Production of Advanced Products from Sargassum through Integrated Conversion

El océano no es solo una fuente de alimento y transporte; también es una vasta fábrica viviente que produce biomasa en cantidades asombrosas. En años recientes, un tipo específico de alga parda llamada Sargassum ha comenzado a florecer con una intensidad sin precedentes a través del Océano Atlántico y el Caribe. Si bien esta abundancia representa un enorme reservorio de material orgánico, ha sido vista mayoritariamente como un problema. Cuando estas mantas llegan a la costa, se pudren, liberan olores fétidos y asfixian los ecosistemas costeros, costando a las comunidades locales millones de dólares anualmente en limpieza. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo si este estorbo podría transformarse en algo útil, convirtiendo una crisis de gestión de residuos en una fuente de energía o materiales. Para lograrlo, los investigadores deben primero comprender la composición química única de la alga, la cual difiere significativamente de las plantas terrestres, y luego desarrollar una forma de descomponerla en bloques de construcción simples que los microbios puedan consumir.

Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de las Montañas Rocosas y la Universidad de Puerto Rico ha dado un paso importante hacia la respuesta a esta pregunta. Desarrollaron un sistema completo para procesar el Sargassum, moviéndolo desde una cosecha cruda y húmeda hacia un flujo de azúcares utilizables y un residuo sólido. Su trabajo demuestra que, si bien el alga puede convertirse en productos valiosos como lípidos para combustible, la economía del proceso depende fuertamente de lo que suceda con el material sólido sobrante. El estudio sugiere que simplemente convertir el alga en combustible no es suficiente para que el negocio sea viable; la verdadera clave del éxito reside en encontrar un uso de alto valor para el residuo sólido que queda tras la extracción de los azúcares.

Los investigadores comenzaron recolectando toneladas de Sargassum de la costa de Puerto Rico. El alga llegaba húmeda y pesada, conteniendo una gran cantidad de agua que haría que el procesamiento fuera costoso e ineficiente. Para resolver esto, primero exprimieron la biomasa a través de una gran prensa de tornillo, una máquina que actúa como un escurridor gigante. Este paso eliminó una parte significativa del agua, creando una torta espesa y densa de sólidos de alga y un flujo líquido rico en un alcohol de azúcar llamado manitol. Descubrieron que este prensado mecánico no destruía los valiosos azúcares dentro del alga, sino que simplemente los concentraba, haciendo que el material fuera más fácil de manipular y almacenar. También descubrieron que podían preservar el alga exprimida durante meses tratándola con una pequeña cantidad de ácido, evitando que se pudriera y permitiendo que la instalación operara durante todo el año, incluso cuando los florecimientos de las algas no están en su punto máximo.

A continuación, el equipo abordó la difícil tarea de liberar los azúcares atrapados dentro de las resistentes paredes celulares del alga. A diferencia de las plantas terrestres, el Sargassum contiene polímeros complejos que son resistentes a la descomposición. Los investigadores utilizaron calor y ácido sulfúrico diluido para ablandar estas paredes y liberar los azúcares. Probaron muchas combinaciones diferentes de temperatura, tiempo y fuerza del ácido para encontrar el punto ideal. Encontraron que se necesitaban temperaturas más altas y más ácido para descomponer los duros azúcares de almacenamiento, pero estas mismas condiciones corrían el riesgo de destruir los azúcares ácidos más delicados. Mediante una cuidadosa experimentación, lograron liberar más de la mitad de los azúcares contenidos en el flujo líquido, creando una fuente de alimento para la siguiente etapa del proceso.

Con los azúcares liberados, los investigadores introdujeron una levadura especializada, un hongo unicelular conocido por su capacidad para consumir una amplia variedad de azúcares y convertirlos en grasa. Alimentaron a la levadura con una mezcla del líquido exprimido del alga y el flujo de azúcar tratado con ácido. La levadura prosperó, consumiendo los azúcares y acumulando grasa dentro de sus células. Esta grasa, o lípido, es un precursor valioso para la fabricación de combustibles y productos químicos renovables. Sin embargo, la levadura tuvo dificultades con algunos de los azúcares específicos presentes en el alga, y la cantidad total de grasa producida se vio limitada por qué tan diluido estaba el flujo de azúcar. Para superar esto, utilizaron un sistema de filtración que mantenía las células de levadura dentro del reactor mientras eliminaba el líquido utilizado y añadía alimento fresco, permitiendo que las células trabajaran de manera más prolongada y eficiente.

La parte más crítica del estudio llegó cuando los investigadores analizaron el panorama general de los costos. Construyeron un modelo computacional detallado de una fábrica a gran escala que realizaría estos pasos todos los días. El modelo reveló una verdad sorprendente: el dinero obtenido de la venta de la grasa producida por la levadura no era suficiente para cubrir los altos costos de la cosecha del alga y el funcionamiento de la fábrica. El proceso solo tenía sentido financiero si los restos sólidos de la extracción de azúcar pudieran venderse por una cantidad significativa de dinero. Los investigadores calcularon que este residuo sólido tendría que venderse por casi mil dólares la tonelada para que toda la operación fuera rentable. Si bien los sólidos del alga podrían utilizarse potencialmente como fertilizante, alimento para animales o un componente en plásticos, los precios actuales del mercado para estos productos son mucho menores de lo que se requiere.

El estudio concluye que convertir el Sargassum en un biocombustible es técnicamente posible pero económicamente frágil. La tecnología funciona, pero el camino hacia una industria sostenible depende de resolver el rompecabezas de los sólidos residuales. Si los científicos pueden encontrar una manera de convertir el residuo de alga en un producto de alto valor, o si el costo de la cosecha del alga puede reducirse drásticamente, entonces este estorbo costero podría convertirse en un recurso genuino. Hasta entonces, la conversión del Sargassum sigue siendo un concepto prometedor que está esperando a que la última pieza del rompecabezas económico encaje en su lugar.