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.