Obtienen biomasa ‘a la carta’ procedente de microalgas que depuran aguas residuales

Un equipo de investigación formado por investigadores del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Almería y del Centro de Investigación de Energía Solar CIESOL ha obtenido biomasa procedente de microalgas rica en proteínas y con altos contenidos grasos tras aplicar parámetros concretos durante la depuración de aguas residuales. De esta forma, consiguen materia orgánica con unas concentraciones de nutrientes determinadas que pueden utilizarse como fertilizantes y pienso en el sector de la agricultura y la ganadería, o como biocombustibles en el ámbito de la energía. 

En concreto, han identificado dos procesos técnicos que favorecen una mayor producción de biomasa ‘a la carta’. Por un lado, apuntan a una profundidad de los cultivos de estas algas microscópicas dentro del reactor y una mayor dilución del agua como las principales condiciones operativas para potenciar el crecimiento y la calidad de biomasa algal. 

Biomasa extraída durante el estudio.

Como señalan en el artículo titulado ‘Optimising microalgae-based wastewater treatment: Linking operational conditions to biomass quality and microbial diversity’ y publicado en la revista Journal of Water Process Engineering, ambos factores influyen en la eliminación de nutrientes contaminantes, como nitrógeno y fósforo, y permiten generar así biomasa aprovechable en forma de biofertilizante, pienso animal y también como biocombustibles.

En este sentido, el equipo de investigación ha corroborado que la calidad de la biomasa depende directamente de estas condiciones de cultivo. “Los cambios en los parámetros operativos afectan a la composición bioquímica de las microalgas, favoreciendo una mayor acumulación de proteínas o de lípidos según el régimen aplicado”, explica a la Fundación Descubre el investigador de la Universidad de Almería, Tomás Lafarga, autor principal del estudio.

Tomás Lafarga, investigador de la Universidad de Almería y autor principal del estudio.

Además de potenciar una mayor producción de microalgas, estos factores de operación están relacionados con las bacterias asociadas. “Cuando se utiliza agua residual para alimentar un reactor de microalgas es inevitable que comiencen a crecer microorganismos dentro. Este consorcio formado por microorganismos, incluyendo microalgas y bacterias, establecen una interacción de ayuda recíproca y, como consecuencia, se produce un notable crecimiento de las microalgas”, concreta Lafarga. 

Escala piloto real

Para obtener estos resultados, el equipo de investigación trabajó en la planta piloto del centro CIESOL en la Universidad de Almería con reactores abiertos de 10.000 litros de capacidad alimentados con aguas residuales urbanas sin tratar. En estos dispositivos introdujeron la microalga Scenedesmus almeriensis y otras que crecen habitualmente en las condiciones ambientales propias de Almería. 

Estudio de las muestras en el laboratorio.

Con el objetivo de controlar y analizar la producción de microalgas, aplicaron por un lado un modelo matemático que predice el crecimiento de los cultivos de microalgas dentro del contenedor en función de la tasa de dilución del agua. “En el reactor, las microalgas están en suspensión, en el fondo, en la parte superior… y actúan alimentándose de dióxido de carbono que producen las bacterias presentes en las aguas residuales. Esta metodología nos ayuda a predecir el crecimiento de las algas, facilitando así el control y la mejora del proceso”, apunta este investigador. 

En paralelo, utilizaron espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR), una tecnología que estima la composición bioquímica de la biomasa y compara su crecimiento. “Es la primera vez que se emplea esta alternativa para analizar biomasa a bajo coste. Es una técnica rápida y no destructiva frente a los análisis químicos convencionales que nos permite medir en línea, prácticamente en un segundo, la concentración de proteínas y minerales. Funciona como un escáner con biomasa seca, por lo que tenemos que tomar una muestra del reactor”, indica Lafarga. 

Biomasa para uso agrícola y el sector energético

Como demuestran los expertos en este estudio, los sistemas de microalgas utilizados para la depuración de aguas residuales pueden integrarse en modelos de economía circular, transformando contaminantes en biomasa a medida, útil para aplicaciones agrícolas, alimentarias, energéticas o de alimentación animal. “En el caso de materia rica en lípidos, con un alto contenido en grasas, se podría destinar para producir biocombustibles. Si la biomasa contiene una gran cantidad de proteínas, podría tener un uso agrícola como biofertilizantes o piensos”, concreta Lafarga.

Biomasa algal.

Asimismo, la reutilización de las aguas residuales, que no se pueden verter en el medio ambiente, en los ríos, lagos ni en los mares, podría utilizarse como agua de riego. “El agua de los reactores con los que trabajamos en este estudio, y también en otros proyectos previos, la destinamos a un invernadero dedicado a la investigación”, puntualiza este investigador.

El siguiente paso es aplicar la espectroscopía NIR directamente sobre la biomasa contenida en el reactor para medir, en tiempo real y sin necesidad de tomar muestras, la composición macromolecular de la biomasa. Esta técnica in situ y al instante podría identificar posibles usos de la materia en el momento de su producción a bajo coste.  

Este estudio ha recibido financiación de la Consejería de Universidad, Industria, Energía e Innovación de la Junta de Andalucía, a través del PLAnd SEQUÍA Andalucía, plataforma andaluza de innovación abierta para la recepción, identificación, análisis y transferencia de capacidades y soluciones frente a la sequía; y del programa Horizonte Europa de la Unión Europea.

Reportaje iDescubre: Diminutas, verdes y multitareas: así son las microalgas que depuran aguas residuales y fabrican biomasa ‘a la carta’