Actualmente la humanidad se enfrenta a dos grandes retos, la búsqueda de la sostenibilidad ambiental y la crisis energética debido a la gran dependencia de los combustibles fósiles. Todo esto provocado por la escalada de la industrialización, la sobreexplotación de combustibles y el aumento creciente de la población, impulsando así la búsqueda de alternativas ecológicas o biocombustibles [ 1 ].
Las industrias producen de forma continua aguas residuales, destacando la industria textil, láctea, farmacéutica, porcina, acuícola, además de las municipales. Las aguas residuales son ricas en nutrientes, lo que promueve la eutrofización de los ecosistemas, suponiendo una amenaza para la flora y fauna. Su tratamiento es de vital importancia para proteger la salud humana y satisfacer la demanda de la población [1 , 2].
La gestión y tratamiento de aguas residuales es un proceso costoso; por ello es importante integrar nuevas tecnologías para obtener mejores rendimientos y una mayor rentabilidad. El tratamiento de aguas residuales empleando biotecnología basada en el empleo de microalgas ha llamado la atención de la comunidad científica, debido a que se pueden obtener compuestos químicos de alto valor añadido y biocombustibles.
La creciente necesidad de establecer modelos de producción de economía circular en el que los residuos y desechos se pueden regenerar y realimentar al sistema de producción han provocado que el uso de microalgas para el tratamiento de aguas residuales, genere el nuevo concepto de bioeconomía circular [ 2 ].
1. Clasificación de las algas
Las algas se pueden clasificar en dos grandes grupos: las microalgas o algas unicelulares y las macroalgas o algas pluricelulares [ 3 ].
- Macroalgas. Comprenden las clorófitas o algas verdes, rodófitas o algas rojas y las feófitas o algas marrones. Pueden vivir en aguas dulces o saladas y su color depende principalmente de la profundidad a la que se desarrollan. Su reproducción puede ser sexual y asexual.
- Microalgas. Comprenden las pirrófitas, crisófitas, euglenófitas, bacilariofitas y cianofíceas. Su clasificación se deben principalmente a la presencia o no de un núcleo diferenciado, el movimiento con uno o varios flagelos, su pared celular y su capacidad para formar colonias.
Las algas que presentan un verdadero interés por la comunidad científica son las microalgas que se pueden cultivar en fotobiorreactores de forma controlada, teniendo múltiples aplicaciones en el sector industrial, energético, farmacéutico, agrario y alimentario.
2. Aplicaciones de las algas
La biomasa de microalgas es un recurso eficiente para la producción de diferentes tipos de biocombustibles empleando métodos físicos, químicos o biológicos en función de las características de la biomasa de las microalgas y sus subproductos. Las opciones combustibles que más interés generan son el biodiesel y el bioetanol [ 4 ].
El crecimiento de las algas está relacionado con factores ambientales, y su contenido de lípidos, carbohidratos y proteínas depende directamente de la proporción de componentes del medio. Además es un enfoque atractivo para el tratamiento de aguas residuales y generación de energía de forma simultánea [4 ,5]
2.1. Productos energéticos.
- Biodiésel.
- Biogás.
- Bioetanol.
- Biohidrógeno.
2.2. Productos no energéticos.
- Fertilizantes.
- Alimentación.
- Bioplásticos.
- Pigmentos.
2.3. Aplicaciones medioambientales.
- Biomitigación de emisiones de CO2.
- Biorremediación de aguas residuales y suelos contaminados con algas.
- Biodegradación de contaminantes emergentes.
Las aplicaciones energéticas tendrían un impacto en el sector energético, eléctrico, industria petrolífera y sector transportes. Mientras que las aplicaciones materiales, tendrían aplicación en la industria agraria, industria alimentaria, sector farmacéutico, industria química y en cosmética.
3. Biorrefinería de algas
El concepto de biorrefinería, es similar a las refinerías de petróleo, donde se obtienen múltiples combustibles y productos químicos empleando como material de partida el petróleo crudo. Así, la biorrefinería de algas, es un proceso sostenible de biomasa para obtener biocombustibles y productos químicos de alto valor añadido [ 5 ].
La biorrefinería implica la integración del proceso aguas arriba, biorreacción y aguas debajo de la biomasa de algas en productos finales. Así, se optimiza el empleo de recursos, se maximiza la rentabilidad y los desperdicios se minimizan simultáneamente.
El esquema de recuperación de biomasa de algas puede seguir distintas rutas de procesamiento según su aplicación, mientras que los residuos de aguas residuales y dióxido de carbono se reciclan al proceso. El esquema sería el siguiente:
Las cepas de algas seleccionadas dependen del producto a obtener, el tipo de reactor de cultivo, las etapas de separación y las condiciones de operación. La viabilidad técnica y económica está limitada por los avances tecnológicos, sin embargo la visión con más perspectivas de futuro es la producción integrada de biocombustibles y productos químicos [ 6 ].
4. Conclusión
A pesar de los desafíos que presenta la biorrefinería de algas tiene un enorme potencial debido a la amplia gama de productos que se pueden obtener. Además se debe tener en cuenta su potencial de comercialización y su integración con diversas industrias.
El enfoque de producción exclusivo de biocombustibles, no será viable debido a la competencia con el sector petrolífero, por lo tanto se busca un enfoque matricial con diversas opciones de producción.
De esta manera, se rechaza el modelo lineal de producción hacia una economía circular. En este modelo, el tratamiento de aguas residuales no se considera un gasto, sino una oportunidad de producción de productos energéticos o químicos de alto valor añadido. Convirtiéndose en una alternativa para la reducción de la dependencia de los combustibles fósiles, presentando múltiples ventajas medioambientales.
Bibliografía y referencias
- [ 1 ] Bhatia, S. K., Mehariya, S., Bhatia, R. K., Kumar, M., Pugazhendhi, A., Awasthi, M. K., ... & Yang, Y. H. (2021). Wastewater based microalgal biorefinery for bioenergy production: Progress and challenges. Science of the Total Environment, 751, 141599.
- [ 2 ] Catone, C. M., Ripa, M., Geremia, E., & Ulgiati, S. (2021). Bio-products from algae-based biorefinery on wastewater: A review. Journal of Environmental Management, 293, 112792.
- [ 3 ] Lopez-Padron, I., Martinez-Gonzalez, L., Perez-Dominguez, G., Reyes-Guerrero, Y., Nunez-Vazquez, M., & Cabrera-Rodriguez, J. A. (2020). Algae and their uses in agriculture. An update. Cultivos Tropicales, 41(2).
- [ 4 ] Trivedi, J., Aila, M., Bangwal, D. P., Kaul, S., & Garg, M. O. (2015). Algae based biorefinery—how to make sense?. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 47, 295-307.
- [ 5 ] Khoo, C. G., Dasan, Y. K., Lam, M. K., & Lee, K. T. (2019). Algae biorefinery: Review on a broad spectrum of downstream processes and products. Bioresource technology, 292, 121964.
- [ 6 ] Kumar, B. R., Mathimani, T., Sudhakar, M. P., Rajendran, K., Nizami, A. S., Brindhadevi, K., & Pugazhendhi, A. (2021). A state of the art review on the cultivation of algae for energy and other valuable products: application, challenges, and opportunities. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 138, 110649.
