Optimización de las operaciones de separación de biomasa algal

Resumo

En los últimos años, el concepto de eficiencia energética se ha arraigado en casi todos los ámbitos de la sociedad. El cambio climático, el incremento en los costes de los combustibles fósiles y la creciente demanda energética han sido los principales detonantes. La contaminación urbana es más acusada en el sector transporte, sector que atesora un elevado consumo energético y que produce gran parte de las emisiones de gases de efecto invernadero, siendo el responsable de una buena parte de los problemas de contaminación ambiental existentes. Este panorama energético, junto con las políticas medioambientales cada vez más restrictivas, han conducido a la búsqueda de alternativas que permitan paliar los efectos provocados por los combustibles fósiles, así como a la obtención de combustibles orientados a su sustitución, y, además, empleando materias primas de origen renovable. En base a ello, la comunidad científica comenzó a centrar sus esfuerzos en las microalgas y en la obtención de combustibles de biobasados. Las microalgas, microorganismos fotosintéticos, presentan características tales como elevadas tasas de crecimiento, mediante absorción de dióxido de carbono (CO2), nutrientes y luz, al mismo tiempo que facilidad de cultivo en diferentes hábitats, lo que las convierte en una materia idónea para la producción de biocombustibles, especialmente de biodiesel. Sin embargo, fraudes como el Dieselgate (también conocido como el escándalo de las emisiones contaminantes de Volkswagen) o el poco interés que ha mostrado, desde muchos años atrás, la sociedad americana por el diésel de petróleo, han acelerado la tendencia a la reducción en las expectativas de demanda de este combustible diésel, obligando a los investigadores a abrir nuevos horizontes y utilizar las microalgas no solo con fines energéticos, sino también como materia prima para la obtención de numerosos compuestos de alto valor añadido. Importantes industrias como la cosmética, farmacéutica, alimentaria o agrícola han mostrado gran interés por este recurso biológico emergente. No obstante, la comercialización y explotación, a precios competitivos, de productos derivados de la biomasa algal, así como la producción de biocombustibles o bioplásticos a partir de la misma, requieren de una serie de generalistas que deben ser estudiadas en profundidad y optimizadas. Entre ellas, destacan el cultivo y la separación de las microalgas, etapas básicas e indispensables en cualquier proceso de obtención de biomasa algal y que, además, suponen unos elevados costes. Con el fin de profundizar en la investigación de las microalgas y favorecer la obtención de diversos productos derivados de las mismas, cuya demanda ha crecido de manera exponencial en los últimos años, en la presente investigación se han llevado a cabo series de ensayos y de análisis siguiendo la lógica secuencial de obtención de biomasa algal. En primer lugar, se ha evaluado la repercusión de factores tales como las condiciones ambientales o el suministro de aire o dióxido de carbono sobre el crecimiento de estos microorganismos fotosintéticos, tanto a escala laboratorio como en planta piloto, con el fin de encontrar aquellas condiciones que puedan resultar más favorables para su cultivo. A continuación, se ha estudiado la fase de separación de la biomasa generada del medio de cultivo. Aunque en la actualidad existen diversos procesos que pueden ser utilizados, la gran mayoría no resultan viables desde un punto de vista económico. Por esta razón, parte del estudio se ha centrado en la técnica que es considerada por un gran número de autores como la más adecuada para la explotación industrial de la biomasa derivada de microalgas: la floculación química. Se ha evaluado la eficiencia de diversos agentes floculantes, tanto de naturaleza orgánica como inorgánica, así como distintas dosis de los mismos. Asimismo, se ha estudiado la sinergia entre agentes floculantes de diferente naturaleza y la repercusión de factores como el pH y la salinidad del medio de cultivo sobre la cantidad de biomasa algal recuperada. Finalmente, se ha investigado la técnica de separación de microalgas mediante floculación inducida por variación de pH. Para ello, se ha procedido a la realización de un estudio exhaustivo de los diferentes valores de pH que logran una separación óptima de la población algal valorando, a su vez, el efecto de la salinidad sobre la recuperación de biomasa. Para el desarrollo de la presente Tesis Doctoral se han elegido 2 especies de microalgas de las predominantes en el ecosistema marino gallego, Skeletonema costatum y Chaetoceros gracilis, con el objetivo de aumentar la escasa información disponible a día de hoy sobre ambas especies –que no suele ir más allá de su uso como alimento de bivalvos o crustáceos– y evaluar su potencial como materia prima para la obtención de biomasa algal. Los resultados expuestos en la presente memoria pretenden completar las investigaciones publicadas hasta la fecha, al mismo tiempo que abrir nuevas líneas de investigación que permitan seguir mejorando y contribuyendo a la explotación de uno de los tipos de biomasa con mayor potencial del momento, las microalgas.