El señor de las algas

Pareciera que es el futuro, pero en realidad es el presente trascendental que tiene hoy en día la energía limpia en la producción de biocombustible y alimentos a partir del cultivo de microalgas unicelulares en Mendoza. Por tal motivo, tenemos el placer de charlar con el Ingeniero Nuclear Jorge Barón, profesor e investigador de la Universidad Nacional de Cuyo, acerca de los avances que hay en esta temática.

Barón nos explica las posibilidades que tienen las microalgas para extracción de combustible, azúcares y proteínas en comparación con otros tipos de cultivo como los de la soja. El Ingeniero también aborda el rendimiento económico, las facilidades y oportunidades de cultivo, y los procesos de elaboración de biocombustible de microalgas.

¿Por qué estudian algas? 

Hoy en día hay una crisis que resolver entre la producción de energía y un medio ambiente que cada vez es más limitado. Por lo tanto, hay un contexto mundial en el que se está compitiendo entre energía y comida. Por ejemplo, se hacen biocombustibles a partir de aceite de soja o aceite de colza. Sin embargo, nosotros nos preguntamos qué biocombustible podríamos producir a partir de algas unicelulares. Por tal motivo, estudiamos la producción de algas para la extracción de aceite y biocombustible (http://www.algae-oil.com.ar/).

Este combustible tiene ventajas desde el punto de vista medioambiental, ya que el alga unicelular captura dióxido de carbono como alimento, lo que permite reducir los gases de efecto invernadero. Además, esa microplanta no utiliza tierra fértil, lo cual la hace apta para cultivarla en los suelos desérticos mendocinos, aunque sí necesita buen sol porque son organismos fotosintéticos. Las algas tampoco consumen agua, porque viven en el medio acuático sin absorberlo.

¿Cómo fueron las primeras experiencias en la producción de combustibles de aceite de algas?

Hace cuatro años atrás hicimos los primeros experimentos y obtuvimos resultados prometedores. A partir de allí el trabajo fue creciendo, a tal punto que hoy trabajan en nuestro equipo más de 12 investigadores. A su vez, hemos logrado obtener un financiamiento privado de la empresa Energy Traders S.A., además de los subsidios que nos entrega la Secretaría de Ciencia, Técnica y Posgrado de la UNCuyo.

Este proyecto no es puramente científico, sino que intentamos establecer procesos técnicamente viables y económicamente rentables, es decir que el factor económico está muy presente en todos los experimentos que realizamos.

¿Qué es una microalga?

La microalga es lo que se genera en cualquier cuerpo de agua. Por ejemplo, si  a una pileta no se le agrega cloro su agua se pone de color verde. Ese verde son algas microscópicas, que criadas de manera apropiada tienen una productividad muy alta de azúcares, proteínas y aceites en su organismo.

En el medio ambiente de Mendoza predominan dos especies, la clorella y la scenedesmus. Nosotros tratamos de favorecer a las especies de algas que se dan localmente porque son mucho más productivas.

Hay otros proyectos de investigación en el mundo que tratan de seleccionar la mejor alga. Pero esta superalga se contamina muy rápidamente con las algas autóctonas de ese medio ambiente. Ello involucra costos de esterilización y limpieza muy altos. Si bien resulta muy atractivo desde el punto de vista técnico, resulta grave desde la parte económica del proyecto.

Por tal motivo, desarrollamos el cultivo de algas autóctonas de nuestro medio ambiente cuyano para alcanzar productividades muy altas. En esta decisión sobre lo autóctono local, incide un aspecto ecológico, ya que el no utilizar algas autóctonas en organismos que se reproducen rápidamente podría causar impactos ecológicos gravísimos. Por ese motivo, tratamos de utilizar las variedades de algas que crecen naturalmente en nuestro medio ambiente.

¿Qué hacen con las algas?

Podemos controlar su desarrollo para que tengan mayor contenido de  aceites, o podemos orientar su cultivo para que predomine la producción de proteínas que sirva de alimento para animales y humanos. Al modificar las condiciones de cultivo se puede maximizar la productividad en proteínas.

¿Qué diferencia hay entre un alga unicelular y la planta de soja?

En general las algas son centenares de veces más productivas que otras plantas terrestres. Esto se debe a varias razones. Primero, las algas no tienen estructura. Es decir, no tienen la raíz y el tronco de la planta terrestre, lo que implica que la raíz y tronco de las plantas terrestres no participan de la fotosíntesis. En cambio, todo el cuerpo del  alga realiza  la fotosíntesis.

En segundo término, las algas se reproducen muy rápido, de uno a cinco días se duplica su población. Por lo tanto, se puede realizar una cosecha diaria, alcanzando en una misma hectárea de cultivo 100 ó 200 cosechas al año, lo opuesto al cultivo de la soja, que tienen solamente una o dos recolecciones al año.

Una hectárea de soja rinde media tonelada de aceite, y una hectárea de alga  debería producir 10 o 20 toneladas de aceite, según los cálculos que estamos desarrollando. Por lo tanto, tenemos en el cultivo de algas un rendimiento productivo por hectárea mucho más amplio que las plantas terrestres.

La mayoría de la captura de dióxido de  carbono  de nuestra atmósfera en el mundo la producen las algas unicelulares en los océanos, mucho más que los bosques terrestres. Así, ellas toman el dióxido de carbono, nitrato, nitrito y fosfatos, y con esas sustancias las plantas crecen, se reproducen y capturan esos elementos, en contrapartida emiten oxígeno como resultado del proceso fotosintético.

Ambientalmente la producción de biomasa de microalgas es una maravilla. Hay una propuesta que está en marcha, que es la utilización de aguas residuales. Por ejemplo, aguas con una alta carga orgánica –muchos nitratos, nitritos y fosfatos-, que la hacen ser un agua muy contaminada y difícil de usar para el cultivo, porque tiene una gran demanda de oxígeno.

Sin embargo, esa alta carga orgánica de líquidos contaminados para las algas es alimento, entonces podemos balancear químicamente esas aguas al darle un uso como aguas de cultivo para algas. De ese modo,  después de cultivar las algas logramos obtener un agua de mejor calidad que la que inicialmente ingresó como líquido contaminado. Aquí las algas unicelulares actúan como un purificador de aguas residuales.

¿Cómo es el proceso de extracción de azúcares, proteínas y aceite de las microalgas?

Hacemos un cultivo de las algas, obtenemos una biomasa o masa vegetal, y de ella por medio de métodos físicos o físico-químicos  separamos un elemento de otro componente. Para esas extracciones aplicamos solventes, lo que permite extraer el aceite y los residuos que quedan, como son las proteínas y azúcares.

También se pueden sacar los azúcares con determinados solventes, quedando las proteínas, es decir, que hay una gran diversidad de métodos físico-químicos para separar los elementos que uno requiera. Inclusive se puede usar la biomasa -sin la aplicación de ningún método extractivo- como alimento vegetal para suministrarlo para animales y biocombustible.

¿Dónde puede aplicarse el biocombustible de algas?

Hemos hecho una medición de su poder calorífico y ha resultado ser un  material que puede ser aplicado en calderas y hornos de fábricas de cemento; con lo cual, podría haber cementeras que funcionen con aceite de microalgas, algo que trae grandes mejoras medio ambientales.

La biomasa, obtenida a partir del desarrollo de cultivos de microorganismos fotosintéticos –algas- concentra energía solar en una masa vegetal. Posteriormente, se utiliza la biomasa de algas como combustible, alimento para animales e inclusive para humanos. Por ejemplo, algunos de los aceites que tiene la biomasa son conocidos como los omega tres u omega seis, que son aceites poliinsaturados o que actúan como antioxidantes y regeneradores de tejidos. Hay aplicaciones también de los aceites de las algas unicelulares en el área de los cosméticos.

Nuestra investigación está orientada solamente al estudio de algas unicelulares o microalgas, no algas marinas ni algas grandes. En resumen, la producción de biocombustible a partir del cultivo de las plantas puede resultar de quemar la biomasa, como si fuera una buena leña, o extraer aceite y desarrollar algún combustible líquido.

¿Cómo es el proceso de producción de aceite de microalgas?

Primero, hacemos una recolección de algas unicelulares autóctonas en distintos cuerpos de agua, como pueden ser el lago del parque San Martín y en distintas lagunas. A partir de ello se obtienen nuestros primeros inóculos.

Luego, eso se va escalando en un medio de cultivo apropiado, es decir, que las algas se van reproduciendo mucho más. Y así se obtiene cultivos para inocular con concentraciones de algas relativamente altas -de uno a dos gramos por litro-. Esto es un cultivo muy verde, algo que ya no se encuentra normalmente en el ambiente.

Posteriormente, esos inóculos se van escalando a piletas cada vez más grandes, hasta que llegan a piletas de trescientos cincuenta litros, es decir, instancias de cultivo. En esas grandes piletas se cultivan las microalgas a cielo abierto y bajo condiciones expuestas al ambiente.

Al instante que las algas llegan a los dos o tres gramos por litro se pasa a una etapa de cosecha. La recolección se hace con una técnica de microfiltrado tangencial, procedimiento muy novedoso para este fin. Allí se obtiene un cultivo concentrado, entre cincuenta y cien gramos por litro de biomasa.

Enseguida ese cultivo concentrado pasa a una fase de secado, eliminando el agua residual que queda. Este itinerario a nivel de laboratorio se realiza en estufas de secado, pero a nivel de producción industrial prevemos hacerlo con secadores de tipo spray.

Finalmente, obtenemos una biomasa en polvo que se la puede compactar en briquetas, pellets o bien, de ese polvo, se puede extraer aceite para combustible biodiesel.

Hay una etapa más, diseño propio, que cumple el objetivo de disolver el gas -dióxido de carbono- a partir de la emanación de chimenea. Por ejemplo, tenemos una chimenea de una central térmica, caldera o cementera, podemos capturar el dióxido de carbono que sale de esa chimenea y aplicárselo como alimento para las algas.

Para ello, construimos un dispositivo a contracorriente en el cual el gas pasa en sentido contrario al del agua, lo que permite ir disolviendo el dióxido de carbono en el líquido (como si fuera soda) pero de una manera muy económica y con poco gasto de energía.

Esto nos permite enriquecer el agua con dióxido de carbono, ese líquido va a las piletas de cultivo, para que las algas tomen ese gas, y por fotosíntesis produzcan la sustancia que biológicamente son las que se requieren –azúcares, proteínas-aceites-, eliminando oxígeno. Esto trae una mejora medio ambiental, porque se elimina dióxido de carbono de las chimeneas y se desarrolla la biomasa de algas unicelulares, a las que se les puede extraer azúcares, proteínas y aceites, además de utilizarla como alimento para animales y humanos.

Supongamos que yo fuera un alga unicelular ¿qué me comunicaría?

Bueno, de alguna manera a las algas les hablamos, no con el lenguaje humano, sino que orientamos a que haga determinadas acciones. Desde el punto de vista productivo, podemos ir modificando las condiciones en las cuales se cultivan las algas, podemos regular las características del agua: ph (potencial de hidrógeno), salinidad, cantidad de nutrientes, temperatura, dureza, también se puede regular la luz que incide en las plantas. Todo  esto nos permite establecer cierto predominio de una especie de microalgas sobre otras y así orientar un tipo de producción de aceite, proteína o azúcares.

Sin embargo, como humanos no hablamos con estos seres vivos de los cuales nos servimos desde el punto de vista productivo. Pero en el contexto ecológico y medio ambiental en el que estamos viviendo hay que ir un poco más allá de esto que estoy explicando. Tenemos que lograr una mejor conversación  con nuestro medio ambiente y el entorno en donde estamos para poder entendernos mejor. En este aspecto se ha avanzado mucho a nivel de toma de conciencia, en el sentido de intentar escuchar al ambiente natural qué nos está diciendo. Y nos está expresando varias cuestiones que si no las interpretamos correctamente (adelgazamiento de la capa de ozono, reducción de los cascos polares, etc.) difícilmente podremos llevar una relación a mayor largo plazo.

Es que si nos seguimos peleando con el medio ambiente, como lo hemos estado haciendo, en algún momento esta relación se va a interrumpir o cambiará drásticamente. Vivimos en un único planeta, cualquier opción de colonizar otro plantea es una fantasía. Por eso, a nivel colectivo tenemos que empezar a mejorar nuestro entendimiento del ambiente en el que vivimos, para poder convivir mucho más tiempo.

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Proyecto de investigación

Producción de Algas para Extracción de Aceite y Obtención de Biocombustibles, subsidiado por la Secretaría de Ciencia, Técnica y Posgrado, 2009-2011.

Integrantes: Director BARON, Jorge Horacio. Co-Director: DA SILVA, Stela Maris; GARCIA, Carolina Belén; CODINA, María Florencia; CELEDON, Juan Manuel; IRIGO, Carlos Enrique, GANDIA, Guillermo.

Notas relacionadas

(http://www.uncu.edu.ar/novedades/index/habilitaron-laboratorio-para-producir-biocombustibles-a-partir-de-algas-)

(http://www.uncu.edu.ar/novedades/index/habilitaron-laboratorio-para-producir-biocombustibles-a-partir-de-algas-)

(http://www.uncu.edu.ar/novedades/index/produciran-algas-para-extraer-biocombustibles)