Científicos de la Universidad de Texas A&M han recurrido a la inteligencia artificial (IA) para establecer un nuevo récord mundial de producir algas como fuente de bicolmbustibles para el transporte.

Joshua Yuan, científico de la filial AgriLife Research, profesor y presidente de Biología Sintética y Productos Renovables en el Departamento de Microbiología y Patología de Plantas de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Texas A&M, lidera el proyecto de investigación.

Los hallazgos del equipo se publicaron en enero en Nature Communications y persiguen la superación de las limitaciones de las algas como biocombustible.

«La comercialización de biocombustibles de algas se ha visto obstaculizada por el rendimiento relativamente bajo y el alto costo de cosecha», dijo Yuan en un comunicado. «La limitada penetración de la luz y la mala dinámica de cultivo contribuyeron al bajo rendimiento».

Maiz, pasto…

Superar estos desafíos podría permitir que los biocombustibles de algas viables reduzcan las emisiones de carbono, mitiguen el cambio climático, alivie la dependencia del petróleo y transformen la bioeconomía, dijo Yuan.

Yuan ha tenido éxito anteriormente en la búsqueda de métodos para convertir rastrojos de maíz, pastos y mezquite en bioplásticos y materiales biodegradables y livianos. Su último proyecto utiliza un modelo de aprendizaje avanzado de inteligencia artificial patentado para predecir la penetración de la luz, el crecimiento y la densidad óptima de las algas. El modelo de predicción permite la cosecha continua de algas sintéticas usando hidroponía para mantener el crecimiento rápido a la densidad óptima para permitir la mejor disponibilidad de luz.

El método que Yuan y su equipo lograron con éxito en un experimento al aire libre es de 43,3 gramos por metro cuadrado por día de productividad de biomasa, lo que sería un récord mundial. El rango objetivo más reciente del Departamento de Energía de EEUU es de 25 gramos por metro cuadrado por día.

«Las algas se pueden utilizar como fuente de energía alternativa para muchas industrias, incluido el biocombustible y el combustible para aviones», dijo Yuan. «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».

Alimento para animales

Yuan dijo que las algas también se pueden usar como fuente de alimento para animales. AgriLife Research ha investigado previamente las algas como fuente de proteína para el ganado.

El biocombustible de algas se considera una de las soluciones definitivas para la energía renovable, pero su comercialización se ve obstaculizada por las limitaciones de crecimiento causadas por la sombra mutua y los altos costos de cosecha.

«Superamos estos desafíos mediante el avance del aprendizaje automático para informar el diseño de un cultivo de algas semicontinuo (SAC) para mantener un crecimiento celular óptimo y minimizar el sombreado mutuo», dijo.

Yuan dijo que está utilizando una estrategia de sedimentación basada en agregación diseñada para lograr una recolección de biomasa de bajo costo y un SAC económico.

Alta ingenieria de procesos

«La sedimentación basada en la agregación se logra mediante la ingeniería de una cepa de algas verdeazuladas de rápido crecimiento, Synechococcus elongatus UTEX2973, para producir limoneno, que aumenta la hidrofobicidad de la superficie celular de las cianobacterias y permite una agregación y sedimentación celular eficientes», dijo.

La ampliación del SAC con un sistema de estanques al aire libre logra un rendimiento de biomasa de 43,3 gramos por metro cuadrado por día, lo que reduce el precio mínimo de venta de biomasa a aproximadamente 281 dólares por tonelada, según el nuevo estudio. En comparación, la materia prima estándar de bajo costo para la biomasa en etanol es el maíz, que actualmente cuesta aproximadamente 260 por tonelada. Sin embargo, el proceso de Yuan no requiere un pretratamiento costoso antes de la fermentación. El maíz debe ser molido y el puré debe cocinarse antes de la fermentación.