Producción de Biocombustibles de algas: Retos y Soluciones

Durante la última década, los biocombustibles de algas o microalgas, también conocidos como de tercera generación, se postularon como un paradigma de la energía renovable, gracias a su rápido crecimiento, alto contenido lipídico y a su nula competencia por suelos agrícolas (Wang et al., 2026). Aunque prometían mitigar la dependencia de los combustibles fósiles, su implementación industrial ha revelado una mayor complejidad.

Corporaciones líderes como ExxonMobil han reajustado sus expectativas tras significativas inversiones, lo que ha impulsado la evolución de la investigación desde la extracción convencional hacia procesos avanzados como la Licuefacción Hidrotérmica (HTL) y la ingeniería genética. Paralelamente, el cultivo de microalgas en aguas residuales ha emergido como una estrategia clave para reducir costos y lograr la viabilidad económica.

Este artículo analiza las principales tendencias tecnocientíficas en la producción de biocombustibles de tercera generación, examinando sus métodos de obtención, beneficios y desafíos actuales.

Conclusiones clave

• La industria ha evolucionado de vender solo combustible a ofrecer soluciones de Economía Circular. La rentabilidad actual reside en cobrar por el tratamiento de aguas residuales y la captura de CO₂ industrial, convirtiendo el biocombustible en un subproducto valioso dentro de un sistema de saneamiento global.
• Gracias a la Biología Sintética y herramientas como CRISPR, ya no dependemos de encontrar algas silvestres. Hoy se diseñan «biofábricas» celulares optimizadas para secretar lípidos continuamente (tecnología de «ordeño»), lo que evita la destrucción del cultivo y reduce drásticamente los costos.
• El modelo de «solo combustible» es obsoleto. La tendencia ganadora es la multiproducción: extraer primero compuestos de alto valor (como Omega-3 y antioxidantes) para mercados farmacéuticos y utilizar la biomasa restante para generar energía.
• La ciencia ha pasado de enfocarse solo en «cuánto aceite se produce» a «cuánto carbono se evita». El éxito de esta tecnología se mide ahora mediante el Análisis de Ciclo de Vida (LCA), garantizando un balance energético positivo y una reducción real de gases de efecto invernadero.

¿Qué son los biocombustibles de algas?

Los biocombustibles de algas, catalogados como de tercera generación, se obtienen a partir de diversas especies (microalgas y macroalgas) cultivadas en distintos medios acuáticos, empleando para ello sistemas cerrados (fotobiorreactores), abiertos (estanques) o configuraciones híbridas.

A través del proceso fotosintético, estos organismos transforman la energía solar en biomasa, la cual es susceptible de ser procesada para la generación de una amplia gama de energéticos, tales como biodiésel, bioetanol, biohidrógeno, biobutanol y biogás.

En cuanto a la conceptualización del término, Sarwan et al. (2024) definen los biocombustibles como «la fuente de energía derivada de células vivas mediante la degradación de biomasa lignocelulósica o celulósica para producir etanol y diésel». Asimismo, los autores señalan que aquellos combustibles generados con la asistencia de microorganismos mediante procesos fermentativos reciben la denominación específica de bioetanol y biodiésel.

Biocombustibles basados en algas

El concepto de «biocombustibles basados en algas» (algae-based biofuel) hace referencia a cualquier energía obtenida a partir del procesamiento de biomasa algal. Estos productos pueden clasificarse en combustibles líquidos —tales como el biobutanol, el biodiésel y el bioetanol (Figura 01)— y combustibles gaseosos, categoría que incluye al biogás y al biohidrógeno (Mahmood et al., 2023).

La capacidad de las microalgas para mantener tasas de proliferación acelerada mediante fotosíntesis, asimilando dióxido de carbono y nutrientes, las posiciona como materias primas idóneas para este fin (Neeti et al., 2023). Aunado a lo anterior, su eficiencia de conversión energética, superior a la de otras fuentes de biomasa convencionales, consolida su atractivo como alternativa viable para la producción de biocombustibles.

Proyecciones de mercado de los biocombustibles y marco regulatorio

Tendencias Globales de Crecimiento

Las proyecciones de la OECD/FAO (2025) para la próxima década (2025-2034) señalan un crecimiento continuo en el sector de biocombustibles, aunque con una desaceleración significativa respecto al decenio anterior. Mientras que en los últimos diez años el consumo experimentó una tasa de crecimiento anual del 3.3%, se estima que para el periodo 2025-2034 esta cifra descienda al 0.9% anual. En términos absolutos, se prevé que la producción global de biodiésel alcance los 80.9 mil millones de litros para el año 2034.

Barreras Comerciales y Viabilidad Técnica

Pese a su alto potencial biológico, Neokosmidis (2025) subraya que los biocombustibles de algas permanecen mayoritariamente en etapa experimental. Los elevados costos de cultivo y cosecha han frenado su comercialización a gran escala, provocando el retiro de capital por parte de numerosos inversores. La viabilidad futura del sector dependerá de la implementación de modelos de Biorrefinería de multiproductos, capaces de comercializar coproductos de alto valor añadido para subsidiar el costo del combustible.

Tecnológicamente, Neokosmidis (2025) destaca la relevancia de las microalgas para dos rutas principales: la producción de biodiésel mediante extracción lipídica y transesterificación, y la generación de diésel renovable y Combustible de Aviación Sostenible (SAF) a través del hidrotratamiento directo del aceite.

No obstante, la OECD/FAO (2025) advierte que, pese al interés creciente, la participación de mercado de las algas seguirá siendo insignificante en las proyecciones base hasta 2034, debido a las persistentes barreras tecnológicas y los altos requerimientos de inversión (CAPEX).

Contexto Regulatorio (Unión Europea)

En el ámbito normativo, Flach et al. (2025) reportan que las algas han sido integradas en la Parte A del Anexo IX de la Directiva de Energía Renovable (REDII) de la Unión Europea. Esta clasificación categoriza a los biocombustibles algales como «avanzados», permitiendo su contabilización para el cumplimiento de los objetivos vinculantes de la UE (cuota del 1% en 2025 y del 5.5% en 2030). Sin embargo, el estudio evidencia una discrepancia entre la política y la práctica: la industria europea actual continúa priorizando otras materias primas más económicas y maduras.

Producción Actual y Distribución Geográfica

Finalmente, Neokosmidis (2025) informa que la escala de producción global de microalgas es aún modesta, situándose en aproximadamente 56.5 kilotoneladas (kt). China se consolida como el líder indiscutible, concentrando el 97% del volumen mundial.

Sin embargo, es crucial destacar que una fracción marginal de este volumen se destina a fines energéticos; la inmensa mayoría de la biomasa producida se dirige actualmente a los mercados de suplementos alimenticios y cosméticos, donde los márgenes de ganancia justifican los costos de producción.

Tendencias científicas en la producción de biocombustibles a base de microalgas

Con el objetivo de identificar las tendencias tecnológicas emergentes en la producción de biocombustibles algales, se realizó una búsqueda bibliográfica en la base de datos Scopus y se procesaron los datos mediante el software VOSviewer. Este procedimiento permitió definir las agrupaciones temáticas principales y visualizar la evolución de las áreas de investigación.

Agrupaciones temáticas

El análisis de red generado revela que la investigación sobre microalgas y biocombustibles no constituye un campo monolítico, sino que se estructura en cinco clústeres temáticos interconectados (véase la Figura 2), los cuales representan las distintas disciplinas necesarias para la consolidación de esta tecnología.

El análisis topológico indica que el término Microalgae actúa como el nodo central (hub). No obstante, la relación más significativa para la viabilidad futura de la tecnología reside en la elevada fuerza de enlace (link strength) detectada entre el Clúster Rojo (Procesos) y el Clúster Morado (Aguas Residuales).

Este hallazgo confirma que la tendencia dominante en la literatura científica es la integración de procesos: si bien la producción de biodiésel es técnicamente factible (Clúster Rojo), su sostenibilidad económica y justificación ecológica (Clúster Amarillo) dependen intrínsecamente de su acoplamiento con el tratamiento de aguas residuales (Clúster Morado).

A continuación, se detalla la interpretación analítica de cada grupo temático identificado:

Clúster Rojo: Ingeniería de Procesos y Conversión Química (Downstream Processing)

Este clúster, dominado por términos como biodiesel, transesterification y extraction, representa el componente de ingeniería química dentro de la red. La agrupación sugiere que un volumen significativo de la literatura se ha enfocado en resolver los desafíos de la etapa final o de procesamiento (downstream): la extracción eficiente de lípidos intracelulares y la optimización catalítica para la obtención de ésteres metílicos de ácidos grasos (FAMEs), es decir, biodiésel. La prevalencia del término optimization indica que esta área ha alcanzado una madurez técnica, donde el enfoque actual reside en la mejora incremental de los rendimientos.

Clúster Verde: Biología Fundamental y Selección de Cepas (Upstream)

Centrado en la biología, este grupo destaca las especies modelo predominantes en la industria: los géneros Chlorella y Scenedesmus. La co-ocurrencia de términos como biosynthesis, proteins y fatty acids revela que la investigación biológica prioriza la manipulación metabólica para inducir la acumulación de metabolitos de interés energético. Este clúster constituye la base fundamental (upstream), demostrando que la selección de la cepa adecuada permanece como el primer paso crítico para el éxito de cualquier bioproceso.

Clúster Morado/Azul Oscuro: El Nexo Agua-Energía (Economía Circular)

Este clúster estratégico vincula la viabilidad económica con el saneamiento ambiental. La fuerte asociación entre wastewater (aguas residuales), nutrients (N, P) y pollutant removal evidencia un cambio de paradigma: el cultivo de microalgas ha dejado de verse únicamente como un medio de producción energética para consolidarse como una herramienta de biorremediación.

Al respecto, Loni et al. (2026) destacan que la integración del cultivo de microalgas con aguas residuales derivadas de la biometanización (ADW) representa un enfoque sostenible y económicamente viable para la recuperación de nutrientes y la generación de biocombustibles. En consonancia, De Freitas et al. (2023) señalan que las plantas de tratamiento pueden transformarse en biorrefinerías capaces de depurar efluentes y actuar simultáneamente como unidades fotosintéticas de conversión, transformando desechos y CO₂ en productos químicos de alto valor. Este enfoque de doble propósito es clave para reducir los costos operativos (OPEX), al eliminar la dependencia de fertilizantes sintéticos y agua dulce.

Clúster Amarillo: Sostenibilidad Global y Política Climática

Este grupo contextualiza la tecnología en el ámbito macroambiental. Términos como Life Cycle Assessment (LCA), CO₂ y Sustainable development sugieren que la validación de los biocombustibles algales depende intrínsecamente de su balance de carbono. La investigación en este clúster trasciende la viabilidad técnica («cómo hacerlo») para centrarse en la evaluación de impacto («cuáles son sus efectos»), justificando la tecnología como una estrategia vital para la descarbonización y la mitigación de gases de efecto invernadero.

Clúster Azul Claro: Ecología y Sistemas Naturales

Finalmente, la presencia de términos como phytoplankton, lakes y ecosystems señala una línea de investigación basada en la ecología fundamental. Esto sugiere que el conocimiento aplicado sobre fotobiorreactores se nutre de la comprensión de la dinámica algal en entornos naturales, así como de estudios sobre el impacto ecológico derivado de la proliferación de algas.

Tendencias temáticas de la investigación

El análisis de superposición temporal (Overlay Visualization) que presentó en la figura 03 revela un dinámico desplazamiento del frente de investigación en un lapso breve, lo cual evidencia la maduración acelerada de este campo de estudio.

Los resultados bibliométricos constatan un cambio de paradigma significativo en la literatura reciente: el foco de investigación ha evolucionado desde la optimización técnica de procesos unitarios, como la transesterificación y la extracción de lípidos, hacia una visión holística fundamentada en la economía circular. En este nuevo escenario, el Análisis de Ciclo de Vida (LCA) y la mitigación de gases de efecto invernadero se han consolidado como los principales vectores de innovación.

La evolución temporal de la terminología permite delimitar tres fases de desarrollo distintivas:

Fase de Consolidación Técnica (Nodos Azules/Morados)

Los términos predominantes en la primera mitad del periodo analizado —tales como lipids, extraction y transesterification— constituyen la base técnica consolidada de la disciplina. La prevalencia de estos conceptos en el periodo inicial indica que los desafíos fundamentales de la ingeniería de reacción, específicamente la eficiencia en la conversión de lípidos a FAMEs (biodiésel), han sido ampliamente abordados. Esta etapa se caracterizó por una visión «orientada al producto», enfocada casi exclusivamente en la maximización del rendimiento del combustible.

Fase de Transición e Integración (Nodos Verdes)

A medida que la investigación avanzó hacia la etapa intermedia, emergieron términos clave como wastewater, biogas y nitrogen. Esta transición marca el desplazamiento desde la optimización de laboratorio hacia la integración de procesos. La comunidad científica comenzó a priorizar el uso de géneros como Chlorella no solo por su contenido lipídico, sino por su robustez para proliferar en efluentes, validando la hipótesis de que la viabilidad económica depende del aprovechamiento de nutrientes de bajo costo (residuos).

Al respecto, Pires et al. (2024) subrayan la oportunidad de valorizar efluentes líquidos industriales (como los de fábricas de fertilizantes) y emisiones gaseosas ricas en CO₂ (industria cementera) para el cultivo de microalgas.

Frontera del Conocimiento Actual (Nodos Amarillos)

La literatura más reciente (finales de 2022 – 2023) evidencia un cambio de paradigma sustancial hacia la sostenibilidad sistémica. La preeminencia de términos como Life Cycle Assessment (LCA), greenhouse gases y circular economy demuestra que el interés actual trasciende el «cómo producir» el biocombustible, centrándose en la validación de su impacto ambiental positivo.

Adicionalmente, la aparición del término fertilizers en esta etapa es crucial, pues sugiere que la investigación transita hacia el modelo de Biorrefinería, donde la biomasa residual post-extracción se valoriza como biofertilizante. Ruales et al. (2025) sostienen que este enfoque permite aprovechar la totalidad de la biomasa, minimizando residuos y maximizando el valor económico y energético; en este sentido, la integración de la producción de bioestimulantes y biogás a partir de Scenedesmus sp. se consolida como una estrategia eficaz para la recuperación de recursos en un esquema de economía circular.

Tendencias tecnológicas en la producción biocombustibles en base a algas

Distribución tecnológica de las patentes

El análisis de la Clasificación Cooperativa de Patentes (CPC) aplicado al conjunto de 1,678 familias de patentes esclarece la jerarquía tecnológica del sector (Figura 04), revelando prioridades que difieren de la percepción industrial convencional.

En la cúspide de esta estructura, con una preponderancia de 680 documentos, se sitúa el código C12N 1/12, referente a microorganismos unicelulares y sus medios de cultivo. Esta prevalencia indica que el principal activo intelectual protegido no es la maquinaria ni el combustible final, sino el diseño biológico y la robustez de la cepa misma. El hallazgo confirma que, para la industria, el «cuello de botella» crítico continúa siendo la productividad celular, priorizándose la obtención de una materia prima biológica estable antes del escalado de los procesos de manufactura.

En segundo lugar, destaca el código C12M 21/02 (461 documentos), el cual engloba los aparatos para cultivo, específicamente fotobiorreactores. La coexistencia significativa entre el desarrollo de cepas y el diseño de reactores sugiere que la industria comprende que la biología avanzada requiere un hardware igualmente sofisticado para operar eficientemente. De manera complementaria, las invenciones agrupadas en el código C12P 7/6463 (296 documentos) se centran en la etapa técnica de extracción de lípidos y ácidos grasos; una fase que, si bien es esencial, aparece numéricamente subordinada al cultivo y al diseño del reactor.

Por su parte, el código Y02E 50/10 categoriza específicamente las tecnologías para la mitigación del cambio climático mediante la producción de biocombustibles. Su alta frecuencia funciona como un indicador estratégico que valida la inversión: confirma que una proporción significativa de las invenciones en este campo está explícitamente diseñada y justificada bajo el imperativo de la descarbonización global, alineando la propiedad intelectual con los incentivos de financiación verde y la normativa ambiental internacional.

Análisis de solicitantes de patentes

El análisis de los principales solicitantes revela una jerarquía de innovación altamente polarizada, encabezada por un nodo geográfico y académico específico. Los datos identifican al Massachusetts Institute of Technology (MIT) y al Broad Institute como los líderes indiscutibles del sector (Figura 05), concentrando el mayor número de familias de patentes únicas (98 y 91, respectivamente, en el conjunto de datos). Esta acumulación evidencia que el motor actual de la innovación en biocombustibles de microalgas no reside en la industria energética tradicional, sino en los centros de excelencia en biotecnología y edición genética situados en Cambridge, Massachusetts.

Se observa una brecha estructural significativa entre estos dos líderes y el resto del ecosistema. El MIT y el Broad Institute ostentan el dominio en tecnologías de frontera, tales como CRISPR-Cas9. En un segundo nivel se ubican el Harvard College (26 familias) y la Universidad de California (26 familias), instituciones que mantienen un ritmo de innovación sostenido, aunque sin alcanzar el volumen disruptivo de los líderes.

Por su parte, el sector privado exhibe una dinámica dual relevante. Por un lado, la corporación ExxonMobil Research & Engineering se posiciona en el tercer lugar global (36 familias), lo que confirma el interés estratégico del sector de combustibles fósiles en validar esta tecnología a escala industrial.

Por otro lado, surgen actores emergentes especializados como Mara Renewables (14 familias) y Arbor Biotechnologies (13 familias); si bien su volumen de patentes es menor, su presencia indica la existencia de un nicho comercial viable enfocado en productos de alto valor agregado, en contraste con la estrategia de volumen de las grandes corporaciones.

Finalmente, la participación de organismos públicos como el CSIRO de Australia (12 familias) y empresas europeas como DSM IP Assets (26 familias) demuestra que, si bien el liderazgo es estadounidense y académico, la vanguardia tecnológica es global y diversa. Esta estructura sugiere que, mientras la investigación fundamental se define en Boston (MIT/Broad/Harvard), la aplicación tecnológica se está diversificando hacia actores industriales globales que buscan transformar esas invenciones biológicas en soluciones de mercado tangibles.

Tendencias tecnológicas para la producción de biocombustibles en base a microalgas

Con base en la revisión de la literatura científica y el análisis de patentes, se han identificado tres tendencias macro que definen el estado del arte y la proyección futura en el uso de microalgas con fines energéticos. A continuación, se presenta el análisis detallado de estas trayectorias.

De la selección natural al diseño génetico

El análisis comparativo revela un cambio de paradigma fundamental. Mientras que la literatura de la década pasada se centraba en la bioprospección y el cribado de cepas silvestres, la actividad reciente de patentes —liderada por instituciones como el Broad Institute (código CPC C12N 9/22)— indica una transición decisiva hacia la Biología Sintética.

Esta disrupción implica que la viabilidad económica de los biocombustibles de tercera generación ya no depende del hallazgo fortuito de nuevas especies, sino de la capacidad para reescribir el genoma de organismos modelo (Chlorella, Nannochloropsis) mediante herramientas de edición genética como CRISPR-Cas9.

Los objetivos primarios de esta ingeniería metabólica son:

1. Redireccionamiento del flujo de carbono: Maximizar la ruta hacia la lipogénesis en detrimento de la producción de carbohidratos.
2. Optimización fotosintética: Reducción del tamaño de las antenas colectoras de luz para minimizar el auto-sombreado en fotobiorreactores de alta densidad.
3. Facilitación de la extracción: Inducción de mecanismos de secreción de lípidos para permitir procesos de recuperación no destructivos.

Descarbonización y servicios ecosistémicos como nuevo modelo de negocio

Convergencia de Evidencias: La Validación Regulatoria y Ambiental

El cruce de datos entre la literatura científica y el registro de patentes evidencia que la sostenibilidad ha dejado de ser una «etiqueta verde» para convertirse en el núcleo de la viabilidad financiera.

• Desde la Tecnología: La preeminencia del código CPC Y02E 50/10 (Technologies for mitigation of climate change in biofuel production) en el tercer lugar del ranking de patentes no es casual. Señala que la Propiedad Intelectual se está estructurando para encajar en los marcos regulatorios internacionales (como el European Green Deal o los mercados de bonos de carbono). Las empresas no patentan «combustible», patentan «mecanismos de captura de carbono» que resultan ser combustibles, asegurando así su elegibilidad para subsidios y créditos fiscales.
• Desde la Ciencia: La dominancia reciente de términos como Life Cycle Assessment (LCA) y Global Warming Potential (GWP) en los «Hot Topics» indica que la comunidad académica ha aceptado una dura realidad: el balance energético neto (NER) es más crítico que el contenido lipídico. La investigación ya no busca solo «cuánto aceite se produce«, sino «cuánto CO2 se evita» por megajoule generado.

La Inversión de la Lógica Comercial: Del Producto al Servicio

Históricamente, el modelo de negocio se basaba en la venta de un commodity (biodiésel) que debía competir en precio con el petróleo fósil, una batalla perdida por los altos costos de producción (> $5 USD/galón). La tendencia actual revela una inversión de esta lógica hacia un modelo basado en servicios:

• Biorremediación como Fuente de Ingresos: La tecnología se está desplazando hacia sistemas que utilizan aguas residuales municipales o industriales como medio de cultivo. En este esquema, el productor de microalgas no paga por el agua y los nutrientes (NPK), sino que cobra una tarifa de tratamiento por limpiar el efluente. El biocombustible pasa de ser el producto principal a ser un co-producto valorizable de una planta de tratamiento de aguas.
• Monetización del CO2: La integración con gases de combustión industrial (flue gas) transforma el CO2 de un residuo pasivo en un activo financiero. Mediante esquemas de Cap-and-Trade, las plantas de microalgas generan ingresos adicionales por cada tonelada de carbono capturada, subsidiando así el costo final del biocombustible.

Foco Tecnológico: Sistemas de Acoplamiento (Coupling)

Basado en las tendencias de patentes, las tecnologías «stand-alone» (estanques abiertos usando agua dulce y fertilizantes sintéticos) están obsoletas comercialmente. La frontera de innovación, donde se debe prestar atención, reside en los Sistemas Acoplados:

• Acoplamiento Energético: Integración de la producción de algas con plantas de biogás (Digestión Anaerobia). El residuo sólido del alga (post-extracción de lípidos) se digiere para producir metano, y el digestato líquido (rico en amonio) se recicla para alimentar nuevas algas, cerrando el ciclo de nutrientes.
• Simbiosis Industrial: Ubicación estratégica de fotobiorreactores adyacentes a cementeras o termoeléctricas para la inyección directa de gases de combustión, eliminando el costo de transporte y bombeo de CO2.

Conclusión

En resumen, la convergencia del código de patentes Y02E y el auge del análisis de ciclo de vida (LCA) confirman que el biocombustible de microalgas ha dejado de ser un competidor directo del petróleo para convertirse en una tecnología de servicios ambientales. La viabilidad comercial futura no reside en la maximización de lípidos per se, sino en la eficiencia del sistema para proveer tratamiento de aguas y captura de carbono, con el biocombustible actuando como un vector energético dentro de una economía circular.

Estrategia de diversificación económica: El modelo de biorrefinería en cascada

La inviabilidad del modelo monoproducto

El análisis de la literatura y las tendencias de mercado confirma la obsolescencia del paradigma «Solo-Combustible». Los estudios tecno-económicos (TEA) presentes en la literatura reciente indican que el costo de producción de biodiésel de microalgas (> $2-5 USD/L) no puede competir con los combustibles fósiles sin subsidios masivos.

En este sentido, la «muerte económica» del modelo de biodiésel puro ha forzado una reestructuración del campo hacia la coproducción. El biocombustible ha pasado de ser el producto estrella a ser el producto de valorización de residuos dentro de una cadena de valor más amplia.

Evidencia cruzada: Ciencia y patentes

La transición hacia la multiproducción se refleja claramente en la divergencia entre los datos científicos y los tecnológicos:

• En la Ciencia: El análisis de palabras clave muestra una creciente asociación semántica entre términos energéticos (Biodiesel, Biofuel) y términos de alto valor biológico (Proteins, Pigments, Carotenoids, Omega-3). Esto sugiere que la investigación académica está priorizando cepas que no solo acumulan lípidos neutros para quemar, sino también metabolitos antioxidantes de alto valor comercial (HVAPs).
• En la tecnología: El perfil de los solicitantes de patentes valida esta estrategia. Empresas como Mara Renewables (14 familias) y Corbion Biotech (21 familias) no son petroleras tradicionales; son líderes en nutrición y biotecnología. Sus patentes protegen procesos de fermentación heterótrofa para producir aceites ricos en DHA/EPA (para suplementos y acuicultura). En este modelo, solo la fracción lipídica de baja calidad o la biomasa residual se destina a usos energéticos, subsidiando así el costo del proceso global.

El Principio de «Cascada» (Downstream Processing)

La tendencia tecnológica dominante es el procesamiento fraccionado, donde la biomasa se desmonta secuencialmente para maximizar el valor extraído. El análisis identifica tres etapas críticas en este nuevo estándar industrial:

1. Extracción Primaria (High Value): Se recuperan primero los compuestos termosensibles y de alto precio (ej. astaxantina, ficocianina o ácidos grasos Omega-3) destinados a los mercados farmacéuticos o cosméticos.
2. Extracción Secundaria (Energy): Los lípidos neutros restantes (TAGs) y carbohidratos se derivan a la transesterificación para biodiésel o fermentación para bioetanol.
3. Valorización Terciaria (Agriculture): La biomasa agotada (rica en nitrógeno y fósforo) se procesa como biofertilizante o bioestimulante agrícola, cerrando el ciclo de nutrientes.

Frontera Tecnológica: «Ordeño» Celular (Milking)

Para evitar la destrucción de la célula (que obliga a reiniciar el cultivo desde cero), las patentes más innovadoras se centran en tecnologías de extracción no destructiva o «milking». Grira et al. (2023) describieron que el método de extracción no destructiva de lípidos, conocido como «ordeño» (milking), es superior al proceso convencional de producción de biocombustibles a partir de microalgas e identifican a la microalga Botryococcus braunii como la candidata más apta para este proceso, ya que produce un alto contenido de lípidos y tiene la capacidad natural de almacenarlos fuera de la célula (en una matriz extracelular), facilitando su extracción sin morir.

Se observan desarrollos en el uso de solventes biocompatibles y campos eléctricos pulsados (PEF) que permeabilizan temporalmente la membrana celular, permitiendo que el alga «excrete» los compuestos de interés y siga viva para volver a producirlos. Esto transforma el cultivo de un proceso por lotes (batch) a un proceso continuo, reduciendo drásticamente el OPEX (gastos operativos).

Conclusión

En conclusión, la industria de las microalgas ha adoptado una estrategia de diversificación de riesgo. La producción de biocombustibles se ha subordinado a la extracción de compuestos de alto valor añadido. El modelo de negocio viable ya no es una ‘refinería de petróleo biológico’, sino una biorrefinería nutricional que utiliza la energía solo como una vía para valorizar sus residuos y reducir su huella de carbono.

Producción de Biocombustibles de Algas

Basada en la información científica y tecnológica se pueden identificar cuatro rutas tecnológicas para la producción de biocombustibles; las mismas que se resumen en la siguiente tabla y se detallan en los siguientes párrafos:

Tabla 01: Las cuatro rutas tecnológicas para la producción de biocombustibles en base a algas.

La Ruta Clásica: Extracción de lípidos y transesterificación (Biodiésel)

Este proceso convencional abarca el cultivo de biomasa, su secado (generalmente) y la posterior disrupción celular para liberar los lípidos intracelulares, los cuales son transformados químicamente. La ruptura de la pared celular constituye el paso limitante de la reacción, por lo que métodos como la sonicación (ultrasonido) y la hidrólisis enzimática son críticos para liberar lípidos y azúcares. Finalmente, la transesterificación convierte los triglicéridos en ésteres metílicos de ácidos grasos (FAME), conocidos comercialmente como biodiésel.

Respecto a la eficiencia de extracción, Mane et al. (2025) demostraron la superioridad de la tecnología asistida por ultrasonido frente a los métodos de microondas y el convencional (Soxhlet) en microalgas del género Chlorella. Sus hallazgos indican que los pretratamientos optimizados logran fracturar eficazmente la pared celular. En concordancia, Ray et al. (2025) determinaron que la sonicación no solo incrementó la productividad lipídica en un 18%, sino que, aplicada en co-cultivos, permitió obtener un perfil de FAME compuesto en un 78% por ácidos grasos saturados, ideales para la calidad del biodiésel.

Por otro lado, Shi et al. (2026) proponen una integración de procesos: la implementación de una ruta secuencial «ultrasonido-fermentación anaeróbica-extracción de lípidos» maximiza los rendimientos simultáneos de biohidrógeno y biodiésel en especies como Nannochloropsis sp., Chlorella sp., Schizochytrium sp., Thalassiosira sp. y Dunaliella sp..

La Ruta Termoquímica: Licuefacción Hidrotérmica (HTL)

Esta vía es crítica por su eficiencia energética, ya que elimina la necesidad de secar el alga. Al someter la biomasa húmeda a altas presiones y temperaturas (simulando geológicamente la formación del petróleo en minutos), se genera un bio-crudo (bio-oil) refinable en diésel, gasolina o combustible de aviación.

Según Sharma et al. (2021) y Zhang et al. (2022), la Licuefacción Hidrotérmica (HTL) demuestra superioridad frente a la pirólisis para la valorización de biomasa húmeda, al permitir la conversión directa de la carga —incluyendo la fase acuosa— en combustibles líquidos.

En consonancia, Neokosmidis (2025) destaca el creciente interés en esta alternativa termoquímica, subrayando dos ventajas estratégicas: su capacidad para procesar la biomasa integral (sin depender exclusivamente de la fracción lipídica) y la eliminación del secado previo, un paso intensivo en consumo energético.

No obstante, la eficiencia del proceso es multifactorial. Mientras Wang et al. (2026) concluyen que, para Chlorella vulgaris, los parámetros críticos son la carga de sólidos y la presión operativa; Sharma et al. (2021) y Costa et al. (2023) sostienen que la composición bioquímica intrínseca de la materia prima (la especie de microalga) constituye el determinante final del éxito del proceso.

La Ruta Fermentativa: Bioetanol y Biogás

Esta ruta se emplea frecuentemente bajo el concepto de Biorrefinería para valorizar la biomasa residual (fracción deslipidada).

• Bioetanol: Requiere la hidrólisis de carbohidratos complejos a glucosa para su posterior fermentación. Kusmiyati et al. (2023) concluyen que la hidrólisis enzimática es la opción con mayor potencial de implementación debido a su bajo costo, menor demanda energética y reducido impacto ambiental al prescindir de químicos agresivos.
• Biogás (Digestión Anaerobia): Utiliza consorcios bacterianos para descomponer la biomasa en ausencia de oxígeno, produciendo metano. Es clave para el acople con tratamiento de aguas. Hawrot-Paw y Tapczewski (2025) destacan que la codigestión anaerobia de biomasa microalgal junto con residuos de panadería resulta más eficiente que la digestión de sustratos individuales, optimizando la producción energética.

La Ruta de Ingeniería Avanzada: Secreción y «Ordeño» (Milking)

Esta tendencia, exclusiva del análisis de patentes y liderada por instituciones como el MIT, propone un cambio de paradigma: sustituir la lisis celular (muerte del alga) por la extracción no destructiva. Mediante ingeniería genética (CRISPR) o solventes biocompatibles, se induce a la célula a excretar lípidos o etanol al medio de cultivo. Esto permite transformar el sistema en un proceso continuo, convirtiendo el cultivo en una verdadera «biofábrica».

De Freitas et al. (2023) señalan que es posible utilizar microalgas modificadas genéticamente para tratar efluentes de biorreactores de membrana anaeróbicos (AnMBR) generando simultáneamente coproductos de alto valor. Finalmente, Grira et al. (2023) concluyen que la viabilidad comercial de esta tecnología depende de un enfoque integral: adoptar el modelo de biorrefinería, diseñar cepas genéticamente robustas ante el estrés del «ordeño» y emplear inteligencia artificial para acelerar el desarrollo de estos bioprocesos.

Beneficios de los biocombustibles de tercera generación

Los biocombustibles de algas presentan ventajas significativas que trascienden la mera producción energética, ofreciendo soluciones integrales a desafíos ambientales y socioeconómicos:

Mitigación del Cambio Climático y Descarbonización

El beneficio más destacado en la literatura científica es la capacidad de las microalgas para secuestrar CO₂ y reducir la huella de carbono global, alineándose con las estrategias internacionales de «Emisiones Netas Cero». Estos microorganismos actúan como sumideros biológicos eficientes, capturando carbono atmosférico o industrial durante su proceso fotosintético.

Asimismo, el Análisis de Ciclo de Vida (LCA) demuestra que los biocombustibles algales pueden mitigar significativamente las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) en comparación con los combustibles fósiles, especialmente cuando su producción se integra con energías renovables. Al respecto, Mehta et al. (2023) destacan que la bioenergía de microalgas posee el potencial de reducir las emisiones de GEI entre un 4% y un 5%. En términos prospectivos, Tang et al. (2026) proyectan que, para el año 2035, China producirá 4,395 kilotoneladas de biodiésel algal, lo que conllevaría una reducción de costos de 1,612 millones de dólares y una disminución de emisiones de dióxido de carbono estimada en 13,165 kilotoneladas anuales.

Sinergía con el tratamiento de aguas residuales

Las microalgas poseen la capacidad dual de proliferar en aguas residuales (wastewater), resolviendo simultáneamente la necesidad de saneamiento y la generación de energía. Este proceso de fitorremediación permite la remoción de nitrógeno, fósforo y contaminantes orgánicos (DQO) de efluentes industriales y de bebidas, reduciendo drásticamente los costos asociados al tratamiento químico convencional.

Hasanath et al. (2026) determinaron que especies de agua dulce como Scenedesmus obliquus y Chlorella pyrenoidosa son altamente eficaces para el tratamiento de aguas residuales de la industria de bebidas (BWW), caracterizadas por una alta demanda química de oxígeno y bajos niveles de nutrientes. En concordancia, Loni et al. (2026), Raven et al. (2023) y Buzek (2024) validaron el uso de efluentes municipales e industriales como medio nutritivo para la producción de bioetanol y otros biocombustibles. Adicionalmente, Merino et al. (2024) destacaron el potencial de valorizar lodos procedentes de la eutrofización de bahías para el cultivo de Scenedesmus acutus con fines energéticos.

Uso eficiente del suelo y recursos

A diferencia de los biocombustibles de primera generación (maíz, soja, palma), las microalgas no requieren tierras arables, mitigando así la disyuntiva entre seguridad alimentaria y energética («Alimentos vs. Combustibles»). Su cultivo es viable en zonas desérticas, tierras áridas o en el mar.

Además, presentan una máxima eficiencia fotosintética, produciendo entre 2 y 15 veces más lípidos por hectárea en comparación con cultivos oleaginosos tradicionales como la soja y la colza (Mehta et al., 2023).

Capacidad de Coproducción (Biorrefinería)

Una ventaja económica fundamental reside en la versatilidad de la biomasa algal para generar múltiples vectores energéticos simultáneamente bajo un esquema de biorrefinería. De un mismo cultivo es posible obtener biodiésel (fracción lipídica), biohidrógeno (vía fermentativa) y biogás (digestión anaerobia de residuos). Un ejemplo de esta integración es el estudio de Shi et al. (2026), quienes lograron la coproducción exitosa de biohidrógeno y biodiésel utilizando cinco especies distintas de microalgas.

Alta Productividad y Eficiencia

Las microalgas exhiben tasas de crecimiento y acumulación de lípidos muy superiores a las de las plantas terrestres, con la capacidad de duplicar su biomasa en cuestión de horas. Para maximizar esta eficiencia, el uso de catalizadores avanzados es clave. Alrudainy et al. (2026) subrayan que las nanopartículas magnéticas (MNP) representan una plataforma tecnológica transformadora, permitiendo una producción de biodiésel ecológica y económicamente viable mediante la optimización de la conversión catalítica.

Desafíos y limitaciones técnicas en la implementación de biocombustibles de algas

A pesar de sus innegables beneficios, la viabilidad comercial de los biocombustibles de algas enfrenta barreras significativas que requieren solución antes de su implementación masiva:

Costos de Producción

La competitividad financiera persiste como la limitante más crítica, derivada de los elevados costos de capital (CAPEX) y operación (OPEX) en las etapas de cultivo, cosecha y procesamiento.

Maroušek et al. (2022) advierten que las barreras tecnológicas actuales sitúan el precio hipotético del biodiésel de algas lejos de la paridad de mercado: estiman un costo de 292 €/100 km, una cifra desproporcionada frente a los 15,6 €/100 km de los combustibles fósiles convencionales.

En esta misma línea, Neokosmidis (2025) destaca que los costos de cultivo y cosecha de microalgas son significativamente superiores a los de la biomasa terrestre. Concretamente, el precio promedio estimado se sitúa en 2.2 €/L para la ruta de extracción de lípidos y asciende a 3.4 €/L para la licuefacción hidrotérmica (HTL); valores que superan ampliamente los costos de los combustibles fósiles o del HVO comercial.

No obstante, existen escenarios de viabilidad regional. Quiroz et al. (2023), mediante el uso de modelos biofísicos y de sostenibilidad validados, determinaron que es factible alcanzar precios mínimos de venta de entre $1.89 y $2.15 USD por litro de equivalente de gasolina en zonas específicas como el sudeste asiático y Venezuela. Sin embargo, estas proyecciones deben interpretarse con cautela; Maroušek et al. (2023) concluyen que gran parte de la investigación actual arroja resultados económicamente optimistas debido a que se basan en extrapolaciones lineales de experimentos a escala de laboratorio, sin considerar las ineficiencias propias del escalado industrial.

Retos de escalabilidad y variabilidad biológica

Si bien las microalgas ofrecen altos rendimientos teóricos, la transición a escala industrial presenta desafíos técnicos y logísticos sustanciales que requieren inversiones masivas en infraestructura. Un factor crítico en este escalado es la consistencia del producto. El-Sheekh et al. (2024) destacan que la composición bioquímica de la biomasa —incluyendo el contenido de humedad, lípidos, carbohidratos, proteínas, concentración de cenizas y porcentaje de lignina— impacta directamente en la eficiencia de la generación de bioenergía, y controlar estas variables en grandes volúmenes de cultivo sigue siendo complejo.

Impacto Ambiental

Paradójicamente, la producción masiva de algas conlleva riesgos ecológicos si no se gestiona adecuadamente. El uso intensivo de fertilizantes sintéticos en sistemas abiertos puede derivar en la eutrofización de cuerpos de agua adyacentes por escorrentía de nutrientes. Por tanto, es imperativo implementar prácticas sostenibles, como el reciclaje de medios de cultivo y el cumplimiento estricto de normativas de vertidos, para mitigar estos efectos colaterales.

Desempeño técnico en motores de combustión

Diversos estudios han señalado limitaciones operativas en el uso directo de biodiésel de algas, atribuidas principalmente a su menor poder calorífico y mayor viscosidad cinemática en comparación con el diésel petroquímico, lo que puede resultar en una combustión incompleta o problemas de inyección.

Sin embargo, existen soluciones nanotecnológicas emergentes. Meraz et al. (2023) reportan que la incorporación de nanoaditivos en mezclas de biodiésel de algas mejora significativamente las características de combustión, incrementa el poder calorífico y optimiza el rendimiento general del motor, superando las deficiencias del biocombustible puro.

Química de los Biocombustibles de Algas

La química de los biocombustibles de algas es compleja e implica varias reacciones químicas para convertir la biomasa en combustibles utilizables. A continuación, se describen algunos aspectos clave de la química de los biocombustibles de algas:

1. Fotosíntesis: Las algas utilizan la fotosíntesis para convertir la luz solar en biomasa, produciendo oxígeno y glucosa. Esta biomasa es rica en lípidos, carbohidratos y proteínas.
2. Extracción de Lípidos: Los lípidos se extraen de la biomasa de algas utilizando métodos físicos o químicos. Los lípidos extraídos son principalmente triglicéridos, que pueden convertirse en biodiésel.
3. Transesterificación: Este proceso químico convierte los triglicéridos en biodiésel y glicerol mediante la reacción con un alcohol, generalmente metanol, en presencia de un catalizador.
4. Fermentación: Los carbohidratos presentes en la biomasa de algas pueden fermentarse para producir bioetanol, que puede utilizarse como combustible para motores de combustión interna.

Una descripción más detallada de la química de los biocombustibles de algas la puedes encontrar en el trabajo de Alazaiza et al. (2023). Asimismo, los científicos de la RUDN University evaluaron el proceso más eficiente de obtener biocombustibles de las algas.

Usos y aplicaciones de los biocombustibles de algas

Aviación: Combustibles Sostenibles (SAF)

La aplicación de mayor valor estratégico y crecimiento para los biocombustibles de microalgas reside en la descarbonización del sector aeronáutico. A diferencia del transporte terrestre ligero, que transita aceleradamente hacia la electrificación, la aviación depende intrínsecamente de combustibles líquidos de alta densidad energética. Las microalgas, procesadas mediante Licuefacción Hidrotérmica (HTL), permiten la producción de Combustible de Aviación Sostenible (SAF), un queroseno sintético tipo drop-in.

Esta característica permite su mezcla directa con el Jet A-1 fósil sin requerir modificaciones en las turbinas, posicionándose como la única solución escalable que no compromete la seguridad alimentaria al no competir por tierras arables.

Transporte Terrestre Pesado y Marítimo

Paralelamente, el transporte de carga y el sector marítimo se mantienen como consumidores clave, sustentados en la ruta tecnológica clásica. En este segmento, los lípidos algales se transforman en biodiésel (FAME) para mezclas convencionales o, mediante procesos de hidrotratamiento, en Diésel Renovable (HVO). Este último producto es químicamente indistinguible del diésel fósil, lo que faculta su uso al 100% en motores marinos y de carga pesada, eliminando los problemas de corrosión y estabilidad oxidativa asociados a los biodiéseles de primera generación y ofreciendo una transición inmediata para las flotas logísticas.

Generación Estacionaria e Industria Química

Finalmente, la consolidación del modelo de biorrefinería ha diversificado las aplicaciones hacia la generación estacionaria y la síntesis química. La digestión anaerobia de la biomasa residual o el acoplamiento con el tratamiento de aguas residuales genera biometano, apto para su inyección en redes de gas natural o para la cogeneración in situ de electricidad y calor, confiriendo autosuficiencia energética a las plantas de tratamiento.

Asimismo, tecnologías emergentes como la fermentación oscura y la biofotólisis están propiciando la emergencia del biohidrógeno, un vector energético limpio destinado a alimentar celdas de combustible y a descarbonizar procesos industriales intensivos, como la producción de acero y fertilizantes.

Tabla 02: Aplicaciones y sectores de los Biocombustibles de Microalgas.

Futuro de los biocombustibles de tercera generación

El futuro de los biocombustibles de algas está supeditado a la superación de las barreras técnicas y económicas vigentes. No obstante, con el respaldo de políticas gubernamentales estratégicas, la inversión sostenida en I+D y la implementación de tecnologías disruptivas, estos biocarburantes conservan el potencial de desempeñar un rol crucial en la transición hacia una matriz energética sostenible.

Respecto a la evolución tecnológica, Moriarty & Honnery (2024) proyectan un progreso continuo tanto en la selección de cepas como en la ingeniería de producción. Sin embargo, los autores advierten sobre la dificultad de realizar previsiones energéticas aisladas: el éxito de las algas dependerá de su velocidad de innovación relativa frente a tecnologías competidoras, especialmente la fotovoltaica y, potencialmente, la fotólisis directa.

En cuanto a las prioridades de investigación, Wołejko et al. (2023) recomiendan focalizar los esfuerzos futuros en la maximización simultánea del rendimiento y la calidad del combustible, sin descuidar la viabilidad económica. Complementariamente, Coşgun et al. (2023) subrayan el potencial transformador del aprendizaje automático (Machine Learning) para optimizar las etapas críticas de detección y selección de cepas idóneas.

Finalmente, el análisis integral de la literatura científica y las tendencias de patentes sugiere que el futuro de la tercera generación no reside en la producción masiva de biodiésel como commodity de bajo costo, sino en su transformación hacia una industria de alta tecnología sustentada en tres pilares fundamentales:

1. Biología Sintética y «Ordeño» Celular: El cambio de paradigma desde la selección natural hacia el diseño de microalgas en laboratorio con rutas metabólicas editadas. El objetivo es superar los límites fotosintéticos naturales y permitir la secreción continua de lípidos, prescindiendo de la lisis celular (muerte del alga) y habilitando procesos de producción ininterrumpida.
2. Integración Simbiótica y Economía Circular: Las plantas de cultivo evolucionarán hacia centros de servicios de saneamiento. El modelo de negocio se basará en la monetización del tratamiento de aguas residuales y la captura de CO₂ industrial. En este esquema, el biocombustible pasa a ser un subproducto valorizable cuyo costo de producción es compensado subsidiariamente por el servicio de remediación ambiental.
3. Biorrefinería Híbrida y Autónoma: Las instalaciones operarán bajo el concepto de «Biorrefinería en Cascada», produciendo un portafolio diversificado (biohidrógeno, biodiésel, fertilizantes) en lugar de un solo combustible. Además, se integrarán con fuentes renovables exógenas (solar/geotérmica) para neutralizar su huella de carbono operativa.

En definitiva, la tercera generación de biocombustibles dejará de competir con el petróleo en términos de precio por barril, para consolidarse como una plataforma biotecnológica indispensable para la descarbonización industrial y la gestión de residuos, fundamentada en organismos genéticamente optimizados.

Conclusión

En conclusión, las algas emergen como un elemento decisivo para resolver la disyuntiva histórica entre la seguridad alimentaria y la producción de energía (Mahmood et al., 2023). Los biocombustibles de tercera generación constituyen no solo una solución innovadora, sino una respuesta sistémica a los desafíos de sostenibilidad del siglo XXI. En este sentido, las principales conclusiones del informe son:

• Cambio de Modelo de Negocio (Del Producto al Servicio): La producción de biocombustibles de algas ha dejado de verse como una competencia directa por precio contra el petróleo. El nuevo modelo económico se basa en la prestación de servicios ambientales: tratamiento de aguas residuales y captura de CO₂ industrial. El biocombustible se convierte en un subproducto valorizable dentro de un sistema de economía circular, subsidiado por los ingresos de la remediación ambiental.

• Evolución Tecnológica hacia la Biología Sintética: La investigación ha transitado de la simple selección de cepas naturales («bioprospección») al diseño activo de organismos mediante ingeniería genética y CRISPR. El enfoque actual, respaldado por patentes del MIT y el Broad Institute, busca crear «biofábricas» celulares capaces de secretar lípidos continuamente (tecnología de «milking» o ordeño), evitando la destrucción de la biomasa y reduciendo costos.

• La Biorrefinería en Cascada como Estándar: El modelo «monoproducto» (solo biodiésel) es obsoleto financieramente. La viabilidad futura depende del procesamiento fraccionado o en cascada: primero se extraen compuestos de alto valor comercial (Omega-3, antioxidantes), luego se producen biocombustibles líquidos, y finalmente los residuos se usan como biofertilizantes o biogás. Esto maximiza el valor de cada gramo de biomasa.

• Madurez Científica y Enfoque Holístico: La bibliometría revela que la ciencia ha superado la etapa de «optimización de laboratorio» (cómo extraer aceite) para centrarse en la sostenibilidad sistémica (Análisis de Ciclo de Vida – LCA). La validación actual de la tecnología depende más de su balance energético neto y su capacidad real para reducir gases de efecto invernadero (GEI) que del simple volumen de combustible producido.

Si bien persisten retos técnicos y financieros, el balance de sus beneficios ambientales y socioeconómicos los consolida como una alternativa estratégica frente a los combustibles fósiles. Se proyecta que, a medida que la tecnología madure y los costos de producción se optimicen, su adopción generalizada actuará como un catalizador indispensable para alcanzar un futuro energético más limpio y resiliente.

Preguntas frecuentes

Referencias

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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.