La tecnología del cultivo de microalgas
En los últimos años, las microalgas han generado un gran interés científico debido a que presentan un gran potencial biotecnológico, esto se debe, a que se consideran como materia prima sostenible para el desarrollo de productos de alto valor y que además ayudan a mitigar la contaminación. Éstas tienen diversas aplicaciones en distintas áreas de interés como la medicina, la nutraceútica, la energía, entre otras. Debido a esto, el desarrollo de las tecnologías para cultivo y aprovechamiento de las microalgas, ha ido creciendo de manera exponencial hasta que actualmente representa una promesa industrial importante, ya que en algunos casos se han generado cultivos a grandes escalas.
A pesar de que el uso de las microalgas se ha popularizado en los últimos años, actualmente esta tecnología no ha sido aprovechada a grandes escalas, esto se debe a que casi siempre los procesos desarrollados se enfocan en generar un solo producto (como el aceite para biodiesel), desperdiciando el resto de la biomasa, lo que ocasiona que sean costosos y poco viables técnicamente. Es por eso que nace el enfoque de la aplicación de los cultivos de microalgas para generar biorrefinerías, en donde se busca aprovechar la biomasa al máximo posible, para obtener una serie de bioproductos en cadena, y así lograr un balance favorable (tanto técnico como económico) para que los productos de microalgas compitan en el mercado.
Pero… ¿qué es una biorrefinería?
Una refinería es una planta industrial en donde se hace el refinamiento de alguna sustancia, este proceso contempla diversos tratamientos para convertir dicha sustancia en diferentes productos que pueden comercializarse. El concepto biorrefinería es similar a una refinería convencional, con la diferencia que ésta utiliza la biomasa o materia orgánica como materia prima, para desarrollar y obtener distintos bioproductos (llamados así, por crearse de biomasa) de interés comercial de una manera secuenciada, a través de procesos sostenibles. Estos procesos se consideran de carácter renovable debido que no utilizan derivados del petróleo para obtener los compuestos de interés. Además, estas instalaciones tienen el potencial de mitigar las altas concentraciones de CO2 (ya que las microalgas lo consumen al crecer), por lo que es una manera de combatir el cambio climático. En resumen, el fundamento de una biorrefinería es que a través de una sola fuente de biomasa, se realiza el fraccionamiento de los compuestos que estén presentes en ella, después los somete a diferentes procesos (ej. químicos, biológicos, físicos), para poder transformarlos en productos de valor agregado, además de biocombustibles o energía que puede ser utilizada dentro de la misma planta.
Entonces… ¿cómo funciona una biorrefinería microalgal?
Una biorrefinería microalgal consiste en el cultivo de una o varias especies de microalgas para la obtención de biomasa, y que a partir de ésta y mediante diferentes procesos, se extraen la mayor cantidad de compuestos para que sean transformados en productos de valor en el mercado. Las microalgas se han popularizado como fuente de biorrefinerías debido a que se ha demostrado que pueden generar diversos productos como: compuestos antioxidantes, glicerol, pigmentos, alimento para peces, biocombustibles, aceites, sustancias químicas, aminoácidos, etc. En la figura puedes visualizar como es una biorrefinería microalgal.
En este esquema se tendría que seleccionar la especie (o especies) de microalgas de interés para su cultivo, estandarizar las condiciones de crecimiento, ya sea en condiciones controladas (fotobiorreactores) o no controladas (estanques al exterior), recolectar la biomasa y someterla a distintos procesos, para que finalmente, compuestos como lípidos, proteínas y carbohidratos, sean transformados a bioproductos comercializables.
Además, en una biorrefinería de microalgas normalmente se lleva a cabo un proceso secuencial, por ejemplo, se busca un compuesto inicial, como biodiesel; después, la biomasa residual de la extracción de aceites, se puede aprovechar para seguir obteniendo productos con valor económico, ya sea un segundo biocombustible como biogás o bioetanol o compuestos antioxidantes.
¿Una Ventaja Industrial?
Por otro lado, la utilización de la biomasa de microalgas en una biorrefinería, presenta distintas ventajas que la posiciona como una alternativa viable a nivel industrial. Destaca la gran versatilidad de estos microorganismos, que pueden crecer en agua dulce, agua salada e incluso en aguas residuales; por lo que el uso de las microalgas no representa un riesgo para el agua disponible para el ser humano. De igual manera, si se seleccionan especies que crecen en aguas residuales, el empleo de éstas podría ser considerado como biorremediación, disminuyendo la contaminación del agua donde crecen. Otra de las características más destacables es que al crecer, las microalgas, tienen la capacidad de fijar el dióxido de carbono (CO2) del ambiente mediante el proceso de fotosíntesis, siendo una ventaja extra, que ayuda a mitigar los altos niveles de contaminación del aire.
Además, se ha demostrado que las microalgas tienen rendimientos muy altos en la generación de compuestos de interés, comparado con otras biomasas estudiadas. Como ejemplo, en el caso de obtención de lípidos, se han reportado microalgas con rendimientos que van desde 58,700 hasta 126,900 litros de aceite por hectárea (L/h), esto para especies de bajo contenido lipídico (30%) y de alto contenido lipídico (70%), respectivamente. Estos son valores más altos en comparación con los productos que se utilizan comúnmente para obtener biodiesel, como el maíz (172 L/h), la soya (636 L/h), la Jatropha (741 L/h) y la canola (974 L/h), y esto se debe principalmente a que los cultivos de estos microorganismos se pueden realizar en espacios relativamente pequeños, y que además presentan la ventaja de no utilizar tierras cultivables, ni agua de riego para su crecimiento. Por otro lado, existen diversas especies de microalgas que tienen una alta eficiencia de crecimiento, lo que se traduce a una manera rápida y eficaz de obtener grandes cantidades de biomasa.
Además, en investigaciones recientes, se menciona que las microalgas tienen aplicaciones importantes en industrias como la farmacéutica mostrando potencial para productos con habilidades antiinflamatorias, antimicrobianas, como suplemento alimenticio, anticancerígenas y antitumorales, entre otras que se visualizan prometedoras en la medicina alternativa, así como propiedades antienvejecimiento, y como opción para el tratamiento de enfermedades cutáneas y cicatrización.
Comparación de biomasas de microalga antes y después de la extracción de ácidos grasos, donde la biomasa residual puede ser aprovechada para obtención de un segundo bioproducto (tomada de trabajo experimental del Laboratorio de Bioenergía, UPSIN).
Una tecnología alternativa con futuro
Diversos proyectos de cultivo y aprovechamiento de microalgas han alcanzado etapas de prueba en los últimos años, posicionándose como opciones prometedoras para la creación de biocombustibles y como medio de biorremediación de aguas residuales principalmente. En México, en el estado de Veracruz, un grupo de científicos e investigadores, del Instituto de Ecología (INECOL), de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), de la Universidad Autónoma Metropolitana (UAM), de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), así como de la Universidad de Almería, en España, y la Universidad de Florencia, en Italia, montaron un proyecto piloto para el tratamiento de aguas residuales con microalgas, donde emplearon especies con capacidad de acumular grandes cantidades de lípidos para la producción de biocombustibles (en este caso biodiésel, biogás y biohidrógeno), argumentando que es una tecnología de gran potencial, que puede ser eficaz tanto para reducir los contaminantes como para obtener productos de interés.
Uno de las áreas de oportunidad de esta nueva tecnología, es que se puede plantear un sistema donde se pueda explotar el recurso de cada localidad. Un ejemplo de esto, es que se puede crear un atlas de microalgas, donde se documenten las especies que habitan naturalmente en cada región, y registrar el potencial que tienen éstas para generar compuestos de valor comercial , esto serviría para determinar factibilidad de desarrollar biorrefinerías dependiendo de los recursos disponibles de cada región . También es importante destacar que debido a que las diversas especies crecen de manera óptima bajo diversas condiciones ambientales, lo que permitiría adaptar cultivos específicos de microalgas dependiendo la época del año, para que factores como la temperatura (clima) o los nutrientes presentes en el agua en una estación específica, jueguen un papel al favor del cultivo de estos microorganismos, y poder reducir costos de cultivo/producción, haciendo este tipo de propuestas aún más atractivas económicamente.
Las biorrefinerías de microalgas presentan una opción prometedora en distintos aspectos: a nivel biotecnológico siendo una opción destacada para poder obtener productos de interés comercial, y a nivel medioambiental posicionándose como una alternativa sustentable y amigable con el ambiente. Es por esto que el desarrollo de nuevas tecnologías es de suma importancia, ya que, al generar conocimientos nuevos respecto a mejorar los procesos y el potencial del uso de biorrefinerías de microalgas, se amplía la competencia a nivel industrial, y se puede dejar de lado la dependencia que existe con los recursos tradicionales como el petróleo.
Para Saber Más:
ABC Medicina Natural. (2019). Microalgas para la alta cosmética. ABC Medicina Natural. España.
https://www.abc.es/salud/medicina-natural/abci-microalgas-para-alta-cosmetica-201910070119_noticia.html?ref=https:%2F%2Fwww.google.com%2F
Aguasresiduales.info. (2016). Biorrefinerías que generan biocombustibles a partir de microalgas y aguas residuales. Aguasresiduales.info Revista. Conacytprensa.mx
https://www.aguasresiduales.info/revista/noticias/biorrefinerias-que-genera-biocombustibles-a-partir-de-microalgas-y-aguas-residuales-sAzyT
Garcinuño, P. (2019). El futuro de las microalgas, cada vez más presente. InnovaSpain: https://www.innovaspain.com/duplicar-velocidad-crecimiento-microalgas/
Castillo O.S., Torres-Badajoz S.G., Núñez-Colín C.A., Peña-Caballero V., Herrera Méndez C.H. y Rodríguez-Núñez J.R. (2017). Producción de biodiésel a partir de microalgas: avances y perspectivas biotecnológicas. Hidrobiológica, 27(3):337-352.
http://www.scielo.org.mx/pdf/hbio/v27n3/0188-8897-hbio-27-03-337.pdf
Ing. Andrea de Jesús Gárate Osuna, estudiante del posgrado Maestría en Ciencias Aplicadas enfocada en energía y desarrollo sustentable de la Universidad Politécnica de Sinaloa, México.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo..
Dr. en Biotecnología David Ulises Santos Ballardo, Profesor Investigador en la Maestría en Ciencias Aplicadas de la Universidad Politécnica de Sinaloa, México.
Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo..