Oscar Estévez, Técnico IIGE
Figura 1: Fotobiorreactor [1]
Las microalgas son organismos unicelulares que tienen una capacidad de crecimiento y de generación de biomasa mucho mayor que las plantas superiores (caña de azúcar, soya, cereales, etc.), ya que no necesitan arraigar o generar estructuras reproductoras, lo que les permite duplicarse en cuestión de horas. Además, son una de las fuentes más efectivas de producción de energía renovable basadas en biomasa, en comparación con residuos agrícolas, urbanos, etc.
El uso de biomasa de microalgas se usa como materia prima para la producción de biocombustible, esta conversión puede ser alcanzada por diferentes métodos que pueden ser clasificados en: termal, químico y bioquímico; además, su uso para la descomposición e hidrólisis [2], En este artículo nos enfocamos en el crecimiento utilizando un fotobiorreactor (dispositivo para el cultivo masivo de microalgas), el cual ayuda al control de las diferentes variables (temperatura, acidez, etc.). Una vez obtenida suficiente cantidad de este microorganismo se procede a la cosecha para después darle uso a la biomasa resultante.
El fotobiorreactor es uno de los dispositivos que se usa para el cultivo masivo de microalgas. Para el cultivo masivo de algas en fotobiorreactores se debe mantener un medio estable (temperatura, pH, baja concentración de O2) y proporcionar los nutrientes necesarios para el crecimiento, incluyendo la luz [3]. Existen varios proveedores de estos recipientes, muchas de las empresas ofertan equipos especializados dependiendo del tipo de ambiente y del tipo de microalga a utilizar, pero también es posible armar un equipo con materiales más económicos, en cualquier caso, se requiere equipos de control (temperatura, agitación, acidez, etc.), para ayudar a determinar las variables optimas de cultivo.
El cultivo de estos microorganismos abarca varios aspectos o escalas, que van desde la obtención de las especies, al cultivo en laboratorio con el objeto de amplificar y purificar la población y, su caracterización para averiguar las condiciones de cultivo óptimas [4]. Para el caso de nuestra revisión nos enfocaremos en el crecimiento de un tipo de organismo en específico, chlorella, el cual puede ser cultivado desde escala laboratorio, prototipo y mediana escala.
Existen varios tipos de fotobiorreactores: abiertos (open ponds, raceways), o cerrados (reactores planos, reactores tubulares). El uso de uno u otro dependerá de las condiciones ambientales y del tipo de microalga a utilizar [5]. En el caso de nuestro país, es factible el uso del tipo cerrados, debido a que la contaminación es un factor de mayor incidencia en este tipo de cultivos, lo que provocaría infecciones bacterianas o virales del cultivo, matando o diezmando la población microalgal. Además, el espacio que se utiliza en un sistema de tipo cerrado es mucho menor (varios metros cuadrados), en comparación al de tipo abierto (varios cientos de metros cuadrados), por lo que, el uso de sistemas cerrados sería la mejor opción.
Figura 2: Fotobiorreactor cerrado [6].
Figura 3: Fotobiorreactor abierto [7].
Entre los beneficios del uso de fotobiorreactores para cultivo de microalgas tenemos: permiten el paso de la luz necesaria para el crecimiento microalgal, en algunos casos se utiliza pintura para reflejar la luz solar que incide en pisos y paredes cercanos a los fotobiorreactores [8]; protegen al cultivo de posibles contaminaciones externas, para el caso de fotobiorreactores cerrados. En fotobiorreactores abiertos se corre el riesgo de contaminaciones, sin embargo, el volumen de cultivo puede ser mayor que en el mencionado anteriormente [9]; facilitan el control de la temperatura, ya que es una de las variables principales a controlar en los cultivos debido a que en temperaturas extremas se corre con el riesgo de muerte de las microalgas [9]; permiten el control de la acidez de los cultivos, ya que en ambientes ácidos o básicos extremos incide directamente en el crecimiento microalgal [9]; permiten el control de O2 en el cultivo permitiendo el correcto crecimiento de las microalgas [10]; permite el control de alimentación y medio de cultivo en cada reactor, aumentando la eficiencia y maximizando el crecimiento de las microalgas [10].
En Ecuador existen investigaciones acerca del cultivo de microalgas realizado por algunas universidades (UDLA, ESPE, UISEK, etc.), en su mayoría tesis de estudios realizados a escala laboratorio o escala piloto, por lo que, aún no se puede hablar acerca de costos de inversión en plantas de producción a mediana o gran escala para producción nacional de biomasa de microalgas.
El Instituto de Investigación Geológico y Energético (IIGE), se realiza investigaciones acerca del cultivo de microalga chlorella, en una escala desde los 200ml hasta 5000ml de volumen de cultivo, con el objetivo de determinar variables optimas de cinética de crecimiento, lo que conlleva ensayos con diferentes variables (intensidad lumínica, burbujeo de CO2 y O2) para determinar el óptimo crecimiento de la microalga, de esta manera escalar el cultivo a diferentes fotobiorreactores y tener datos que puedan ser útiles para futuras instalaciones de cultivo microalgal.
Para implementar el cultivo de microalgas, ya sea en pequeña, mediana o gran escala, es importante tomar en cuenta el uso de fotobiorreactores, aplicaciones y beneficios; además, el tipo de microalgas a producir y con qué objetivo (alimenticio, energético, etc.), así como también, el medio ambiente en que se lo va a realizar, para de esta manera obtener un mejor desempeño y producción de microalgas.
Figura 4: Beneficios de las microalgas [11].
El Instituto de Investigación Geológico y Energético (IIGE), le invita a participar en una ENCUESTA DE PERCEPCIÓN.
El objetivo de la encuesta es recibir sus comentarios para comprender de mejor manera su percepción y expectativa que nos permitan entregar un producto y servicio óptimo.
Agradecemos su participación.
Referencias Bibliográficas
[1] (2019) Oficina de Transferencia Tecnológica y Licenciamiento. [Online]. Available: http://www.ottl.usm.cl/portfolio-usm/fotobiorreactor-3d/
[2] (2018) ACUAHOY Portal de información de acuicultura. [Online]. Available: https://www.aquahoy.com/i-d-i/valor-nutricional/32130-el-rol-de-las-microalgas-en-la-produccion-de-energia-renovable
[3] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available: https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-1-microalgas.html
[4] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available: https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-2-cultivo-de-microalgas.html
[5] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available: https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-7-fotobiorreactores.html
[6] (2014) Universidad Politécnica de Madrid, Premios a las tecnologías más innovadoras UPM. [Online]. Available: http://upminnovatech.blogspot.com/2014/05/microalgas-solucion-sostenible-para.html
[7] (2016) Energías Renovables, El periodismo de las energías limpias. [Online]. Available: https://www.energias-renovables.com/biomasa/co2algaefix-continua-para-desarrollar-una-biorrefineria-e-20160405
[8] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available:
https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-6-interaccion-con-la-luz.html
[9] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available:
https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-4-crecimiento-y-productividad.html
[10] (2014) Ingeniería de procesos aplicada a la biotecnología de microalgas. [Online]. Available:
https://w3.ual.es/~jfernand/ProcMicro70801207/tema-1---generalidades/1-3-nutrientes.html
[11] (2021) Construible.es, Todos sobre construcción sostenible. [Online]. Available: https://www.construible.es/comunicaciones/comunicacion-fotobiorreactores-urbanos-algas-ciudad-verde-reinterpretando-laberinto