Aplicaciones biotecnológicas de

microalgas: caso de estudio.

Proyecto de Producción de

Microalgas para obtención

de Biocombustibles

Mic. Carolina Belén García.

Dra. Stela Maris da Silva

Dr. Jorge Barón

• Biocombustibles que no requieren suelos

agrícolas, no compiten con alimentos.

• Mayor rendimiento productivo y eficiencia

fotosintética.

FUENTE DE ENERGÍA

RENOVABLE:

• Créditos de carbono. MITIGACIÓN

DE CO2:

• Especies aptas para crecer en ambientes hostiles. TRATAMIENTO

DE EFLUENTES:

• Obtención de subproductos de alto valor agregado BIOREFINERÍA

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GENERALIDADES: VENTAJAS DE LOS CULTIVOS DE MICROALGAS

Wilkie et al., 2011. Indigenous algae for local bioresource production: Phycoprospecting. Energy and Sustanaible

Development. 15 (2011) 365-371. Elsevier.

Microalgae

GRUPO DE INVESTIGACIÓN

Dr. Jorge H. Barón Director

Dra. Stela Maris da Silva Co-directora

Mic. Carolina B. García

Ing. M. Florencia Codina

Téc. Anahí Fonollá

Biol.Molec. Abi Anello

Sr. Guillermo Gandía

Integrantes

Estudiantes de Ingeniería Química,

Técnicatura en mantenimiento

industrial, Biología y/o carreras afines.

Colaboradores

Emprendimiento conjunto

público-privado

RESUMEN DEL PROYECTO a-Oil

El proyecto se enfoca en el desarrollo tecnológico de

sistemas de cultivos de microalgas a escala piloto

asociados a industrias de diversa índole, con fines

energéticos y ambientales que contribuyan al desarrollo

sustentable y aprovechamiento de recursos regionales. Se

contemplan actividades de investigación aplicada, estudios

paramétricos, definición del potencial comercial, en el

marco de investigación, desarrollo y formación de recursos

humanos en emprendimientos conjuntos entre

instituciones públicas-privadas.

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Nuestro producto: know how

Desarrollo de tecnologías de explotación rentable y a

escala industrial de cultivos de microalgas para:

Producción de energías alternativas: biodiesel,

biocombustibles sólidos.

Mitigación de gases de efecto invernadero (CO2)

Productos de alto valor agregado; Tratamiento de

efluentes residuales

Lo que se desea vender a las empresas es un

DESARROLLO TECNOLÓGICO

que les permita mejorar sus procesos, mitigar sus impactos ambientales, reducir sus costos y maximizar

sus ganancias.

EL DESARROLLO TECNOLÓGICO

Biomasa producida. Lípidos totales. Poder Calorífico Superior (PCS). Generación de

Biogás. Captura efectiva y mitigación de CO2. Extracción de xantinas. Producción de

pigmentos. Estudios de calidad nutricional de microalgas secas como

suplementos/aditivos. Cultivo en efluentes urbanos pretratados.

Desarrollo de sistemas de cultivo, harvesting, secado y almacenamiento factibles

de ser replicados en sistemas modulares.

Determinación de factores críticos en cada etapa, para realizar estimaciones de

factibilidad económica y rentabilidad de cada uno los procesos a una escala

industrial.

TODOS ESTOS PUNTOS SIN DEJAR DE LADO LA UTILIZACIÓN DE

RECURSOS INDUSTRIALES COMO INSUMOS PRODUCTIVOS EN SISTEMAS

SUSTENTABLES

MUESTREOS

MICROALGAS

Medios de cultivo: tipos, proporciones. Fuentes de N y P.

Fuentes de C: orgánica e inorgánica (CO2 – frecuencia de inyección, duración y

cantidad).

Adición de O2 (frecuencia de inyección, duración y cantidad).

Tipo de agua de cultivo. Láminas de agua-profundidad.

Iluminación y Fotoperiodos: duración, intensidad, tipos.

Agitación, pH, conductividad.

Duración de los ciclos.

Inóculos. tipos, proporciones.

Factores de escalado.

Se realizaron múltiples ensayos en diversas configuraciones experimentales, a fin

de detectar la influencia de las variables, de forma individual y combinada, y poder

determinar relevancia y efectos en términos de parámetros medidos para poder

proponer y realizar la optimización de procesos, tanto in-door como out-door.

Variables estudiadas en diversas configuraciones

experimentales

Se propusieron, estudiaron y optimizaron diversos métodos de cosecha y

concentración (harvesting), entre ellos centrifugación, diferentes tipos de filtrado y

filtros, entre ellos filtrado tangencial, floculación, electrofloculación, teniendo en

cuenta

Factores de filtrado.

Factores de reducción.

Factibilidad del método a ser aplicado en grandes volúmenes,

Tiempos, consumo y gastos energéticos.

Calidad y cantidad de biomasa obtenida.

Métodos evaluados para cosecha y

concentración

Temperatura de secado: afecta la composición y el rendimiento de los lípidos

El secado a 60°C conserva una alta concentración de TAG en los lípidos y

sólo disminuye ligeramente el rendimiento.

Temperaturas superiores a 60°C: disminuyen la concentración de TAG y el

rendimiento de los lípidos [Widjaja et al., 2009].

Nuestra temperatura de trabajo: 50°C.

Cultivos in-door: estufa.

Cultivos out-door-escala piloto: Secadores tipo spray en chorro de aire caliente

.

Secado

UTILIZACIÓN Y DESTINO DE LA BIOMASA

Productividad y rendimiento en cada configuración experimental, en términos de:

Biomasa.

Lípidos.

Perfil de ácidos grasos (FAMEs).

PCS.

Producción de biopigmentos.

Tasas de crecimiento y tiempos de duplicación.

Resistencia, viabilidad y predominancia de microalgas.

Relación entre estos parámetros de acuerdo a cada objetivo particular de diseños

experimentales específicos, tanto in-door como out-door.

Parámetros evaluados en las diversas

configuraciones experimentales

Avance de resultados

Se ha logrado la predominancia de dos cepas de microalgas Chlorella sp. SC01 y

Scenedesmus sp. SC02 en todos los cultivos y condiciones ensayadas, aún en

condiciones NO axénicas.

Se observaron productividades de biomasa en el orden de 1,84 g.L-1, alcanzando un

máximo de 3,928 g.L-1 en términos de biomasa seca final respecto a la inicial (0,196 g.L-

1), aunque estos valores dependen de condiciones experimentales particulares. Promedio

de los RP de marzo a julio: 15g/m2.día. Promedio de los RP (mundial): 20-25g/m2.día. Los

valores de biomasa fueron mayores en láminas de agua de 30cm y 15cm respecto de

cultivos crecidos en láminas de 10cm.

Mediante la adición de CO2 se logran productividades 3 veces mayores de biomasa.

Chlorella sp. “secuestra” 59% del CO2 en concentración 1% (Ramanan et. al, 2010).

Actualmente estamos trabajando en disolución de CO2 inferior a 1%.

Se ha logrado obtener rendimientos significativos de biomasa y lípidos en 3, 5 y 7 días

de cultivo mediante optimización de medios de cultivo, tanto in-door como out-door, en

condiciones NO axénicas.

Avance de resultados

Mediante diversos esquemas experimentales se ha observado un efecto

marcado en el crecimiento de microalgas y productividades, principalmente en los

estudios de optimización de medios de cultivo.

La cosecha y concentración (harvesting) mediante filtrado tangencial resultó

apropiada, obteniéndose factores de filtrado de hasta 20:1 (L) en 30´, a partir de

prototipos experimentales diseñados para tal fin. El método de electrofloculación

resultó eficaz y eficiente, la mejora y diseño de prototipos se encuentra en

ejecución.

Lípidos: valores de 8% hasta 20% a partir de cultivos en consorcio y

condiciones no axénicas (considerando la total ausencia de esterilización y la no

selección de especímenes). Extracción de aceites: el tratamiento combinado

(macerado con criotratamiento previo y posterior extracción con n-hexano) fue

más eficiente (en un 27%) que la técnica convencional (sin criotratamiento

previo).

Avance de resultados

Se analizaron los perfiles de lípidos y se compararon con muestras de

biodiesel (utilizados actualmente para cortar el diesel común). Los resultados

mostraron similitudes entre ambos patrones. Por lo tanto, los FAMEs obtenidos

de lípidos de microalgas ensayadas coinciden con los estándares preestablecidos

por la Ley de Biocombustibles, por lo cual podrían utilizarse como materia prima

para biodiesel.

Valores de PCS de hasta 3650 cal.g-1.

Se obtuvieron niveles aceptables de xantinas, entre un 15-20% (no

caracterizadas), lo cual es un punto importante, ya que la extracción y

purificación de las mismas agrega valor al sistema sin modificar el PCS y su

utilización como combustible.

La biomasa tanto fresca como residual (pos-extracción de lípidos) fue utilizada

para el estudio de generación de biogás, con o sin adición de glicerina como

sustrato fermentable, obteniéndose buenos rendimientos en términos de cantidad

y calidad.

Por otro lado, se estudió el crecimiento de microalgas en efluentes urbanos

pretratados. Se concluyó que el agua proveniente de las últimas etapas del

tratamiento de efluentes (efluentes urbanos pre-tratados), rica en N y P, es

factible de ser utilizada para el cultivo de microalgas, obteniéndose

productividades significativas de biomasa y lípidos en términos de cantidad y

calidad.

Los datos obtenidos son comparables con otros de la literatura, obtenidos a

partir de cultivos monoespecíficos y de consorcios, pero bajo condiciones

axénicas y controladas (esterilización).

Avance de resultados

NUESTROS LABORATORIOS

Emprendimiento público-privado

Grupo a-Oil, UNCUYO, FUNC, E-Traders, GECOR S.A.

Planta Piloto en RíoIII, Córdoba

El objetivo del PILOTO es ensayar y

caracterizar los procesos de cultivo, cosecha y

secado de

biomasa de microalgas a escala industrial,

incluyendo los procesos de disolución de

dióxido de carbono en agua.

El PILOTO no tiene un objetivo productivo

Escalado del cultivo

Estanques primarios

Estanques secundarios

Estanques productivos

1:10 1:10

Módulo alimentación

Lay Out planta piloto 0.5Ha

Diagrama de flujo

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¡Muchas gracias por su

atención!

Mic. Carolina Belén García carobeleng@gmail.com

Dra. Stela Maris da Silva

smdsil08@yahoo.com.ar

Dr. Jorge Barón

jbaron@fing.uncu.edu.ar