ELISA CARARETOUn equipo multidisciplinario integrado por científicos de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar) y de la Universidad de São Paulo (USP), ideó y desarrolló un gran tanque de vidrio transparente para el cultivo de microalgas al aire libre, denominado fotobiorreactor. Entre sus innovaciones, el fotobiorreactor posee una membrana porosa que se utiliza para filtrar el medio de cultivo que sirve como alimento para las células del alga Chlorella vulgaris, un compuesto con sustancias tales como nitrato de sodio, fosfatos, potasio, micronutrientes, sulfatos y otros elementos inorgánicos. Esta membrana permite, mediante la elección de esa microalga y el compuesto nutritivo, seleccionar el tipo de biomasa que se obtendrá al final del proceso: proteínas para pienso animal, ácidos grasos esenciales, tales como el omega 3, que se utiliza en las industrias alimenticia y farmacéutica, carbohidratos empleados en la síntesis de plásticos o fertilizantes.
Mediante la manipulación bioquímica con microalgas, podemos obtener biomoléculas de acuerdo con la necesidad de materia prima de las empresas”, dice la profesora Ana Teresa Lombardi, del Centro de Ciencias Biológicas y de la Salud de la UFSCar y coordinadora del proyecto en la modalidad Investigación en Colaboración para la Innovación Tecnológica (Pite), que forma parte de un acuerdo de cooperación de la FAPESP con Braskem. “Entre sus varias aplicaciones posibles, obtuvimos un resultado interesante y prometedor que fue la ‘pelletización’ [recubrimiento] de semillas de plantas autóctonas del cerrado con la biomasa de algas, que podrían utilizarse para la reforestación”, comenta. La investigación constituyó el tema de una tesina de maestría, ya defendida. “Esas semillas envueltas en biomasa y mucílago de algas logran aprovechar mejor el agua de lluvia, debido a su mayor capacidad de retención, lo que resultaría en una menor mortalidad de las semillas plantadas en campo”, resalta.
Lombardi explica que, en el proceso de cultivo de las algas, se necesita un flujo continuo para la entrada de nutrientes frescos. Pero en ciertos momentos se produce una extravasación de ese flujo y se debe retirar el medio de cultivo utilizado. “En el biorreactor modelo, cuando en ese medio antiguo se produce la pérdida de células, se lo extrae, es decir, es como si se lo lavara”. Como la membrana posee poros extremadamente pequeños, los nutrientes que se utilizan sólo salen luego de sufrir un proceso de filtrado. De esa manera, además de la posibilidad de reutilización del medio, se puede escoger la densidad de células que quedará en el tanque y el medio de cultivo que ingresará en el reactor por medio del flujo continuo. “Las algas se adaptan rápidamente al cambio de nutrientes porque experimentan una transformación intracelular”, dice Lombardi. Es decir, logran realizar una modificación en su composición bioquímica dependiendo del ambiente en que habitan. “Transformamos ese atributo microbiológico de las algas en un proceso tecnológico”, subraya la investigadora.
El cultivo de microalgas, tales como la Chlorella, registra una elevada productividad en biomasa seca, con varias cosechas a lo largo del año. Al ser organismos fotosintetizantes, éstas transforman la energía luminosa en energía química que se acumula en las uniones que conforman los carbohidratos, los lípidos y proteínas. Parte de ofrecer una gran eficiencia fotosintética, también son excelentes fijadoras del dióxido de carbono (CO2). “El principal objetivo del proyecto, la fijación de dióxido de carbono, era una consecuencia de la producción de biomasa con el uso del fotobiorreactor”, dice la investigadora. La forma en que se construyó el dispositivo también permite un mejor aprovechamiento de la energía solar incidente, con lo que se logra un expresivo aumento de la producción. “En tan sólo 24 horas, logramos cinco duplicaciones de la población de algas”, dice Lombardi.
En un principio, se adquiriría el biorreactor en Holanda. Mientras se aguardaba la respuesta del proveedor, los investigadores comenzaron a construir un prototipo en el laboratorio, inicialmente a escala, de 200 mililitros. Luego se aumentó la escala y se construyó otro de 200 litros. “Fue tan prometedor que desistimos de su importación”, relata Lombardi. La siguiente etapa fue la construcción de un dispositivo de mil litros, con todas las variables controladas. Hasta llegar al fotobiorreactor que se consideraba ideal para el proyecto, los investigadores ‒una bióloga con doctorado en química y una botánica experta en zooplancton, ambas de las UFSCar, además de una ingeniera química y dos ingenieros mecánicos, de la USP‒ participaron en muchas reuniones. “Construimos un fotobiorreactor de mil litros totalmente experimental, en el que se podían controlar todas las variables”, explica Lombardi. Para ello, todos los sistemas ‒agitación, burbujeo, filtrado, y flujo continuo‒ se montaron en forma individual, para que funcionaran de manera independiente. “El flujo continuo independiente mantiene un ambiente químico relativamente constante, lo cual determina el control de calidad del producto final”.
A partir del segundo año, el proyecto contó con el refuerzo de una posdoctoranda, graduada en biología, con doctorado en ingeniería mecánica y experta en membranas de filtrado. A partir de allí, el reactor obtuvo membranas comerciales sumergidas, “de fácil manejo e intercambio”, en las palabras de Lombardi. “Es una particularidad importante de nuestro reactor, puesto que pocos en el mundo cuentan con ese recurso”. En diciembre de 2013, luego de tres años y ocho meses, el proyecto pudo concluirse. Pero las investigaciones al respecto de la fijación de carbono aún no han terminado. “Ahora estamos utilizando un método de fluorescencia, que también es aplicable a vegetales terrestres, para calcular el máximo potencial fotosintético de las algas”.
Proyecto
Cultivo de microalgas en un fotobiorreactor como herramienta para la extracción del CO2 atmosférico (nº 2008/ 03487-0); Modalidad Investigación en Colaboración para la Innovación Tecnológica (Pite); Investigadora responsable Ana Teresa Lombardi (UFSCar); Inversión R$ 320.670,46 (FAPESP) y R$ 312.314,00 (Braskem).
Artículo científico
Chia, M. A. et al. Lipid composition of Chlorella vulgaris (Trebouxiophyceae) as a function of different cadmium and phosphate concentrations. Aquatic Toxicology. v. 128-9, p. 171-82. 15 mar. 2013.
