Biorrefinerías de algas: la solución integral para energía y alimento

En un mundo que busca urgentemente alternativas a los combustibles fósiles y fuentes de proteínas más sostenibles, las microalgas emergen como una solución multifacética. Estos organismos microscópicos, con su increíble eficiencia fotosintética, son la base de un concepto revolucionario: la biorrefinería de microalgas. Al igual que una refinería de petróleo procesa crudo para obtener diferentes combustibles y materiales, una biorrefinería utiliza la biomasa algal como materia prima para generar una diversidad de bioproductos valiosos.

Un reciente estudio de revisión sistemática publicada por investigadores de la Chengdu Normal University, de la University of Sargodha, de la Emerson University, de la University of the Punjab y de la Bahauddin Zakariya University ha analizado en profundidad toda la cadena de valor de estas «fábricas verdes», evaluando los avances tecnológicos, las barreras económicas y las rutas de innovación que podrían llevar esta tecnología del laboratorio al mercado. Para los profesionales de la acuicultura, los hallazgos son especialmente relevantes, ya que posicionan a las microalgas no solo como una fuente de energía limpia, sino como un pilar fundamental para el futuro de la alimentación acuícola.

Conclusiones clave

• Las biorrefinerías de microalgas son sistemas integrados que transforman la biomasa algal en una amplia gama de productos, desde biocombustibles hasta piensos y nutracéuticos.

• Las microalgas ofrecen ventajas clave sobre cultivos tradicionales: altas tasas de crecimiento, no compiten por tierra cultivable y pueden crecer en aguas residuales o salinas.

• Uno de los productos de mayor valor para el sector es la harina de algas rica en proteínas, una alternativa sostenible a la harina de pescado en la alimentación para acuicultura.

• A pesar de su potencial, la comercialización a gran escala enfrenta desafíos como los altos costos operativos, el elevado consumo de energía en la cosecha y la necesidad de optimizar la eficiencia de conversión.

• La integración del cultivo de microalgas con el tratamiento de aguas residuales y la captura de CO2 industrial es clave para mejorar su viabilidad económica y ambiental.

¿Qué es exactamente una biorrefinería de microalgas?

El concepto de biorrefinería se basa en la máxima eficiencia de los recursos, buscando aprovechar cada componente de la biomasa para minimizar los residuos y maximizar el valor. Las microalgas son una materia prima ideal para este enfoque debido a su rica composición bioquímica, que incluye lípidos, proteínas, carbohidratos, vitaminas y minerales.

Dentro de una biorrefinería, esta biomasa se puede fraccionar para producir:

• Lípidos: para la fabricación de biodiesel.

• Carbohidratos: para producir bioetanol a través de la fermentación.

• Proteínas: para la formulación de piensos para animales, incluida la acuicultura, o nutracéuticos para humanos.

• Biomasa residual: para generar biogás mediante digestión anaeróbica o ser usada como fertilizante.

Este enfoque integrado, alineado con los principios de la economía circular, permite que los nutrientes y el agua utilizados en el proceso sean reciclados, reduciendo significativamente el impacto ambiental.

Del cultivo al producto: el proceso de producción

El éxito de una biorrefinería depende de una cadena de procesos optimizados, desde el cultivo inicial hasta la extracción final de los productos.

Sistemas de cultivo: estanques abiertos vs. fotobiorreactores

La producción de biomasa algal se realiza principalmente en dos tipos de sistemas:

• Estanques abiertos (Open Ponds): Son sistemas de bajo costo y bajo consumo energético, donde las algas crecen en grandes estanques al aire libre. Sin embargo, son vulnerables a la contaminación, la evaporación y las fluctuaciones climáticas, lo que afecta la consistencia de la producción.

• Fotobiorreactores (PBRs): Son sistemas cerrados y transparentes que ofrecen un control total sobre las condiciones de cultivo (luz, CO2, nutrientes). Esto resulta en una mayor productividad y menor riesgo de contaminación, pero su costo de capital (CAPEX) es significativamente más alto.

La elección del sistema implica un compromiso entre costo y rendimiento, y actualmente se investigan diseños híbridos para combinar lo mejor de ambos mundos.

Cosecha y secado: un cuello de botella energético

Debido a su tamaño microscópico, separar las algas del agua es un proceso intensivo en energía y representa hasta el 25-30% del consumo total de energía de la planta. Métodos como la centrifugación son eficientes pero costosos en términos de electricidad. Alternativas como la floculación (agrupar las células) reducen el gasto energético, pero pueden introducir contaminantes químicos.

Posteriormente, el secado de la biomasa para alcanzar más del 95% de materia seca también requiere una gran cantidad de energía térmica, lo que infla los costos operativos (OPEX) y sigue siendo uno de los mayores desafíos para la viabilidad económica del proceso.

Más allá del biocombustible: una fábrica de productos de alto valor

Si bien los biocombustibles son un motor importante, la viabilidad económica de las biorrefinerías a menudo depende de la coproducción de productos de mayor valor.

Alimento para animales: la gran oportunidad para la acuicultura

Las microalgas como Spirulina y Chlorella son reconocidas por su alto contenido de proteínas de calidad, aminoácidos esenciales, vitaminas y minerales. Esto las convierte en un ingrediente ideal para la alimentación animal.

Para la acuicultura, la harina de algas representa una alternativa sostenible a la harina y el aceite de pescado, cuya dependencia contribuye a la sobrepesca y la degradación ambiental. Reemplazar los ingredientes tradicionales por proteínas de algas no solo reduce la huella ecológica del sector, sino que también puede mejorar las tasas de crecimiento y la respuesta inmune de los animales de cultivo. Además, el cultivo de estas microalgas no compite con la agricultura tradicional, ya que puede realizarse en tierras no cultivables y utilizando aguas residuales como fuente de nutrientes.

Otros productos valiosos

• Nutracéuticos: Las algas son una fuente primaria y sostenible de ácidos grasos omega-3 (EPA y DHA), una alternativa vegana al aceite de pescado con beneficios probados para la salud humana.

• Cosméticos: Los extractos de algas contienen antioxidantes, polisacáridos y proteínas que ofrecen beneficios para el cuidado de la piel, como efectos anti-envejecimiento, hidratantes y de protección UV.

• Bioplásticos: Ciertas cepas de microalgas pueden producir poliésteres biodegradables como los PHAs (polihidroxialcanoatos), que ofrecen una alternativa ecológica a los plásticos derivados del petróleo.

Beneficios ambientales que marcan la diferencia

Las biorrefinerías de algas no solo ofrecen productos valiosos, sino también servicios ecosistémicos cruciales.

• Mitigación de CO2: Las microalgas son biofijadores de carbono excepcionales. Se estima que por cada tonelada de biomasa algal seca producida, se capturan aproximadamente 1.8 toneladas de CO2. Integrar los cultivos con emisiones industriales (por ejemplo, de centrales eléctricas) permite convertir un contaminante en un recurso valioso.

• Tratamiento de aguas residuales: El cultivo de microalgas en aguas residuales es una estrategia eficaz para eliminar nutrientes como nitrógeno y fósforo, tratando el efluente mientras se genera biomasa sin costo de fertilizantes.

• Menor huella hídrica y de tierra: A diferencia de los cultivos para biocombustibles de primera generación (maíz, soja), las algas pueden crecer en tierras no agrícolas y en agua salina, salobre o residual, eliminando la competencia por recursos de agua dulce y tierra fértil.

Desafíos actuales: ¿qué frena su despliegue comercial?

A pesar de su enorme potencial, la transición de las biorrefinerías de algas a una realidad comercial sigue siendo un camino lleno de obstáculos. El estudio identifica varias barreras críticas:

• Costos de producción: El costo estimado del biodiesel de algas sigue siendo significativamente más alto (6-8 USD/galón) que el diésel de petróleo, principalmente debido a los altos costos de los nutrientes, la energía para la cosecha y el secado, y rendimientos de biomasa aún subóptimos en condiciones reales.

• Consumo energético: El balance energético sigue siendo un punto débil. Los procesos de cosecha, secado y extracción de biomasa consumen una cantidad considerable de energía, lo que puede mermar los beneficios ambientales netos si no se utilizan fuentes renovables.

• Escalabilidad: Las tecnologías que funcionan bien a escala de laboratorio, como ciertas técnicas de extracción o la ingeniería genética de cepas, a menudo enfrentan dificultades para ser implementadas de manera rentable a escala industrial.

Conclusión: un camino prometedor pero exigente

Las biorrefinerías de microalgas representan una plataforma transformadora para la bioeconomía del futuro. Ofrecen una vía para producir energía renovable, alimentos sostenibles y bioproductos de alto valor, todo ello mientras se mitiga el cambio climático y se tratan efluentes.

Para el sector de la acuicultura, el desarrollo de esta tecnología es una oportunidad estratégica para avanzar hacia una mayor sostenibilidad y reducir la dependencia de recursos marinos finitos. Sin embargo, el camino hacia la viabilidad comercial es exigente. Se necesita investigación continua, innovación en tecnologías de bajo consumo energético y marcos regulatorios de apoyo para superar los actuales cuellos de botella económicos y tecnológicos. Solo a través de un esfuerzo concertado entre la academia, la industria y los gobiernos, el inmenso potencial de las microalgas podrá ser plenamente realizado.

Contacto
Abdur Rehim
Department of Soil Science, Faculty of Agricultural Sciences and Technology, Bahauddin Zakariya University
Multan, 60800, Pakistan
Email: abdur.rehim@bzu.edu.pk

Referencia (acceso abierto)
Geng, Y., Shaukat, A., Azhar, W. et al. Microalgal biorefineries: a systematic review of technological trade-offs and innovation pathways. Biotechnol. Biofuels Bioprod. 18, 93 (2025). https://doi.org/10.1186/s13068-025-02694-7

Milthon Lujan

Editor de la revista digital AquaHoy. Biólogo Acuicultor titulado por la Universidad Nacional del Santa (UNS) y Máster en Gestión de la Ciencia y la Innovación por la Universidad Politécnica de Valencia, con diplomados en Innovación Empresarial y Gestión de la Innovación. Posee amplia experiencia en el sector acuícola y pesquero, habiendo liderado la Unidad de Innovación en Pesca del Programa Nacional de Innovación en Pesca y Acuicultura (PNIPA). Ha sido consultor senior en vigilancia tecnológica, formulador y asesor de proyectos de innovación, y docente en la UNS. Es miembro del Colegio de Biólogos del Perú y ha sido reconocido por la World Aquaculture Society (WAS) en 2016 por su aporte a la acuicultura.