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 entran en la categoría de microalgas (también denominadas fitoplancton , microfitas 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, que son básicamente depuradores de algas que utilizan burbujas de aire que fluyen hacia arriba en pequeños contenedores). [ cita necesaria ]
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 , materia prima química ( materia prima), alimento para animales/ acuicultura rico en proteínas , productos farmacéuticos y combustible de algas , [5] y también puede usarse como medio de control de la contaminación y secuestro natural de carbono . [6]
La producción mundial de plantas acuáticas cultivadas, abrumadoramente dominada por algas marinas, aumentó en volumen 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 de la bioeconomía emergente . [8] Las investigaciones sugieren que el cultivo de algas tiene grandes potenciales y beneficios para el desarrollo de un futuro sistema alimentario saludable y sostenible . [9] [6]
Se cultivan varias especies de algas como alimento. Si bien las algas tienen cualidades de fuente de alimento sostenible, "producen proteínas, lípidos y carbohidratos altamente digeribles y son ricas en ácidos grasos esenciales, vitaminas y minerales" y, por ejemplo, tienen una alta productividad de proteínas por acre, existen varios desafíos "entre producción actual de biomasa y producción económica de algas a gran escala para el mercado alimentario". [6]
Los 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 alimentos 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 apetecibles. Estos alimentos dejan una huella de carbono mucho más ligera que otras formas de proteínas, ya que las microalgas absorben en lugar de producir dióxido de carbono , lo que contribuye a los gases de efecto invernadero . [22]
Durante siglos las algas se han utilizado como fertilizante . También es una excelente fuente de potasio para la fabricación de potasa y nitrato de potasio . Algunos tipos de microalgas también se pueden utilizar de esta manera. [23]
Para elaborar agar se utilizan tanto microalgas como macroalgas . [20] [24] [21]
Ante la preocupación por el calentamiento global , se están buscando nuevos métodos para la captura exhaustiva y eficiente de CO 2 . El dióxido de carbono que produce una planta que quema combustible de carbono puede alimentar sistemas de algas abiertos o cerrados, fijando el CO 2 y acelerando el crecimiento de las algas. Las aguas residuales no tratadas pueden suministrar nutrientes adicionales, convirtiendo así dos contaminantes en productos valiosos. [25]
Se pueden utilizar residuos de CO 2 de alta pureza, así como carbono secuestrado de la atmósfera, con importantes beneficios potenciales 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 escurrimientos de fertilizantes.
Las empresas, el mundo académico y los gobiernos están explorando la posibilidad de utilizar algas para producir gasolina, biodiesel, biogás y otros combustibles. Las propias algas pueden utilizarse como biocombustible y, además, para producir hidrógeno.
También se investigan las microalgas para la producción de hidrógeno , por ejemplo, microgotitas para células de algas o reactores microbianos esferoides multicelulares sinérgicos entre algas y bacterias capaces de producir oxígeno e hidrógeno mediante la fotosíntesis a la luz del día y bajo el aire. [29] [30]
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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, la energía térmica también se puede extraer a través de un intercambiador de calor para suministrar agua caliente al edificio. [33] La tecnología aún se encuentra en una etapa inicial y aún no es apta para un uso más amplio.
Green Power House en Montana, Estados Unidos, utilizó tecnología de acuicultura de algas recientemente desarrollada dentro de un sistema que utiliza la luz solar y desechos de madera 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 marinas crecen en zonas costeras y poco profundas y capturan cantidades significativas de carbono que pueden transportarse a las profundidades del océano mediante mecanismos oceánicos; Las algas marinas que llegan a las profundidades del océano secuestran carbono e impiden que se intercambie con la atmósfera durante milenios. [38] Se ha sugerido cultivar algas marinas en alta mar con el propósito de hundirlas en las profundidades del mar para secuestrar carbono. [39] Además, las algas marinas crecen muy rápido y, en teoría, pueden recolectarse y procesarse 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 satisfacer la demanda equivalente de energía de combustibles fósiles de la Tierra, eliminar 53 gigatoneladas de CO 2 por año de la atmósfera y producir de manera sostenible 200 kg por año de pescado, por año. 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 macroalgas como microalgas como posibles medios de secuestro de carbono. [42] [43] El fitoplancton marino realiza la mitad de la fijación fotosintética global de CO 2 (producción primaria global neta 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 compleja lignina asociada con las plantas terrestres , el carbono de las algas se libera a la atmósfera más rápidamente que el carbono capturado en la tierra. [42] [45] Las algas se han propuesto como una reserva de almacenamiento de carbono a corto plazo que puede usarse como materia prima para la producción de diversos combustibles biogénicos . [46]
La Chlorella , en particular una cepa transgénica que porta un gen extra de mercurio reductasa , 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 a 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 selectiva de fármacos .
Las algas cultivadas sirven para muchos otros propósitos, incluidos cosméticos, [55] [ se necesita más explicación ] alimento para animales, [55] [ se necesita más explicación ] producción de bioplásticos, producción de tintes y colorantes, producción de materias primas químicas e ingredientes farmacéuticos. [ Se necesita más explicación ]
La mayoría de los productores prefieren la producción monocultural y hacen todo lo posible para mantener la pureza de sus cultivos. Sin embargo, los contaminantes microbiológicos aún están bajo investigación. [56]
Con los cultivos mixtos, una especie llega a dominar con el tiempo y si se cree que una especie no dominante tiene un valor particular, es necesario obtener cultivos puros para poder cultivar esta especie. Los cultivos de especies individuales también son muy necesarios con 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 contenedores en crecimiento 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 contenedores para iniciar cultivos más grandes.
Otro enfoque consiste en utilizar un medio especial que excluya otros organismos, incluidas las algas invasoras. Por ejemplo, Dunaliella es un género de microalgas comúnmente cultivado que florece en agua extremadamente salada que pocos organismos pueden tolerar.
Alternativamente, los cultivos mixtos de algas pueden funcionar bien para las larvas de moluscos . Primero, 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 fina resultante de algas mixtas está lista para las larvas. Una ventaja de este método es el bajo mantenimiento.
El agua, el dióxido de carbono , los minerales y la luz son factores importantes en el cultivo, y las diferentes algas tienen diferentes necesidades. La reacción básica para el crecimiento de 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 heterótrofo .
El agua debe estar en un rango de temperatura que admita 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 entre 76 y 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 más profundamente al agua. La luz solar directa es demasiado fuerte para la mayoría de las algas, que pueden utilizar sólo 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 darle sombra) suele ser la mejor opción para lograr un crecimiento fuerte, ya que las algas debajo de la superficie pueden utilizar más luz menos intensa creada a partir de la sombra de las algas de arriba.
Para utilizar estanques más profundos, los productores agitan el agua, haciendo circular las algas para que no permanezcan en la superficie. Las ruedas de paletas pueden agitar el agua y el aire comprimido que sale del fondo levanta las algas de las zonas inferiores. La agitación también ayuda a prevenir la sobreexposición al sol.
Otro medio de suministrar luz es colocar la luz en el sistema. Las placas luminosas 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 al agotamiento del oxígeno causado por la descomposición de las 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 , lo que provoca el olor. Esta hipoxia suele provocar la muerte de los animales acuáticos. En un sistema donde las algas se cultivan, mantienen y cosechan intencionalmente, no es probable que se produzca eutrofización ni hipoxia.
Algunas algas y bacterias vivas también producen sustancias químicas olorosas, en particular ciertas cianobacterias (anteriormente clasificadas como algas verdiazules) como Anabaena . Los más conocidos de estos químicos que causan olores son el MIB ( 2-metilisoborneol ) y la geosmina . Dan un olor a humedad o tierra que puede ser bastante fuerte. La muerte eventual de las cianobacterias libera gas adicional que queda atrapado en las células. Estos químicos 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 distribución del agua potable . [58] Las cianobacterias también pueden producir toxinas químicas que han sido un problema en el agua potable.
Nutrientes como el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el potasio (K) sirven como fertilizante para las algas y generalmente 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 puede limitar el crecimiento o la productividad en un área determinada. El dióxido de carbono también es esencial; Por lo general, se requiere un aporte de CO 2 para el rápido crecimiento de las algas. Estos elementos deben disolverse en el agua, en formas biodisponibles, para que crezcan las algas.
Cultivo de macroalgas
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El cultivo de algas o cultivo de algas es la práctica de cultivar y recolectar algas . En su forma más simple, los agricultores 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 para la carragenina (un agente gelificante ); Gracilaria se cultiva para obtener agar ; el resto se come después de un procesamiento limitado. [59] Las algas marinas se diferencian de los manglares y las praderas marinas , ya que son organismos algales fotosintéticos [60] y no florecen. [59]
Los mayores países productores de algas en 2022 son China (58,62%) e Indonesia (28,6%); seguido de Corea del Sur (5,09%) y Filipinas (4,19%). Otros productores notables incluyen 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 marinas se ha desarrollado con frecuencia para mejorar las condiciones económicas y reducir la presión pesquera. [63]
La Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO), informó que la producción mundial en 2019 superó los 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 marinas es un cultivo negativo en carbono y con un alto potencial para la mitigación del cambio climático . [65] [66] El Informe especial del IPCC sobre el océano y la criósfera en un clima cambiante recomienda "mayor atención a la investigación" como táctica de mitigación. [67] World Wildlife Fund , Oceans 2050 y The Nature Conservancy apoyan públicamente la ampliación 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 originarse en un sistema natural o prepararse 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 elegir 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, salvo en las zonas tropicales, se limita a los meses más cálidos. [1]
Los sistemas de estanques abiertos son más baratos de construir y, como mínimo, solo requieren una zanja o un estanque. Los estanques grandes tienen las mayores capacidades 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, permitiendo el crecimiento de cultivos puros en estanques abiertos. El cultivo abierto también puede funcionar si existe un sistema para recolectar solo las algas deseadas, o si los estanques se reinoculan con frecuencia antes de que los organismos invasores puedan multiplicarse significativamente. Los agricultores de Chlorella emplean con frecuencia este último enfoque , ya que las condiciones de crecimiento de Chlorella no excluyen las algas competidoras.
El primer enfoque se puede emplear en el caso de algunas diatomeas en cadena , ya que se pueden filtrar a partir de una corriente de agua que fluye a través de una tubería de salida . Se ata una " funda de almohada " de tela de malla fina sobre el tubo de salida, permitiendo que otras algas escapen. Las diatomeas en cadena se mantienen en la bolsa y alimentan a las larvas de camarón (en los 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 cultivar 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 durante todo el año. Se utilizaron estanques abiertos para la eliminación de plomo utilizando Spirulina (Arthospira) sp viva . [68]
Una laguna es un tipo de ecosistema acuático que se caracteriza por una masa de agua poco profunda que está separada del mar abierto por barreras naturales como bancos de arena, islas barrera o arrecifes de coral. La empresa australiana Cognis Australia es una conocida empresa que se especializa en la producción de β-caroteno a partir de Dunaliella salina recolectada en extensos estanques hipersalinos 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 en mar abierto, así como en una línea costera en aguas poco profundas. La industria del cultivo de algas 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 puedan mejorar la inmunidad y la productividad. El cultivo de algas 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 al secuestrar CO 2 .
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 recolección 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 el sitio, se anclan cuerdas o balsas en el agua y se les unen las semillas de algas utilizando 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 tipo canal 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 canal abierto es un estanque poco profundo de forma rectangular que se utiliza para el cultivo de algas. Porque está diseñado para hacer circular agua en un circuito o canal continuo, lo que permite que las algas crezcan en un ambiente controlado. El sistema abierto es un método de cultivo de algas de bajo costo y es relativamente fácil de construir y mantener. El estanque suele estar 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 tasa (HRAP) 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, normalmente 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 algas. El sistema HRAP también se recomienda en el tratamiento de aguas residuales mediante algas. [73]
Las algas también se pueden cultivar en un fotobiorreactor (PBR). Un PBR es un biorreactor que incorpora una fuente de luz. Prácticamente cualquier contenedor translúcido podría denominarse PBR; sin embargo, el término se usa más comúnmente para definir un sistema cerrado, a diferencia de 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. El funcionamiento continuo requiere un control preciso de todos los elementos para evitar el colapso inmediato. El productor 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 " generalmente tienen 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 productividad máxima se produce cuando el "tipo de cambio" (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 constan de una serie de paneles planos y transparentes que se apilan uno encima del otro, creando una fina capa de líquido entre ellos. Las algas crecen 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 muy adecuados para especies que requieren una menor intensidad de luz 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 del depósito usando una camisa de agua enfriada y rociando agua fría sobre la superficie del panel plano. [74]
Los PBR tubulares consisten en tubos largos y transparentes orientados vertical u horizontalmente. Las algas crecen dentro de los tubos, que normalmente están hechos de vidrio o plástico. Los tubos están dispuestos en un patrón helicoidal o serpentino para aumentar la superficie de exposición a la luz. El tubo puede circular de forma continua o intermitente para promover la mezcla y evitar el estancamiento. Los PBR tubulares se utilizan generalmente para cultivos de alta densidad y son muy adecuados para especies que requieren alta intensidad de luz. El control de la temperatura en PBR tubular es una tarea difícil que generalmente se logra mediante aspersión externa de agua desionizada que permite el enfriamiento de los tubos y posteriormente reduce la temperatura del cultivo que circula dentro de los tubos. [75]
Los PBR de biopelículas incluyen PBR de lecho empacado y de sustrato poroso. Los PBR de lecho empacado pueden tener diferentes formas, incluidas placas planas o tubulares. En los biorreactores de sustrato poroso (PSBR), la biopelícula se expone directamente al aire y recibe su agua y nutrientes por acción capilar a través del propio sustrato. Esto evita problemas con las células que quedan suspendidas porque no hay flujo de agua a través de la superficie de la biopelícula. El cultivo podría contaminarse con organismos transportados por el aire, pero defenderse de otros organismos es una de las funciones de una biopelícula.
Las bolsas de plástico en forma de V se utilizan habitualmente 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 ambiente cerrado, proporcionando un ambiente ideal para el crecimiento de algas. Las bolsas de plástico en forma de V son eficaces para cultivar una variedad de especies de algas, incluidas Chlorella , Spirulina y Nannochloropsis . [76] Se descubrió 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 en cualquier otra bolsa de plástico con forma. Se desarrollan diferentes diseños de bolsas de plástico basadas en PBR sellando las bolsas de plástico en diferentes lugares que las generan, bolsas de plástico colgantes con 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. Muchas bolsas de plástico Se proponen diseños basados en tecnología, pero pocos se utilizan a escala comercial debido a su productividad. El funcionamiento de las bolsas de plástico es tedioso ya que es necesario reemplazarlas después de cada uso para mantener la esterilidad, lo cual es una tarea laboriosa en instalaciones a gran escala. [77] [78]
Las algas se pueden recolectar mediante micropantallas, por centrifugación , por floculación [79] y por flotación con espuma .
La interrupción del 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. Los caparazones en polvo de los crustáceos se procesan para adquirir quitina , un polisacárido que se encuentra en los caparazones y del cual se deriva el quitosano mediante desacetilación . El agua que es más salobre o salina requiere mayores cantidades de floculante. La floculación suele ser demasiado cara para operaciones grandes.
El alumbre y el cloruro férrico se utilizan como floculantes químicos.
En la flotación por espuma , el cultivador airea el agua hasta formar espuma y luego quita las algas de la parte superior. [80]
Actualmente se están desarrollando ultrasonidos y otros métodos de recolección. [81] [82]
Los aceites de algas tienen una variedad de usos comerciales e industriales y se extraen mediante diversos métodos. Las estimaciones del costo de extraer aceite de microalgas varían, pero es probable que sean alrededor de tres veces más altas que las de extraer aceite de palma . [83]
En el primer paso de extracción se debe separar el aceite del resto de algas. El método más sencillo es la trituración mecánica . Cuando las algas se secan, retienen su contenido de aceite, que luego se puede "presionar" con una prensa de aceite . Diferentes cepas de algas justifican 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 adopta a menudo para la extracción de aceite de algas.
El shock osmótico es una reducción repentina de la presión osmótica , lo que puede provocar la ruptura de las células de una solución. A veces se utiliza el choque osmótico para liberar componentes celulares, como el aceite.
La extracción ultrasónica , una rama de la sonoquímica , puede acelerar enormemente los procesos de extracción. Utilizando 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 disolvente. [84] La ultrasonidos puede mejorar la extracción enzimática básica.
A menudo se utilizan disolventes químicos en la extracción de aceites. La desventaja del uso de solventes para la extracción de petróleo son los peligros que implica trabajar con productos químicos. Se debe tener cuidado para evitar la exposición a los vapores y el contacto con la piel, cualquiera de los cuales puede causar daños graves a la salud. Los disolventes químicos también presentan peligro de explosión. [85]
Una elección común de disolvente químico 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 química con disolventes 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 , a reflujo en un recipiente de vidrio especial. [86] El valor de esta técnica es que el disolvente se reutiliza para cada ciclo.
La extracción enzimática utiliza enzimas para degradar las paredes celulares con agua que actúa como disolvente. Esto facilita mucho el fraccionamiento del aceite. Se estima que los costos de este proceso de extracción son mucho mayores que los de la extracción con hexano. [87]
El CO 2 supercrítico también se puede utilizar como disolvente. En este método, el CO 2 se licua bajo presión y se calienta hasta el punto de 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 algunos 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 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 un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo CC BY-SA 3.0 IGO (declaración/permiso de licencia). Texto tomado de En resumen, El estado mundial de la pesca y la acuicultura, 2018, FAO, FAO.