Sistemas de Cultivo

Diseño de una cadena de valor para las biorrefinerías de microalgas

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By Milthon Lujan

Países Bajos – Los investigadores del proyecto MIRACLES desarrollaron un diseño de una cadena de valor para las biorrefinerías de microalgas.

La matriz energética del mundo viene cambiando de los combustibles fósiles hacia las energías renovables y de base biológica. La biomasa es totalmente valorizada y empleada para la producción sostenible de alimentos, piensos, químicos, combustibles, energía y calor.

Los investigadores de la Wageningen University & Research, de la Università degli Studi di Napoli Federico II (Italia) y de la Nord University (Noruega) identificaron escenarios de productos industriales para las cadenas de valor de biorrefinerías de microalgas con mayor potencial, sobre la base de la selección de productos, el rendimiento del producto y el desempeño tecnoeconómico utilizando las características biológicas de especies de algas.

Potencial de las microalgas

Las microalgas tienen un gran potencial como un biorecurso para los alimentos, piensos, químicos y materiales; y tienen la ventajas de alcanzar altas producción, bajos requerimientos de terreno y la capacidad de crecer en agua salada o efluentes.

Las microalgas contienen varios compuestos valiosos que pueden ser procesadas en un grupo versátil de productos. Ejemplos bien conocidos de productos de microalgas son los pigmentos de Dunaliella salina y Haematococcus pluvialis, suplementos alimenticios de Chlorella y Spirulina, y aceites ricos en omega-3 de Nannochloropsis gaditana, Schizochytrium sp., y Crypthecodinium cohnii.

Costos de producción y procesamiento de microalgas

En base a un sistema de cultivo de 100 hectáreas, los investigadores estimaron que los costos para el cultivo y cosecha de microalgas se encuentran en el rango de 3.20-11-00 € kg–1 biomasa; mientras que los costos de procesamiento fueron estimados entre 0.40-1.80 € kg–1 biomasa para materias primas y de 2.30-4.30 € kg–1 biomasa para productos especiales en una biorefinería.

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Los costos estimados para la producción de biocombustibles varían en un rango optimista de 0.55 a 9.00 € L–1 de biodiesel, correspondiendo a cerca de 1.65-27.00 € kg–1 de biomasa de microalgas.

Para la producción de ácidos grasos omega-3, los costos de producción varían entre 2.35 a 8.10 € kg–1 de biomasa microalgal, dependiendo del sistema de producción y ubicación.

La producción de pigmentos de microalgas también es económicamente viable, con costos que varían de 12.50 a 107.95 € kg–1 de biomasa, dependiendo de las tecnologías de cultivo y procesamiento usados, además del tipo de pigmento para aplicaciones comerciales.

Enfoque de biorrefinería

El enfoque de biorrefinería puede ser usado para valorizar todos los componentes valiosos de la biomasa mediante el uso de una combinación de varias técnicas de separación y potencialmente conduce a un mejor rendimiento económico.

En general, los costos de la biorrefinería (incluido cultivo y cosecha) son fuertemente dependientes de la ubicación, sistema de cultivo, composición de la biomasa y las tecnologías de procesamiento.

Proyecto EU MIRACLES

El proyecto MIRACLES (Multi-product Integrated bioRefinery of Algae: from Carbon dioxide and Light Energy to high-value Specialties) tiene como objetivo el desarrollo de tecnologías de biorrefinería integradas y de múltiples productos para la producción de diferentes cepas de microalgas para su aplicación en los alimentos, acuicultura y productos no alimenticios. Mayor información del proyecto MIRACLES aquí

En el marco del proyecto MIRACLES los investigadores se plantearon superar los problemas que enfrentan las biorrefinerías de las microalgas mediante el desarrollo de nuevos procesos de biorrefinería que incorporan una alteración celular leve y procesos de extracción y fraccionamiento ambientalmente sostenibles, y mediante la evaluación de la viabilidad comercial de los productos probando su funcionalidad y formulaciones basadas en cepas de microalgas industriales y empresas y usuario finales potenciales.

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Cadena de valor

Los investigadores consideraron el desarrollo, la creación de valor y la validación de varias rutas de procesamiento con las aplicaciones de productos en alimentos, piensos para la acuicultura y productos no alimentarios.

Las cadenas fueron diseñadas usando técnicas desarrolladas o mejoradas en el proyecto MIRACLES, complementadas con datos de técnicas de las mejores prácticas y basado en productos comerciales que fueron validados en el proyecto.

“Cinco cadenas de valor de productos únicos y cadenas de valor de múltiples productos fueron seleccionados y analizados para identificar las biorrefinerías de microalgas más adecuadas. Cuatro cepas de microalgas fueron adoptadas: Nannochloropsis gaditana (marina), Scenedesmus obliquus (agua dulce), Phaeodactylum tricornutum (marina), y Isochrysis galbana (marina)” reportaron los investigadores.

Los productos seleccionados para la investigación fueron:

– microalgas enteras (SP-I)
– microalgas rotas (SP-II)
– proteínas nativas solubles en agua (SP-III)
– pigmentos disueltos en lípidos (SP-IV)
– aceites ricos en triacilglicéridos (SP-V)

“Los costos de cultivo son los principales costos de las cadenas de valor. Para las cadenas de valor de un solo producto, el cuello de botella del proceso son las bajas producciones, especialmente de proteínas solubles donde una pequeña fracción de la biomasa conduce al valor económico” reportan.

Según el estudio, los costos de la biorrefinería (excluido el cultivo) varían significativamente para varias especies, debido a las condiciones de operación de especies específicas, así como las diferencias en la producción de productos.

Los investigadores destacan que el enfoque de biorrefinería incrementa de forma significativa el potencial de utilización de la biomasa para productos comerciales de entre 7-28% a más de 97%.

Principales hallazgos

– La cascada de biomasa mejora la explotación de la biomasa de <25% a >95%.
– Los costos del cultivo son los mayores costos de las cadenas de valor.
– Los costos de la biorrefinería varían significativamente para varias especies de microalgas.
– Los procesos de biorrefinería rentables han sido desarrollados a escala piloto relevante.
– La biorrefinería de multiproductos pueden incrementar las ganancias en la cadena de valor de las microalgas.

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Referencia (acceso abierto):
Slegers, P., G. Olivieri, E. Breitmayer, L. Sijtsma, M. Eppink, R. Wijffels and J. Reith. 2020. Design of Value Chains for Microalgal Biorefinery at Industrial Scale: Process Integration and Techno-Economic Analysis. Front. Bioeng. Biotechnol., 08 September 2020 | https://doi.org/10.3389/fbioe.2020.550758

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