Utilizan microalgas para la producción de biocombustibles

En el Departamento de Ingeniería Celular y Biocatálisis del Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), Alfredo Martínez Jiménez realiza investigación enfocada en el desarrollo de aplicaciones del cultivo de microalgas para la producción de biocombustibles.

De acuerdo con el investigador y doctor en biotecnología por la UNAM, una gran parte de los combustibles fósiles tiene su origen en las algas, y debido a que acumulan proteínas, aceites y carbohidratos tienen un amplio potencial para emplearse en la producción de biocombustibles, ya que estos elementos pueden ser utilizados como materias primas para la generación de biodiesel, biogás y bioturbosina.

En el Instituto de Biotecnología de la UNAM, el grupo de investigación del doctor Martínez Jiménez plantea la idea de domesticar el cultivo de microalgas, obtener aceites o almidón y procesarlos para obtener biocombustibles, así como realizar un uso integral del cultivo para el desarrollo de diferentes productos.

En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, el también miembro nivel II del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), explica en qué consiste este proyecto de investigación.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Por qué las algas son aptas para la producción de biocombustibles?

Alfredo Martínez Jiménez (AMJ): En eras geológicas se acumuló una cantidad importante de biomasa, no solo en la superficie, sino también en el mar y en mantos acuíferos; las algas fueron un aporte muy importante del material biológico que se utilizó para generar petróleo.

Como todos los seres biológicos, las microalgas acumulan proteínas, carbohidratos y los aceites o las grasas. A lo largo del tiempo estos elementos cambiaron su estructura y se convirtieron en lo que hoy conocemos como petróleo.

Para producir biocombustible a partir de estos materiales tenemos que imitar esto que hizo la naturaleza, pero en otra escala de tiempo, “no podemos esperar millones de años”.

Las microalgas son microorganismos que no se ven a simple vista y se encuentran en mantos acuíferos de agua dulce, salada y aguas residuales. Estas pueden cultivarse en mar, tierra adentro, desierto, zonas semiáridas y hasta en ciudades. Tienen una característica muy importante: pueden reproducirse en un estanque y, al igual que una planta, estas realizan la fotosíntesis, fijan dióxido de carbono y generan biomasa. Con procesos químicos y biotecnológicos puede desarrollarse biogás, biodiesel o bioturbosina, el equivalente al que se utiliza para los aviones.

AIC: ¿Cómo surge el interés por crear biocombustible a partir de este recurso natural?

AMJ: Gran parte de las investigaciones que realizamos en el laboratorio del Instituto de Biotecnología están enfocadas en problemas nacionales. En México la disponibilidad de tierra para reproducir material biológico, tanto en la producción de alimentos para animales o humanos, es muy pequeña, alrededor de un 30 por ciento en comparación con otros países. Además, la mayor parte del clima que tenemos es semiárido.

Países como Estados Unidos o Brasil, que son líderes en producción de biocombustibles, disponen de llanuras extensas y gran cantidad de agua, una situación que no tenemos en México. No podemos destinar materias primas como las que estas naciones utilizan en la producción de biocombustibles (almidón de maíz y la sacarosa proveniente de la caña de azúcar), en el país debemos buscar otras alternativas.

En el Instituto de Biotecnología planteamos la idea de domesticar el cultivo de microalgas, obtener aceites o almidón y procesarlos para obtener biocombustibles. Indirectamente estamos copiando el proceso de la naturaleza de acumular biomasa y generar combustibles.

AIC: ¿Qué tipos de microalgas son ideales para la producción de biocombustible?

AMJ: La variedad de microalgas es extensa, incluso hay colegas en México que aíslan estos organismos porque aún se desconoce mucha de su diversidad. Hablar específicamente de una especie es muy complicado, si queremos enfocarnos en la producción de biodiesel o bioturbosina necesitamos microalgas oleaginosas, es decir que acumulen mucho aceite como lo hacen las planta de soya, o bien la palma de aceite.

Lo ideal, en el contexto de investigación y aplicación, es seleccionar una microalga adaptada al ambiente en el cual se va a desarrollar el biocombustible. No sería pertinente utilizar la misma especie para producir aceites en Sonora o para alguna zona semiárida de Yucatán. Hay variaciones de temperatura y condiciones del tipo de agua. La opción es generar tecnologías diferentes a partir del tipo de microalgas.

AIC: ¿Cómo se lleva a cabo la generación de biocombustible a partir de estos microorganismos?

AMJ: Existen diferentes tipos de cultivos de microalgas, el más conocido se llama fototrófico. Su cultivo puede realizarse en fotobiorreactores, estanques tipo pistas de carrera que son como ovalados y tienen una profundidad de 15 y 20 centímetros. A través de estos circuitos hacemos circular las microalgas para que tengan una buena incidencia de luz.

Las microalgas son fijadoras de dióxido de carbono, tienen una tasa fotosintética muy elevada, de tal manera que pueden fijar esta molécula a una velocidad relativamente alta en comparación con las plantas. A partir de la fotosíntesis podemos producir biomasa.

Las microalgas, al ser unicelulares, su crecimiento es exponencial. En 14 días podemos pasar de tener cientos de células a millones de estas. Una vez que cumplen el periodo de cultivo (entre dos o tres semanas), se cosechan y se concentran —porque están diluidas en el agua—, y después el aceite se extrae mediante solvente o procesos mecánicos.

Debido a que las microalgas tienen colorantes, los aceites derivados de estas también deben separarse, se realiza el proceso de refinación de aceite y posteriormente se realiza una reacción en condiciones alcalinas con sosa y alcohol (metanol o etanol). De esta manera se obtiene el biodiesel.

Una vez que el aceite está refinado, el proceso para obtener biodiesel a escala laboratorio es muy sencillo. El problema para una producción masiva es cultivar y concentrar las microalgas eficientemente y a bajo costo para extraer el aceite.

AIC: ¿El trabajo de investigación que se desarrolla en el Instituto de Biotecnología tiene que ver con este proceso que menciona?

AMJ: Sí, y con un concepto más global, el de la biorrefinería. Las microalgas tienen otros compuestos que pueden utilizarse para la generación de varios productos de interés a partir de su biomasa.

Si el diesel cuesta alrededor de 14 pesos, para el caso de biodiesel el costo de producción debería ser de siete pesos el litro para que su producción sea interesante y exista la creación de empresas y ganancias en la generación de combustibles. Nuestro enfoque en el Instituto de Biotecnología es desarrollar diferentes tipos de cultivo que nos permitan contender con esta situación.

La idea es dar viabilidad técnica y económica a los proyectos, es decir, realizar un uso integral del cultivo para diferentes productos como pasa con el petróleo. El 95 por ciento de este, que se genera para la producción de combustible, tiene el mismo valor económico que el cinco por ciento que se destina para otras aplicaciones, por ejemplo, la generación de biopolímeros o bioplásticos.

AIC: ¿Cuál es el presente y futuro de la producción de biocombustibles derivados de las microalgas?

AMJ: El presente no es muy promisorio. Uno de los problemas que enfrentan estas tecnologías es que se trabaja con mucha agua. En comparación con el petróleo, en donde la energía está densa, en las microalgas el material está diluido en agua y eliminarla es una cuestión que lleva a una economía que por ahora no es económicamente viable.

Sin embargo, pensando en un proceso de biorrefinería e integrando la generación de subproductos —y si el precio del petróleo incrementa por arriba de los cien dólares el barril—, es probable que con algunos avances tecnológicos la producción a nivel comercial sea viable en un periodo de cinco o 10 años. Es posible que en 2020 se validen nuevas tecnologías y salgan emergentes al mercado.

Fuente: CONACYT.