Las microalgas se han convertido en una solución prometedora tanto para la producción de energía como para la remediación ambiental. Una revisión reciente publicada en el Journal of Environmental Management explora el potencial de utilizar los efluentes de aguas residuales de la acuicultura para cultivar microalgas, ofreciendo una vía sostenible para la producción de biocombustibles y la recuperación de nutrientes.
Los científicos de la «Dunarea de Jos” University Galati, de la Nantes University Saint-Nazaire y de la “Ştefan Cel Mare” University of Suceava identificaron, centralizaron y proporcionaron información exhaustiva sobre los factores tecnológicos y técnicos decisivos que intervienen en el proceso de crecimiento de diferentes especies de microalgas en aguas residuales de acuicultura.
La promesa de las microalgas
Las microalgas pueden convertir la luz solar, el dióxido de carbono y los nutrientes en biomasa. Esta biomasa es rica en lípidos, proteínas y carbohidratos, lo que la convierte en un recurso valioso para la producción de biocombustibles como el biodiésel, el bioetanol y el biometano. A diferencia de los cultivos tradicionales, las microalgas pueden producir mayores rendimientos anuales y se consideran biocombustibles de tercera generación, más sostenibles y respetuosos con el medio ambiente.
Una de las ventajas más significativas de las microalgas es su capacidad para mitigar las emisiones de CO₂. Según estudios recientes, 1 kg de biomasa de microalgas puede eliminar aproximadamente 1,8 kg de CO₂ de la atmósfera. Esto convierte al cultivo de microalgas en una solución con doble propósito: reducir los gases de efecto invernadero y producir energía renovable.
Aguas residuales de la acuicultura: Un recurso rico en nutrientes
La acuicultura genera grandes cantidades de aguas residuales ricas en compuestos nitrogenados, fosfatos y carbono orgánico disuelto. Estos nutrientes, si no se gestionan adecuadamente, pueden provocar problemas ambientales como la eutrofización, que degrada la calidad del agua y perjudica los ecosistemas acuáticos.
En lugar de considerar las aguas residuales de la acuicultura como un desecho, los investigadores ahora las consideran un valioso recurso para el cultivo de microalgas. Las aguas residuales proporcionan un medio de crecimiento ideal para las microalgas, promoviendo los principios de la economía circular y la recuperación de nutrientes. Mediante el uso de aguas residuales de la acuicultura, las microalgas pueden eliminar eficazmente los nutrientes del agua, reduciendo la contaminación y produciendo biomasa para la producción de biocombustibles.
Avances tecnológicos en el cultivo de microalgas
La revisión científica destaca varios factores tecnológicos y técnicos que influyen en el crecimiento de las microalgas en aguas residuales de la acuicultura. Los parámetros clave incluyen el pH, la temperatura, la intensidad de la luz y la composición de nutrientes. Entre estos, el control del pH es particularmente crucial, ya que afecta directamente el metabolismo de las microalgas y la disponibilidad de CO₂.
La mayoría de los sistemas de producción de microalgas utilizan fotobiorreactores (PBR), que son sistemas cerrados que permiten un control preciso de las condiciones de crecimiento. En comparación con los sistemas abiertos, como los estanques de raceway, los PBR pueden lograr rendimientos de biomasa significativamente mayores, de entre 30 y 100 g/L. Esto se debe a la capacidad de optimizar las condiciones de crecimiento e implementar estrategias de control avanzadas.
Estrategias de control para un crecimiento óptimo
Uno de los principales desafíos en el cultivo de microalgas es mantener condiciones óptimas de crecimiento. La revisión científica identifica el control del pH como un factor crítico, y la mayoría de las estrategias de control se centran en la inyección de CO₂ para regular los niveles de pH. Se han desarrollado estrategias de control avanzadas, como los controladores Proporcional-Integrales (PI) y el Control Predictivo Generalizado (GPC) basado en eventos, para mejorar el aprovechamiento del CO₂ y reducir los costos operativos.
Por ejemplo, un estudio de Rodríguez-Torres et al. (2021) demostró que el uso de un controlador PI para la regulación del pH en sistemas de filtración por recirculación de capa fina y raceway mejoró el rendimiento del sistema y redujo el consumo de CO₂. De igual manera, Fernández et al. (2010) propusieron una estrategia de control que combina un controlador PI con un compensador de avance para tener en cuenta la radiación solar, mejorando aún más la eficiencia del control del pH.
El rol de la automatización y la IA
A medida que crece la industria de las microalgas, la necesidad de automatización y sistemas de control avanzados cobra cada vez mayor importancia. La automatización puede ayudar a optimizar las condiciones de crecimiento, reducir los costos operativos y mejorar la eficiencia general de los sistemas de producción de microalgas. Por ejemplo, los algoritmos basados en IA y el aprendizaje automático pueden utilizarse para monitorizar la calidad del agua y el crecimiento de la biomasa en tiempo real, lo que proporciona información valiosa para la optimización de procesos.
La revisión también destaca la importancia de ampliar la producción de microalgas del laboratorio a la industria. Si bien los estudios piloto han mostrado resultados prometedores, la producción a escala industrial enfrenta desafíos como los altos costos operativos, la composición inconsistente de las aguas residuales y la necesidad de recursos humanos especializados. Abordar estos desafíos requerirá investigación y desarrollo continuos, así como inversión en tecnologías avanzadas.
Tendencias y oportunidades futuras
Análisis bibliométrico realizado en la revisión revelan un creciente interés en los sistemas integrados de acuicultura multitrófica (IMTA), que combinan la piscicultura con el cultivo de microalgas. Estos sistemas no solo ofrecen una solución sostenible para el tratamiento de aguas residuales, sino que también generan fuentes de ingresos adicionales mediante la producción de biocombustibles y productos de alto valor a base de microalgas.
De cara al futuro, la revisión sugiere que la investigación debería centrarse en el desarrollo de herramientas de apoyo a la toma de decisiones y algoritmos de pronóstico basados en IA para optimizar la producción de microalgas. Mediante el aprovechamiento de datos históricos y análisis avanzados, los investigadores pueden identificar tendencias y oportunidades para mejorar la eficiencia y la sostenibilidad del cultivo de microalgas.
Conclusión
El uso de aguas residuales de la acuicultura para el cultivo de microalgas representa un enfoque prometedor para abordar algunos de los desafíos ambientales y energéticos más urgentes de nuestro tiempo. Al convertir los residuos en recursos valiosos, esta innovadora tecnología se alinea con los principios de la economía circular y el desarrollo sostenible.
Contacto
Ștefan-Mihai Petrea
Department of Food Science, Food Engineering, Biotechnologies and Aquaculture, “Dunarea de Jos” University Galati
800008, Galati, Romania.
Email: stefan.petrea@ugal.ro
Referencia (acceso abierto)
Simionov, I., Barbu, M., Vasiliev, I., Condrachi, L., Titica, M., Ifrim, G., Cristea, D., Nuță, F. M., & Petrea, Ș. (2025). Prospective technical and technological insights into microalgae production using aquaculture wastewater effluents. Journal of Environmental Management, 377, 124537. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.124537
