiza por medio de inyección de aire. Como
forma de nutrición de las algas hemos utilizado medios de cultivo alternativos; en
lugar de emplear las formulaciones costosas que se utilizan comúnmente para los
cultivos microalgales (medio f/2, etc.), hemos probado el uso de fertilizantes foliares
y aguas residuales municipales; en el caso de los fertilizantes foliares su uso disminuye
los gastos de la producción de la biomasa microalgal y hace más eiciente el proceso
de producción porque son de fácil preparación. Hay que mencionar que el uso de
fertilizantes en el cultivo de microalgas tiene un impacto ambiental mucho menor que en
la agricultura, ya que las algas aprovechan los nutrientes con mayor eiciencia que
las plantas; en el caso de las aguas residuales municipales se busca obtener un doble
beneicio ambiental, un agua libre de carga orgánica que puede ser reusada para otros
ines, disminuyendo los niveles de nitratos y fosfatos que usualmente signiican un
problema en el tratamiento de aguas municipales, y generar una biomasa algal con
valor agregado, susceptible de ser utilizada para biocombustibles y otros productos
de interés humano.
Planta piloto de investigación en microalgas en Puebla
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Aunque existen grandes expectativas en relación con que
los cultivos de microalgas implican una de las mejores alternativas para la producción de aceites para biodiesel, se sabe
que no todas las microalgas son susceptibles de explotación
para este in debido a que, en algunos casos, la biomasa
puede no ser tan rica en lípidos, o que sus lípidos no sean
idóneos para transformarse en biodiesel, por lo que deben
destinarse a otros ines. Para identiicar el mejor uso de una
especie de microalga, o de un sistema de cultivo, es necesario
realizar diferentes análisis y pruebas a escala piloto, para determinar su composición proximal, cualidades de interés, y
bajo qué condiciones de cultivo se puede aprovechar mejor.
Las especies que hemos cultivado con éxito en la planta
piloto han sido Desmodesmus quadricaudata, Chlorella vulgaris, Scenedesmus dimorphus, S. obliquus y Spirulina subsalsa,
todas nativas de México, y en Desmodesmus quadricaudata
encontramos mayor concentración de lípidos que pueden
ser susceptibles de utilizarse como fuente de aceite para la
producción de biodiesel. En el caso de Spirulina subsalsa,
nuestro interés ha sido su valor nutricional para generar
alternativas de alimentación en comunidades marginadas.
En este proyecto innovador, y de grandes perspectivas a
futuro, se han formado recursos humanos en esta línea en
los niveles de licenciatura y posgrado. Hemos presentado los
resultados en varios foros nacionales e internacionales y estamos por publicar un libro titulado Avances y perspectivas en
el cultivo de microalgas. Y seguimos trabajando, porque aún
quedan algunos cuellos de botella que superar, como realizar
la cosecha de la biomasa microalgal de forma económica,
mejorar el proceso de extracción de lípidos y la transesteriicación del aceite microalgal.
Literatura citada
Abalde, J., A. Cid, P. Fidalgo, E. Torres y C. Herrero (1995), Microalgas:
Cultivo y Aplicaciones, Universidad de Coruña: 210.
Arredondo-Vega, B.O. & D. Votolina (eds.) ( 2007), Métodos y herramientas
analíticas en la evaluación de la biomasa microalgal, cibnor: 97.
Chisty, Y. (2007), “ Biodiesel from microalgae”, Biotechnology Advances, 25:
294-306.
Chu .Y., W. R. Liao, R. Huang and L. P. Lin (2004), “Haemagglutinating
and antibiotic activities of freshwater microalgae”, World Journal of Microbiology and Biotechnology, 20: 817-825.
Cohen Z.M. (1986), “Products from microalgae” en A. Richmond (ed.),
Handbook of microalgal mass culture, crc Press Boca Raton Florida: 421-454.
Dutra F., R. Crespo, M. A. Coelho, V. Laneuville (2007), “Produtos naturais de algas marinhas e seu potencial antioxidante”, Braz. J. Pharmacogn,
17 (4): 631-639.
Lim, S.N, Cheung, PCK, Ooi VEC, Ang PO (2002), “Evaluation of antioxidative activity of extracts from a brown seaweed”, Sargassum siliquastrum. J. Agric. Food Chem, 50:3862-3866.
Muñoz A., A. López, F. Chazado, Y. Gamallo, A. Otero, M. Patiño,
C. Reguera, V. Sabin y E. Vecino (1992), Drogas del Mar, Universidad de
Santiago de Compostela. Imprenta Universitaria: 188.
Vieira-Costa, J.A. (2004), Produção de biodiesel a partir de microalgas,
Primer Congreso Latinoamericano sobre Biotecnología Algal, Argentina.
ISBN Nº 987-1130-32-5.
Wijfels, R. R. (2008), “Potential of sponges and microalgae for marine
biotechnology”, Trends Biotechnol: 26-31.
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Energías renovables
en el Estado de Puebla
EL ESTADO DE PUEBLA
Por su diversidad orográfica y climatológica, cuenta
con una amplia riqueza de recursos naturales, dentro
de estos se encuentran fuentes de energía renovables
como:
A través del aprovechamiento de MÁS DEL
la energía renovable, se pretende
contar con fuentes alternas a los DE LA ENERGÍA QUE SE
combustibles fósiles; actualmente: CONSUME EN EL ESTADO
80%
ES DE ORIGEN FÓSIL
PUEBLA 2009 25%
GEOTÉRMICA
HIDROLÓGICA SOLAR
GENERACIÓN ELÉCTRICA 3,424 GWh
DE HASTA: (12.3 PJ)
Cálculos efectuados con base en
la superficie territorial del Estado
y en la tecnología disponible.
87%
PRODUCÍA
EÓLICA
5.2%
GWh
+ 3,024
(10.9 PJ)
PROCEDENTE DE
CENTRALES
HIDROELÉCTRICAS
Y ESTACIONES
GEOTÉRMICAS
DEMANDA
ELÉCTRICA ESTATAL
Ante estos hechos, la Secretaría de Sustentabilidad
Ambiental y Ordenamiento Territorial (SSAOT)
tiene como objetivo fomentar las siguientes acciones:
ENERGÍA CONSUMIDA
DE LA CUAL
EFICIENCIA ENERGÉTICA
La meta es reducir la intensidad energética mediante la
adopción de hábitos responsables de consumo y el desarrollo
e implementación de tecnologías limpias.
CONSTRUCCIONES
La energía consumida en las edificaciones representa más de
un tercio del consumo global y esta participación se está
incrementando. Dependiendo del clima imperante, la mayoría
se utiliza en calefacción y aire acondicionado, aparte de la
empleada en la iluminación y en los aparatos eléctricos en
general. Esto pone presión adicional sobre el balance de
emisiones, el cual necesita ser compensado a través de una
mayor eficiencia en el consumo de energía.
INDUSTRIA Y MANUFACTURA
Se trata de impulsar la eficiencia energética en las instalaciones
y en los procesos, a través del uso de tecnologías innovadoras
como opciones costo-efectivas para la reducción de emisiones
de sustancias contaminantes y el aprovechamiento de
la energía.
GENERACIÓN DE ENERGÍA ALTERNATIVA
Las Energías Renovables representan una respuesta importante
a la demanda generalizada de un modelo sustentable de
progreso que no afecte a las generaciones futuras. Asimismo,
su eficaz aprovechamiento contribuirá a la conservación y uso
eficiente de los recursos energéticos no renovables.
TRANSPORTE
Es indispensable desarrollar mecanismos que favorezcan
el uso de vehículos con cero emisiones, por ejemplo
aquellos con celdas de combustible de hidrógeno.
También, es preciso incentivar el uso de vehículos de alta
eficiencia (por ejemplo híbridos y con tecnologías diesel
avanzadas).
Además, las economías de escala alcanzadas como resultado
de un mayor aprovechamiento de este tipo de energías,
aunado al notable incremento en los precios de los combustibles
fósiles, observado durante la presente década, colocan a
las empresas en una posición competitiva, abriéndoles la
oportunidad de incorporar nuevas tecnologías energéticas
que sustituyan al petróleo y que preserven el medio ambiente.
Dirección del viento. Estado de Puebla.
Velocidad y dirección del viento 2008.
Estado de Puebla.
Radiación. Estado de Puebla.
Energías Alternativas
ENTRE
RIOS
Há 20 anos atrás, num Rio de
Janeiro anterior a Lula e a Dilma, teve lugar a primeira
grande cimeira de chefes de Estado sobre ambiente. Parece sempre
difícil reconhecer a dimensão histórica de um acontecimento que nos foi tão
próximo mas, a chamada Cimeira da Terra marcou nesse ano de 1992 um ponto de viragem
na história. Uma viragem que hoje ainda não se cumpriu, mas sem dúvida uma viragem. A Eco
92 mostra melhor nos dias de hoje a mudança decisiva que ela já então relectia e que dinamizou. Com
mais ou menos sucesso mas, sabemo-lo agora melhor, sem retrocesso.
Nenhuma expressão traduz melhor o legado da Rio 92 do que o quase emblemático “desenvolvimento
sustentável”. Apesar de usada muitas vezes como um ‘chavão’, o seu signiicado era já na altura tão decisivo que a
fórmula resistiu à banalização. A declinação do seu conteúdo nas mais especializadas disciplinas e debates tornou-a quase
uma regra de racionalidade em todas as políticas e, mesmo quando desrespeitada, tornou impossível esconder os erros agora
acumulados que nos condenam o futuro. A palavra “sustentabilidade” devolveu à palavra “desenvolvimento” o seu signiicado
humano, e situou-o no planeta real onde todos vivemos. A ideia de “desenvolvimento sustentável” aproximou nas opiniões públicas
os valores ambientais e sociais, e foi a Rio 92 que colocou esta associação de valores na trajectória de um consenso crescente em todo
o mundo, mesmo quando se reconhecem nela os desacertos e contradições que envolve.
A expressão “desenvolvimento sustentável” icou consagrada em 1987 no célebre Relatório Brundtland da onu e já vinha
fazendo o seu caminho sobretudo desde o início da década de 70. O Clube de Roma, com o seu relatório “Limites do
Crescimento” e a Conferência de Estocolmo em 1972, anunciavam já o sentido e até a própria formulação do seu conteúdo.
Contudo, há uma diferença signiicativa para o destino da sustentabilidade: na Conferência de Estocolmo estiveram
presentes apenas dois chefes de Estado; na do Rio 92, 108. Ganhou, assim, reconhecimento mundial a ideia de que sem
um desenvolvimento que integre as dimensões económica, social e ambiental, não haverá futuro para a Humanidade no
nosso planeta.
A Cimeira da Terra de 1992 traduziu estas preocupações num conjunto de documentos que foram reunindo
acordo. A Carta da Terra, as três Convenções sobre Biodiversidade, Alterações Climáticas e Desertiicação e Seca, a
Declaração sobre Florestas, tudo marcou uma mudança desde o Rio 92. Sobretudo a Agenda 21 –um
documento que visou traduzir em formas de actuação explícitas, a nível local e nacional, as decisões tomadas
pela conferência, e consagrou três princípios de sustentabilidade social que criaram fortes responsabilidades
e expectativas políticas: informação, integração e participação. Estes princípios apontavam para o
reforço do papel da sociedade civil e das ong, dos processos de capacitação gerados por melhor
educação e formação, e para o alargamento da voz pública aos excluídos e particularmente
às mulheres.
Mesmo que, ao cabo destes 20 anos, o desenvolvimento sustentável pareça um
horizonte ainda mais remoto, o grande legado que a Eco 92 nos deixou
foi a impossibilidade de fugir à realização do seu programa.
Apesar das crises, só nos resta retomar de
vez o io à meada.
Luisa Schmidt
Destacada periodista de la radio y igura de la televisión portuguesa. Socióloga ambiental, es autora de ocho libros sobre
medio ambiente, los cuales se han convertido en referencias indispensables para quienes investigan ese tema en Portugal.
Ganadora del Premio Internacional de Comunicación Ambiental y de varios reconocimientos más, por promover una amplia
investigación y debate público sobre el papel y las responsabilidades de los ciudadanos en lo que respecta al medio ambiente
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