Os biocombustíveis que movem carros, aviões a jato, navios e grandes caminhões vêm principalmente do milho e de outras safras agrícolas produzidas em massa. Mas pesquisadores do Instituto Wrigley de Estudos Ambientais da USC, com sede na Faculdade de Letras, Artes e Ciências da USC Dornsife, olharam para o oceano em busca do que poderia ser uma cultura de biocombustível ainda melhor: as algas marinhas.
Com informações de Gary Polakovic, University of Southern California para o Techxplore.
Cientistas do Instituto Wrigley de Estudos Ambientais da USC na Ilha de Santa Catalina, trabalhando com a indústria privada, relatam que uma nova técnica de aquicultura na costa da Califórnia aumenta drasticamente o crescimento de algas, produzindo quatro vezes mais biomassa do que os processos naturais. A técnica emprega uma engenhoca chamada “elevador de algas”, que otimiza o crescimento das algas flutuantes cor de bronze, elevando-as e baixando-as a diferentes profundidades.
As descobertas recém-publicadas da equipe sugerem que pode ser possível usar o oceano aberto para cultivar algas para biocombustíveis de baixo carbono, semelhante a como a terra é usada para colher matérias-primas de combustível, como milho e cana-de-açúcar – e com potencialmente menos impactos ambientais adversos.
O Conselho Nacional de Pesquisa indicou que a geração de biocombustíveis a partir de matérias-primas como milho e soja pode aumentar a poluição da água. Os agricultores usam pesticidas e fertilizantes nas plantações que podem acabar poluindo córregos, rios e lagos. Apesar dessas desvantagens bem evidenciadas, 7% do combustível de transporte do país ainda vem das principais safras de alimentos. E quase tudo é etanol à base de milho.
“Forjar novos caminhos para fazer biocombustível requer provar que novos métodos e matérias-primas funcionam. Este experimento na costa do sul da Califórnia é um passo importante porque demonstra que as algas podem ser gerenciadas para maximizar o crescimento”, disse Diane Young Kim, autora correspondente do estudo, diretor associado de projetos especiais do Instituto USC Wrigley e professor de estudos ambientais do Colégio de Letras, Artes e Ciências da USC Dornsife.
O estudo foi publicado em 19 de fevereiro na revista Renewable and Sustainable Energy Reviews . Os autores incluem pesquisadores da USC Dornsife, que abriga o Wrigley Institute, e da empresa Marine BioEnergy, Inc., sediada em La Cañada, Califórnia, que projetou e construiu o sistema experimental para o estudo e atualmente está projetando a tecnologia para fazendas de algas marinhas.
Algas marinhas são promissoras como cultivo de biocombustíveis
O governo e a indústria veem a promessa de uma nova geração de biocombustíveis ecológicos para reduzir as emissões líquidas de dióxido de carbono e a dependência do petróleo estrangeiro. Novos biocombustíveis podem complementar ou substituir a gasolina, o diesel, o combustível de aviação e o gás natural.
Se viver de acordo com seu potencial, as algas são uma opção mais atraente do que as plantações usuais de biocombustíveis – milho, canola, soja e switchgrass – por duas razões muito importantes. Por um lado, as safras oceânicas não competem por água doce, terras agrícolas ou fertilizantes artificiais. E, em segundo lugar, a agricultura oceânica não ameaça habitats importantes quando terras marginais são cultivadas.
Os cientistas se concentraram nas algas gigantes, Macrocystis pyrifera, a alga marinha que forma majestosas florestas subaquáticas ao longo da costa da Califórnia e em outros lugares e chega às praias em densos tapetes. Kelp é uma das plantas de crescimento mais rápido da natureza e seu ciclo de vida é bem conhecido, tornando-a propícia ao cultivo.
Mas cultivar algas exige a superação de alguns obstáculos. Para prosperar, a alga marinha precisa estar ancorada em um substrato e só cresce em águas ensolaradas até cerca de 18 metros de profundidade. Mas em oceanos abertos, a camada superficial iluminada pelo sol carece de nutrientes disponíveis nas águas mais profundas.
Para maximizar o crescimento neste ecossistema, os cientistas tiveram que descobrir como dar às algas um ponto de apoio para se apoiar, muita luz solar e acesso a nutrientes abundantes. E eles tinham que ver se as algas podiam sobreviver nas profundezas abaixo da superfície. Assim, a Marine BioEnergy inventou o conceito de ciclagem em profundidade da kelp, e os cientistas da USC Wrigley conduziram o teste biológico e oceanográfico.
O elevador de algas consiste em tubos de fibra de vidro e cabos de aço inoxidável que sustentam as algas em mar aberto . A alga marinha juvenil é fixada em uma viga horizontal e toda a estrutura é elevada e abaixada na coluna d’água por meio de um guincho automatizado.
A partir de 2019, mergulhadores de pesquisa coletaram algas silvestres, fixaram-nas no elevador de algas e depois as implantaram na costa noroeste da Ilha Catalina, perto da estação de campo marinho de Wrigley. Todos os dias, por cerca de 100 dias, o elevador elevava a alga marinha até perto da superfície durante o dia para que pudesse absorver a luz do sol e, em seguida, baixava para cerca de 260 pés à noite para que pudesse absorver nitrato e fosfato nas águas mais profundas. Enquanto isso, os pesquisadores verificaram continuamente as condições e a temperatura da água enquanto comparavam suas algas com grupos de controle criados em condições naturais.
“Descobrimos que as algas cicladas em profundidade cresceram muito mais rápido do que o grupo de controle de algas, produzindo quatro vezes a produção de biomassa”, disse Kim.
O impulso para desenvolver uma nova geração de biocombustíveis
Antes do experimento, não estava claro se as algas eram capazes de absorver os nutrientes com eficácia em ambientes profundos, frios e escuros. O nitrato é um grande fator limitante para plantas e algas, mas o estudo sugere que a alga marinha encontrou tudo o que precisava para prosperar quando mergulhada em águas profundas à noite. Tão importante quanto, a alga marinha foi capaz de suportar a maior pressão subaquática.
Brian Wilcox, cofundador e engenheiro-chefe da Marine BioEnergy, disse: “A boa notícia é que o sistema agrícola pode ser montado a partir de produtos prontos para uso sem novas tecnologias. Uma vez implementadas, as fazendas de ciclagem profunda podem levar a um novo caminho para produzir combustível acessível e neutro em carbono durante todo o ano. “
Cindy Wilcox, co-fundadora e presidente da Marine BioEnergy, estima que seria necessário um pedaço de oceano do tamanho de Utah para produzir biocombustível de algas suficiente para substituir 10% do petróleo líquido consumido anualmente nos Estados Unidos. Um Utah ocuparia apenas 0,13% do total do Oceano Pacífico.
O desenvolvimento de uma nova geração de biocombustíveis tem sido uma prioridade para a Califórnia e o governo federal. A Agência de Projetos de Pesquisa Avançada do Departamento de Energia dos Estados Unidos – Energia investiu US $ 22 milhões em esforços para aumentar as matérias-primas marinhas para a produção de biocombustíveis, incluindo US $ 2 milhões para conduzir o estudo do elevador de algas . O Departamento de Energia tem um estudo para localizar um bilhão de toneladas de matéria-prima por ano para biocombustíveis; Cindy Wilcox, da Marine BioEnergy, disse que o oceano entre a Califórnia, o Havaí e o Alasca poderia contribuir para esse objetivo, ajudando a tornar os Estados Unidos um líder nessa nova tecnologia de energia.
Mais informações: Ignacio A. Navarrete et al, Efeitos da ciclagem de profundidade na absorção de nutrientes e produção de biomassa na alga marinha gigante Macrocystis pyrifera, Renewable and Sustainable Energy Reviews (2021). DOI: 10.1016 / j.rser.2021.110747
