Los parques eólicos y placas fotovoltaicas son un gran ejemplo de las llamadas ERCN (Energía Renovable No Convencional) que dado el desafío que enfrentamos, la utilización de estos recursos resulta insuficientes para suplir la necesidad energética del país. Es por ello que generar “biocombustible” a base de biomasa ha sido la apuesta de muchos científicos actualmente para la generación de energía.

1. ALGAPOTENCIAL MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE
BIOCOMBUSTIBLE MEDIANTE PIROLISIS
Danny Mauricio Muñoz Lay

2. • Chile avanza hacia el desarrollo tanto por su calidad
de servicio y producción minera. La fuente
energética sigue siendo su talón de Aquiles, puesto
que se da una relación de dependencia respecto del
recurso gasífero y petrolero, por ende también de su
mercado.
• Es por esto que surge la necesidad de avanzar e
investigar sobre el desarrollo de nuevas energías,
más específicamente aquellas que sean de tipo
renovables a fin de producir energías limpias y que
además sean amigables con el medio ambiente.
• Los parques eólicos y placas fotovoltaicas son un
gran ejemplo de las llamadas ERCN (Energía
Renovable No Convencional) que dado el desafío
que enfrentamos, la utilización de estos recursos
resulta insuficientes para suplir la necesidad
energética del país.
• Es por ello que generar “biocombustible” a base de
biomasa ha sido la apuesta de muchos científicos
actualmente para la generación de energía.
INTRODUCCIÓN

3. • Aceites vegetales, la madera y algas han sido considerados
potenciales materias primas para la generación de biocombustible. Sin
embargo, las algas están recibiendo cada vez más atención por su
capacidad de fijación de CO2 y para el tratamiento de gases
provenientes de las termoeléctricas.
• En comparación con las plantas terrestres, las algas tienen los índices
de tasas más altas de crecimiento, menos requerimientos de tierra y
los métodos más flexibles para el cultivo.
• A esto se agrega que no existe competencia alguna entre las algas con
otros cultivos. Es por esta razón que el cultivo de algas no impactará
negativamente los precios de los alimentos o de otras actividades
humanas.

4. ALGAS
• Las algas son un grupo orgánico muy diverso. Los cuales
dentro de su diversidad se ordenan según su complejidad que
van desde seres microscópicos unicelulares hasta organismos
multicelulares que forman grandes colonias muy grandes y
vistosas.
• Además contienen hidratos de carbono, proteínas, lípidos y
nutrientes muy valiosos. En algunos casos, el contenido de
lípidos en micro algas puede alcanzar hasta el 70% de su peso
seco de biomasa.
• Su tasa de crecimiento puede ser 4 veces mayor respecto a
las plantas terrestres

5. ¿Cómo se obtiene el biocombustible desde
las algas?
Hoy en día existen muchas tecnologías de conversión de biomasa
que son aplicadas de acuerdo a la factibilidad económica y las
características del producto deseado.
• EXTRACCIÓN DE LIPIDOS: Para la producción de Biodiesel desde
las algas, éstas primero, se deben secar y desde ahí extraer con
solventes orgánicos los aceites de las células de las algas.
• Múltiples técnicas, incluidas la sonicación y tratamiento por
microondas han sido investigadas, siendo el microondas el método
más eficiente.
• No obstante, se ha observado que resulta difícil extraer
completamente el aceite intracelular a partir de algas de manera
económica.
• El rendimiento de extracción de aceite y la eficiencia dependen en
gran medida del método de extracción específico y las especies de
algas específicas.
• CONVERSIÓN BIOLÓGICA: La producción de Bioetanol es una
tecnología madurada que utiliza azúcares como el sustrato. Otro
método es la digestión anaeróbica a través de la descomposición de
materia orgánica en gas metano.

6. TERMODESCOMPOSICIÓN QUIMICA: Como casi dice
explícitamente el concepto, es la termo descomposición de la
materia orgánica de la biomasa, la cual es utilizada para
producir combustible.
Su principal ventaja es que este proceso se desarrolla en un
lapso menor si se compara con el tiempo empleado en uno de
conversión biológica.
Existen diversos procesos de termo descomposición ya sea
gasificación, conversión hidrotermica y “pirólisis”.
Algae Biomass
Transterisfication
Biodiesel
Thermochemical
Convertion
Gasification
Hydrothermal
Convertion
Pyrolysis
Syngas
Bio-Oil, Biochar
and Syngas
Biological
Convertion
Anaerobic
Digestion
Fermentation
Ethanol
Methane,
Hydrogen

7. PIROLISIS
• ¿Que es la PIROLISIS?
La Pirolisis es la termo descomposición mediante calor y
ausencia de oxigeno. La degradación de la biomasa en
biocombustible, carbón y gases.
Se considera que es uno de los enfoques térmicos
prometedores en la conversión de biomasa en energía y se ha
investigado ampliamente para la recuperación de energía a
partir de biomasa, tales como: lignocelulosa y lodos de aguas
residuales.
A diferencia de los materiales lignocelulósicos que están
compuestos principalmente de celulosa, hemicelulosa y
lignina, Las algas contienen principalmente hidratos de
carbono, proteínas y lípidos, compuestos que pirolizan más
fácilmente que las contenidas en los materiales
lignocelulósicos, especialmente aquellos con alto contenido de
lignina.

8. PIROLISIS
• La pirolisis es un proceso altamente complejo que está
influido por varios factores, entre ellos se encuentran las
propiedades, componentes de la materia prima y las
condiciones operacionales, principalmente temperatura
y presión.
• Precisamente la temperatura es el factor que más influye
en la variación de rendimiento de biocombustible
obtenido.
Es por esta razón que existe una gran gama de pirolisis,
dentro de aquellas que destacan está la “Fast-Pyrolysis
o Quick Pyrolysis” (fig. A)

9. FAST-PYROLYSIS
• La Fast-Pirolisis es la conversión térmica mediante un
calentamiento “instantáneo” de la biomasa.
• Tiene el potencial de convertir algas en biocombustible y
reemplazar a los combustible convencionales, pero el
contenido de nitrógeno en las algas se opone a esta idea.
Durante el proceso de pirólisis , el nitrógeno que proviene
principalmente desde las proteínas y los aminoácidos se
convierte en varios compuestos nitrogenados incluidos los
pirroles, nitrilos, índoles, piridinas y polímeros aromáticos.
• ¿Cuál es el problema?
Esta gran cantidad de nitrógeno no es deseable desde el
punto de vista de la combustión ya que se produce lo que
se conoce como “Óxidos de Nitrógeno”.
Los Óxidos de Nitrógeno no sólo irritan la mucosa, es más,
combinados con los Hidrocarburos contenidos en el smog
suspendido en la atmósfera más la humedad del aire,
produce Ácidos Nitrosos. Los cuales finalmente precipitan
sobre la tierra en lo que se denomina como lluvia ácida.

10. EXPERIENCIAS RESPECTO A LA
FAST-PYROLYSIS
• El 2012 se desarrollo experimentalmente una fast-pyrolysis de la
microalga llamada “Chlorella vulgaris” en Iowa State University,
Ames, United States. Esta microalga presento un 53% en
rendimiento de biocombustible, 31% de carbón y 10% de gas.
Cabe decir que dicha microalga no es una muestra representativa
debido a la variedad de algas existentes pero si es un índice
aproximado para debatir sobre el proceso.

11. PROPUESTA
• Hoy en día se puede contar con una serie de investigaciones
bastante significativas que se han dedicado al estudio de la
¨Pirólisis catalítica” que desoxigena estos compuestos
considerados nocivos, con el fin de producir una mejor calidad
de biocombustible.
• Varios tipos de catalizadores se han probado en estos estudios,
incluyendo óxidos metálicos, zeolitas, y metales de transición.
Dentro de estos catalizadores, la zeolita se ha investigado
ampliamente, debido a su capacidad de convertir compuestos
oxigenados derivados de la biomasa en hidrocarburos
aromáticos.
• Sin embargo, planteo en conocimiento un catalizador que ha
mostrado el mejor desempeño en términos de fracción de
rendimiento de los aromáticos. Además los catalizadores de
zeolita también son capaces de convertir los compuestos
nitrogenados derivados de la proteína en hidrocarburos
aromáticos. Mientras que la liberación de nitrógeno en forma de
amoníaco se puede utilizar como un fertilizante de nitrógeno.
Estos dos procesos adicionales mejorarían enormemente la
economía de una biorefinería de microalgas.

12. PROPUESTA
• En general, las alga se analizan mediante un “micropyrolizer (model
5200, CDS Analytical, Inc.)” que termodescompone la biomasa en
gases, luego estos gases son llevados a un cromatógrafo de gases
(GC-MS) para finalmente conocer la composición química de las algas.
• Teniendo conocimiento de aquello, se concluye si la alga es o no una
potencial materia prima para producir biocombustible.
• Sin embargo, el costo de estos equipos es bastante elevado, lo que en
cierta manera dificulta y condiciona su accesibilidad.
SOLUCIÓN
• Puedo diseñar un reactor de Fast-Pyrolysis del cual se puede obtener el
biocombustible de distintas algas. Mediante el balance de masa se
puede medir la cantidad de biocombustible obtenido, posteriormente se
procede al análisis del biocombustible a través de cromatografía liquida
(HPLC – LTI) y una bomba calorimétrica para conocer su composición
química y su poder calorífico para finalmente determinar si dicha alga es
potencialmente materia prima. La cualidad más atractiva de este
análisis es su bajo costo, lo que permite un acceso efectivo a este tipo
de energías no convencionales incluso en términos económicos se
garantiza su sustentabilidad a través de la optimización de los recursos
empleados.
• Como es una técnica recientemente desarrollada por la comunidad
científica, resulta pertinente continuar con el mejoramiento del proceso.
Para ello es necesario generar nuevos estudios en torno a este tema, a
los cuales a título personal pongo toda mi disposición y esfuerzo
asumiendo la responsabilidad como un compromiso que está a la altura
de este bello desafío.

13. CONCLUSION
• Las algas como materia prima, resulta ser un recurso altamente
rentable para la producción de biocombustibles, ya que puede
ser considerado un producto bajamente escaso, puesto que se
haya presente en lo extenso de todo el territorio en su zona
costera de norte a sur. Esta condición geográfica permite una
obtención del recurso a tratar de manera bastante accesible y
como alternativa, puede ser considerada también como una
opción viable, el cultivo de las microalgas.
• Si bien es cierto, actualmente en Chile ya se trabaja la obtención
de Biodiesel en las algas. No obstante, sabemos que la
extracción de lípidos en las algas es bastante difícil razón por la
cual es necesario trabajar e investigar la pirolisis como la nueva
alternativa de conversión de biomasa para la producción de
biocombustible.
• Hasta el momento, aunque se han llevado a cabo varios estudios
sobre la pirolisis de algas, el conocimiento respecto a este tema
resulta aún muy limitado y los fundamentos relativos a la pirolisis
de algas aún no han sido plenamente comprendidos, lo cual es
necesario seguir perfeccionándolo a través de la discusión y el
desarrollo científico.

14. EXPERIENCIA
• Desde el 20 de Diciembre del 2013 hasta el 31 de Marzo del
2014 trabajé como “Reseach Internship” en el laboratorio de
conversión de biomasa (Fig. 1) en la Universidad de Villanova,
Filadelfia Estados Unidos. Investigué y realice diferentes
ensayos de pirolisis con diferentes tipos de biomasa
ligninocelulósica, como lo son: el pino, phragmites (maleza),
roble y swich grass. Además junto a Dr. Justinus Satrio
trabajamos en el estudio y análisis de seis muestras de algas
como potenciales materias primas para la fabricación de
biocombustible mediante cromatografía de gases (GC-MS) y
TGA (análisis termo gravimétrico).
Figura 1: Laboratorio de conversión de biomasa en Villanova