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Aprovechamiento integral de microalgas: biorrefinerías

Autores: Juan José Espada, Jovita Moreno, Universidad Rey Juan Carlos

El concepto de biorrefinería

La disminución de reservas de recursos fósiles (petróleo fundamentalmente) unida al deterioro medioambiental que provoca su uso está obligando a explorar diferentes formas de obtener productos,que tradicionalmente se producían a partir de petróleo, usando materias primas sostenibles. En este sentido, la biomasa es una opción muy atractiva, ya que su aprovechamiento integral podría suponer la obtención de una gran variedad de productos de interés así como un gran beneficio ambiental.

En la actualidad, la producción de bioproductos es un mercado en crecimiento continuo con aplicaciones en muy diversos sectores industriales. El concepto de biorrefinería aparece directamente relacionado con este mercadoya que engloba la integración de procesos y tecnologías para un uso eficaz de las materias primas logrando que las instalaciones operen de una manera sostenible con el medio ambiente, teniendo como objetivo el aprovechamiento integral de la biomasa para generar un amplio espectro de productos.

Las biomasa potencialmente utilizable como materia primas en las biorrefinerías puede ser de muy diverso tipo: agrícola (cultivos energéticos y residuos agrícolas), forestal (madera, cultivos energéticos y residuos lignocelulósicos), residuos orgánicos domésticos, microalgas etc. En función del tipo de biomasa empleada se obtendrán productos con diferentes características.

Los principales tipos de productos obtenidos en una refinería pueden ser de dos tipos: energéticos y productos de base biológica. Dentro del primer grupo se encuentran los biocombustibles que pueden ser gaseosos (biogás, gas desíntesis, hidrógeno ybiometano), líquidos (bioetanol, biodiesel, bioaceites, etc.) o sólidos (pellets, lignina,carbón vegetal, etc.). Dentro de los productos de base biológica cabe destacar los productos de laindustria química fina (productosaromáticos, aminoácidos, polialcoholes, ácidos, etc.), polímeros y resinas, productos para alimentación animal yhumanay fertilizantes.

Biorrefinerías de microalgas

Las microalgas son consideradas con una posible y prometedora materia prima para su empleo en biorrefinerías por diversos motivos: fijan CO2 durante su crecimiento, poseen un elevado contenido en lípidos por unidad de biomasa (mayor que el de otros tipos de plantas y que, además, puede ser incrementado bajo ciertas condiciones de estrés), su variedad permite la obtención de multitud de tipos de productos y, algunas de ellas, pueden desarrollarse en medios de cultivo muy baratos, incluso aprovechando aguas residuales. Los estudios existentes en el sector de la biorrefinerías de microalgas muestran queuna adecuada combinación de diferentes procesos de transformación (muchos de los cuales ya se emplean actualmente en la industria),junto con la gran variedad de productos que se pueden generar a partir de las microalgas,darían lugar a sistemas productivos altamente eficaces y sostenibles.

El diseño de estas biorrefinerías sostenibles debe incluir una adecuada integración energética y un correcto aprovechamiento de productos, subproductos y residuos, para lo cual, además, es fundamental que la instalación esté interrelacionada con otros tipos de industrias. Así, los restos de biomasa algal generados después de la extracción del aceite pueden ser empleados como alimentación animal, como materia prima para la fabricación de fertilizanteso como fuente de energía. La energía generada con este residuo puede ser empleada para producir nueva biomasa y el CO2 emitido durante dicha generación de energía serviría como fuente de carbono para más crecimiento celular. O, como alternativa, la biorrefinería puede usar como fuente de carbono el CO2 proveniente de alguna otra actividad industrial. Con respecto a otros productos no energéticos (lo denominados de base biológica), se estima que este tipo de plantas podrían suponer una importante contribución para la fabricación de pigmentos, vitaminas, diversos principios activos y otros productos de interés para la industria cosmética yfarmacéutica. La figura 1 muestra una propuesta de esquema de proceso para una biorrefinería basada en microalgas según J. Trivedi y col., 2015 (Renewable and Sustainable Energy Reviews 47 295–307).

Puesto que existen muchas alternativas técnicas, la secuencia más adecuada de procesos de transformación y aprovechamiento de la biomasa algal dependerá de la especie de microalga a utilizar y del producto/s y/o sub-producto/s cuya generación se desee maximizar. Aunque se han publicado estudios sobre la mejor opción de aprovechamiento para diferentes tipos de microalgas, hay todavía bastante controversia sobre cuáles son las rutas más adecuadas en cada caso. Posiblemente, uno de los puntos más críticos de todo el proceso reside en la adecuada separación de los productos formados en cada etapade tratamiento sin dañar el resto, de forma que todas las fracciones puedan ser aprovechadas, lo que incrementa considerablemente la viabilidad económica y ambiental de la biorrefinería.

Figura 1. Propuesta de esquema de proceso para una biorrefinería basada en microalgas según J. Trivedi y col., 2015 (Renewable and Sustainable Energy Reviews 47 295–307).

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