Los investigadores han explorado la posibilidad de los cultivos agrícolas, residuos forestales y las microalgas como materias primas para la producción de biomasa; sin embargo, las microalgas podrían tener el mayor potencial.
Las microalgas crecen más rápido, y su eficiencia fotosintética puede alcanzar más de 10%, lo cual es 10 a 50 veces más alto que las plantas terrestres. El alto potencial productivo de las microalgas es uno de los principales factores promotores para su uso como materia prima para la producción de biocombustibles.
Sin embargo, aún existen limitaciones para el uso de las microalgas como biomasa. La densidad de los cultivos abiertos de las microalgas es baja, la producción estable de la biomasa a gran escala es difícil, la alta producción de biomasa y el alto contenido de lípidos son usualmente contradictorio, el costo de cosechar las microalgas es caro, entre otros.
Un amplio grupo de cepas de microalgas son capaces de utilizar el nitrógeno (N) y el fósforo (P) en las aguas residuales para su crecimiento. La proporción C:P y C:N en las microalgas es más baja que en los productores primarios terrestres, y los nutrientes N y P son más críticos para el crecimiento de las microalgas.
El uso de las aguas residuales para el cultivo en instalaciones de estanques abiertos podría ser la única vía para el cultivo masivo de microalgas a la escala requerida para la producción comercial. Las especies en la comunidad y su rol en el ecosistema pueden determinar la estabilidad y la productividad del ecosistema.
Policultivo de microalgas
Una comunidad con múltiples microalgas puede exhibir más características biológicas que una comunidad de una sola microalga. Los policultivos de microalgas pueden incrementar la estabilidad y la productividad, aparentemente mediante el uso de recursos más eficientemente.
Además de las microalgas, la comunidad microbiana también juega un rol importante, y diferentes microalgas también tienen un impacto sobre la estructura de la comunidad microbiana.
Las aguas residuales municipales son el mejor sustrato potencial para el cultivo comercial de las microalgas. No obstante, no está claro qué características deben ser consideradas cuando las aguas residuales son usadas como medio de cultivo para establecer el policultivo.
Los científicos de la Southeast University (China) seleccionaron 10 microalgas (Micractinium sp., Leptolyngbya boryana, Desmodesmus sp., Pediastrum sp., Scenedesmus obliquus, Synechocystis sp., Chlorella pyrenoidosa, Chlamydomonas reinhardtii, Nannochloropsis oceanica y Spirulina sp.) adecuadas para su cultivo de aguas residuales. Asimismo, ellos usaron agua residual simulada para realizar experimentos sobre el cultivo de una sola microalga.
Ellos analizaron las posibles combinaciones de microalgas bajo tres aspectos:
a) El potencial para la conversión a biocombustibles,
b) El consumo de diferentes formas de nitrógeno y fósforo, y
c) La estructura de las comunidades de microalgas-bacterias.
Biomasa de microalgas
La tasa de crecimiento y la producción de biomasa de las microalgas son indicadores importantes para medir si son adecuadas como recursos de biomasa para la energía.
De acuerdo con los investigadores, Scenedesmus obliquus mostró que el mejor rendimiento en crecimiento en términos de máxima densidad óptica. “S. obliquus alcanzó su máxima densidad óptica en el día 16” reportaron.
Ellos también destacaron que los resultados reflejan que la eficiencia de proliferación de S. obliquus no fue alta.
Leptolyngbya boryana y Micractinium sp. se ubican en segundo y tercer lugar, respectivamente. Leptolyngbya boryana es mejor que Micractinium sp en la densidad máxima óptica y tasa de crecimiento, pero Micractinium sp. es más estable y podría adaptarse mejor a factores ambientales adversos.
Potencial como biocombustible
Los investigadores destacan que aunque el contenido de lípidos de Pediastrum sp. no es tan alto comparado a otras microalgas, como materia prima para la producción de energía tiene la más alta eficiencia de producción de agua residual simulada.
Micractinium sp., Desmodesmus sp., Scenedesmus obliquus y Synechocystis sp. también pueden alcanzar altas eficiencias de producción.
S. obliquus tiene la más alta eficiencia de conversión, lo cual se debe a su alto contenido de lípidos.
Consumo de nitrógeno y fósforo
El nitrógeno y fósforo existen en diferentes formas en las aguas residuales, aunque las microalgas usan estos metabolitos de nitrógeno y fósforo de forma similar. Antes de que el N y P sean utilizados por las microalgas, es usualmente necesario que la comunidad de microorganismos trabajen juntos para transformar varias formas de nitrógeno y fósforo en formas adecuadas.
De acuerdo con los investigadores Desmodesmus sp. y Pediastrum sp. consumen más nitrógeno que las otras microalgas, y la concentración de nitrógeno disminuyó de 57.8 mg/L a cerca de 30 mg/L.
La concentración de fósforo en S. obliquus fue solo un quinto de la concentración original. La concentración de fósforo en Micractinium sp., Desmodesmus sp., Pediastrum sp. y Nannochloropsis oceanica también se redujo, aunque en menor proporción.
Conclusión
El uso de las aguas residuales para el policultivo de microalgas en estanques abiertos pueden incrementar la economía del cultivo masivos de las algas para la producción de biocombustibles.
“Desde la perspectiva de la tasa de proliferación, Scenedesmus obliquus creció en aguas residuales con la más alta densidad óptica, mientras que Pediastrum sp. tiene el más corto ciclo de proliferación y la más alta eficiencia de producción”, concluyen los investigadores.
Referencia (acceso libre):
Liu, Weixing, Dafang Fu, Ting Pan, and Rajendra P. Singh 2021. «Characterization and Polyculture Analysis of Microalgae Strains Based on Biomass Production and Nutrient Consumption, and Bacterial Community in Municipal Wastewater» Water 13, no. 22: 3190. https://doi.org/10.3390/w13223190
