Descubriendo el primer proyecto de biorrefinería algal de Canadá – La planta de demostración ACC
Nuevo año, nuevos sueños, nuevos
proyectos… Comenzamos el 2017 con varias entradas sobre tecnologías de
conversión de CO2. Hoy, en el primero de ellos, se ofrece una reseña
del primer proyecto de demostración de biorrefinería algal en Canadá. Incluye
una interesante entrevista con uno de los responsables del éxito de este atractivo
proyecto. Comencemos conociendo un poco más de sus antecedentes.
Antecedentes
El Gobierno de Canadá está
apoyando la investigación y el desarrollo de energías limpias en todas las
etapas del espectro de la innovación. En particular, está potenciando la
demostración de tecnologías en etapas ya avanzadas para acelerar la comercialización
y adopción de técnicas y métodos más limpios. En este sentido, en 2013, el
National Research Council de Canadá (NRC), Canadian Natural Resources Limited
(CNRL) y Pond Technologies anunciaban una inversión millonaria para construir y
operar una biorrefinería algal a escala demostración en Alberta.
Mientras se completaba la fase
inicial de ingeniería, la estrategia de implantación era reestructurada debido
a la evolución de las necesidades comerciales de los socios. CNRL pasaba a ser
un observador y St Marys Cement entraba a formar parte del consorcio. Así, en
2015, NRC, Pond Technologies y St Marys Cement culminaban los detalles para la
implantación de una biorrefinería algal en la cementera de St Marys Cement en
Ontario. Esta instalación de demostración con tecnología de conversión de
carbono basada en algas (“Algal Carbon Conversion”, ACC) reciclaría las
emisiones de CO2 generadas en la operación de la planta incorporándolas
en la biomasa algal.
Estado actual
Ahora, el esfuerzo de
colaboración está dando fruto y la instalación de demostración ACC está en funcionamiento.
En la planta, un fotobiorreactor de 25.000 litros está reciclando el dióxido de
carbono y otros contaminantes industriales aéreos en biomasa algal que puede
ser convertida en productos sostenibles, incluyendo combustibles renovables y
biomateriales. El lanzamiento de esta primera biorrefinería algal es un ejemplo
del compromiso del Gobierno canadiense con el impulso de la innovación en el
campo de las energías limpias en el país. En la entrevista abajo, se pueden
hallar más detalles sobre las tecnologías involucradas y las perspectivas de
futuro.
Figura 1. Fotografía tomada durante el ACC
Algal Biorefinery Showcase – 3 de noviembre de 2016 (cortesía del NRC)
Los socios y su participación
NRC es la principal organización de investigación y
tecnología del Gobierno de Canadá. Proporciona apoyo a la innovación,
investigación estratégica y servicios científicos y técnicos. El Programa "Algal Carbon Conversion" (ACC)
del NRC está ayudando a convertir emisiones de dióxido de carbono en biomasa
algal utilizable, combustibles renovables y otros bioproductos de alto valor
añadido. En este proyecto, NRC contribuye con su gran experiencia en biología,
cultivo y bioprocesado de microalgas y proveyendo las cepas de algas seleccionadas
y los recursos para gestionar y operar la biorrefinería a escala demostración.
Pond Technologies, fundada
en Toronto (Canadá) en el mes de mayo de 2007, es una empresa dedicada a la nutrición
y a la captura de dióxido de carbono. Su misión es usar las microalgas para
solucionar algunos de los mayores problemas a los que ese está enfrentando el
mundo hoy en día. Usando corrientes de CO2 como materia prima, Pond
ha desarrollado fotobiorreactores y sistemas de control patentados que permiten
obtener productos derivados de algas generando ingresos. Para reducir la
contaminación, Pond absorbe el CO2 contenido en las emisiones de grandes
instalaciones industriales, haciendo crecer algas para obtener biocombustibles
y bioplásticos y recuperar suelo. Para productos nutracéuticos, Pond usa CO2
con la calidad del empleado en el sector de las bebidas, haciendo crecer algas
para obtener aditivos alimenticios de alto valor.
St Marys Cement es una empresa líder del sector del cemento que opera en la
región de los Grandes Lagos. Desde 1912, St Marys Cement ha contribuido al
crecimiento y prosperidad de la región proveyendo material para mejora de
infraestructuras y nueva construcción. Hoy, St Marys Cement es parte de Votorantim Cimentos, una de los proveedores de material
de construcción más importantes del mundo. La biorrefinería a escala
demostración está ubicada en la planta de St Marys Cement en Ontario y se
alimenta con las emisiones de CO2 que se generan durante la
operación de la misma.
Entrevista al Dr. Stephen O’Leary
Para terminar, una entrevista al Dr.
Stephen O’Leary, Director del Programa Algal Carbon Conversion (Aquatic and
Crop Resource Development) del National Research Council de Canadá. Él responde
en detalle a preguntas sobre las características, las tecnologías y el futuro a
corto plazo de la biorrefinería algal.
Agradecimientos: Me gustaría agradecer a
Stephen y Meagan Sylvester (Relaciones Públicas y Comunicaciones, NRC) su colaboración en la preparación de esta entrada.
[BioRefineries Blog] La
biorrefinería algal ACC recicla las emisiones de CO2 procedentes de
la cementera de St Marys Cement en Ontario. ¿Es necesaria alguna clase de
pretratamiento de la corriente de gas antes de que se utilice para alimentar a
las algas? ¿Cuál es la capacidad de la planta en términos de CO2
capturado?
[Stephen O’Leary] No, nosotros no
pretratamos el gas antes de que sea introducido en el fotobiorreactor. Bajamos la
temperatura hasta 40ºC ó menos y corregimos el exceso de humedad mediante una
trampa de condensación pero no limpiamos los componentes gaseosos.
Monitorizamos la concentración de CO2, O2, NO, NO2,
y SO2 en el gas tal y como viene del horno. De manera similar, monitorizamos
el gas que sale del fotobiorreactor. Nuestro objetivo para el fotobiorreactor
de 25.000 L es producir 25 kg de materia seca de algas cada día, lo que
representa ~ 45 kg de CO2 reciclado al día mediante fotosíntesis. Se
trata de una escala de demostración precomercial.
[BRB] El corazón de la
instalación es un fotobiorreactor de 25.000 L. ¿Podrías explicar brevemente
cómo funciona? ¿Qué clase de algas se cultivan en el fotobiorreactor?
[SOL] Desde el exterior, el
fotobiorreactor parece una gran caja de acero de 5 m de alto, 2,5 m de ancho y
2 m de profundidad. En una de sus caras, están las tuberías y mangueras a través
de las cuales los gases y los líquidos son bombeados hacia dentro y fuera. En
la cara opuesta, están montadas una serie de luces LED de alta intensidad,
uniformemente espaciadas hacia arriba y hacia abajo y de un lado al otro,
orientadas hacia el tanque. Dentro del tanque, hay guías de luz tubulares que
dirigen la luz desde los LEDs y la dispersan completamente en el volumen del
cultivo de algas dentro del tanque. Los LEDs y las guías de luz así como el tanque
en sí, han sido diseñados y construidos por nuestro socio Pond Technologies.
Las algas son cultivadas dentro del PBR mediante la adición de agua,
nutrientes, luz (de los LEDs) y CO2 procedente del horno de la
caldera. El gas se introduce por la parte inferior del fotobiorreactor y las
burbujas que fluyen hacia arriaba mantienen el cultivo de algas bien mezclado.
Dentro del fotobiorreactor de
25.000 L, estamos cultivando cepas de microalgas que los científicos del NRC
han recogido en masas de aguas en un radio de 50 km de la planta piloto para
asegurar que son nativas de la región. Nosotros hemos aislado, identificado y preseleccionado
cepas según sus características positivas de crecimiento y tolerancia a los
gases de chimenea en la Marine Research Station del NRC en Ketch Harbour (Nueva
Escocia, Canadá). Hasta ahora, hemos estado cultivando principalmente cepas
nuevas de Chlorella y Scenedesmus en la planta piloto de St Marys.
[BRB] ¿Cuáles son las tecnologías
involucradas en las etapas de cosechado y deshidratación?
[SOL] Estamos usando tecnologías
convencionales de centrifugado y secado por calor para cosechar y deshidratar
las algas. El año que viene (refiriéndose al 2017), probaremos nuevas
tecnologías desarrolladas por los ingenieros del NRC que hacen uso de campos
eléctricos y nuevas tecnologías de disrupción celular para cosechar las células
de manera más eficiente en términos de coste y energía requerida, y para
procesar la biomasa cuando se concentra pero todavía sigue húmeda (suspendida
en líquido). No puedo hablar más de estas tecnologías por el momento.
[BRB] ¿Cuál es el concepto de
biorrefinería usado para valorizar la biomasa algal? En otras palabras, ¿cuáles
son los procesos utilizados y los bioproductos (biocombustibles, bioplásticos…)
obtenidos?
[SOL] Los productos finales para
cualquier planta concreta de conversión de dióxido de carbono basada en algas
depende de las necesidades de la industria huésped (el emisor de gases de
efecto invernadero al que la planta está conectado) y los mercados locales a los
que ellos pueden vender. Dentro del NRC, tenemos varios proyectos de I+D en
curso que exploran la viabilidad de la conversión de la biomasa algal en una
gran variedad de productos comerciales incluyendo: biocombustibles (biodiesel,
biometano, biopetróleo a partir de licuefacción hidrotérmica), productos para
mejora de los suelos, bioplásticos, productos químicos plataforma y piensos (en
algunos casos específicos).
[BRB] ¿Cuánto tiempo durarán las
pruebas? ¿Cuáles son los datos que están siendo monitorizados?
[SOL] La planta piloto ACC en St
Marys Cement está entrando ahora en la etapa de operación rutinaria y pruebas.
Esperamos estar recogiendo datos de esta instalación de demostración durante 8 –
12 meses. Monitorizaremos la velocidad de crecimiento de las algas, el
rendimiento y el consumo de CO2 así como el consumo de electricidad
y el coste para operar el equipamiento de cultivo y cosechado. Aguas abajo,
estamos recogiendo datos para posibles usos comerciales de la biomasa producida
a través de su conversión en biocombustibles, bioplásticos…
[BRB] Acerca del futuro cercano,
¿se espera escalar la instalación y/o implementar el mismo modelo en otras
plantas cementeras? ¿Cuáles son los siguientes pasos?
[SOL] El fotobiorreactor actual
de 25.000 litros es una unidad precomercial. Dentro de un año, esperamos
comenzar a trabajar con Pond Technologies en la implementación de una unidad a
escala comercial, probablemente cercana al millón de litros en volumen, Esta
unidad será instalada en una cementera o en una planta eléctrica municipal,
pero realmente podría ubicarse en cualquier sitio en el que hubiese disponibles
las emisiones gaseosas apropiadas. Nosotros también nos hemos asociado con Pond
Technologies, la Ciudad de Markham y Markham District Energy la competición
Carbon XPRIZE que nos permitirá implementar esta tecnología en una planta
eléctrica de gas natural en Alberta (Canadá) en 2018-2019 (más información
sobre la competición Carbon XPRIZE aquí).
[BRB] ¿Podrías compartir tus
pensamientos sobre la visión del Programa ACC y su impacto en la bioeconomía
canadiense?
[SOL] La visión del programa ACC es que el NRC trabaje con la industria
canadiense para enfrentarse al problema de las emisiones de CO2 y a
la vez generar oportunidades económica y ambientalmente sostenibles para las
empresas canadienses. El programa ACC aspira a colocar a Canadá como líder
mundial en la conversión de dióxido de carbono en biomasa algal,
biocombustibles renovables, biomateriales sostenibles y otros productos de alto
valor añadido a través de biorrefinerías algales integradas con las industrias
canadienses. Esperamos que Canadá se convierta en un desarrollador y exportador
líder a nivel mundial de tecnologías ambientales, incluyendo tecnologías ACC,
que reducirán la huella ambiental de industrias convencionales emisoras de dióxido
de carbono creando de manera simultánea una nueva fuente de bioproductos
sostenibles con su propio valor económico.
