Avances en la acuacultura en alta mar y la producción de energía renovable

A pesar de las sinergias prometedoras, se deben abordar varias preguntas y consideraciones para realizar todo el potencial

La acuacultura en alta mar implica el cultivo de diversos organismos marinos como peces, crustáceos, moluscos y plantas acuáticas en mar abierto, lejos de las regiones acuícolas costeras tradicionales. Este nuevo enfoque de cultivo ofrece muchas oportunidades y un amplio espacio de cultivo con menos competencia de otras actividades humanas costeras, como el transporte marítimo, el turismo, la recreación, la conservación, el desarrollo urbano y otras.

Además, estos lugares alejados de la costa suelen tener una mejor calidad del agua y temperaturas del agua más estables. Y las olas y las corrientes facilitan la dispersión y dilución de los desechos, reducen la bioincrustación y previenen la degradación del ecosistema marino que a menudo se asocia con las granjas de acuacultura intensiva cercanas a la costa.

Junto con la acuacultura marina, ha habido un interés, una investigación y un desarrollo significativos en el aprovechamiento de fuentes de energía renovable marinas, como la eólica, la solar, las olas y las corrientes de marea. Actualmente, la energía eólica marina es el principal contribuyente a la producción de energía renovable marina, con una capacidad instalada acumulada global de 64,3 GW a partir de 2022.

A nivel mundial, existe un fuerte compromiso de seguir ampliando la producción de energía marina. Por ejemplo, la Unión Europea ha establecido un objetivo para 2050, apuntando a 350 GW de energía eólica marina y 188 GW de energías de olas y mareas. Sin embargo, las energías renovables marinas enfrentan desafíos debido a la naturaleza relativamente nueva de las tecnologías involucradas y los duros entornos marinos en los que operan. El costo nivelado de la electricidad (LCOE) generada a partir de fuentes renovables marinas sigue siendo relativamente alto. Se están realizando importantes esfuerzos de inversión, investigación y desarrollo para reducir aún más los LCOE.

Este artículo – resumido de la publicación original (Nguyen, H.P. and C.M. Wang. 2024. Advances in Offshore Aquaculture and Renewable Energy Production. J. Mar. Sci. Eng. 2024, 12(9), 1679) – analiza sinergias prometedoras entre la acuacultura en alta mar y la producción de energía renovable.

Sistemas mejorados de jaulas y redes

La piscicultura tradicional en zonas costeras depende en gran medida de sistemas de redes abiertas flotantes, con estructuras flotantes construidas con tubos de HDPE (polietileno de alta densidad) o marcos de acero galvanizado sostenidos por cajas flotantes de plástico. Estos sistemas de infraestructura se han utilizado en zonas con alturas de olas de hasta 3 metros. Sin embargo, se necesitan modificaciones e innovaciones en la infraestructura para la piscicultura en alta mar en condiciones marinas de mayor energía, y se están invirtiendo esfuerzos importantes en tres enfoques para la infraestructura de piscicultura en alta mar.

El primer enfoque es modificar los corrales de peces cercanos a la costa para aumentar su resistencia, rigidez y estabilidad para sobrevivir a las condiciones marinas de alta mar, aunque los collares y redes flotantes de HDPE tienden a deformarse significativamente. El segundo enfoque es sumergir los corrales de peces debajo de la superficie del agua para evitar fuertes olas superficiales, especialmente durante las tormentas. Se están realizando estudios y ensayos para examinar el rendimiento estructural, las técnicas de inmersión y la salud de los peces en estados sumergidos.

El tercer enfoque para la piscicultura en alta mar es emplear estructuras grandes de marco rígido construidas con tubos de acero o haces de tubos de HDPE. Este enfoque parece ser el método más adoptado en áreas marinas debido a la robustez de estas estructuras en entornos marinos severos, aunque los altos costos de infraestructura siguen siendo un problema para su adopción a gran escala.

La acuacultura en alta mar se acerca un poco más a la realidad en el Golfo de México

Cultivo de algas marinas

El cultivo de algas marinas está recibiendo más atención debido a las amplias aplicaciones de muchas especies de macroalgas, como en las cocinas asiáticas, los alimentos para animales, los cosméticos, los productos farmacéuticos y los fertilizantes. La infraestructura de cultivo de algas marinas en sitios cercanos a la costa se considera comúnmente de baja tecnología, compuesta por redes, cuerdas, pilotes de madera, marcos de bambú, boyas y anclas de fondo marino. Esfuerzos en curso están examinando infraestructuras de cultivo de algas marinas más robustas construidas con HDPE o incluso acero para su despliegue e implementación en alta mar.

La optimización de la infraestructura de cultivo de algas marinas y la ubicación conjunta con granjas de peces en alta mar están recibiendo atención como enfoques de reducción de costos. Además, la ubicación conjunta con granjas de peces puede mejorar la sostenibilidad de estas granjas acuícolas, ya que las algas marinas pueden ayudar a eliminar el fósforo y el nitrógeno de los desechos de las jaulas de peces.

Energía eólica

La energía eólica marina ha experimentado un rápido crecimiento en las últimas décadas, con un notable aumento de la capacidad instalada acumulada de más de 700 veces entre 2006 y 2022. Las tecnologías asociadas a la energía eólica marina son relativamente maduras y se han comercializado a gran escala, especialmente para turbinas eólicas con cimentación inferior que se sostienen sobre estructuras monopilote, trípode o tipo jacket. Estas tecnologías pueden ser económicamente viables para aguas de hasta 60 metros de profundidad.

Para mayores profundidades de agua, se están desarrollando turbinas eólicas flotantes para su implementación; se encuentran en las primeras fases de desarrollo, con implementaciones y operaciones mínimas. Las turbinas eólicas flotantes constan de una estructura flotante y turbinas superiores. Dado que el diseño de la turbina es bastante estándar, la atención se centra en el flotador. A medida que aumenta la profundidad del agua, los flotadores pueden adoptar la forma de una barcaza, un semi-sumergible, un mástil o una plataforma con patas de tensión. Se están realizando esfuerzos para realizar análisis más refinados y optimizaciones estructurales de los flotadores y sus sistemas de amarre para mejorar la seguridad y reducir los costos.

Energía solar

Las instalaciones solares flotantes se utilizan en aguas tranquilas, como lagos y embalses, pero también existe interés en aprovechar la energía solar del océano, donde la infraestructura solar debe soportar fuertes olas y corrientes de agua. Se han propuesto dos enfoques: uno utiliza un marco semi-sumergible robusto para soportar paneles fotovoltaicos (PV), mientras que el otro utiliza una membrana grande sostenida por estructuras de HDPE, lo que permite que la estructura se deforme de manera flexible con las olas. La investigación solar en alta mar ha sido limitada y se necesitan más investigaciones para examinar la seguridad de la infraestructura en condiciones de tormenta.

Energía de olas marinas

El aprovechamiento de los movimientos de las olas para generar electricidad ha sido de interés desde la década de 1970, pero las tecnologías para la conversión de la energía de olas marinas aún no se han desarrollado a gran escala. Si bien algunos sistemas han demostrado la capacidad de suministrar electricidad en implementaciones de prueba, cuestiones como la seguridad, la durabilidad de las estructuras y el costo de la electricidad generada siguen siendo un desafío. Los diseños de convertidores de energía de olas varían; los tipos más comunes incluyen columnas de agua oscilantes, atenuadores, absorbedores puntuales y convertidores de oleaje oscilantes. Las investigaciones más recientes se han centrado en la integración de convertidores de energía de las olas con otras estructuras marinas y en el desarrollo de nuevas generaciones de sistemas de toma de fuerza para reducir el costo de la electricidad generada a partir de las olas.

Energía de mareas

Las corrientes de marea ofrecen otra forma de energía renovable marina, que se puede convertir en electricidad utilizando turbinas de eje horizontal o dispositivos de cometa. Las turbinas de eje horizontal, similares a las turbinas eólicas pero más pequeñas, son el diseño más común. La investigación y el desarrollo actuales en este concepto de diseño común muestran la promesa de mayores reducciones de costos y una mayor seguridad, lo que indica el potencial para la expansión generalizada de la energía de las corrientes de marea.

Co-ubicación de acuacultura y producción de energía

Otro avance en las granjas de acuacultura marina y las granjas de producción de energía renovable es integrar o co-ubicar conjuntamente estos dos tipos de granjas, que ofrecen sinergias y oportunidades atractivas para el desarrollo sostenible de los océanos.

Al ubicar conjuntamente las instalaciones de acuacultura dentro de los parques eólicos marinos, las partes interesadas pueden aprovechar la infraestructura compartida, los sistemas de amarre y los recursos, optimizando la utilización espacial y reduciendo las huellas ambientales. Los parques eólicos marinos proporcionan plataformas estables para anclar la infraestructura de acuicultura al tiempo que utilizan el exceso de espacio entre las turbinas eólicas para las actividades de acuacultura. Además, la presencia de infraestructura de energía eólica o marina puede mitigar los costos energéticos de las operaciones de acuacultura, fomentando la viabilidad económica y la sostenibilidad a largo plazo al eliminar el uso de combustibles fósiles en la acuacultura marina.

Perspectivas

A pesar de las prometedoras sinergias entre la acuacultura en alta mar y la producción de energía renovable, es necesario abordar varios desafíos y consideraciones para aprovechar todo su potencial. Entre ellos se incluyen los marcos regulatorios, las evaluaciones de impacto ambiental, la compatibilidad tecnológica y la participación de las partes interesadas. Los marcos regulatorios que rigen las actividades en alta mar deben adaptarse para dar cabida a proyectos integrados de acuacultura y energía, garantizando el cumplimiento de las normas ambientales y los requisitos de permisos.

Las evaluaciones de impacto ambiental son esenciales para evaluar las implicaciones ecológicas de las operaciones en el mismo lugar y los efectos sobre los ecosistemas marinos. Además, la compatibilidad tecnológica entre la acuacultura y la infraestructura de energía renovable es crucial para optimizar la utilización de los recursos y mitigar los riesgos operativos. Las soluciones innovadoras, como las plataformas multiuso y los sistemas modulares, pueden facilitar el despliegue sinérgico al tiempo que abordan las limitaciones técnicas y los desafíos operativos.

La participación significativa de las partes interesadas es vital para promover la colaboración y abordar las preocupaciones entre las diversas partes interesadas, incluidas las agencias gubernamentales, los socios de la industria, las comunidades locales y las organizaciones ambientales. La comunicación transparente, la consulta a las partes interesadas y los procesos de toma de decisiones participativos son esenciales para generar confianza y consenso en torno a los proyectos integrados de acuacultura y energía.