Algae & Aquatic Biomass

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EL REEMPLAZO DE PLÁSTICO CON ALGAS ESTÁ REVOLUCIONANDO LA SOSTENIBILIDAD

¿Pueden los materiales derivados de algas reemplazar realmente a los plásticos convencionales? Este artículo investiga el potencial transformador del reemplazo del plástico por algas, su proceso de producción y por qué ejemplifica el cambio hacia materiales sustentables, preparando efectivamente el escenario para una exploración detallada de esta innovación fundamental.

CONCLUSIONES CLAVE


BIOPLÁSTICOS A BASE DE ALGAS: UNA ALTERNATIVA SOSTENIBLE

Los bioplásticos derivados de algas se están convirtiendo en una potente herramienta para el desarrollo sostenible. Al ofrecer una funcionalidad similar a la de los plásticos a base de petróleo, aportan la ventaja adicional de ser respetuosos con el medio ambiente debido a su naturaleza biodegradable. Este nuevo material, derivado de las humildes algas del ecosistema marino, tiene el potencial de revolucionar industrias desde el embalaje hasta la automoción, al tiempo que reduce nuestra dependencia de fuentes no renovables.

La ingeniería genética permite la síntesis de compuestos esenciales como el PHB a partir de algas, que son cruciales para la producción de bioplásticos avanzados. Además, el proceso de cultivo de microalgas se puede mejorar con la suplementación con dióxido de carbono, aprovechando su capacidad de fotosíntesis para aumentar la producción de biomasa y lípidos. Estos avances están allanando el camino para que los bioplásticos a base de algas contrarresten el desafío global de la contaminación plástica.

VENTAJAS DE LAS ALGAS SOBRE LAS MATERIAS PRIMAS TRADICIONALES

Las ventajas de utilizar algas como materia prima para la producción de biocombustibles son múltiples. A diferencia de las materias primas tradicionales, el cultivo de algas ofrece los siguientes beneficios:

Las algas exhiben altos rendimientos de biomasa y crecen entre 5 y 10 veces más rápido que los cultivos alimentarios, lo que mejora significativamente su eficiencia y potencial como fuente sostenible de materias primas. Además, la capacidad de las algas para crecer en diversos cuerpos de agua, incluidos aquellos no aptos para otros fines, contribuye a su rápido crecimiento y alto rendimiento sin aportes de recursos adicionales. La producción de bioetanol a partir de algas, por tanto, se perfila como una opción sostenible y respetuosa con el medio ambiente.

TIPOS DE BIOPLÁSTICOS A BASE DE ALGAS

La versatilidad de las algas se extiende a la producción de diversos tipos de bioplásticos. Varios componentes de la biomasa de algas, incluidos:

sirven como elementos fundamentales en la producción de bioplásticos. Dentro de las células de las microalgas se pueden producir polímeros biodegradables como polihidroxialcanoatos (PHA) y polihidroxibutiratos (PHB), lo que mejora aún más el potencial de los bioplásticos a base de algas.

La fabricación de compuestos bioplásticos implica mezclar biomasa de microalgas con petróleo o polímeros y aditivos de origen biológico, utilizando técnicas como moldeo por compresión y mezcla por fusión. Este proceso se puede optimizar aún más mediante la incorporación de plastificantes y compatibilizadores, lo que permite la creación de propiedades personalizadas en los bioplásticos. A medida que continúen los avances en la ingeniería genética y los métodos de biorrefinería, se espera que la sostenibilidad de la fabricación de bioplásticos mejore significativamente, apoyando aún más la adopción de bioplásticos a base de algas.

CRISIS DE LA CONTAMINACIÓN PLÁSTICA: LA NECESIDAD DE UN CAMBIO

La creciente crisis de la contaminación plástica es una preocupación global que exige atención inmediata. Cada año, entre 19 y 23 millones de toneladas de desechos plásticos se filtran a los ecosistemas acuáticos, contaminando lagos, ríos y mares. Esta contaminación altera los hábitats y los procesos naturales, reduciendo la capacidad de los ecosistemas para adaptarse al cambio climático.

Además, los desechos plásticos, incluidas las películas plásticas, afectan directamente los medios de vida, la capacidad de producción de alimentos y el bienestar social de millones de personas. Los riesgos ambientales, sociales, económicos y para la salud de los plásticos son sustanciales y exigen atención urgente junto con otros factores de estrés ambiental como el cambio climático, la degradación de los ecosistemas y el uso de recursos.

La necesidad de alternativas sostenibles como los bioplásticos a base de algas, en consonancia con los objetivos de desarrollo sostenible, nunca ha sido más apremiante.

START-UPS DE REEMPLAZO DE PLÁSTICO DE ALGAS

Varias empresas destacadas están a la vanguardia de la transformación de las algas marinas en alternativas al plástico, y cada una ofrece soluciones e innovaciones únicas en este campo emergente:

Tanto Evoware como Loliware están a la vanguardia de la innovación en la creación de alternativas sostenibles a los plásticos tradicionales, aprovechando las propiedades únicas de las algas para desarrollar productos que sean biodegradables y respetuosos con el medio ambiente.

Evoware , cofundada por David Christian, es una empresa centrada en la sostenibilidad que se especializa en crear alternativas ecológicas a los plásticos de un solo uso. Su gama de productos incluye bolsas sin plástico hechas de yuca, pajitas desechables de arroz y vasos y envoltorios hechos de algas. Evoware tiene la visión de prevenir el daño ambiental causado por los plásticos de un solo uso y capacitar a personas y empresas para que opten por materiales sostenibles. Han ganado reconocimiento a nivel mundial y tienen presencia de distribución en países como Indonesia, Australia y Arabia Saudita.

Por otro lado, Loliware es conocida por sus innovadores biomateriales de algas impulsados ​​por IA. Sus resinas patentadas Sea Technology son una nueva categoría de resinas elaboradas a partir de algas marinas regenerativas cultivadas en el océano que capturan carbono. Los productos de Loliware incluyen Blue Carbon Straw, que está totalmente comercializado y verificado como libre de plástico. La empresa enfatiza los beneficios ambientales de las algas marinas, como la lucha contra el cambio climático, la contribución a la salud de los océanos y el suelo, y ser una opción de embalaje regenerativa y sin árboles. Los productos de Loliware están diseñados para desaparecer, alineándose con el objetivo de avanzar hacia un futuro sin plástico.

La necesidad de alternativas sostenibles como los bioplásticos a base de algas no es sólo una necesidad ambiental, sino un imperativo de salud pública.

EL PAPEL DE LAS ALGAS EN LA BIODEGRADACIÓN DEL PLÁSTICO

Las algas son un componente crítico en la biodegradación natural del plástico. Secretan enzimas que son clave para descomponer los polímeros plásticos, iniciando el proceso de biodegradación. La colonización de algas en superficies plásticas es un fenómeno natural que marca el inicio del proceso de biodegradación del plástico.

En los hábitats marinos, donde se acumula la mayoría de los desechos plásticos, las algas no requieren fuentes de carbono orgánico, lo que las convierte en un agente biológico eficiente para la biodegradación de los plásticos en estos ambientes. La interacción entre las enzimas de las algas y los polímeros plásticos desencadena el proceso de biodegradación, donde las algas promueven la descomposición de los polímeros al debilitar los enlaces químicos del polímero, usándolos como fuentes de carbono. A través de la producción de enzimas y la colonización de superficies plásticas, las algas ofrecen una solución natural para reducir los desechos plásticos en el medio ambiente.

DESCOMPOSICIÓN ENZIMÁTICA DE PLÁSTICOS

La biodegradación de plásticos por algas es un proceso en el que las enzimas producidas por las algas interactúan con los polímeros plásticos, provocando su descomposición. Se han identificado enzimas como la cutinasa, la lipasa y la esterasa por su capacidad para degradar oligómeros o polímeros sintéticos debilitando los enlaces químicos del plástico.

Mediante técnicas de modificación genética, las microalgas pueden transformarse en fábricas de células microbianas que producen y secretan mayores cantidades de enzimas que degradan el plástico. Esta descomposición enzimática de los plásticos por parte de las algas conduce a la transformación de los desechos plásticos en metabolitos como agua, dióxido de carbono y nueva biomasa, mitigando el impacto ambiental y contribuyendo positivamente a los ciclos ecológicos.

COLONIZACIÓN DE ALGAS EN SUPERFICIES PLÁSTICAS

Las algas pueden colonizar sustratos artificiales, como superficies de polietileno, en diversos entornos, incluidas las aguas residuales, y estas algas normalmente no son tóxicas. El proceso de colonización de microalgas en microplásticos varía con el tiempo, generalmente se estabiliza en biopelículas maduras y está influenciado por factores ambientales como:

Los microplásticos en ambientes acuáticos crean nuevos nichos que invitan a la colonización por diversas comunidades de microalgas, que no muestran especificidad por polímeros plásticos particulares. La degradación de la superficie es evidente en las secciones transversales de láminas de polietileno colonizadas por algas. Especies de algas específicas, como Anabaena spiroides, degradan significativamente el polietileno y cianobacterias de agua dulce no tóxicas como Phormidium lucidum son capaces de biodegradar el polietileno de manera eficiente sin tratamiento previo.

PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE ALGAS

Otro campo de investigación prometedor es la producción de biocombustibles a partir de algas. Ciertas cepas de microalgas contienen un contenido de aceite de hasta el 80% en peso seco y pueden reproducirse rápidamente, lo que las convierte en fuentes prolíficas para la producción de biocombustibles. La producción de biocombustibles de algas utiliza principalmente fotobiorreactores y sistemas de estanques abiertos, y los fotobiorreactores proporcionan una mayor productividad de la biomasa, aunque con mayores costos y desafíos de escalabilidad. El Laboratorio Nacional de Energías Renovables está investigando activamente estos métodos para optimizar el proceso.

El proceso de recolección de microalgas implica técnicas como la sedimentación por gravedad o la centrifugación, seguidas de la extracción de aceite mediante métodos de extracción con disolventes. Sin embargo, la rentabilidad de la producción de petróleo a base de algas depende en gran medida de los precios del petróleo; debe costar menos de 2,59 dólares el galón para competir con un precio del petróleo de 100 dólares el barril. A medida que continúa la investigación, se están explorando tecnologías de conversión innovadoras, como la licuefacción hidrotermal, para mejorar la conversión de biomasa de algas húmedas en biocrudo, lo que podría agilizar el proceso de conversión de algas a biocombustible.

ETANOL CELULÓSICO

La producción de etanol celulósico a partir de biomasa celulósica, como las algas, es un campo emergente que ofrece ventajas potenciales sobre la extracción de petróleo para biodiesel. Tanto las microalgas como las macroalgas pueden utilizarse para convertir biomasa para la producción de bioetanol debido a sus reservas de almidón y celulosa en las paredes celulares, aptas para la fermentación de levaduras.

Tipos específicos de microalgas verdes, como Chlamydomonas reinhardtii, Chlorococcum humicola y Chlorella vulgaris, se destacan por su alto contenido de almidón/glucosa y se consideran para la producción de etanol celulósico. El proceso de pretratamiento para convertir la biomasa de algas en glucosa para la fermentación implica pasos como la licuefacción usando alfa-amilasas y la posterior sacarificación con amiloglucosidasa.

Las paredes celulares de algas, particularmente de ciertas cepas con bajo contenido de lignina y hemicelulosa, se están considerando como materias primas para bioetanol de tercera generación debido a su procesamiento más fácil para la producción de etanol.

BIODIÉSEL DE ALGAS

El biodiésel derivado de algas es otra alternativa sostenible a los combustibles fósiles, incluido el diésel de petróleo. Este combustible renovable, catalogado como uno de los biocombustibles líquidos, se deriva del componente lipídico de las microalgas, concretamente de los tricilgliceroles, mediante un proceso de transesterificación para formar ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), constituyendo la estructura química del biodiesel. Como resultado, el biodiesel derivado de algas se considera una opción prometedora entre los combustibles líquidos.

La producción óptima de aceite en microalgas para biodiesel está influenciada por factores como:

Estos factores pueden afectar el crecimiento de las microalgas y la síntesis de lípidos. Sin embargo, la recolección de aceite de microalgas para la producción de biodiesel plantea desafíos debido al pequeño tamaño de las células de los organismos. Se utilizan técnicas como floculación, flotación y centrifugación para una separación eficiente de la biomasa.

A pesar de estos desafíos, el potencial de las algas como fuente de biodiesel se ve subrayado por su mayor rendimiento de aceite en comparación con los cultivos tradicionales y la viabilidad de un enfoque de biorrefinería integrada, que puede reforzar tanto la viabilidad económica como la sostenibilidad ambiental de la producción de biocombustibles de microalgas.

DESAFÍOS Y PERSPECTIVAS DE FUTURO

A pesar del inmenso potencial de los bioplásticos y biocombustibles a base de algas, aún quedan varios desafíos importantes por abordar. La producción de bioplásticos a base de algas enfrenta actualmente desafíos económicos como altos costos y la necesidad de un desarrollo sustancial de infraestructura, lo que resulta en una menor competitividad en comparación con los plásticos convencionales. Los avances e innovaciones tecnológicos, incluido CRISPR-Cas9, son clave para mejorar la viabilidad económica de los bioplásticos de algas ; sin embargo, estas tecnologías aún se encuentran en etapas iniciales y requieren más investigación y desarrollo.

Los investigadores también deben abordar desafíos importantes en la selección de cepas de algas adecuadas y la gestión de emisiones nocivas durante la producción de bioplásticos para garantizar una producción sostenible que cumpla con los estándares ambientales. La optimización del proceso de producción de bioplásticos a base de algas es esencial para alcanzar niveles comerciales que satisfagan la creciente demanda de materiales sostenibles.

Las investigaciones futuras deberían centrarse en:

IDENTIFICACIÓN DE CEPAS DE ALGAS ADECUADAS

Un desafío clave en la producción de sustitutos del plástico de algas es la selección de cepas de algas adecuadas. Se requieren altos rendimientos de precursores de bioplásticos, lo que dificulta el proceso de selección. Sin embargo, las herramientas biotecnológicas avanzadas, incluida la ingeniería genética y CRISPR-Cas9, son fundamentales para desarrollar cepas de microalgas personalizadas.

Mediante modificaciones genéticas, las microalgas se pueden optimizar para producir mayores niveles de precursores de bioplásticos como PHA y PHB, que son esenciales para la producción de bioplásticos. A medida que continúe la investigación en esta área, se espera que la identificación y optimización de cepas de algas adecuadas se vuelvan más eficientes y efectivas.

ALGAS PARA LIMPIAR LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE

Los científicos chinos están utilizando activamente algas para combatir la contaminación del aire, un proyecto dirigido por el Instituto de Hidrobiología de la Academia China de Ciencias. Este enfoque innovador implica el desarrollo de una nueva cepa de microalga que muestra una alta eficiencia en el consumo de óxidos de nitrógeno, un componente importante del smog. La eficiencia de estas microalgas en la reducción de óxidos de nitrógeno puede alcanzar hasta el 96%.

Este método no sólo reduce las emisiones industriales de una forma rentable y respetuosa con el medio ambiente, sino que también genera biomasa de algas. Esta biomasa se puede utilizar y vender y, lo que es más importante, se puede procesar para obtener biocombustibles, alimentos para peces, fertilizantes, suplementos para la salud y una variedad de otros productos. El método de limpieza a base de algas es más seguro, requiere menos energía que los métodos tradicionales y produce subproductos valiosos.

APLICACIONES E INNOVACIONES DEL MUNDO REAL

Los bioplásticos y biocombustibles a base de algas han trascendido el ámbito de los conceptos teóricos y ya se utilizan en el mundo real. Los bioplásticos a base de algas se utilizan actualmente en materiales de embalaje y artículos desechables debido a su biodegradabilidad y menor impacto ambiental en comparación con los plásticos tradicionales. La investigación y el desarrollo en la producción de biocombustibles a partir de algas han llevado a la creación de bioetanol y biodiesel, que ahora se están probando como combustibles renovables en varios sectores del transporte.

En la industria automotriz, existe un interés creciente en el uso de bioplásticos de algas en piezas e interiores de automóviles para reducir el peso de los vehículos y así mejorar la eficiencia del combustible. Los biocombustibles derivados de algas tienen el potencial de reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero cuando se utilizan en el transporte terrestre, marítimo y aéreo, ofreciendo una alternativa sostenible a los combustibles fósiles.

PRODUCTOS DE CONSUMO

Los bioplásticos derivados de algas ofrecen soluciones ecológicas para la industria del embalaje debido a su biodegradabilidad, contribuyendo a la reducción de la contaminación plástica. Innovadores como Ari Jónsson han desarrollado botellas a base de algas que se biodegradan cuando están vacías, desafiando al mercado de las botellas desechables con una alternativa sostenible. Eric Klarenbeek y Maartje Dros fundaron AlgaeLab, creando productos bioplásticos a base de almidón a partir de algas, lo que demuestra el potencial de sustitución de los plásticos tradicionales.

Incluso se pueden crear juguetes y otros artículos de consumo a partir de bioplásticos derivados de especies de microalgas como Chlorella, Spirulina y Nannochloropsis. Los bioplásticos a base de algas están demostrando ser una alternativa viable y sostenible para una variedad de productos de consumo .

REEMPLAZO DE ENVASES Y PLÁSTICOS DE UN SOLO USO

Los sustitutos del plástico a base de algas presentan una alternativa sostenible a los plásticos de un solo uso. Estos materiales biodegradables se pueden utilizar en una variedad de aplicaciones, similares a los plásticos convencionales. Por ejemplo, se pueden fabricar bolsas pequeñas para envasar alimentos, bolsas de compras e incluso envases de plástico moldeados a medida para adaptarse a los productos a partir de materiales derivados de algas. Esta flexibilidad de uso, combinada con su naturaleza ecológica, los convierte en una solución prometedora para reducir los residuos plásticos. Al reemplazar los plásticos a base de petróleo por otros a base de algas, podemos disminuir significativamente el impacto ambiental asociado con los plásticos de un solo uso.

TRANSPORTE

Los biocombustibles a base de algas tienen el potencial de revolucionar el sector del transporte. Algunos beneficios del biodiesel derivado de algas incluyen:

La industria de la aviación está invirtiendo activamente en biocombustibles a base de algas para aviones con el apoyo de varias aerolíneas y partes interesadas, con el objetivo de aumentar las tasas de adopción en línea con el objetivo de la Asociación Internacional de Transporte Aéreo de un uso de biocombustibles del 2 % para 2025. Los biocombustibles a base de algas, en particular como combustible de aviación sostenible (SAF), puede reducir significativamente la huella de carbono de la aviación con el potencial de reducir las emisiones de CO2 entre un 20% y un 98% en comparación con el combustible para aviones convencional. Los biocombustibles a base de algas han contribuido a una aviación más ecológica desde 2011, lo que marca el comienzo de un cambio en la industria hacia prácticas de vuelo más sostenibles.

RESUMEN

En conclusión, el potencial de los bioplásticos y biocombustibles a base de algas es inmenso. Al ofrecer una alternativa sostenible a los plásticos y combustibles derivados del petróleo, prometen un futuro en el que nuestra dependencia de recursos no renovables se reducirá significativamente. Si bien existen desafíos en términos de costos de producción y escalabilidad, la investigación en curso y los avances tecnológicos ofrecen esperanza para superar estos obstáculos. A medida que continuamos innovando y superando los límites de las tecnologías verdes, está claro que los bioplásticos y biocombustibles a base de algas desempeñarán un papel fundamental en nuestro viaje hacia un futuro sostenible.


PREGUNTAS FRECUENTES

¿PUEDEN LAS ALGAS SUSTITUIR AL PLÁSTICO?

Las algas pueden potencialmente reemplazar al plástico en diversos productos, como envases y cosméticos, mediante el uso de azúcar extraído de microalgas y bacterias marinas. Esto puede contribuir a la reducción del plástico de un solo uso y al cambio hacia materiales sostenibles.

¿CUÁNTO CUESTA EL PLÁSTICO DE ALGAS?

El costo de producir plástico de algas utilizando un PBR es de alrededor de 1137 dólares por tonelada corta de algas en peso seco, lo que es significativamente menor que el costo de producir PLA utilizando almidón de yuca como material de partida, que es de 2890 dólares por tonelada de PLA.

¿EXISTE UNA ALTERNATIVA BIODEGRADABLE AL PLÁSTICO?

Sí, los productos de bambú son una alternativa biodegradable al plástico, respetuosa con el medio ambiente y disponible para diversos usos cotidianos. Considere usarlos como una opción más sustentable.

¿CUÁLES SON LOS 4 TIPOS DE DESARROLLO SOSTENIBLE?

Los cuatro tipos de desarrollo sostenible son la Sostenibilidad Humana, Social, Económica y Ambiental. Estos pilares cubren diferentes aspectos de la sostenibilidad.

¿CÓMO CONTRIBUYEN LAS ALGAS A LA BIODEGRADACIÓN DEL PLÁSTICO?

Las algas contribuyen a la biodegradación del plástico al secretar enzimas que descomponen los polímeros plásticos y al colonizar las superficies del plástico para promover la descomposición del plástico.


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