Mapeamento global de áreas rentáveis para produção de biocombustíveis de microalgas com mínimo impacto ambiental

Alternativas sustentáveis aos combustíveis fósseis têm sido constantemente avaliadas. Neste cenário, por meio da transformação da biomassa em bioenergia, os sistemas de biocombustíveis podem apresentar-se como uma alternativa no setor de transporte, especialmente para as indústrias de navegação e aviação, que a médio prazo não podem ser totalmente movidas a eletricidade.

No caso, as microalgas tratam-se de uma importante opção, sendo uma das culturas mais produtivas do mundo, além de não precisarem competir por terras agricultáveis ou recursos de água doce. Portanto, podem se tornar uma alternativa de cultivo mais promissora e sustentável para a produção em larga escala de biocombustíveis, desde que sejam alcançadas reduções substanciais em seus custos de produção.

Os sistemas de produção de biocombustíveis de microalgas (ou seja, biocombustíveis de terceira geração) são baseados no cultivo de microrganismos fotossintéticos procarióticos e eucarióticos (microalgas) em canais de recirculação abertos para a atmosfera (ou seja, lagoas abertas) ou em dispositivos de cultura fechados (fotobiorreatores), aproveitando água (doce, salobra ou salgada) e nutrientes. Os lipídios e carboidratos contidos nas células microalgais podem ser respectivamente convertidos em biodiesel e bioetanol, ajudando a compensar os combustíveis fósseis líquidos (diesel e gasolina), bem como produzir biohidrogênio ou biogás.

Neste estudo, foram identificadas as áreas mais adequadas globalmente para instalar fazendas de microalgas para a produção de biodiesel que maximizam a lucratividade e minimizam a competição direta com a produção de alimentos e impactos diretos na biodiversidade, com base em uma análise de decisão de múltiplos critérios espacialmente explícitos. Também foram exploradas as relações entre a produção de microalgas, valor agrícola e biodiversidade, e propostas várias soluções para a localização de fazendas de produção de microalgas, com base em metas atuais e futuras na produção de energia usando programação linear inteira.

Foram considerados quatro cenários para o cultivo de microalgas, que combinam duas abordagens principais para diminuir os custos de produção de microalgas e o uso de água doce (ou seja, disponibilidade de CO₂ livre e disponibilidade de água do mar): Cenário 1 (uso de água doce, salobra ou salgada), Cenário 2 ( uso de água doce, salobra ou salgada adjacente a fontes industriais de CO₂ conhecidas), Cenário 3 (uso de água do mar) e Cenário 4 (uso de água do mar adjacente a fontes industriais de CO₂ conhecidas).

Os resultados das análises mostraram que as áreas mais adequadas para a produção de biodiesel microalgal, enquanto evitando a competição direta com terras agrícolas e biodiversas, estavam localizadas em terras tropicais secas e subtropicais transformadas pelo homem.

Para o Cenário 1 (ou seja, cultivo baseado em água doce, salobra ou salgada), as principais terras adequadas para produção de microalgas estão concentrados em áreas secas no Norte e Leste da África, Oriente Médio, Ásia do Sul e Central e América do Sul, principalmente sobrepondo-se a terras áridas e com pouca vegetação (60%), matagais abertos (22%) e pastagens (9%). A competição significativa com os escassos recursos de água doce ocorreria em áreas secas, onde fazendas de produção de microalgas de baixa densidade poderiam ser estabelecidas.

O Cenário 2, que se restringe a fontes industriais conhecidas de CO₂, pode atingir cerca de 464,2 mil quilômetros quadrados principalmente em terrenos estéreis e com pouca vegetação (57%), matagais abertos (17%) e pastagens (8%). Os Cenários de cultivo 3 e 4 (cultivo baseado em água do mar) podem atingir cerca de 305,3 mil quilômetros quadrados e 132,9 mil quilômetros quadrados, respectivamente, principalmente em terras áridas ou com pouca vegetação e matagais abertos.

Menos de 0,5%, 5,8%, 3,5% e 5,1% dos anfíbios, aves, mamíferos e répteis ameaçados, respectivamente, se sobreporiam às terras de produção de microalgas adequadas para os cenários 2-4. Cerca de 25% e menos de 2,5%, 2,8% e 3,6% desse conjunto de anfíbios, aves, mamíferos e répteis ameaçados, respectivamente, enfrentariam competição com a produção de microalgas em mais de 20% de suas faixas de distribuição. Esta competição seria maior para o Cenário 3 em comparação com os Cenários 2 e 4.

Atualmente não considerada em outros estudos, a estabilidade política dos países pode constituir um desafio adicional para a adoção generalizada de sistemas de produção de biocombustíveis de microalgas (ou seja, entre 61% e 34% das terras mais adequadas para os Cenários 2-4 caem em países politicamente instáveis).

No entanto, vários desses países já têm uma infraestrutura bem desenvolvida para a produção e processamento de petróleo (por exemplo, Egito, Irã, Iraque, Líbia, Sudão e Turquia estão entre os principais produtores de petróleo globalmente), o que facilitaria a transição para um sistema mais sustentável para futura produção de combustível com base em microalgas. Além disso, a produção de biocombustíveis de microalgas pode representar uma importante opção de desenvolvimento para melhorar os meios de subsistência e construir economias sustentáveis nesses países.

Usando água do mar para o cultivo de microalgas, a produção de biodiesel pode chegar a um valor que pode equivaler a cerca de 13% e 16% das demandas totais de energia para transporte em 2030 sem competir diretamente com a produção de alimentos e áreas de alta biodiversidade.

Segundo os pesquisadores, esta é a primeira análise global que incorpora a viabilidade econômica e ambiental para locais de produção de microalgas. Os resultados podem orientar a seleção dos melhores locais para a produção de biocombustíveis usando microalgas, minimizando conflitos com a produção de alimentos e conservação da biodiversidade.

Esses sistemas são uma alternativa promissora para a produção futura de biocombustíveis, principalmente porque precisam de menos terras para produzir a mesma quantidade de energia em comparação com os biocombustíveis de primeira geração e, adicionalmente, porque não precisam de solos férteis para seu cultivo.