Huella hídrica del proceso de producción de biocombustible a partir de microalgas en Chile.

Abstract

En los últimos años, la obtención de biocombustibles a partir de microalgas ha atraído bastante atención como una opción para obtener energía menos contaminante, en el contexto de la lucha contra el cambio climático. Sin embargo, existe controversia acerca de sus potenciales impactos ambientales, ya que su cultivo requiere una cantidad considerable de agua y fertilizantes que podrían provocar efectos negativos en los ecosistemas. En este contexto, el objetivo de esta investigación es cuantificar la huella hídrica y otros impactos ambientales que tiene la producción de biodiesel a partir de la microalga Phaedactylum tricornutum en una planta piloto ubicada en Concepción. Este trabajo utiliza un enfoque de ciclo de vida, tomando la norma ISO 14046 como referencia metodológica. Se evaluaron las categorías de impacto agua disponible remanente (AWARE), índice de estrés hídrico (WSI), índice de agotamiento de agua (WDI), eutrofización y ecotoxicidad del agua dulce, toxicidad humana cancerígena y no cancerígena utilizando el software SimaPro v.9.4.0 y la base de datos Ecoinvent versión 3.8. Se obtuvo una huella hídrica igual a 8,16 m3 agua/kg biodiesel, donde el 62% corresponde al consumo directo de agua y alrededor del 90% está relacionada con la etapa de cultivo. Por otro lado, se obtuvo que el WSI es igual 0,16 m3 el cual indica que el umbral de estrés hídrico es aceptable; el WDI es igual 0,02 m3 indicando que existe un bajo riesgo de un agotamiento de los recursos de agua y un valor para el método AWARE igual a 5,02 m3 lo que indica que no existe una mayor demanda de agua de la que está disponible en la zona. También, mediante el método de evaluación ReCiPe 2016 (H), se concluyó que las etapas de secado (31%), cultivo (22%) y cosecha (17%) son los principales contribuyentes en la eutrofización de agua dulce, debido a la cantidad de electricidad utilizada en el secado y a la cantidad de fósforo y nitrógeno emitidas en las aguas residuales durante el cultivo y la cosecha. La etapa de cultivo también es la principal contribuyente en las categorías de impacto de ecotoxicidad de agua dulce y toxicidad humana, debido a la emisión de sustancias tóxicas como Zinc y Cromo VI. El análisis de sensibilidad indica que el consumo de energía y la distancia de transporte son los parámetros que más afectan el desempeño ambiental del proceso. Finalmente, se concluye que la planta piloto es un sitio adecuado para la producción de biocombustibles a partir de microalgas, ya que la huella hídrica del proceso es menor al indicado por la literatura o el de otras plantas de biocombustibles y, los impactos ambientales pueden reducirse mediante un sistema de tratamiento de aguas residuales.

In recent years, the production of biofuels from microalgae has attracted considerable attention as an option for obtaining cleaner energy, in the context of the fight against climate change. However, there is controversy about its potential environmental impacts since its cultivation requires a considerable amount of water and fertilizers that could cause negative effects on ecosystems. In this context, the objective of this research is to quantify the water footprint and other environmental impacts of biodiesel production from the microalgae Phaedactylum tricornutum in a pilot plant located in Concepción. This work uses a life cycle approach, taking ISO 14046 as a methodological reference. The impact categories water available remaining available water (AWARE), water stress index (WSI), water depletion index (WDI), eutrophication and freshwater ecotoxicity, carcinogenic and non carcinogenic human toxicity were evaluated using SimaPro v.9.4.0 software and the Ecoinvent database version 3.8. A water footprint equal to 8.16 m3 water/kg biodiesel was obtained, where 62% corresponds to direct water consumption and about 90% is related to the cultivation stage. On the other hand, it was obtained that the WSI is equal to 0.16 m3 which indicates that the water stress threshold is acceptable; the WDI is equal to 0.02 m3 indicating that there is a low risk of a depletion of water resources and a value for the AWARE method equal to 5.02 m3 showing that there is no greater demand for water than what is available in the area. Also, using the ReCiPe 2016 (H) assessment method, it was concluded that the drying (31%), cultivation (22%) and harvesting (17%) stages are the main contributors in freshwater eutrophication, due to the amount of electricity used in drying and the amount of phosphorus and nitrogen emitted in the wastewater during cultivation and harvesting. The cultivation stage is also the main contributor in the freshwater ecotoxicity and human toxicity impact categories, due to the emission of toxic substances such as Zinc and Chromium VI. The sensitivity analysis indicates that energy consumption and transport distance are the parameters that most affect the environmental performance of the process. Finally, it is concluded that the pilot plant is a potential site for biofuels production from microalgae, since the water footprint of the process is lower than indicated by the literature or that of other biofuel plants, and the environmental impacts can be reduced through a wastewater treatment system.