Combustibles tradicionales, metanol o etanol
Algunas autoridades han recomendado producir metanol en vez de combustibles de transporte tradicionales (gasolina y diésel). El metanol es líquido a temperaturas normales y tóxico si se ingiere. Tiene un índice de octano mayor que la gasolina, pero menor densidad de energía, y puede mezclarse con algunos combustibles (por ejemplo, la propia gasolina) o utilizarse puro. En ambos casos el motor tiene que estar diseñado para admitir ese combustible; alimentar con metanol un motor diseñado para gasolina lo estropeará.
También puede utilizarse metanol en la producción de hidrocarburos más complejos y de polímeros. Células de combustible de metanol directas han sido desarrolladas por el Laboratorio de Propulsión a Reacción de California para convertir metanol y oxígeno en electricidad.[37] Es posible convertir metanol en gasolina, queroseno u otros hidrocarburos, pero eso requiere energía adicional e instalaciones de producción más complejas.[21] El metanol es ligeramente más corrosivo que los combustibles tradicionales, por lo que utilizarlo en un automóvil de gasolina adaptable requiere modificaciones del orden de 100 $.[5].
En 2016 se desarrolló un método que utiliza nitrógeno, espículas de carbono y nanopartículas de cobre para convertir el dióxido de carbono en etanol, de propiedades parecidas al metanol.[62].
Microalgas
Las microalgas son una fuente potencial de combustibles neutros en carbono, pero los esfuerzos para aprovechar dicho potencial no han dado fruto por el momento. Son organismos unicelulares acuáticos que viven en un grupo grande y diverso y que no tienen estructuras celulares complejas, al revés que las plantas pluricelulares. Sin embargo siguen siendo foto-autótrofos, capaces de utilizar la energía solar para convertir unas sustancias en otras a través de la fotosíntesis. Se encuentran típicamente en sistemas de agua dulce y salada, y se han hallado aproximadamente 50 000 especies.[63].
Se ha pronosticado (pero aún está por ver) que las microalgas serán un buen sustituto del petróleo para las necesidades de combustible en la era del calentamiento mundial. Las microalgas convierten el CO en biomasa a mayor velocidad[64] que los cultivos terrestres de biocombustibles, y además no compiten por las tierras de cultivo, pero es más complicado cosecharlas.
Por ello el interés en cultivar microalgas ha aumentado en los últimos años. Se ven como potencial materia prima para la producción de biocombustibles por su capacidad de producir polisacáridos y triglicéridos (azúcares y grasas), los cuales son precursores del bioetanol y el biodiésel.[65] Las microalgas también pueden utilizarse para alimentar al ganado debido a sus proteínas. Más aún, algunas especies de microalgas producen compuestos valiosos como pigmentos o medicamentos.[64] En 2020 una empresa productora de microalgas, que aprovecha parte del CO emitido por una central de ciclo combinado, está duplicando anualmente el volumen de negocio, pero no produciendo biocombustibles, como tenía planeado inicialmente (esa línea de negocio no ha sido exitosa), sino fertilizantes.[14].
Las dos maneras principales de cultivar microalgas son los estanques de flujo continuo y los fotobiorreactores. Estos estanques constan de un canal en bucle ovalado con una rueda de paletas para que circule agua e impedir la sedimentación. El canal está abierto al aire y su profundidad oscila entre 0,25 y 0,4 m (0,82–1,31 pies).[65] Es necesario que el canal sea superficial porque el autosombreado (las algas de las capas superiores quitan luz a las de las inferiores) y la absorción de la luz por el agua pueden limitar la penetración de la luz solar (de la que se nutren las algas) en el medio de cultivo.
Un fotobiorreactor está constituido por un conjunto de tubos transparentes cerrados, con un depósito central que impulsa el líquido. Es más fácil de gestionar que un estanque de flujo continuo, pero sus costes de producción globales son superiores.[66].
Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de la producción de combustibles con microalgas pueden compararse con las emisiones de la producción de biocombustibles convencionales. Las emisiones de la producción de combustibles con microalgas en fotobiorreactores podrían superar las emisiones del diésel fósil convencional, con lo cual esta forma de producción no tendría sentido si lo que se quiere es reducir las emisiones. La ineficiencia se debe a la cantidad de electricidad utilizada para bombear el medio de cultivo por todo el sistema. Utilizar subproductos del cultivo o energías renovables para generar la electricidad son estrategias que pueden mejorar el balance total de emisiones. También debe tenerse en cuenta el impacto ambiental de la gestión del agua y los nutrientes de las algas. Pero, en general, los estanques de flujo continuo arrojan un balance de emisiones mejor que el de los fotobiorreactores.[14].
Los costes de producción de biocombustibles mediante cultivo de microalgas en estanques de flujo continuo están dominados por los costes de operación, que comprenden mano de obra, materias primas, agua y electricidad. En estos estanques, durante el proceso de cultivo, la electricidad supone la mayor parte (del 22 al 79 %) de las necesidades energéticas totales.[65] Se usa para mantener en circulación el cultivo de microalgas. En cambio, si se utilizan fotobiorreactores, el coste de capital es lo que domina. Utilizar fotobiorreactores supone unos costes de construcción altos, pero unos costes de operación menores que los estanques.[14].
La producción de biocombustibles con microalgas costaba en 2011 mucho más dinero (alrededor de 3,1 $/litro u 11,57 $/galón),[67] que producir combustibles con petróleo (0,48 $/litro o 1,820 $/galón en octubre de 2018[68] según el dato proporcionado por la Comisión de Energía de California. Esta proporción de precio lleva a muchos a escoger combustibles fósiles por razones económicas, incluso si esto provoca un aumento de las emisiones de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero.
Se conocen varios impactos medioambientales derivados del cultivo de microalgas:.
En la zona donde se realiza el cultivo puede producirse una mayor demanda de agua dulce, porque las microalgas son organismos acuáticos. El agua dulce se emplea para compensar la evaporación en los estanques de flujo continuo. También se utiliza para refrigeración. Recircular el agua podría reducir la necesidad de este líquido, pero supone un mayor riesgo de infección de las microalgas o inhibición de su crecimiento por bacterias, hongos o virus. Estos inhibidores se encuentran en mayores concentraciones en las aguas recicladas, junto con inhibidores no patogénicos como sustancias químicas orgánicas e inorgánicas o metabolitos resultantes de la muerte natural de algunas de las microalgas que se cultivan.
Muchas especies de microalgas pueden producir toxinas (desde amoníaco hasta polisacáridos y polipéptidos fisiológicamente activos) en algún punto de su ciclo de vida. Estas toxinas pueden ser productos importantes y valiosos por sus aplicaciones en biomedicina, toxicología e investigación química. Sin embargo también pueden producir efectos negativos. Estas toxinas pueden ser agudas (se liberan en una cantidad significativa en un momento determinado) o crónicas (se liberan en pequeñas concentraciones a lo largo de toda la vida del alga). Un ejemplo de toxina aguda es la intoxicación paralizante por marisco,[69] que puede causar la muerte de la persona que ingiera el marisco contaminado. Un ejemplo de toxina crónica son los lentos cambios ulcerativos y carcinogénicos en los tejidos causados por los carragenanos tóxicos que producen las mareas rojas. Dada la alta variabilidad de las toxinas producidas por las microalgas, en un estanque donde se cultivan no siempre es posible pronosticar la presencia o ausencia de toxinas. Todo depende del entorno y las condiciones del ecosistema.[66].
Diésel de agua y dióxido de carbono
Audi ha codesarrollado el E-diésel, un combustible neutro en carbono con un alto índice de cetano. También está trabajando en la E-gasolina, fabricada mediante un proceso similar.[70].
Se electroliza agua a alta temperatura para producir hidrógeno y oxígeno gaseosos. La energía necesaria se extrae de fuentes renovables, como el viento. Entonces se hace reaccionar el hidrógeno con dióxido de carbono comprimido capturado directamente del aire. La reacción produce el llamado "crudo azul" (en realidad es un líquido transparente; se llama así para contrastar su diferencia con el petróleo, que es negro o marrón muy oscuro), compuesto de hidrocarburos. El crudo azul se refina entonces para producir E-diésel de alta eficacia.[71][72] Sin embargo este método es todavía discutible, porque con la capacidad de producción actual solo se pueden fabricar 3 000 litros en unos cuantos meses, el 0,0002 % de la producción diaria de combustible en los EE. UU.[73] Además, la viabilidad termodinámica y económica de esta tecnología ha sido cuestionada. Un artículo sugiere que esta tecnología no crea una alternativa a los combustibles fósiles, sino que simplemente convierte energía renovable en combustible líquido. El artículo también afirma que para conseguir un litro de E-diésel se necesita 18 veces más energía que para obtener un litro de diésel fósil convencional.[74].