La Inteligencia Artificial podría ayudar a potenciar la producción de energía mediante algas
8 marzo, 2022
El mercado energético sigue teniendo una fuerte presencia de combustibles fósiles. Uno de los retos para que los biocombustibles compitan en este mercado es hacer accesible su producción. Desde Texas, un grupo de investigadores propone usar a la Inteligencia Artificial (AI) para hacer más rentables a las algas como materia prima energética. Los resultados se publicaron recientemente en la revista científica Nature Communications.
Biocombustible como una alternativa energética
Actualmente, la base para la biomasa con que se fabrica el etanol es el maíz. Aunque su costo es relativamente bajo, se requiere un tratamiento previo. Antes de convertirse en combustible, el maíz debe ser molido. Además, se cocina para que el proceso de fermentación funcione. Con esto la fabricación del combustible eleva su precio y pierde rentabilidad. En cambio, las algas no requieren ningún tratamiento especial para procesarse.
"La comercialización de biocombustibles de algas se ha visto obstaculizada por el rendimiento relativamente bajo y el alto costo de cosecha", explica Joshua Yuan, quien dirigió la investigación. Yuan es investigador en AgriLife y profesor de Biología Sintética y Productos Renovables en el Departamento de Patología de Plantas y Microbiología en la Universidad de Texas A&M. "La limitada penetración de la luz y la pobre dinámica de cultivo contribuyeron al bajo rendimiento", comenta el especialista.
El biocombustible es una alternativa a los combustibles fósiles que abundan hoy en día. Derivados del petróleo y carbón son opciones energéticas que producen grandes cantidades de gases de efecto invernadero. Por ahora, los biocombustibles no son lo suficientemente competitivos para representar una competencia significativa a los tradicionales. Con una producción más eficiente de algas sería posible no sólo aumentar la oferta de biocombustible para distintas industrias, además permite una captura más eficiente de carbono.
Yuan ya ha trabajado antes con bioplásticos a base de maíz, pastos y mezquite, además de materiales biodegradables livianos. Entre todo esto desarrolló un modelo de aprendizaje basado en AI para predecir la penetración de luz, el crecimiento y densidad óptima de las algas. A partir de métodos de hidroponía se mantiene un crecimiento rápido con densidad óptima para obtener la mejor disponibilidad de luz.
Los resultados de Yuan y su equipo superan las expectativas. De acuerdo con el Departamento de Energía estadounidense, el rango objetivo más reciente al producir algas es de 25 gramos por metro cuadrado por día. La investigación dirigida por Yuan obtuvo 43.3 gramos por metro cuadrado por día. Esto representa un récord mundial.
"Las algas son una buena fuente de combustible alternativo para esta industria. Es una materia prima alternativa para la refinería de bioetanol sin necesidad de pretratamiento. Es más económica que el carbón o el gas natural. También proporciona una forma más eficiente de captura y utilización del carbono", comenta Yuan. De forma adicional, las algas se pueden usar como alimento para animales, en este sentido, AgriLife ha investigado su aporte proteico para ganado.
El sistema propuesto por Yuan y sus colaboradores recurre al aprendizaje automático. A través de este se realiza un diseño semicontinuo de cultivo de algas (SAC), "para mantener un crecimiento celular óptimo y minimizar el sombreado mutuo", de acuerdo con el investigador. Con esto el precio de producción baja lo suficiente para volver a las algas una alternativa competitiva. Con los niveles de producción que se consiguieron podría ofrecerse a 281 dólares la tonelada de alga, un precio equiparable a los 260 por tonelada de maíz, sin costos adicionales para prepararlo. Con esto, el camino para usar algas cómo recurso de producción de energía parece cada vez más accesible.