Han desarrollado una tecnología electroquímica llamada electrodiálisis de membrana bipolar
Desde el aire que respiras hasta los productos de mar que comes, las algas marinas tienen cierta participación: consumen dióxido de carbono y producen oxígeno a través de la fotosíntesis y alimentan a peces y mariscos. Algún día, las algas marinas también podrían utilizarse para fabricar plásticos o combustibles ecológicos que estén ampliamente disponibles.
Pero el cultivo de algas con fines comerciales (llamado acuicultura) a menudo requiere una gran cantidad de dióxido de carbono para acelerar el crecimiento. Ese dióxido de carbono generalmente proviene de refinerías de gas natural, donde se comprime en tanques y se transporta para inyectarlo en estanques utilizados para cultivar algas. Procesar y transportar ese dióxido de carbono genera suficientes emisiones para anular cualquier beneficio de la eliminación de dióxido de carbono del cultivo de algas.
Entonces, ¿Cómo hacer que la acuicultura sea más neutra en carbono? Los investigadores del Departamento de Energía (DOE) del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL) de Estados Unidos pueden tener una respuesta: combinar el cultivo de algas con la eliminación de dióxido de carbono marino (mCDR).
Investigadores del laboratorio Sequim del PNNL demostraron que el subproducto ácido de un proceso electroquímico utilizado para aumentar la alcalinidad del océano se puede utilizar para cultivar más algas y más rápido.
Estos resultados no solo son una posible bendición para la industria de la acuicultura, sino que también podrían abordar la necesidad de una forma sostenible de utilizar el subproducto ácido, una barrera principal hoy en día para la ampliación de algunas técnicas electroquímicas de mCDR.
"Al unir los métodos tecnológicos y naturales de eliminación de dióxido de carbono, podemos crear un proceso más sostenible. Las algas neutralizan el ácido, haciendo que la corriente sea adecuada para regresar al océano, y el proceso combinado aumenta el dióxido de carbono total eliminado de la atmósfera", dijo Chinmayee Subban, químico del PNNL y coautor de la investigación.
Imagen: En la electrodiálisis de membrana bipolar, el agua de mar se bombea a través de un instrumento que utiliza electricidad para dividir el agua y eliminar el ácido. En teoría, el líquido alcalino resultante podría devolverse al océano para ayudarlo a absorber dióxido de carbono sin aumentar la acidificación del océano, mientras que el subproducto ácido podría usarse para la acuicultura sostenible. (Animación de Sara Levine | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico)
Eliminando ácido, produciendo base
La acidificación de los océanos es uno de los efectos más generalizados del cambio climático. El agua del océano es naturalmente ligeramente alcalina, pero a medida que absorbe el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera, su pH desciende, lo que provoca la acidificación del océano. El agua de mar ácida degrada el material que utilizan las criaturas marinas como caracoles, almejas y mejillones para construir sus conchas, así como las estructuras ramificadas y bulbosas de los corales.
Para eliminar la acidez del agua de mar, los científicos han desarrollado una tecnología electroquímica llamada electrodiálisis de membrana bipolar, que utiliza electricidad para dividir el agua de mar.
El proceso está relacionado con tecnologías ampliamente utilizadas para purificar agua potable o concentrar jugos de frutas. El sistema utiliza una combinación de electricidad y membranas para convertir el agua de mar en una corriente ácida, una corriente básica y una corriente desionizada. En teoría, las corrientes básica y desionizada podrían regresar al océano para aumentar su alcalinidad; este proceso se conoce como mejora de la alcalinidad del océano.
Agregar más alcalinidad al océano podría neutralizar el aumento de la acidez del océano. A su vez, el agua de mar más alcalina podría absorber dióxido de carbono adicional de la atmósfera sin exacerbar la acidificación. Es como tomar una tableta antiácido para la acidez de estómago: las moléculas básicas del antiácido reaccionan con el ácido del estómago y lo neutralizan.
Pero queda un gran desafío: ¿Qué hacer con los grandes volúmenes de corriente ácida generada por el proceso?
Ahí es donde entran las algas.
Imagen: Los investigadores descubrieron que las microalgas en un vaso de precipitados con agua de mar crecían tres veces más rápido con el subproducto ácido de un método electroquímico mCDR que las algas sin el ácido añadido. (Animación de Sara Levine | Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico)
El poder devorador de carbono de las algas
Las algas del océano son potencias fotosintéticas, devoran dióxido de carbono y producen enormes cantidades de oxígeno. De hecho, entre el 50% y el 60% del oxígeno en el aire que respiras en este momento probablemente fue producido por algas marinas, dijo Scott Edmundson, biólogo del PNNL-Sequim y coautor del nuevo artículo.
Debido a su capacidad para aspirar dióxido de carbono y crecer rápidamente, en los últimos años los investigadores han comenzado a explorar el cultivo de algas como una forma natural de eliminar el exceso de dióxido de carbono de la atmósfera.
"Podemos volvernos muy complicados en todas nuestras soluciones tecnológicas para capturar gigatoneladas de dióxido de carbono de la atmósfera, pero las algas y las plantas pueden usarlo en la fotosíntesis, que es este hermoso proceso natural que ya proporciona la base para la mayoría de nuestras necesidades humanas", dijo Edmundson.
En el laboratorio, los investigadores primero hicieron pasar agua de mar a través de un dispositivo electroquímico de mesa para producir la corriente ácida. Luego agregaron la corriente a matraces en los que se cultivaba Picochlorum celeri, una especie de microalga de rápido crecimiento.
El ácido reaccionó con el agua de mar para hacer que el dióxido de carbono estuviera más disponible, que luego las algas utilizaron para una fotosíntesis más rápida. En última instancia, los investigadores descubrieron que las algas alimentadas con el líquido ácido crecían aproximadamente tres veces más rápido que las algas que no lo recibían.
"Sabíamos que las algas necesitan dióxido de carbono. Sabíamos que se sabe que aumentan las tasas de crecimiento si se bombea ese dióxido de carbono desde un tanque a un estanque de crecimiento de algas. Pero el océano ya contiene una gran cantidad de dióxido de carbono", dijo Subban.
"El ácido es simplemente el catalizador que lo libera y, en este caso particular, demostramos que se puede utilizar esta corriente de ácido residual para cultivar más algas", dijo Subban.
Edmundson y Subban imaginan un futuro en el que la eliminación electroquímica del dióxido de carbono marino podría vincularse a la industria de la acuicultura para cultivar algas. Las algas podrían luego usarse para productos como biocombustibles o para alimentar mejillones y almejas para la industria del marisco.
Para evitar el cambio climático no será necesaria una sola tecnología, ni siquiera dos o tres, afirmó Edmundson. "Necesitamos pensar en ello como un ecosistema en lugar de tecnologías separadas".
La investigación ha sido publicada en Environmental Science & Technology Letters: Maximizing Marine Carbon Removal by Coupling Electrochemical and Biological Methods