Investigadores revelan cómo convertir una responsabilidad por calentamiento global en una solución rentable de seguridad alimentaria




Emisiones de metano no utilizadas en los Estados Unidos de vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales e instalaciones de petróleo y gas. Crédito: Adaptado de El Abbadi, et al. / Nature Sustainability

Como un espejismo en el horizonte, un proceso innovador para convertir un potente gas de efecto invernadero en una solución de seguridad alimentaria se ha estancado por la incertidumbre económica. Ahora, un primer análisis de su tipo de la Universidad de Stanford evalúa el potencial de mercado del enfoque, en el que las bacterias alimentadas con metano capturado se convierten en harina de pescado rica en proteínas. El estudio, publicado el 22 de noviembre en Nature Sustainability,encuentra que los costos de producción que involucran metano capturado de ciertas fuentes en los Estados Unidos son más bajos que el precio de mercado de la harina de pescado convencional. También destaca las reducciones de costos factibles que podrían hacer que el enfoque sea rentable utilizando otras fuentes de metano y capaz de satisfacer toda la demanda mundial de harina de pescado.

"Las fuentes industriales en los Estados Unidos están emitiendo una cantidad verdaderamente asombrosa de metano,que no es económico de capturar y usar con las aplicaciones actuales", dijo el autor principal del estudio, Sahar El Abbadi, quien realizó la investigación como estudiante graduado en ingeniería civil y ambiental.

"Nuestro objetivo es cambiar ese paradigma, utilizando la biotecnología para crear un producto de alto valor", agregó El Abbadi, quien ahora es profesor en el programa de Educación Cívica, Liberal y Global en Stanford.

Dos problemas, una solución

Aunque el dióxido de carbono es más abundante en la atmósfera, el potencial de calentamiento global del metano es aproximadamente 85 veces mayor durante un período de 20 años y al menos 25 veces más grande un siglo después de su liberación. El metano también amenaza la calidad del aire al aumentar la concentración de ozono troposférico, al que la exposición causa aproximadamente 1 millón de muertes prematuras al año en todo el mundo debido a enfermedades respiratorias. La concentración relativa de metano ha crecido más del doble de rápido que la del dióxido de carbono desde el comienzo de la Revolución Industrial debido en gran parte a las emisiones impulsadas por el hombre.

Una solución potencial radica en las bacterias consumidoras de metano llamadas metanotrofos. Estas bacterias se pueden cultivar en un biorreactor refrigerado y lleno de agua alimentado con metano presurizado, oxígeno y nutrientes como nitrógeno, fósforo y metales traza. La biomasa rica en proteínas que resulta se puede utilizar como harina de pescado en la alimentación de la acuicultura, compensando la demanda de harina de pescado hecha de peces pequeños o alimentos a base de plantas que requieren tierra, agua y fertilizantes.

"Si bien algunas compañías ya están haciendo esto con gas natural de tuberías como materia prima, una materia prima preferible sería el metano emitido en grandes vertederos, plantas de tratamiento de aguas residuales e instalaciones de petróleo y gas", dijo el coautor del estudio Craig Criddle, profesor de ingeniería civil y ambiental en la Escuela de Ingeniería de Stanford. "Esto resultaría en múltiples beneficios. incluyendo niveles más bajos de un potente gas de efecto invernadero en la atmósfera, ecosistemas más estables y resultados financieros positivos".

El consumo de mariscos, una importante fuente mundial de proteínas y micronutrientes, ha aumentado más de cuatro veces desde 1960. Como resultado, las poblaciones de peces silvestres están muy agotadas, y las piscifactorías ahora proporcionan aproximadamente la mitad de todos los mariscos de origen animal que comemos. El desafío solo crecerá a medida que la demanda mundial de animales acuáticos, plantas y algas probablemente se duplique para 2050, según una revisión exhaustiva del sector dirigida por investigadores de Stanford y otras instituciones.


Si bien los metanotrofos alimentados con metano pueden proporcionar alimento para los peces de cultivo, la economía del enfoque no ha sido clara, incluso cuando los precios de la harina de pescado convencional casi se han triplicado en términos reales desde 2000. Para aclarar el potencial del enfoque para satisfacer la demanda de manera rentable, los investigadores de Stanford modelaron escenarios en los que el metano se obtiene de plantas de tratamiento de aguas residuales relativamente grandes, vertederos e instalaciones de petróleo y gas, así como de gas natural comprado de la red comercial de gas natural. Su análisis analizó una serie de variables, incluido el costo de la electricidad y la disponibilidad de mano de obra.

Hacia la obtención de ganancias

En los escenarios que involucran metano capturado de vertederos e instalaciones de petróleo y gas, el análisis encontró que los costos de producción de harina de pescado metanotróficos ($ 1,546 y $ 1,531 por tonelada, respectivamente) fueron más bajos que el precio promedio de mercado de 10 años de $ 1,600. Para el escenario en el que se capturó metano de las plantas de tratamiento de aguas residuales, los costos de producción fueron ligeramente más altos, $ 1,645 por tonelada, que el precio promedio de mercado de la harina de pescado. El escenario en el que se compró metano de la red comercial condujo a los costos de producción de harina de pescado más caros, $ 1,783 por tonelada, debido al costo de comprar gas natural.

Para cada escenario, la electricidad fue el mayor gasto, representando más del 45 por ciento del costo total en promedio. En estados como Mississippi y Texas con bajos precios de la electricidad, los costos de producción se redujeron más del 20 por ciento, lo que hace posible producir harina de pescado a partir de metano por $ 1,214 por tonelada, o $ 386 menos por tonelada que la producción convencional de harina de pescado. Los costos de electricidad podrían reducirse aún más, dicen los investigadores, mediante el diseño de reactores que transfieran mejor el calor para requerir menos enfriamiento, y cambiando las aplicaciones de energía eléctrica a las alimentadas por el llamado gas varado que de otro modo se desperdiciaría o no se utilizaría, lo que también puede reducir la dependencia de la electricidad de la red para ubicaciones remotas. En escenarios que involucran metano de plantas de tratamiento de aguas residuales, las aguas residuales en sí podrían usarse para proporcionar nitrógeno y fósforo, así como enfriamiento.

Si eficiencias como estas pudieran reducir el costo de producción de una harina de pescado a base de metanotropas en un 20 por ciento, el proceso podría abastecer de manera rentable la demanda mundial total de harina de pescado con metano capturado solo en los Estados Unidos, según el estudio. Del mismo modo, el proceso podría reemplazar la soja y los alimentos para animales si se lograra una mayor reducción de costos.

"A pesar de décadas de intentos, la industria energética ha tenido problemas para encontrar un buen uso del gas natural varado", dijo el coautor del estudio Evan David Sherwin, investigador postdoctoral en ingeniería de recursos energéticos en Stanford. "Una vez que comenzamos a analizar los sistemas de energía y alimentos juntos, quedó claro que podíamos resolver al menos dos problemas de larga data a la vez".

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