Ao cultivar algas em lagos ao ar livre como biocombustível de próxima geração, uma mistura naturalmente diversa de espécies ajudará a reduzir a chance de perda de safra, de acordo com um estudo financiado pelo governo federal por pesquisadores da Universidade de Michigan.

O petróleo biológico derivado de algas está sendo estudado como uma alternativa potencial de energia renovável aos combustíveis fósseis. O ecologista da U-M Bradley Cardinale e seus colegas descobriram que o cultivo de várias espécies de algas em 180 tanques semelhantes a aquários ajudou a estabilizar a produção de biocrude e tornou o sistema mais confiável e eficiente.

Enquanto o experimento foi conduzido dentro de casa, suas descobertas são relevantes para o cultivo ao ar livre, disse Cardinale, co-autor de um artigo publicado online recentemente na revista Ciência e Tecnologia Ambiental .

"Essas descobertas são importantes porque um dos nossos maiores desafios em tornar o biocombustível de algas acessível é melhorar a eficiência dos tanques de crescimento ao ar livre e prevenir quedas que arruínam as safras, " ele disse.

"As empresas gastam grandes quantias de dinheiro para configurar repetidamente esses tanques. Se a diversidade de espécies aumentar a eficiência e, ao mesmo tempo, reduzir a chance de um acidente, então também reduz custos, "disse Cardinale, professor da Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente da U-M e diretor do CILER, o Instituto Cooperativo de Limnologia e Pesquisa de Ecossistemas.

Surpreendentemente, os pesquisadores também descobriram que o cultivo de uma mistura de espécies de algas não aumentava a produção de biocrude em comparação com as espécies cultivadas sozinhas em monoculturas. Na verdade, a competição entre as espécies freqüentemente fazia com que as misturas produzissem menos biocrude do que cada espécie individualmente.

Esta descoberta contrasta com décadas de pesquisas ecológicas mostrando que as comunidades que contêm conjuntos mais diversos de plantas e animais são, na média, mais produtivo e mais eficiente no uso de recursos. Por causa deste trabalho anterior, os pesquisadores de algas U-M levantaram a hipótese de que uma mistura de espécies de algas seria mais produtiva do que uma única espécie. Mas não foi esse o caso.

"Nossos resultados sugerem que há uma compensação fundamental ao cultivar biocombustível de algas, "disse Anita Narwani, um ex-pesquisador de pós-doutorado da U-M na Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente e principal autor do estudo.

“Você pode cultivar culturas de uma única espécie que produzem altos rendimentos, mas têm um alto risco de quebra de safra. Ou você pode usar misturas de espécies que produzem rendimentos mais baixos, mas são muito menos propensos a falhar e são mais sustentáveis ​​ao longo do tempo”.

O trabalho da U-M foi financiado por US $ 2 milhões, bolsa de quatro anos da National Science Foundation. Concedido em julho de 2013, a bolsa pagou por um estudo de duas partes para identificar e testar grupos naturalmente diversos de algas verdes que podem ser cultivadas juntas para criar um alto rendimento, sistema ambientalmente sustentável e de baixo custo para produzir biocombustíveis de próxima geração.

A primeira fase do estudo envolveu o cultivo de várias combinações de seis espécies de algas de lago da América do Norte em 180 tanques semelhantes a aquários em um laboratório no porão do Edifício Dana da U-M, casa da Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente.

Cada tanque de 10 litros (2,2 galões) continha um, dois, quatro ou seis espécies de algas. Metade dos tanques recebeu uma temperatura constante de 71,6 graus Fahrenheit (22 C). A outra metade foi atribuída a um tratamento de temperatura variável para simular as condições externas. A temperatura oscilou entre 62,6 e 80,6 F (17 e 27 C) em intervalos semanais.

O experimento durou sete semanas e mostrou que as misturas de espécies de algas eram, na média, mais estável e confiável em face das flutuações de temperatura.

A segunda fase do projeto financiado pela NSF envolveu testes de campo das espécies de algas e misturas de espécies mais promissoras, cultivando-as ao ar livre em 80 tanques de fibra de vidro para gado no E.S. George Reserve, a 1, Estação biológica de 300 acres perto de Pinckney, Mich. Esse trabalho foi realizado no verão de 2016, e os resultados agora estão sendo analisados.

Em ambas as fases do estudo, colegas da Faculdade de Engenharia da U-M usaram uma técnica chamada liquefação hidrotérmica para medir a quantidade e qualidade dos óleos combustíveis, ou biocrude, produzidos pelas várias combinações de algas. Eles também estão comparando a capacidade de sistemas de uma e várias espécies de reutilizar e reciclar resíduos para crescimento adicional.

Suprimentos limitados de combustível fóssil, A crescente demanda global por energia e o aumento dos níveis atmosféricos de gás dióxido de carbono que retém o calor trouxeram recentemente os biocombustíveis derivados de algas para a vanguarda dos programas de pesquisa de energia renovável.

Contudo, uma série de obstáculos deve ser superada para tornar a produção em escala industrial de óleo de biomassa de algas viável e economicamente competitiva com o óleo cru de combustível fóssil. Quando cultivado em grandes lagos ao ar livre, as algas sofrem com as instabilidades das colheitas devido às variações da luz solar e da temperatura, bem como perturbações de pragas, doenças e outros invasores indesejados.

o Ciência e Tecnologia Ambiental papel, "Poder do plâncton:efeitos da biodiversidade de algas na produção e estabilidade do biocrude, "foi publicado online em 9 de novembro. O primeiro autor, Narwani, está agora no Instituto Federal Suíço de Ciência e Tecnologia Aquática. Os outros autores, além de Cardinale, são Aubrey Lashaway, da Escola de Recursos Naturais e Meio Ambiente, David Hietala do Departamento de Engenharia Química da U-M, e o ex-professor de engenharia da U-M Phillip Savage, agora na Pennsylvania State University.

A mesma equipe de pesquisa, com a adição do pesquisador de pós-doutorado do SNRE Casey Godwin, teve outro artigo do mesmo estudo publicado online em 29 de novembro na Bioresource Technology. Ele mostrou que quando os fertilizantes usados ​​para cultivar algas são reciclados em tanques contendo uma única espécie de algas, essas monoculturas frequentemente deixam de crescer - ou até mesmo morrem - ao tentar reciclar e reutilizar seu próprio fertilizante gasto.

Em contraste, misturas de algas não apenas sobrevivem com o fertilizante usado, mas prosperam na reciclagem de seus próprios nutrientes, frequentemente crescendo substancialmente mais biomassa reutilizando o mesmo fertilizante repetidamente.

"Ser capaz de reciclar nutrientes é importante porque o fertilizante é caro e porque os nutrientes não utilizados são a maior fonte de poluição para os riachos, lagos e oceanos, "Godwin disse." Nosso estudo mostra que diversas misturas de algas podem reduzir o uso de fertilizantes e reciclar nutrientes de uma forma que produz mais biocrude. "