Por mi formación en ingeniería (química) y biotecnología (aplicada) tengo una visión particular acerca del uso eficiente de los recursos disponibles (sobre todo los naturales) para el aprovechamiento (igualmente eficiente) en la producción de energía, la cual quisiera compartir con ustedes. Con la esperanza de que alguien más se interese en este tipo de iniciativas. Y quizás las mejore. O proponga otras aún mejor.

Para entender el problema hay que empezar por entender que este deriva y es consecuencia directa del uso ineficiente de los recursos disponibles para llevar a cabo los diferentes procesos industriales y productivos requeridos para obtener la energía. O del producto que la generará; por ejemplo, un combustible.

Irónicamente, eso se da porque desperdiciamos mucha energía que podríamos aprovechar en hacer más eficientes y productivos los procesos. Y cito un ejemplo concreto, la producción de energía eléctrica a partir de combustión de combustibles fósiles en plantas generadoras térmicas o centrales termoeléctricas. Ya que, básicamente, el funcionamiento de este tipo de centrales es el mismo independientemente del combustible que se consuma.

Entonces lo que marca la diferencia son dos cosas: el o los ciclos térmicos involucrados y la integración o no de otros procesos que incrementen la eficiencia y la productividad como la cogeneración eléctrica. Y es que, en ese sentido, todavía existen, alrededor del mundo, muchas centrales que operan bajo un ciclo convencional de caldera de vapor. Habiendo la posibilidad de operar bajo un ciclo combinado, incluyendo una turbina de gas, además del ciclo de vapor. Lo que, además de incrementar la eficiencia y la productividad, redunda en mayor ganancia y menor costo de producción. También reduce la emisión de gases de efecto invernadero.

Pero hay más, aparte de mejorar la eficiencia y la productividad y reducir la contaminación atmosférica. El uso del ciclo combinado también tiene un beneficio más, el incremento del calor residual producido al gasificar en vez de incinerar, es tan alto que, puede ser utilizado para calentar el agua de algún otro proceso industrial que la requiera, incluyendo un proceso de cogeneración térmica.

Y aún hay más, y aquí entra mi visión particular. El dióxido de carbono (CO2) liberado luego del proceso de combustión puede ser utilizado para alimentar microalgas oleaginosas cuyos componentes (aceites, azúcares y fibra vegetal) pueden utilizarse en la producción de biodiésel, bioetanol y biogás. Con un volumen de producción, muchas, pero muchas veces, mayor al obtenido de cultivos tradicionales como la palma o el maíz. Y la fibra vegetal obtenida, que no es poca, utilizada para producir alimento para la producción vacuna. Ya que está demostrado que su consumo enriquece y aumenta la producción de leche.

Microalgas

Así que, empecemos por explicar cómo es y en qué consiste el proceso de producción de biocombustibles a partir de microalgas.

Las microalgas son organismos eucariotas microscópicos (de 2 a 200 μm) fotosintéticos, autótrofos o heterótrofos, con gran capacidad de consumir CO2 y transformarlo en biomasa mediante el proceso de la fotosíntesis y el aprovechamiento de la energía solar.

Eso se traduce en que tienen tasas de crecimiento muy altas y tiempos de duplicación muy bajos. Tanto que en su fase exponencial de crecimiento llegan al rango de días.

Si a eso sumamos que acumulan en su cuerpo gran cantidad de aceite (triglicérido), así como azúcares (almidones) y que su corteza o pared celular tiene gran cantidad de fibra vegetal, ya vamos entendiendo por qué estos microrganismos superan por mucho a los cultivos vegetales tradicionales en su capacidad para producir biocombustibles.

Fácil y sencillo, el bioproceso de producción de biocombustibles a partir de microalgas es así. Una vez cosechas las microalgas, se les retira el agua en exceso y luego se lisa (rompe) la célula y se separan sus componentes principales: aceite, azúcares y fibra vegetal. El aceite se destina a la producción de biodiesel; los azucares a producir etanol y la fibra vegetal como alimento rico en fibra para alimentación animal (aunque también puede ser humana).

Para producir el biodiesel, el aceite triglicérido debe sufrir una transformación química, ya que es muy pesado y viscoso. Se deben separar las tres cadenas de hidrocarburo del cuerpo del glicerol. A eso se llama transesterificación. Los aceites simples ya separados son el biodiesel. Y el glicerol se transforma químicamente en metanol para ser reutilizado luego en el proceso de transesterificación. O bien se puede bioconvertir en etano por bi-digestión en un biodigestor (valga la redundancia), o en etanol por fermentación aeróbica.

También por fermentación aeróbica los azúcares de las microalgas se bioconvierten en etanol. Y por biodigestión la fibra vegetal en biogás. Si es que no se usa como alimento.

Veamos ahora el proceso químico de conversión de basura orgánica en combustible sintético. Se trata de un proceso inventado por los alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch en 1925 que utiliza como reactivo una corriente de gas de síntesis (CO y H2), para producir de hidrocarburos líquidos como gasolina, keroseno, gasoil y lubricantes.

Pero lo interesante es que el gas de síntesis se produce por la gasificación, esto es, por la combustión de materia orgánica, usualmente carbón o gas natural, a muy alta temperatura, lo cual la separa en sus componentes básicos: el CO y el H2. Pero esa materia orgánica también puede ser basura orgánica de todo tipo, seca y comprimida. Lo cual daría una nueva dimensión al uso y reciclaje de la basura orgánica.

Integración

¿Cómo se pueden integrar tanto los procesos químicos como los biológicos en un solo concepto? En realidad, no es tan complicado.

Se debe iniciar con la recolección y la separación de la basura orgánica para su utilización como materia prima en el proceso de gasificación en altos hornos que la convertirán en gas de síntesis (CO + H2). Este proceso técnicamente se conoce como gasificación de la biomasa.

El gas de síntesis se transporta al proceso de Fischer-Tropsch como reactivo que una serie de reacciones químicas (5) convertirán en parafinas y olefinas líquidas. En otras palabras, los productos: gasolina, keroseno, gasoil y lubricantes.

Antes de obtenerse el producto final del gas de síntesis, la combustión completa de la biomasa produce CO2, N2 y vapor de agua (H2O) como productos. En esta etapa se puede derivar (separar) una corriente de CO2, para alimentar las microalgas (previo su enfriamiento y purificación, claro está).

Para lograr el máximo crecimiento y productividad en la producción de las microalgas y de su contenido de aceite, el bioproceso debe ser continuo y realizado en fotobiorreactores especialmente diseñados para ese propósito.

Aparte de eso, los procesos de lisis (rompimiento celular), separación de los componentes (aceite, azúcares y fibra vegetal) y transesterificación (separación de los aceites simples y el glicerol) deben realizarse de manera automatizada y de forma que no interrumpan o interfieran con el proceso de producción continuo de las micro algas.

Una vez hecho eso, los productos deben ser terminados (biodiésel), reutilizados (fibra vegetal), o bien, convertidos (químicamente) o bioconvertidos (biológicamente) en otros productos utilizables.

En este caso, el glicerol (producto) pueden ser convertido químicamente en metanol y otros productos. Y los azúcares (almidones) bioconvertidos por fermentación en alcohol.

Ídem, la fibra vegetal, si no se utiliza como alimento para animales, puede ser bioconvertida en biogás (CH4) en un biodigestor.

Como se mencionó antes, el calor residual del proceso de gasificación en cual es muy alto, puede ser utilizado para generar electricidad en un ciclo combinado y mejorado de turbinas de gas y de vapor.

Y a su vez, el calor residual de estos ciclos térmicos, utilizado para calentar agua para diversos procesos. O bien, para la calefacción de las micro algas en el invierno.

Surge entonces la pregunta: ¿por qué no se ha hecho? Y la respuesta como siempre tiene que ver, por un lado, con los intereses económicos del poderoso sector petrolero. Y, por el otro, con que los costos de producir (sintetizar) combustibles son mayores que los de extraerlos y refinarlos. Y, aunque me duele decirlo, con que los costos iniciales de diseñar y construir el sistema de fotobiorreactores es muy alto. Y a pesar de que la inversión se recuperaría en el corto-mediano plazo, muchos inversionistas no están dispuestos a correr el riesgo. Y prefieren ir a la segura, aunque eso signifique ir contra el ambiente y la salud.