El documento describe dos hallazgos para mejorar la producción de biodiesel de microalgas. El primer hallazgo es hacer que las microalgas sean más rentables aumentando su contenido de lípidos a través del control biosintético, la ingeniería genética y la selección de cepas. El segundo hallazgo es utilizar alcoholes supercríticos en lugar de catalizadores, lo que simplifica el proceso de transesterificación.

1. Biodiesel de Microalgascomo Fuente de Energía Renovable Marisel De Jesus Vega INTD3355- 002 Profesora Liz M. Pagan

2. I. Introducción En este trabajo se presentara información sobre las energías renovables. El trabajo se enfocara en el biodiesel, que es un tipo de energía renovable. Se presentara lo que es el biodiesel y como producirlo usando microalgas como materia prima. Se hablara sobre la transesterificacion usando alcoholes supercriticos ya que este modo es muy beneficioso.

3. EnergíasRenovables Fuentes de energía caracterizadas por que se reponen a un ritmo igual o mas rápido del que son consumidas. Ejemplos: Solar Eólica (molinos de viento) Biodiesel (producido de materia prima) Se obtiene: de fuentes naturales, como el sol, que contiene una gran cantidad de energía o de fuentes naturales que son capases de regenerarse por medios naturales

4. Figura #1: Curva de población global en correlación con la curva de emisión de CO2. (González, 2009). Figuraque muestra que el aumento de población tras el paso de los años aumenta las emisiones de CO2, que causan el calentamiento global , debido al mayor consumo de energías de combustibles fósiles.

5. EnergíasRenovables: Algunas de las razones por las que se necesitan fuentes de energía renovables independientes de los combustibles fósiles son: problemas políticos y sociales entre países que dificultan la localización de las fuentes de energía El alto gasto/consumo energético debido al aumento en población causa el agotamiento de combustibles fósiles Se predice que estos combustibles fósiles se agotaran completamente en los próximos años.

6. EnergíasRenovables: Además de la dependencia de las energías de combustibles fósiles, estas energías tradicionales: Aumentan el calentamiento global Aumentan las lluvias acidas Aumentan la contaminación atmosférica Esto factores negativos no se obtienen utilizando energías renovables.

7. Biodiesel Fuenterenovable de energía, biodegradable y no toxica, que se obtiene de materiaorgánica y biomasamediante la transesterificacion en presencia de un catalizadorpara producir ésteres metílicos y glicerina. Muchas investigaciones tratan de encontrar otros métodos para obtener mejor rendimiento de biodiesel por materia prima.

8. Transesterificacion Transesterificación es el proceso de intercambio de un grupo orgánico R’’ y de un éster con el grupo orgánico R‘ de un alcohol. Estas reacciones son normalmente catalizadas por la adición de un catalizador ácido o base. triglicerido + éster-> alcohol + éster diferente

9. FluidosSupercriticos Fluidos supercriticos son fluidos a una temperatura y presión mayor que la temperatura y presión critica. Estos se encuentran entre liquido y gas y tienen propiedades tanto de líquidos como de gases, lo que los hace tener ser diferentes y que con solo variar la presión se logran cambiar muchas de estas propiedades.

10. Microalgas Gran grupo de microorganismos que crece en agua de mar, agua dulce, lugares húmedos y en todo tipo de cuerpos de agua. Son fotosintéticos Son la base de la cadena alimentaria acuática. Se utilizan como: gran fuente de proteínas, minerales y vitaminas, shampoo, helados, fertilizantes y en diferentes experimentos científicos.

12. II. Descripción Los nuevos hallazgos encontrados son: Como hacer las microalgas mas costo efectivas Como producir biodiesel de microalgaes utilizando alcoholes supercriticos Estos nuevos hallazgos son importantes ya que la mayor desventaja de usar microalgas es el alto costo de producción. También por que el usar alcoholes supercriticos tiene un sin numero de ventajas adicionales a las de usar microalgas.

13. Hallazgo #1 El uso de microalgas puede ser mas costo eficiente con el nuevo hallazgo ya que se puede maximizar la producción de biodiesel aumentando el contenido de lípidos en las algas; los lípidos son los que contienen los esteres necesarios para la transesterificacion. Se presentaran nuevas maneras de: aumentar el contenido de lípidos en las algas mejorar el proceso de producción

14. Microalgasmascostoefectivas Aumentando el contenido de lípidos por: Control biosintetico Ingeniería genética Escogiendo el mayor contenido de lípidos por: Selección de cepa Bajando el costo de producción por: Catálisis enzimática Mejorar el diseño del fotobioreactor

15. Control biosintetico Alterar la composición celular de las microalgas. Estudios recientes han encontrado que es posible promover el almacenamiento de carbono como molécula de lípidos, en lugar de almidón. Esto se logra mediante el cultivo de algunas microalgas en condiciones donde la luz de CO2 y el carbono estén fácilmente disponibles y un solo nutriente se mantenga limitado, como por ejemplo el nitrógeno.

16. Control biosintetico La formación de lípidos en las microalgas puede también ser promovidas por la adición de un nutriente y no por la limitación. Ejemplo añadir hierro al cultivo de microalgas puede resultar en un mayor contenido de lípidos, lo que resulta en una mayor producción de biodiesel.

17. Ingeniería genética El objetivo clave de la ingeniería genética es alterar los genes que codifican las enzimas implicadas en la ruta de producción de lípidos para que la producción de los mismos sea mayor. Hasta el momentoesteaumento de lípidos se ha logrado en otraespeciesparecidas a lasmicroalgas. En lasmicroalgas solo se ha logrado el aumento de proteínas. Estoesalgoquesigue en investigación.

18. Selección de la cepa Otra manera de aumentar el rendimiento de los lípidos es la selección de las especies o cepas de microalgas con alto contenido de lípidos naturales ya que incluso dentro de una sola especie de microalgas, el contenido de lípidos puede variar de una cepa a otra. Esto se logra haciendo: análisis espectrofluorometrico análisis gravimétricos tradicionales entre otros Estos diseños facilitan la selección de cepas y a su vez optimizan la producción de biodiesel de microalgas.

19. Catálisis enzimática La transesterificacion utilizando catalizadores básicos es la mas común. Desventajas que hacen que estos catalizadores básicos aumenten el precio del biodiesel son: dificultad de remover el catalítico al final inhabilidad de procesar materias primas puras Un alternativa es la producción por catálisis enzimática. La enzima lipase es utilizada como catalizador en esta transesterificacion de catálisis enzimática.

20. Catálisis Enzimática La transesterificacion utilizando lipase como catalizador puede producir un mayor rendimiento de biodiesel con una recuperación de catalizador y producto mucho mas simple. Desventajas: lipase es una enzima relativamente cara su actividad enzimática es inhibida por la presencia de metanol (lo que siempre esta presente en la reacción)

21. Mejorar el diseño del fotobioreactor Los estanques abiertos son los medios tradicionales de cultivo masivo. La ventaja es que son baratos para construir y mantener pero, la desventaja es que, no son aptos para la producción de biodiesel a gran escala. La opción más viable es el uso de los diferentes diseños de fotobioreactores para producir grandes cantidades de microalgas aunque sean mas caros.

22. Mejorar el diseño del fotopioreactor Estos fotobioreactores donde se producen las microalgas pueden mejorar si por ejemplo: Se hace un buen uso de la luz que entra a ellos y se diseñan para que dicha luz se mantenga por mas tiempo, esto se logra por ejemplo pintando de blanco alrededor del reactor para que se refleje la luz por la noche. También es importante mantener cierta temperatura. Esto se logra esparciendo agua de un espray o sumergiendo el reactor en agua durante el día.

23. Hallazgo #2 El otro hallazgo encontrado que puede mejorar los métodos tradicionales de producción de biodiesel es: utilizar alcoholes supercriticos en la transesterificacion en vez de alcoholes en condiciones normales

24. Biodiesel usando ASC Los alcoholes supercríticos pueden utilizarse en lugar de alcoholes comunes o catalizadores en la reacción de transesterificación. Este proceso es una técnica investigada y prometedora ya que no requiere mucha energía y ayuda a conservar el medio ambiente. Además de que se reduce el tiempo de reacción. El tiempo de reacción se reduce debido a que no se necesita romper la célula en un principio paraobtener los lípidosyaque la altapresión del alcohol supercriticorompe la pared celular, de estamaneralleva a cabo dos pasos en solo uno.

25. Biodiesel usando ASC Además, el método usando alcoholes supercriticos no necesita usar catalizador lo que convierte al proceso en uno mucho mas simple al momento de la purificación final ya que sólo la eliminación del metanol que no ha reaccionado es necesaria. Además, se produce un % de rendimiento más alto.

26. Biodiesel usando ASC Algunas de las desventajas del uso de alcoholes supercríticos son: mayor presión necesaria mayor temperatura necesaria Estas condiciones necesarias causan costos adicionales en la producción y que el proceso sea mas inseguro.

27. Métodos de Búsqueda De donde obtuve la información y referencias

28. De donde obtuve la información Esta información se obtuvo mayormente de diferentes artículos de revistas científicas, paginas de internet y libros. La información de artículos de periódicos y de tesis encontradas anteriormente no fue de gran ayuda para esta investigación por lo que no fueron incluidas.

29. De donde obtuve la información La información sobre energía renovable se obtuvo del libro de Jaime Gonzalez titulado Energía Renovable y de diferentes paginas de internet como por ejemplo wikipedia. La información de biodiesel y de transesterificacion es un resumen de información que se obtuvo de diferentes paginas de internet, libros y de todas las otras referencias ya que todas introducían estos términos. La información de fluidos supercriticos se obtuvo de diferentes artículos de revista que introducían el termino.

30. De donde obtuve la información La información sobre las microalgas se obtuvo mayormente de la pagina de internet: http://www.70centsagallon.com/Algae.html y del librotituladoAlgae Energy: Green energy and Technology. La información de hacer las microalgas mas costo efectivas se obtuvo del articulo de revista de Raehtz titulado Challenges and Advances in MakingMicroalgaeBiomass a CostEfficientSource of Biodiesel.

31. De donde obtuve la información La información de transesterificacion utilizando alcoholes supercriticos se obtuvo del articulo de revista de Wang, He, Xie, Yang, y Zhu, (2007) titulado Transesterification of thecrudeoil of rapeseedwithNaOH in supercritical. Esta informaciontambien se obtuvo del articulo de Demirbag, Biodiesel fuelsfrom vegetable oilsviacatalytic and non-catalyticsupercritical alcohol transesterifications and othermethods: a survey. También se obtuvo información para esto del articulo de Levine, Pinnarat, y Savage titulado Biodiesel ProductionfromWetAlgalBiomassthrough in Situ Lipid Hydrolysis.

32. Métodos de búsqueda Los libros utilizados fueron encontrados en googlebooks usando términos claves como: energía renovable, biodiesel y microalgas. Las paginas de internet utilizadas fueron encontradas en el googlesearch bajo los mismos términos utilizados para buscar los libros.

33. Métodos de búsqueda Los artículos de revista fueron encontrados utilizando las bases de datos de ingeniería química que aparecen en la pagina de la biblioteca library.uprm.edu. Las bases de datos de ingeniería química utilizadas fueron: American ChemicalSociety, EngineeringVillage y CRCnetBASECHEMnetBASE. Cada una de estas bases de datos tiene su propio “search” pero en todas utilicé palabras claves como: biodiesel, transesterification, microalgae, supercritical, entre otras. De las referencias que resultaban de la búsqueda fui leyendo y descartando las que no necesitaba hasta que encontré información valiosa en las utilizadas. Las búsquedas fueron hechas en ingles ya que así se encuentra mas información

34. Métodos de búsqueda La búsqueda de libros y paginas de internet fue mas fácil ya que la información buscada y encontrada en ellas es una información mas general. Por el contrario buscar información mas especifica, como por ejemplo la encontrada acerca de la transesterificacion utilizando fluidos supercriticos, fue mas difícil ya que aparece menos información y fue necesario ir cambiando los términos a medida que iba encontrando la información para hacerla mas especifica y así poder enfocarme en un tema mas especifico como lo fueron el uso de microalgaes y su costo eficiencia y el uso de alcoholes supercriticos para la transesterificacion.

35. Conclusión En conclusión, la implementación de nuevas energías renovables es necesaria ya que son independientes de los combustibles fósiles. Además de que las energías renovables tienen muchos mas beneficios que las energías de combustibles fósiles. Como por ejemplo: menos emisiones de dióxido de carbono lo que es mas beneficioso para el medio ambiente. Hay diferentes tipos de energías renovables, este trabajo se enfoco en el biodiesel que es producido de diferentes biomasas. Lo malo del proceso de producción de biodiesel es que suele ser mas caro. Es por esto que en este trabajo buscamos reducir estos costos.

36. Conclusión Según la investigación hecha, estos costos se puede reducir usando microalgas ya que contienen una mayor cantidad de lípidos. A su vez estas microalgas se pueden tratar para que tengan un mayor contenido de lípidos y a su vez un mayor rendimiento de biodiesel. Otra manera de reducir costos es sustituir el uso de catalíticos por alcoholes supercriticos ya que utilizando alcoholes supercriticos no se necesita ningún catalizador. Además utilizando alcoholes supercriticos se simplifica el proceso ya que no se necesitan procesos de extracción de los lípidos de las células antes de la reacción y no se necesitan procesos de purificación del producto para eliminar el catalizador al final de la reacción.

37. Conclusión La desventaja de utilizar alcoholes supercriticos es que las altas presiones y temperaturas de estos son difíciles de alcanzar y mantener, además de que son mas costosos energéticamente. En conclusión, el proceso de utilizar alcoholes supercriticos tiene ventajas como el no necesitar catalizador, reducir el tiempo de reacción y hacer un proceso mucho mas simple. La desventaja es el alto costo. Por tal razón una recomendación para una investigación futura seria el añadir un co-solvente al sistema ya que estos disminuyen las altas temperaturas y presiones del alcohol supercritico dejando las mismas propiedades de supercritico.

38. Referencias AlgheaPhotobioreactor. (2009). Retrieved from BioFuel Technologies: http://www.70centsagallon.com/Algae.html Benjumen, P., Agulelo, J. R., & Rios, L. A. Biodiesel: Producción, calidad y caracterización. (U. d. Antioqua, Ed.) BioFuel Industries. (2002). Retrieved from Cogeneration Technologies: http://cogeneration.net/transesterification.htm Demirbag, A. (2003). Biodiesel fuels from vegetable oils via catalytic and non-catalytic supercritical alcohol transesterifications and other methods: a survey. EnergyConversion and Management , 2093–2109. Demirbas, A., & M.F., D. (2010). Algae Energy: Green energy and Technology. (Springer, Ed.) New York.

39. Referencias: González, J. (2009). Energías Renovables. (Reverte, Ed.) Barcelona. Levine, R. B., Pinnarat, T., & Savage, P. E. (2010, August 12). Biodiesel Production from Wet Algal Biomass through in Situ Lipid Hydrolysis. EnergyFuels , 5235-5244. Raehtz, K. (2009). Challenges and Advances in Making Microalgae Biomass a Cost Efficient Source of Biodiesel. MMG 445 Basic Biotechnology, 5, 37-43. Wang, L., He, H., Xie, Z., Yang, J., & Zhu, S. (2007). Transesterification of the crude oil of rapeseed with NaOH in supercritical. Fuel ProcessingTechnology , 477–481. Wikipedia. (2010, Noviembre 30). Retrievedfromhttp://es.wikipedia.org/wiki/Biodi%C3%A9sel