La algacultura es una forma de acuicultura que implica el cultivo de especies de algas . [1]
La mayoría de las algas que se cultivan intencionalmente pertenecen a la categoría de microalgas (también conocidas como fitoplancton , micrófitas o algas planctónicas ). Las macroalgas , comúnmente conocidas como algas marinas , también tienen muchos usos comerciales e industriales, pero debido a su tamaño y a los requisitos específicos del entorno en el que necesitan crecer, no se prestan tan fácilmente al cultivo (esto puede cambiar, sin embargo, con la llegada de nuevos cultivadores de algas marinas, que son básicamente depuradores de algas que utilizan burbujas de aire ascendentes en pequeños recipientes). [ cita requerida ]
El cultivo comercial e industrial de algas tiene numerosos usos, incluida la producción de nutracéuticos como ácidos grasos omega-3 (como aceite de algas) [2] [3] [4] o colorantes y tintes alimentarios naturales , alimentos , fertilizantes , bioplásticos , materias primas químicas, alimentos ricos en proteínas para animales y acuicultura , productos farmacéuticos y combustible de algas , [5] y también se puede utilizar como un medio de control de la contaminación y secuestro natural de carbono . [6]
La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, dominada abrumadoramente por algas marinas, aumentó en volumen de producción de 13,5 millones de toneladas en 1995 a poco más de 30 millones de toneladas en 2016. [7] Las microalgas cultivadas ya contribuyen a una amplia gama de sectores en la bioeconomía emergente . [8] La investigación sugiere que existen grandes potenciales y beneficios de la algacultura para el desarrollo de un futuro sistema alimentario saludable y sostenible . [9] [6]
Varias especies de algas se crían para la alimentación. Si bien las algas tienen cualidades de una fuente de alimentación sostenible, ya que “producen proteínas, lípidos y carbohidratos muy digeribles y son ricas en ácidos grasos esenciales, vitaminas y minerales” y, por ejemplo, tienen una alta productividad proteica por acre, existen varios desafíos “entre la producción actual de biomasa y la producción económica a gran escala de algas para el mercado de alimentos”. [6]
Científicos australianos de la Universidad Flinders en Adelaida han estado experimentando con el uso de microalgas marinas para producir proteínas para el consumo humano, creando productos como " caviar ", hamburguesas veganas , carne falsa , mermeladas y otros productos alimenticios para untar . Al manipular las microalgas en un laboratorio , se podría aumentar el contenido de proteínas y otros nutrientes , y cambiar los sabores para hacerlos más agradables al paladar. Estos alimentos dejan una huella de carbono mucho más ligera que otras formas de proteína, ya que las microalgas absorben en lugar de producir dióxido de carbono , que contribuye a los gases de efecto invernadero . [22]
Las algas marinas se han utilizado como fertilizante durante siglos . También son una excelente fuente de potasio para la fabricación de potasa y nitrato de potasio . Algunos tipos de microalgas también pueden utilizarse de esta manera. [23]
Para elaborar agar se utilizan tanto microalgas como macroalgas . [20] [24] [21]
En vista de la preocupación por el calentamiento global , se están buscando nuevos métodos para la captura exhaustiva y eficiente del CO2 . El dióxido de carbono que produce una planta que quema combustible de carbono puede alimentar sistemas de algas abiertos o cerrados, fijando el CO2 y acelerando el crecimiento de las algas. Las aguas residuales sin tratar pueden proporcionar nutrientes adicionales, convirtiendo así dos contaminantes en productos valiosos. [25]
El CO2 residual de alta pureza, así como el carbono secuestrado de la atmósfera, se pueden utilizar, con potenciales beneficios significativos para la mitigación del cambio climático . [26] [27] [28]
Se está estudiando el cultivo de algas para el secuestro de uranio y plutonio y la purificación de los efluentes de fertilizantes.
Las empresas, el mundo académico y los gobiernos están explorando la posibilidad de utilizar algas para producir gasolina, biodiésel, biogás y otros combustibles. Las algas en sí mismas pueden utilizarse como biocombustible y, además, para crear hidrógeno.
Las microalgas también se investigan para la producción de hidrógeno , por ejemplo, microgotas para células de algas o reactores microbianos esferoides multicelulares sinérgicos de algas y bacterias capaces de producir oxígeno e hidrógeno mediante la fotosíntesis a la luz del día bajo el aire. [29] [30]
.nnw.jpg/1280px-IBA_Hamburg_BIQ_(2).nnw.jpg)
La Casa BIQ construida en 2013 [31] [32] en Alemania es una casa biónica experimental que utiliza paneles de fachada de vidrio para el cultivo de microalgas . [33] Una vez que los paneles se calientan, también se puede extraer energía térmica a través de un intercambiador de calor para suministrar agua caliente al edificio. [33] La tecnología aún se encuentra en una etapa temprana y aún no es apta para un uso más amplio.
La Green Power House de Montana, Estados Unidos, utilizó una tecnología de acuicultura de algas recientemente desarrollada dentro de un sistema que utiliza la luz solar y los desechos leñosos de un aserradero para proporcionar nutrientes a ocho estanques de algas del AACT que cubren su piso. [34] Los desafíos identificados de las fachadas de algas incluyen la durabilidad de los paneles de microalgas, la necesidad de mantenimiento y los costos de construcción y mantenimiento [35]
En 2022, los medios de comunicación informaron sobre el desarrollo de biopaneles de algas por parte de una empresa para la generación de energía sostenible con una viabilidad poco clara. [36] [37].jpg/1280px-Kelp_Forest_(12801115735).jpg)
Las algas crecen en áreas costeras y poco profundas, y capturan cantidades significativas de carbono que pueden ser transportadas a las profundidades del océano por mecanismos oceánicos; las algas que llegan a las profundidades del océano secuestran carbono y evitan que se intercambie con la atmósfera durante milenios. [38] Se ha sugerido el cultivo de algas en alta mar con el propósito de hundirlas en las profundidades del mar para secuestrar carbono. [39] Además, las algas crecen muy rápido y teóricamente se pueden cosechar y procesar para generar biometano , mediante digestión anaeróbica para generar electricidad, mediante cogeneración/CHP o como reemplazo del gas natural . Un estudio sugirió que si las granjas de algas cubrieran el 9% del océano podrían producir suficiente biometano para abastecer la demanda equivalente de energía de combustibles fósiles de la Tierra, eliminar 53 gigatoneladas de CO2 por año de la atmósfera y producir de manera sostenible 200 kg por año de pescado, por persona, para 10 mil millones de personas. [40] Las especies ideales para dicho cultivo y conversión incluyen Laminaria digitata , Fucus serratus y Saccharina latissima . [41]
Se están investigando tanto las macroalgas como las microalgas como posibles medios de secuestro de carbono. [42] [43] El fitoplancton marino realiza la mitad de la fijación fotosintética global de CO2 ( producción primaria neta global de ~50 Pg C por año) y la mitad de la producción de oxígeno a pesar de representar solo ~1% de la biomasa vegetal global. [44]
Debido a que las algas carecen de la lignina compleja asociada con las plantas terrestres , el carbono en las algas se libera a la atmósfera más rápidamente que el carbono capturado en la tierra. [42] [45] Las algas se han propuesto como un depósito de almacenamiento de carbono a corto plazo que se puede utilizar como materia prima para la producción de varios combustibles biogénicos . [46]
La Chlorella , en particular una cepa transgénica que lleva un gen adicional de reductasa de mercurio , se ha estudiado como agente de remediación ambiental debido a su capacidad para reducir el Hg.2+
al mercurio elemental menos tóxico. [50]
Se investigan cepas cultivadas de endosimbiontes de microalgas de coral comunes como una forma potencial de aumentar la tolerancia térmica de los corales para la resiliencia climática y la tolerancia al blanqueamiento . [51] [52] [53]
Las microalgas cultivadas se utilizan en investigación y desarrollo para posibles aplicaciones médicas, en particular para microrobots [54] como micronadadores biohíbridos para la administración dirigida de fármacos .
Las algas cultivadas sirven para muchos otros propósitos, incluidos los cosméticos, [55] [ se necesita más explicación ] la alimentación animal, [55] [ se necesita más explicación ] la producción de bioplásticos, la producción de tintes y colorantes, la producción de materias primas químicas y la producción de ingredientes farmacéuticos. [ se necesita más explicación ]
La mayoría de los productores prefieren la producción en monocultivo y hacen grandes esfuerzos por mantener la pureza de sus cultivos. Sin embargo, los contaminantes microbiológicos aún están siendo investigados. [56]
En los cultivos mixtos, una especie se vuelve dominante con el tiempo y, si se cree que una especie no dominante tiene un valor particular, es necesario obtener cultivos puros para cultivar esa especie. Los cultivos de especies individuales también son muy necesarios para fines de investigación.
Un método común para obtener cultivos puros es la dilución en serie . Los cultivadores diluyen una muestra silvestre o una muestra de laboratorio que contiene las algas deseadas con agua filtrada e introducen pequeñas alícuotas (medidas de esta solución) en una gran cantidad de pequeños recipientes de cultivo. La dilución sigue a un examen microscópico del cultivo de origen que predice que algunos de los recipientes de cultivo contienen una sola célula de la especie deseada. Después de un período adecuado en una mesa de luz, los cultivadores vuelven a utilizar el microscopio para identificar los recipientes en los que iniciar cultivos más grandes.
Otro método consiste en utilizar un medio especial que excluya a otros organismos, incluidas las algas invasoras. Por ejemplo, Dunaliella es un género de microalgas que se cultiva comúnmente y que prospera en aguas extremadamente saladas que pocos organismos pueden tolerar.
Otra opción es el cultivo mixto de algas, que funciona bien para las larvas de moluscos . En primer lugar, el cultivador filtra el agua de mar para eliminar las algas que son demasiado grandes para que las larvas las coman. A continuación, el cultivador añade nutrientes y, posiblemente, airea el resultado. Después de uno o dos días en un invernadero o al aire libre, la sopa líquida resultante de algas mixtas está lista para las larvas. Una ventaja de este método es que requiere poco mantenimiento.
El agua, el dióxido de carbono , los minerales y la luz son factores importantes en el cultivo, y las diferentes algas tienen diferentes requisitos. La reacción básica para el crecimiento de las algas en el agua es dióxido de carbono + energía luminosa + agua = glucosa + oxígeno + agua. [57] Esto se llama crecimiento autótrofo . También es posible cultivar ciertos tipos de algas sin luz, estos tipos de algas consumen azúcares (como la glucosa). Esto se conoce como crecimiento heterotrófico .
El agua debe estar en un rango de temperatura que admita las especies de algas específicas que se cultivan, principalmente entre 15 °C y 35 °C.
En un sistema típico de cultivo de algas, como un estanque abierto, la luz solo penetra los 76 a 102 mm (3 a 4 pulgadas) superiores del agua, aunque esto depende de la densidad de las algas. A medida que las algas crecen y se multiplican, el cultivo se vuelve tan denso que impide que la luz llegue a las profundidades del agua. La luz solar directa es demasiado fuerte para la mayoría de las algas, que pueden utilizar solo alrededor de 1 ⁄ 10 de la cantidad de luz que reciben de la luz solar directa; sin embargo, exponer un cultivo de algas a la luz solar directa (en lugar de sombrearlo) suele ser la mejor opción para un crecimiento fuerte, ya que las algas debajo de la superficie pueden utilizar más de la luz menos intensa creada por la sombra de las algas de arriba.
Para utilizar estanques más profundos, los cultivadores agitan el agua, haciendo circular las algas para que no permanezcan en la superficie. Las ruedas de paletas pueden remover el agua y el aire comprimido que viene del fondo levanta las algas de las regiones inferiores. La agitación también ayuda a prevenir la sobreexposición al sol.
Otra forma de suministrar luz es colocar la luz en el sistema. Las placas incandescentes hechas de láminas de plástico o vidrio y colocadas dentro del tanque ofrecen un control preciso sobre la intensidad de la luz y la distribuyen de manera más uniforme. Sin embargo, rara vez se utilizan debido a su alto costo.
El olor asociado con ciénagas , pantanos y otras aguas estancadas puede deberse a la pérdida de oxígeno causada por la descomposición de floraciones de algas muertas . En condiciones anóxicas , las bacterias que habitan en los cultivos de algas descomponen el material orgánico y producen sulfuro de hidrógeno y amoníaco , que causan el olor. Esta hipoxia a menudo resulta en la muerte de animales acuáticos. En un sistema en el que se cultivan, mantienen y cosechan algas intencionalmente, no es probable que se produzcan ni eutrofización ni hipoxia.
Algunas algas y bacterias vivas también producen sustancias químicas olorosas, en particular ciertas cianobacterias (anteriormente clasificadas como algas verdeazuladas) como Anabaena . Las sustancias químicas que producen olor más conocidas son el MIB ( 2-metilisoborneol ) y la geosmina . Producen un olor a humedad o a tierra que puede ser bastante fuerte. La muerte eventual de las cianobacterias libera gas adicional que queda atrapado en las células. Estas sustancias químicas son detectables en niveles muy bajos (en el rango de partes por mil millones) y son responsables de muchos problemas de "sabor y olor" en el tratamiento y la distribución de agua potable . [58] Las cianobacterias también pueden producir toxinas químicas que han sido un problema en el agua potable.
Los nutrientes como el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K) sirven como fertilizantes para las algas y, por lo general, son necesarios para su crecimiento. El sílice y el hierro, así como varios oligoelementos, también pueden considerarse nutrientes marinos importantes, ya que la falta de uno de ellos puede limitar el crecimiento o la productividad de una zona determinada. El dióxido de carbono también es esencial; por lo general, se requiere un aporte de CO2 para el rápido crecimiento de las algas. Estos elementos deben disolverse en el agua, en formas biodisponibles, para que las algas crezcan.
Cultivo de macroalgas
.jpg/1280px-Eucheuma_farming,_Philippines_(5211726476).jpg)
El cultivo de algas marinas o cultivo de algas marinas es la práctica de cultivar y cosechar algas marinas . En su forma más simple, los agricultores las recolectan de lechos naturales, mientras que en el otro extremo, los agricultores controlan completamente el ciclo de vida del cultivo .
Los siete taxones más cultivados son Eucheuma spp., Kappaphycus alvarezii , Gracilaria spp., Saccharina japonica , Undaria pinnatifida , Pyropia spp. y Sargassum fusiforme . Eucheuma y K. alvarezii son atractivos por la carragenina (un agente gelificante ); Gracilaria se cultiva para agar ; el resto se come después de un procesamiento limitado. [59] Las algas marinas son diferentes de los manglares y los pastos marinos , ya que son organismos de algas fotosintéticas [60] y no producen flores. [59]
Los mayores países productores de algas en 2022 son China (58,62%) e Indonesia (28,6%); seguidos de Corea del Sur (5,09%) y Filipinas (4,19%). Otros productores notables son Corea del Norte (1,6%), Japón (1,15%), Malasia (0,53%), Zanzíbar ( Tanzania , 0,5%) y Chile (0,3%). [61] [62] El cultivo de algas se ha desarrollado con frecuencia para mejorar las condiciones económicas y reducir la presión pesquera. [63]
La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) informó que la producción mundial en 2019 fue de más de 35 millones de toneladas. América del Norte produjo unas 23.000 toneladas de algas húmedas. Alaska, Maine, Francia y Noruega duplicaron con creces su producción de algas desde 2018. En 2019, las algas representaban el 30% de la acuicultura marina . [ 64 ]
El cultivo de algas es un cultivo carbono negativo , con un alto potencial para la mitigación del cambio climático . [65] [66] El Informe Especial del IPCC sobre el Océano y la Criosfera en un Clima Cambiante recomienda "una mayor atención a la investigación" como táctica de mitigación. [67] El Fondo Mundial para la Naturaleza , Océanos 2050 y The Nature Conservancy apoyan públicamente la expansión del cultivo de algas. [64]
Un sistema abierto de cultivo de algas implica el crecimiento de algas en corrientes de agua poco profundas que pueden tener su origen en un sistema natural o preparado artificialmente. En este sistema, las algas se pueden cultivar en cuerpos de agua naturales como lagos, ríos y océanos, así como en estanques artificiales hechos de hormigón, plástico, revestimientos para estanques o una variedad de materiales. El sistema abierto de cultivo de algas es simple y rentable, lo que lo convierte en una opción atractiva para la producción comercial de productos a base de algas.
Los estanques abiertos son muy vulnerables a la contaminación por otros microorganismos, como otras especies de algas o bacterias. Por ello, los cultivadores suelen optar por sistemas cerrados para los monocultivos. Los sistemas abiertos tampoco ofrecen control sobre la temperatura y la iluminación. La temporada de crecimiento depende en gran medida de la ubicación y, aparte de las zonas tropicales, se limita a los meses más cálidos. [1]
Los sistemas de estanques abiertos son más económicos de construir, ya que, como mínimo, solo requieren una zanja o un estanque. Los estanques grandes tienen la mayor capacidad de producción en relación con otros sistemas de costo comparable. Además, el cultivo en estanques abiertos puede aprovechar condiciones inusuales que solo se adaptan a algas específicas. Por ejemplo, Dunaliella salina crece en agua extremadamente salada; estos medios inusuales excluyen otros tipos de organismos, lo que permite el crecimiento de cultivos puros en estanques abiertos. El cultivo abierto también puede funcionar si existe un sistema de recolección solo de las algas deseadas, o si los estanques se vuelven a inocular con frecuencia antes de que los organismos invasores puedan multiplicarse significativamente. Este último enfoque es empleado con frecuencia por los cultivadores de Chlorella , ya que las condiciones de crecimiento de Chlorella no excluyen a las algas competidoras.
El primer método se puede utilizar en el caso de algunas diatomeas en cadena , ya que se pueden filtrar de una corriente de agua que fluye a través de un tubo de salida . Se ata una " funda de almohada " de tela de malla fina sobre el tubo de salida para permitir que escapen otras algas. Las diatomeas en cadena se mantienen en la bolsa y alimentan larvas de camarón (en criaderos orientales ) e inoculan nuevos tanques o estanques.
Cerrar un estanque con una barrera transparente o translúcida lo convierte efectivamente en un invernadero. Esto resuelve muchos de los problemas asociados con un sistema abierto. Permite que se cultiven más especies, permite que las especies que se están cultivando sigan siendo dominantes y extiende la temporada de crecimiento: si se calienta, el estanque puede producir todo el año. Los estanques de canal abierto se utilizaron para eliminar el plomo utilizando Spirulina (Arthospira) sp . vivas. [68]
Una laguna es un tipo de ecosistema acuático que se caracteriza por un cuerpo de agua poco profundo que está separado del océano abierto por barreras naturales como bancos de arena, islas barrera o arrecifes de coral. La empresa australiana Cognis Australia es una empresa reconocida que se especializa en producir β-caroteno a partir de Dunaliella salina recolectada en estanques hipersalinos extensos ubicados en Hutt Lagoon y Whyalla . Estos estanques se utilizan principalmente para el tratamiento de aguas residuales, y la producción de D. salina es un beneficio secundario. [69]
El cultivo en mar abierto es un método de cultivo de algas marinas en mar abierto, así como en la línea costera en aguas poco profundas. La industria del cultivo de algas marinas satisface las necesidades comerciales de diversos productos, como alimentos, piensos, productos químicos farmacéuticos, cosméticos, biocombustibles y bioestimulantes. Los extractos de algas marinas actúan como bioestimulantes, reduciendo el estrés biótico y aumentando la producción de cultivos. Además, presenta oportunidades para crear productos de nutrición animal y humana que pueden mejorar la inmunidad y la productividad. El cultivo de algas marinas en mar abierto es una tecnología ecológica que no requiere tierra, agua dulce ni productos químicos. También ayuda a mitigar los efectos del cambio climático secuestrando CO2 .
El método de cultivo en mar abierto implica el uso de balsas o cuerdas ancladas en el océano, donde las algas crecen adheridas a ellas. Este método se utiliza ampliamente para el cultivo comercial de algas, ya que permite la producción y la cosecha a gran escala. El proceso de cultivo de algas en mar abierto implica varios pasos. Primero, se identifica un sitio adecuado en el océano, en función de factores como la profundidad del agua, la temperatura, la salinidad y la disponibilidad de nutrientes. Una vez elegido un sitio, se anclan cuerdas o balsas en el agua y se atan a ellas las semillas de algas utilizando un equipo especializado. Luego, las algas se dejan crecer durante varios meses, durante los cuales absorben nutrientes del agua y la luz solar a través de la fotosíntesis. [70]
Los estanques y lagos de tipo raceway están abiertos a los elementos. [71] Son uno de los métodos más comunes y económicos de cultivo de algas a gran escala y ofrecen varias ventajas sobre otros métodos de cultivo. Un estanque de raceway abierto es un estanque poco profundo y de forma rectangular que se utiliza para el cultivo de algas. Debido a que está diseñado para hacer circular el agua en un circuito continuo o raceway, permite que las algas crezcan en un entorno controlado. El sistema abierto es un método de cultivo de algas de bajo costo y es relativamente fácil de construir y mantener. El estanque generalmente está revestido con un material sintético, como polietileno (HDPE) o cloruro de polivinilo, para evitar la pérdida de agua y nutrientes. El estanque también está equipado con ruedas de paletas u otros tipos de dispositivos mecánicos para proporcionar mezcla y aireación. [72]
Los estanques de algas de alta velocidad (HRAP, por sus siglas en inglés) son un tipo de sistema abierto de cultivo de algas que ha ganado popularidad en los últimos años debido a su eficiencia y bajo costo de operación. Los HRAP son estanques poco profundos, generalmente de entre 0,1 y 0,4 metros de profundidad, que se utilizan para el cultivo de algas. Los estanques están equipados con una rueda de paletas u otro tipo de sistema de agitación mecánica que proporciona mezcla y aireación, lo que promueve el crecimiento de las algas. El sistema HRAP también se recomienda en el tratamiento de aguas residuales mediante el uso de algas. [73]
Las algas también pueden cultivarse en un fotobiorreactor (PBR). Un PBR es un biorreactor que incorpora una fuente de luz. Prácticamente cualquier recipiente translúcido podría llamarse PBR; sin embargo, el término se utiliza más comúnmente para definir un sistema cerrado, en contraposición a un tanque o estanque abierto.
Debido a que los sistemas PBR son cerrados, el cultivador debe proporcionar todos los nutrientes, incluido el CO
2.
Un PBR puede funcionar en " modo por lotes ", lo que implica reabastecer el reactor después de cada cosecha, pero también es posible cultivar y cosechar de forma continua. La operación continua requiere un control preciso de todos los elementos para evitar un colapso inmediato. El cultivador proporciona agua esterilizada, nutrientes, aire y dióxido de carbono en las proporciones correctas. Esto permite que el reactor funcione durante largos períodos. Una ventaja es que las algas que crecen en la " fase logarítmica " suelen tener un mayor contenido de nutrientes que las algas viejas " senescentes ". El cultivo de algas es el cultivo de algas en estanques u otros recursos. La máxima productividad se produce cuando la "tasa de intercambio" (tiempo para intercambiar un volumen de líquido) es igual al "tiempo de duplicación" (en masa o volumen) de las algas.
Los PBR pueden mantener el cultivo en suspensión o pueden proporcionar un sustrato sobre el cual el cultivo puede formar una biopelícula . Los PBR basados en biopelículas tienen la ventaja de que pueden producir rendimientos mucho mayores para un volumen de agua determinado, pero pueden sufrir problemas con las células que se separan del sustrato debido al flujo de agua necesario para transportar gases y nutrientes al cultivo.
Los PBR de panel plano consisten en una serie de paneles planos y transparentes que se apilan uno sobre el otro, creando una fina capa de líquido entre ellos. Las algas se cultivan en esta fina capa de líquido, que circula continuamente para promover la mezcla y evitar el estancamiento. Los paneles suelen estar hechos de vidrio o plástico y pueden disponerse en varias configuraciones para optimizar la exposición a la luz. Los PBR de panel plano se utilizan generalmente para cultivos de densidad baja a media y son adecuados para especies que requieren una intensidad de luz menor y una superficie máxima para una exposición óptima a la luz. El control de temperatura en el sistema PBR de panel plano se lleva a cabo enfriando el cultivo en la cámara de depósito utilizando una camisa de agua fría, así como rociando agua fría sobre la superficie del panel plano. [74]
Los PBR tubulares consisten en tubos largos y transparentes que están orientados vertical u horizontalmente. Las algas se cultivan dentro de los tubos, que generalmente están hechos de vidrio o plástico. Los tubos están dispuestos en un patrón helicoidal o serpenteante para aumentar el área de superficie para la exposición a la luz. Los tubos pueden circular de forma continua o intermitente para promover la mezcla y evitar el estancamiento. Los PBR tubulares se utilizan generalmente para el cultivo de alta densidad y son adecuados para especies que requieren una alta intensidad de luz. El control de la temperatura en los PBR tubulares es una tarea difícil que generalmente se logra mediante la aspersión externa de agua desionizada que permite enfriar los tubos y, posteriormente, reduce la temperatura del cultivo que circula dentro de los tubos. [75]
Los biorreactores de sustrato poroso (PSBR) incluyen lechos compactos y sustratos porosos. Los PBR de lecho compacto pueden tener diferentes formas, como placas planas o tubulares. En los biorreactores de sustrato poroso (PSBR), el biorreactor se expone directamente al aire y recibe su agua y nutrientes por acción capilar a través del propio sustrato. Esto evita problemas con células que quedan suspendidas porque no hay flujo de agua a través de la superficie del biorreactor. El cultivo podría contaminarse con organismos transportados por el aire, pero la defensa contra otros organismos es una de las funciones del biorreactor.
Las bolsas de plástico en forma de V se utilizan comúnmente en sistemas cerrados de cultivo de algas por varias razones. Estas bolsas están hechas de polietileno de alta densidad (HDPE) y están diseñadas para contener cultivos de algas en un entorno cerrado, proporcionando un entorno ideal para el crecimiento de las algas. Las bolsas de plástico en forma de V son efectivas para cultivar una variedad de especies de algas, incluidas Chlorella , Spirulina y Nannochloropsis . [76] Se encontró que la tasa de crecimiento y el rendimiento de biomasa de Chlorella vulgaris en bolsas de plástico en forma de V eran más altos que cualquier otra bolsa de plástico con forma. Se desarrollaron diferentes diseños de bolsas de plástico basadas en PBR a partir del sellado de las bolsas de plástico en diferentes lugares que se generaron, bolsas de plástico colgantes de fondo plano, bolsas de plástico colgantes en forma de V, bolsas de plástico colocadas horizontalmente que sirven como una especie de sistema PBR plano, etc. Se proponen muchos diseños basados en bolsas de plástico, pero pocos se utilizan a escala comercial debido a su productividad. El funcionamiento de las bolsas de plástico es tedioso, ya que deben reemplazarse después de cada uso para mantener la esterilidad, lo que es una tarea laboriosa para las instalaciones a gran escala. [77] [78]
Las algas se pueden recolectar mediante microcribas, por centrifugación , por floculación [79] y por flotación con espuma .
Interrumpir el suministro de dióxido de carbono puede provocar que las algas floculen por sí solas, lo que se denomina "autofloculación".
El " quitosano ", un floculante comercial , más comúnmente utilizado para la purificación del agua, es mucho más caro. Las conchas en polvo de los crustáceos se procesan para obtener quitina , un polisacárido que se encuentra en las conchas, del que se deriva el quitosano mediante desacetilación . El agua más salobre o salina requiere mayores cantidades de floculante. La floculación suele ser demasiado cara para las grandes operaciones.
El alumbre y el cloruro férrico se utilizan como floculantes químicos.
En la flotación por espuma , el cultivador airea el agua hasta formar una espuma y luego retira las algas de la parte superior. [80]
Actualmente se están desarrollando métodos de recolección de datos mediante ultrasonidos y otros métodos. [81] [82]
Los aceites de algas tienen una variedad de usos comerciales e industriales y se extraen a través de una variedad de métodos. Las estimaciones del costo de extracción de aceite de microalgas varían, pero es probable que sea alrededor de tres veces mayor que el de la extracción de aceite de palma . [83]
En el primer paso de la extracción, el aceite debe separarse del resto de las algas. El método más simple es el triturado mecánico . Cuando las algas se secan, conservan su contenido de aceite, que luego se puede "prensar" con una prensa de aceite . Las diferentes cepas de algas requieren diferentes métodos de prensado de aceite, incluido el uso de tornillo, expulsor y pistón. Muchos fabricantes comerciales de aceite vegetal utilizan una combinación de prensado mecánico y disolventes químicos para extraer el aceite. Este uso también se suele adoptar para la extracción de aceite de algas.
El choque osmótico es una reducción repentina de la presión osmótica que puede provocar la ruptura de las células en una solución. El choque osmótico se utiliza a veces para liberar componentes celulares, como el aceite.
La extracción ultrasónica , una rama de la sonoquímica , puede acelerar enormemente los procesos de extracción. Mediante un reactor ultrasónico, se utilizan ondas ultrasónicas para crear burbujas de cavitación en un material solvente. Cuando estas burbujas colapsan cerca de las paredes celulares, las ondas de choque y los chorros de líquido resultantes hacen que las paredes celulares se rompan y liberen su contenido en un solvente. [84] La ultrasónica puede mejorar la extracción enzimática básica.
En la extracción de aceites se utilizan a menudo disolventes químicos . La desventaja de utilizar disolventes para la extracción de aceite son los peligros que entraña trabajar con los productos químicos. Se debe tener cuidado de evitar la exposición a los vapores y el contacto con la piel, ya que ambos pueden causar graves daños a la salud. Los disolventes químicos también presentan un riesgo de explosión. [85]
Un disolvente químico muy utilizado es el hexano , que se utiliza ampliamente en la industria alimentaria y es relativamente económico. El benceno y el éter también pueden separar el aceite. El benceno está clasificado como carcinógeno .
Otro método de extracción con disolventes químicos es la extracción Soxhlet . En este método, los aceites de las algas se extraen mediante lavados repetidos o percolación con un disolvente orgánico como hexano o éter de petróleo , bajo reflujo en un recipiente de vidrio especial. [86] El valor de esta técnica es que el disolvente se reutiliza en cada ciclo.
La extracción enzimática utiliza enzimas para degradar las paredes celulares con agua como disolvente, lo que facilita enormemente el fraccionamiento del aceite. Se estima que los costes de este proceso de extracción son mucho mayores que los de la extracción con hexano. [87]
El CO2 supercrítico también se puede utilizar como disolvente. En este método, el CO2 se licúa bajo presión y se calienta hasta el punto en que se vuelve supercrítico (tiene propiedades tanto de líquido como de gas), lo que le permite actuar como disolvente. [88] [89]
Todavía se están desarrollando otros métodos, incluidos aquellos para extraer tipos específicos de aceites, como aquellos con una alta producción de ácidos grasos altamente insaturados de cadena larga. [81] [82]
Se pueden adquirir cepas de algas específicas a partir de colecciones de cultivos de algas, con más de 500 colecciones de cultivos registradas en la Federación Mundial de Colecciones de Cultivos. [90]
Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC BY-SA 3.0 IGO (declaración de licencia/permiso). Texto tomado de En breve, El estado mundial de la pesca y la acuicultura, 2018, FAO, FAO.