Microalgas, estado del arte (3.- Sistemas de cultivo)

Posted on Viernes 15 Enero 2010

altas_fer_1.jpgA diferencia de los cultivos terrestres, las microalgas crecen extremadamente r√°pido, ya que com√ļnmente pueden doblar su biomasa dentro de las primeras 24h. Los tiempos de duplicaci√≥n en la “etapa exponencial de crecimiento” son de 3,5h aproximadamente. Dependiendo de la especie, las microalgas producen diferentes tipos de l√≠pidos, hidrocarburos y otro tipo de mol√©culas complejas.

Los m√©todos utilizados para la producci√≥n de microalgas a gran escala son los sistemas abiertos de “raceway ponds” y cerrados o “fotobioreactores”. Veamos en qu√© consiste cada uno.

Raceway ponds

Sobre este tipo de tecnología se ha experimentado desde 1950 y existe una extensa experiencia en su ingeniería. Las mayores instalaciones de producción de biomasa basadas en este método, ocupan áreas de unos 440.000 m2 (Spolaore et al., 2006).

Los sistemas raceway constan de un circuito de bucles y canales por donde circula el cultivo y mezclado mediante una rueda de paletas (paddlewheel) que homogeniza los nutrientes y los microorganismos. El flujo es guiado alrededor del sistema de bucles por deflectores (baffles) dispuestos en los canales. El material del que son construidos suele ser hormigón o tierra compactada y recubiertos con plástico blanco que mejora la captación luminosa por parte del alga.

Durante el día, el cultivo es alimentado de manera continua por la parte inicial, donde la rueda de paletas comienza a generar el flujo. La retirada de desechos y microorganismos se lleva a cabo al final del recorrido por la parte trasera de la rueda. El sistema de rueda que genera el movimiento posee un tiempo de operación de 24h, para evitar de esta manera la sedimentación del cultivo.

El enfriamiento del sistema se logra simplemente por evaporación, siendo este aspecto una de las ventajas que posee sobre otras tecnologías, aunque la perdida de agua puede llegar a ser muy significativa. Debido al intercambio gaseoso que realizan este tipo de sistemas con la atmósfera, el uso de dióxido de carbono es mucho menos eficiente que en el caso de fotobioreactores.

La productividad se ve afectada por la contaminaci√≥n de otras especies de algas no deseadas o de microorganismos que se desarrollan con nuestra alga en cuesti√≥n. De forma general, la concentraci√≥n de biomasa en sistemas abiertos permanecen a niveles bajos debido a que el cultivo est√° pobremente mezclado y los haces luminosos no pueden acceder a la “zona √≥pticamente oscura”.

La generación de biomasa a partir de microalgas y la extracción de aceite para la producción de biodiesel han sido estudiadas y evaluado de manera muy extensa en los sistemas abiertos raceway ponds. Los Raceways son sistemas menos caros que los fotobioreactores debido a su menor coste de construcción y operación, aunque la producción de biomasa también es menor.

Fotobioreactores

A diferencia de los sistemas abiertos, los fotobioreactores permite el cultivo de una √ļnica especie de microalga durante un tiempo prolongado. Son id√≥neos para producir una gran cantidad de biomasa algar.

algas_fer_2.jpgLos fotobioreactores tubulares consisten en una serie de tubos transparentes consecutivos, normalmente fabricados de plástico o vidrio. Es sobre estos tubos donde  a luz incidirá sobre las microalgas para la realización de la fotosíntesis. Generalmente poseen un diámetro limitante de unos 0,1m o menos, debido a que un mayor rango impediría la entrada de luz a las zonas profundas ya que es necesario que la densidad del cultivo sea muy elevada para conseguir un alto rendimiento de biomasa. El colector solar o tubos son orientados para maximizar la captura de luz solar. De forma habitual, la disposición de los tubos solares está colocada en paralelo y colocados sobre el suelo.

Otro sistema de organizar los tubos solares es de forma horizontal, paralelos unos a otros en forma de valla, para lograr de esta manera un aumento del n√ļmero de tubos activos para un √°rea determinada. Adem√°s la orientaci√≥n siempre ser√° Norte-Sur.

algas_fer_3.jpgLa superficie del suelo es a menudo pintado de color blanco o recubierto de pl√°stico para incrementar la reflectancia o albedo, aumentando de esta manera la cantidad de luz recibida por los tubos. Existen otras variantes de fotobioreactores (Molina Grima et al., 1999; Tredici, 1999; Pulz, 2001; Carvalho et al., 2006), pero no son los que normalmente se usan.

La iluminaci√≥n artificial de los fotobioreactores es una t√©cnica existente, pero demasiado caro en comparaci√≥n con la luz natural. Sin embargo se ha estado usando para la producci√≥n a gran escala de biomasa, particularmente en el caso de productos de alto valor a√Īadido.

La sedimentaci√≥n de la biomasa en los tubos se previene mediante el mantenimiento de un flujo turbulento elevado. El flujo ser√° producido por una bomba mec√°nica (de f√°cil dise√Īo y operaci√≥n, aunque puede producir da√Īos en la biomasa) o por bomba de burbujas (de menor flexibilidad y requerimiento de una fuente de aire).

La fotos√≠ntesis genera ox√≠geno, por lo que a altos niveles de irradiancia se pueden lograr concentraciones mayores de 10g O2/m3, pudiendo llegar a inhibir el proceso fotosint√©tico (retroalimentaci√≥n negativa). Adem√°s, en estas condiciones, el exceso de ox√≠geno y luz solar pueden producir da√Īos por fotoxidaci√≥n de las c√©lulas. Para prevenir estos factores, los niveles m√°ximos de tolerancia del ox√≠geno disuelto no deben sobrepasar el 400% del valor de aire saturado. El ox√≠geno no puede ser eliminado del interior de los tubos del fotobioreactor. Este hecho limita la distancia de recorrido del cultivo ya que debe ser peri√≥dicamente enviado a la zona de desgasificaci√≥n, donde el ox√≠geno ser√° secuestrado mediante una corriente de burbujas de aire. De forma general, un tubo no deber√≠a exceder los 80 m de recorrido, aunque la distancia exacta depende de varios factores incluyendo la concentraci√≥n de la biomasa, la intensidad luminosa, el flujo y la concentraci√≥n de ox√≠geno en la entrada del tubo.

Durante el recorrido del cultivo a través de los tubos, el pH se verá incrementado por la consumición de dióxido de carbono, por lo que se deberá regular la entrada del gas tanto en la zona del desgasificador como en otros puntos a lo largo del tubo, con el fin de prevenir la limitación de carbono y un aumento excesivo del pH.

Los fotobioreactores precisan de un enfriamiento durante las horas de luz, además de que en la noche también es necesario un cierto control de la temperatura. Por ejemplo, la pérdida de biomasa producida por la noche puede ser reducida mediante la disminución de la temperatura durante estas horas. Los métodos más usados para producir el enfriamiento del cultivo serían el uso de intercambiadores de calor localizados en el desgasificador, uso de agua pulverizada directamente sobre los tubos.

Escrito por Fernando Gómez Hermoso

Fuente: http://weblogs.madrimasd.org/renovables_medioambiente 

5 comentarios para 'Microalgas, estado del arte (3.- Sistemas de cultivo)'

  1.  
    Pedro Pablo Camacho M
    16 Marzo 2010 | 5:45 pm
     

    Estoy comenzando en Colombia un proyecto para produccion de biodiesel a traves a partir de microalgas en sistema abierto. requiero asesoria ustedes la prestan. gracias

  2.  
    Daiana Roca Pereira
    4 Noviembre 2010 | 4:11 pm
     

    Buenos dias, estoy realizando un previo proyecto para comenzar a producir biodisel a base de algas, y necesitaria, si es posible que me enviaran un presupuesto aproximado de los precios del Fotobioreactor. Muchas gracias !!

  3.  
    j refugio anguiano
    17 Febrero 2011 | 8:29 am
     

    Hola que tal, soy estudiante de biotecnolog√≠a y acuacultura en la universidad de colima M√©xico y estoy realizando en conjunto con mis compa√Īeros una monograf√≠a con fines acad√©micos sobre sistemas de cultivo de microalgas masivos, me gustar√≠a establecer contacto v√≠a e mail para ver si me podr√≠an proporcionar informaci√≥n e imagenes sobre sistemas de cultivo a lo cual se dar√≠a los cr√©ditos correspondientes si me viera favorecido. Gracias saludos

  4.  
    lupita fernanda
    13 Febrero 2012 | 6:31 pm
     

    el articulo es realmente bueno, en estos momentos estoy en un proyeto par ala universidad donde pretendemos utilizar los fotobioreactoreas para producir la biomas aapartir de als algas este sistema es el ams eficiente o con que otro provceso se puee hacer o complementar? tambien si tienen mas informacion para la produccion de harina de microalgas basado en un dise√Īo de secado y pulverizado gracias

  5.  
    nelsi spagnott
    21 Marzo 2012 | 9:03 pm
     

    desearia informacion para instalar un equipo en mi casa, eso es posible? gracias

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