“Diseño de fotobioreactor airlift para la optimización de la producción de hidrógeno por Chlamydomonas reinhardtii usando un modelo matemático”

...

Se pretende disminuir la dependencia que se tiene hacia el uso de los combustibles fósiles convencionales, postulándose la bioenergía y las fuentes renovables la mejor solución para el desarrollo tecnológico de una manera limpia y sostenible garantizando que los procesos se emplean contribuyen al cuidado del medio ambiente.

LIMITACIONES

Debido a que el uso de las energías renovables se encuentra en proceso de desarrollo es necesario la formulación de normas para este tipo de combustibles, así como la innovación en el desarrollo de los proyectos demostrando así la efectividad de estos mismos, y una mejor divulgación de los conocimientos.

---------------------------------------------------------------

MARCO TEORICO

Las algas como materia prima para la producción de biocombustibles, se perfilan como la fuente más adecuada debido a su rápido crecimiento, de gran importancia ambiental ya que fijan más del 40% del carbón de la tierra, además de ofrecer a la biósfera una considerable proporción de oxígeno. Su importancia ecológica radica en su abundancia, su extrema biodiversidad y la habilidad de sobrevivir en una variedad de ambientes, desde los muy extremos, como los suelos desérticos hasta ambientes moderados, como lagos de agua dulce y océanos (Norton y col., 1996). , menores requerimientos de condiciones de cultivo y nutrientes, no compite por suelos ni con alimentos. Así mismo, los análisis de ciclo de vida previos desarrollados en algas indican una obtención mayor de energía con unos requerimientos materiales menores y por tanto unos impactos ambientales muy por debajo de las otras materias primas. (Fernández, L., et al, 2012).Las algas son muy atractivas para el propósito de producir varios compuestos de interés comercial ya que no tienen que competir con tierras de cultivo y pueden hacer uso de residuos como fuente de nutrimentos (Bitog y col., 2009).

SISTEMA DE CULTIVO DE MICRO-ALGAS

Existen dos diseños básicos para la producción de microorganismos fotoautotróficos (Grobbelaar, 2000) los sistemas abiertos en los que el cultivo está expuesto a la atmósfera con luz natural como iluminación por ende condiciones limitantes en el control del cultivo y los sistemas cerrados, comúnmente denominados fotobiorreactores, en los que el cultivo tiene poco o ningún contacto con la atmósfera (Contreras, C., et al., 2003).

A diferencia de los sistemas abiertos, los fotobiorreactores representan una tecnología relativamente nueva, por lo que existen varios aspectos cuya determinación no es trivial. Los hay de variadas formas, tamaños y materiales de construcción. (Julián, P., 2008).

FACTORES DE CULTIVO QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO

Existen diversas variables que afectan el crecimiento y la acumulación de metabolitos en las microalgas. Es importante determinar las condiciones óptimas de crecimiento, debido a que se conoce que la tasa de rendimiento (biomasa) para un mismo género de microalga puede ser diferente de acuerdo a su lugar de origen (Andersen, 2005). A continuación se presentan los distintos factores que afectan mayormente los cultivos de microalgas y sus efectos e interacciones en estos microorganismos en general.

LUZ

La intensidad de la luz es uno de los factores más importantes para el crecimiento fotosintético de las microalgas. Los sistemas de cultivos de microalgas pueden ser iluminados por luz artificial, luz solar o ambas. Entre los sistemas de cultivo de algas con iluminación natural con grandes áreas de iluminación se encuentran los estanques abiertos, los llamados platos planos o flat plates, los airlift tubulares o de tipo serpentín y los de tipo inclinado, entre otros (Chisti, 2007). Los sistemas de biorreactores empleados a nivel laboratorio son iluminados interna o externamente por luz artificial con lámparas fluorescentes y LEDs.

NUTRIMENTOS

El CO2 es la fuente de carbono más utilizada en cultivos de microalgas. Al consumirse el carbono, el oxígeno es producido por fotólisis del agua y este es diluido en el medio de cultivo. Puesto que las microalgas pueden vivir bajo altas concentraciones de dióxido de carbono, los gases de invernadero, el dióxido de nitrógeno y contaminantes en la atmósfera (a partir de diversas fuentes) pueden ser nutrimentos suficientes para las microalgas (Ono y Cuello, 2003).

TEMPERATURALa temperatura es uno de los factores ambientales más importantes que afectan el crecimiento y desarrollo de los organismo vivos. El crecimiento de algas depende también de la temperatura, por lo que se requiere conocer un valor óptimo para una tasa máxima de crecimiento. Los sistemas fotosintéticos siempre generan calor a causa de la ineficiencia de la fotosíntesis de convertir la energía luminosa a energía química La conversión teórica de la luz roja en energía química es de un 31 % y el 69 % restante se pierde como calor. Por ello, la cantidad de enfriamiento en un sistema de cultivo dependerá de la intensidad de la luz y de la concentración celular, sin embargo, el enfriamiento del reactor es sólo utilizado en sistemas cerrados (Andersen, 2005).

pH

Las microalgas tienen diversos requerimientos de pH para su crecimiento. A niveles de pH alcalinos, la disponibilidad de CO2 puede ser limitante para el crecimiento y la fotosíntesis de microalgas. El rango de pH para la mayoría de los cultivos de microalgas está entre 7 y 9, con un rango óptimo de 8.2 a 8.7. Un pH óptimo en el cultivo generalmente es mantenido gracias a la aeración con aire enriquecido con CO2. En el caso de los cultivos de alta densidad celular, la adición de dióxido de carbono corrige un incremento del pH, el cual puede llegar a un valor límite de 9 para el crecimiento de la microalga.

El crecimiento de las microalgas es óptimo a un pH neutro de 7.5 El pH se incrementa conforme la edad del cultivo es mayor, esto es debido a la acumulación de minerales y a la oxidación de nutrimentos. Por lo tanto, es recomendado que el pH inicial del medio de cultivo se ajuste a 6.5 antes de ser inoculado (Martin, 2010).

TRANSFERENCIA GASEOSA

Debido a que casi el 50 % de la biomasa de microalgas se compone de carbono, este elemento es un componente importante para el crecimiento celular. Cuando se cultivan de forma fotoautotrófica, todas las microalgas utilizan las fuentes inorgánicas de carbono para sintetizar compuestos.