29/Nov/07

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Estaciones de servicio de algas

Uno de los principales obstáculos hacia una futura economía del hidrógeno es precisamente de dónde obtener el hidrógeno para las células de combustible.

El problema, por supuesto, es que no existe hidrógeno molecular a nuestro alrededor: actualmente la mayor parte se obtiene de los depósitos de gas natural, y las otras opciones requieren reacciones químicas que necesitan energía para producirse (como la electrólisis del agua), lo cual convierte al hidrógeno en un "depósito", en vez de una fuente, de energía. Existe además el problema adicional, aunque secundario, del coste energético involucrado en el transporte del hidrógeno hasta los lugares de su consumo.

Ambos problemas son resueltos de una manera ingeniosa e interesante por un equipo de diseño de Filadelfia, el 20/2 Collaborative, que ha presentado su propuesta al concurso público organizado por el ayuntamiento de Reykjavík para desarrollar una de las áreas de la ciudad. ¿La idea de 20/2 Collaborative? Piletas de algas que producen hidrógeno molecular, que es recogido y guardado en grandes globos sobre ellas.

¿Algas que producen hidrógeno? Puede sonar raro al principio, pero tiene una explicación lógica, y no es ninguna tontería. Eso sí, tenemos que remontarnos algunos años al descubrimiento que ha permitido el desarrollo de esta idea.

En el año 2000, científicos de Berkeley publicaron los resultados de los experimentos que habían venido realizando con algas, financiados por el programa de desarrollo del hidrógeno del Departamento de Energía estadounidense. Los biólogos de Berkeley habían observado un comportamiento muy curioso en un alga, la Chlamydomonas reinhardtii, cuando ésta no tiene suficiente oxígeno para respirar.

Los científicos cultivaron el alga en recipientes herméticamente cerrados pero con suficiente agua, nutrientes y luz para que el alga prosperase. Cuando todo era normal, el alga realizaba la fotosíntesis, liberando oxígeno. Parte de este oxígeno era utilizado entonces en la respiración celular: al estar en un recipiente hermético, la fotosíntesis era la fuente del oxígeno que respiraba el alga.

Al detener la fotosíntesis (en este experimento, privando al alga de azufre) cualquier otra planta normal hubiera muerto, pero la Chlamydomonas reinhardtii no, y ahí está precisamente lo que la hace especial: cuando el alga detecta que no existe suficiente oxígeno, se activa un "interruptor molecular" que modifica su metabolismo de modo que ya no utiliza oxígeno ni libera dióxido de carbono. Aunque no he conseguido encontrar el camino metabólico alternativo que se activa en el alga, lo fundamental es el resultado final: en vez de liberar CO2, el alga libera H2.

Naturalmente, el alga no puede sobrevivir indefinidamente de este modo: básicamente, está quemando las reservas energéticas que almacenó mientras hacía la fotosíntesis. Los científicos alternaban etapas en las que sí se producía la fotosíntesis con otras en las que se activaba el proceso alternativo. Pero durante este período "sin oxígeno" produce una cantidad apreciable de hidrógeno molecular, que libera al entorno: en el agua en la que crece el agua empiezan a observarse burbujas de hidrógeno. Se sabía ya que algunas algas eran capaces de producir trazas de hidrógeno molecular en determinadas circunstancias, pero no se conocía ningún caso que lo produjera en estas cantidades.

El caso es que este año, el ayuntamiento de la ciudad de Reykjavík ha abierto un concurso público para diseños de desarrollo del barrio de Vatnsmýri; siendo los islandeses como son, los objetivos de diseño que propone el concurso incluyen cosas como el desarrollo sostenible y las energías renovables, y aquí es donde la Chlamydomonas reinhardtii hace su aparición en el proyecto de 20/2 Creative. La idea es sencilla pero genial, y espero que los diagramas te ayuden a entenderla mejor que mis palabras.

En primer lugar, se tiene una piscina (que en el modelo es de unos diez metros de diámetro) con agua en la que crece el alga. La piscina está cubierta por una superficie transparente, de modo que la luz solar permite al alga realizar la fotosíntesis de manera normal. Sin embargo, la piscina superior está unida a otra inferior en la que el alga no tiene suficientes nutrientes: no he logrado descubrir si el alga crece de manera natural hasta que parte acaba en la piscina inferior, o si de alguna manera periódica el sistema deposita parte del alga en la parte inferior. Naturalmente, está pensado para Islandia, de modo que utiliza agua caliente para cultivar el alga.

El alga de la piscina inferior no es capaz de realizar la fotosíntesis, de modo que cambia al metabolismo alternativo y empieza a liberar hidrógeno, que es recolectado según burbujea en la superficie de la piscina y se va acumulando en el globo que hay por encima. Desde allí es suministrado al consumo de manera local. Durante parte del tiempo se emplea energía adicional para iluminar las algas (cuando no hay sol para hacerlo), de modo que la eficiencia disminuye mucho en el invierno y latitudes "islandesas".

Las estimaciones, una vez se optimice el proceso de generación de hidrógeno (que podría requerir modificar algunos genes del alga), son realmente esperanzadoras: se piensa que una piscina de unos diez metros de diámetro podría producir suficiente hidrógeno para alcanzar el consumo semanal de una docena de coches; no es que sea una gasolinera convencional en capacidad, ni muchísimo menos, pero esos doce vehículos estarían funcionando sin requerir una sola gota de combustible convencional.

Como puedes ver en los diseños, la idea es que el globo de hidrógeno esté a una altura considerable y sea bastante grande. Puede que estés pensando que la idea de tener un enorme globo lleno de hidrógeno cerca es muy peligrosa, pero no lo es tanto: piensa que en una gasolinera normal estás caminando sobre enormes cantidades de combustible; esto no es muy diferente, con la ventaja de que, al estar el globo elevado sobre el suelo, si hay alguna pérdida el hidrógeno (que es muy ligero) subirá y se disipará en la atmósfera rápidamente, reduciendo muchísimo el peligro.

Además ya de la enorme ventaja de producir hidrógeno, básicamente, con energía solar "biológica", este sistema lo produce en el lugar de consumo: no hay grandes centrales que producen miles de toneladas que luego son transportadas por camiones, ni nada parecido. La eliminación de toda esa logística es enormemente eficaz tanto energética como económicamente (y no nos engañemos, es muy difícil que estas cosas prosperen sin que sean económicamente viables).

Es cierto que recibimos regularmente ideas relacionadas con este asunto que acaban siendo humo, pero la verdad es que parece bastante sólida, igual que la de las láminas solares "impresas" eso sí, habrá que esperar unos años para ver si se pone en práctica.

Fuente: El Tamiz. Aportado por Gustavo Courault