- Microalgas, estado del arte (1.- Introducci贸n)
- Microalgas, estado del arte (2.- Producci贸n de biomasa a partir de algas)
A diferencia de los cultivos terrestres, las microalgas crecen extremadamente r谩pido, ya que com煤nmente pueden doblar su biomasa dentro de las primeras 24h. Los tiempos de duplicaci贸n en la “etapa exponencial de crecimiento” son de 3,5h aproximadamente. Dependiendo de la especie, las microalgas producen diferentes tipos de l铆pidos, hidrocarburos y otro tipo de mol茅culas complejas.
Los m茅todos utilizados para la producci贸n de microalgas a gran escala son los sistemas abiertos de “raceway ponds” y cerrados o “fotobioreactores”. Veamos en qu茅 consiste cada uno.
Raceway ponds
Sobre este tipo de tecnolog铆a se ha experimentado desde 1950 y existe una extensa experiencia en su ingenier铆a. Las mayores instalaciones de producci贸n de biomasa basadas en este m茅todo, ocupan 谩reas 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 hormig贸n o tierra compactada y recubiertos con pl谩stico blanco que mejora la captaci贸n luminosa por parte del alga.
Durante el d铆a, 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 operaci贸n de 24h, para evitar de esta manera la sedimentaci贸n del cultivo.
El enfriamiento del sistema se logra simplemente por evaporaci贸n, siendo este aspecto una de las ventajas que posee sobre otras tecnolog铆as, aunque la perdida de agua puede llegar a ser muy significativa. Debido al intercambio gaseoso que realizan este tipo de sistemas con la atm贸sfera, el uso de di贸xido de carbono es mucho menos eficiente que en el caso de fotobioreactores.
La productividad se ve afectada por la contaminaci贸n de otras especies de algas no deseadas o de microorganismos que se desarrollan con nuestra alga en cuesti贸n. De forma general, la concentraci贸n de biomasa en sistemas abiertos permanecen a niveles bajos debido a que el cultivo est谩 pobremente mezclado y los haces luminosos no pueden acceder a la “zona 贸pticamente oscura”.
La generaci贸n de biomasa a partir de microalgas y la extracci贸n de aceite para la producci贸n 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 construcci贸n y operaci贸n, aunque la producci贸n de biomasa tambi茅n es menor.
Fotobioreactores
A diferencia de los sistemas abiertos, los fotobioreactores permite el cultivo de una 煤nica especie de microalga durante un tiempo prolongado. Son id贸neos para producir una gran cantidad de biomasa algar.
Los fotobioreactores tubulares consisten en una serie de tubos transparentes consecutivos, normalmente fabricados de pl谩stico o vidrio. Es sobre estos tubos donde聽 a luz incidir谩 sobre las microalgas para la realizaci贸n de la fotos铆ntesis. Generalmente poseen un di谩metro limitante de unos 0,1m o menos, debido a que un mayor rango impedir铆a 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 disposici贸n de los tubos solares est谩 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煤mero de tubos activos para un 谩rea determinada. Adem谩s la orientaci贸n siempre ser谩 Norte-Sur.
La superficie del suelo es a menudo pintado de color blanco o recubierto de pl谩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贸n artificial de los fotobioreactores es una t茅cnica existente, pero demasiado caro en comparaci贸n con la luz natural. Sin embargo se ha estado usando para la producci贸n a gran escala de biomasa, particularmente en el caso de productos de alto valor a帽adido.
La sedimentaci贸n de la biomasa en los tubos se previene mediante el mantenimiento de un flujo turbulento elevado. El flujo ser谩 producido por una bomba mec谩nica (de f谩cil dise帽o y operaci贸n, aunque puede producir da帽os en la biomasa) o por bomba de burbujas (de menor flexibilidad y requerimiento de una fuente de aire).
La fotos铆ntesis genera ox铆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茅tico (retroalimentaci贸n negativa). Adem谩s, en estas condiciones, el exceso de ox铆geno y luz solar pueden producir da帽os por fotoxidaci贸n de las c茅lulas. Para prevenir estos factores, los niveles m谩ximos de tolerancia del ox铆geno disuelto no deben sobrepasar el 400% del valor de aire saturado. El ox铆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贸dicamente enviado a la zona de desgasificaci贸n, donde el ox铆geno ser谩 secuestrado mediante una corriente de burbujas de aire. De forma general, un tubo no deber铆a exceder los 80 m de recorrido, aunque la distancia exacta depende de varios factores incluyendo la concentraci贸n de la biomasa, la intensidad luminosa, el flujo y la concentraci贸n de ox铆geno en la entrada del tubo.
Durante el recorrido del cultivo a trav茅s de los tubos, el pH se ver谩 incrementado por la consumici贸n de di贸xido de carbono, por lo que se deber谩 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 limitaci贸n de carbono y un aumento excesivo del pH.
Los fotobioreactores precisan de un enfriamiento durante las horas de luz, adem谩s de que en la noche tambi茅n es necesario un cierto control de la temperatura. Por ejemplo, la p茅rdida de biomasa producida por la noche puede ser reducida mediante la disminuci贸n de la temperatura durante estas horas. Los m茅todos m谩s usados para producir el enfriamiento del cultivo ser铆an el uso de intercambiadores de calor localizados en el desgasificador, uso de agua pulverizada directamente sobre los tubos.
Escrito por Fernando G贸mez Hermoso
Fuente: http://weblogs.madrimasd.org/renovables_medioambiente聽