La carrera por las soluciones energéticas sostenibles ha comenzado y las microalgas están surgiendo como una de las principales para la producción de biocombustibles. A menudo denominadas «oro verde», estos organismos acuáticos microscópicos tienen un inmenso potencial para producir biocombustibles, una alternativa limpia y renovable a los combustibles fósiles. Sin embargo, el cultivo de microalgas a gran escala enfrenta desafíos, incluidas las limitaciones de tierra y el alto costo de transporte de CO2, un ingrediente vital para el crecimiento.
En un estudio reciente publicado en la revista Energies por científicos de Dankook University (Corea del Sur), se reporta el cultivo la cepa de microalgas Chlorella sorokiniana en condiciones ambientales de CO2 con la adición de CaCO3, y los resultados se compararon con los del cultivo convencional con un suministro de CO2 del 5%. El estudio midió la concentración de biomasa, el contenido de lípidos y la actividad de la anhidrasa carbónica (AC), entre otros parámetros. Los hallazgos confirmaron que este enfoque innovador podría servir como una tecnología DAC eficaz, aplicable al cultivo a gran escala para reducir las emisiones atmosféricas de CO2 y producir productos valiosos.
Desafíos del cultivo de microalgas
Se están realizando investigaciones exhaustivas para optimizar el cultivo de microalgas en todas las etapas, desde el crecimiento inicial hasta el procesamiento y la producción de combustible. Si bien las microalgas ofrecen una solución prometedora para las demandas energéticas globales, aún quedan desafíos. Encontrar sitios de cultivo adecuados con suficiente espacio y transportar económicamente el ingrediente esencial, el CO2, son obstáculos importantes.
La optimización de las condiciones de cultivo de las microalgas también ha sido un foco de atención de estudios recientes. Al ajustar las concentraciones de nitrógeno y fósforo en el medio de cultivo y suministrar una cantidad controlada de CO2, los investigadores han logrado aumentar con éxito la producción de biomasa y la capacidad de fijación de carbono de las microalgas. Sin embargo, es importante señalar que estos métodos abordan principalmente las futuras emisiones de CO2, en lugar del CO2 ya presente en la atmósfera.
Por otro lado, la tecnología de captura directa de aire (DAC), combinada con el cultivo de microalgas, presenta una estrategia más eficaz para mitigar el CO2 atmosférico existente. A diferencia de los árboles, que absorben el CO2 a un ritmo más lento, las microalgas pueden convertir rápidamente el CO2 en bicarbonato (HCO3−), que es absorbido rápidamente por las células y utilizado para el crecimiento.
El desafío del suministro de CO2
Un obstáculo importante en el cultivo a gran escala es la necesidad de un suministro constante de CO2. Los métodos tradicionales implican la captura de CO2 de fuentes industriales y su transporte a los lugares de cultivo, un proceso costoso y que consume mucha energía. Esto no solo afecta la sostenibilidad general de los biocombustibles de microalgas, sino que también limita la escalabilidad.
El poder del aire: un punto de inflexión
Una nueva investigación arroja luz sobre una alternativa prometedora. Un estudio reciente demuestra que las microalgas pueden utilizar eficazmente el CO2 atmosférico para el crecimiento, eliminando la necesidad de costosos suplementos de CO2. Este avance depende del uso de carbonato de calcio (CaCO3), un mineral fácilmente disponible y económico.
El uso de CaCO3 como fuente de reemplazo de CO2 en cultivos de microalgas fotosintéticas mejora este proceso, permitiendo que grandes cantidades de CO2 permanezcan disponibles para su absorción por las células durante un período más prolongado.
Carbonato de calcio: el arma secreta
El estudio se centró en Chlorella sorokiniana, una especie de microalga conocida por su potencial como biocombustible. Cuando se cultivó en cultivos de aire únicamente suplementados con 5 mM de CaCO3, C. sorokiniana logró resultados notables:
- Niveles de pH estables: El CaCO3 amortiguaba eficazmente el medio de cultivo, evitando el aumento drástico del pH que se observa a menudo en los cultivos de aire. Las fluctuaciones de pH no controladas pueden obstaculizar el crecimiento de las microalgas.
- Mayor producción de biomasa: En comparación con el grupo de control (solo aire), los cultivos suplementados con CaCO3 mostraron un asombroso aumento de 17,68 veces en la concentración de biomasa.
- Mayor contenido de lípidos: El estudio también observó un aumento de 9,58 veces en el contenido de lípidos de las microalgas cultivadas con CaCO3. Los lípidos son componentes básicos cruciales para la producción de biocombustibles.
Ampliación para la sostenibilidad
Estos hallazgos son muy prometedores para el cultivo de microalgas a gran escala y comercialmente viable. Al aprovechar el CaCO3 fácilmente disponible y utilizar el CO2 atmosférico, este método elimina la necesidad de una infraestructura costosa y reduce la huella ambiental de la producción de biocombustibles.
Éxito a escala de laboratorio: La investigación validó aún más la eficacia de la suplementación con CaCO3 en un entorno de mayor escala. Los cultivos cultivados con 5 mM de CaCO3 en condiciones similares mostraron un aumento de 9 veces en biomasa y un aumento de 7,15 veces en contenido de lípidos en comparación con los cultivos que solo utilizaban aire.
El futuro de los biocombustibles de microalgas
El cultivo de microalgas con CaCO3 tiene el potencial de revolucionar el panorama de los biocombustibles. Al minimizar los costos y maximizar la eficiencia de los recursos, esta tecnología allana el camino hacia un futuro más sostenible y escalable para la producción de biocombustibles.
Referencia (acceso abierto)
Pyo, Seonju, Byung-Sun Yu, and Kyudong Han. 2024. «Development of an Effective Microalgae Cultivation System Utilizing CO2 in the Air by Injecting CaCO3» Energies 17, no. 17: 4475. https://doi.org/10.3390/en17174475
