Cultivo de microalgas en fotobiorreactor airlift para la obtención de precursores de biodiesel - Torres Mancera, David Jesús (Universidad Autónoma Metropolitana, 2018)
Hoy en día la problemática debida a las demandas energéticas a nivel mundial ha dado paso a la búsqueda de fuentes alternativas de energía como el biodiesel. Estas alternativas están basadas en procesos sustentables, renovables y amigables con el medio ambiente. Así mismo, la implementación de procesos sustentables ofrece la opción de mitigar las emisiones de dióxido de carbono (CO2) y otros gases de efecto invernadero. En este trabajo se estudió el cultivo de microalgas para la obtención de precursores de biodiesel (triacilglicéridos). Se realizó una detallada revisión bibliográfica sobre la ruta metabólica para la síntesis de triacilglicéridos en las microalgas, se analizaron los sistemas para el cultivo de microalgas y sus condiciones de cultivo como temperatura, pH, luz, nutrientes, el uso de fitohormonas, el mezclado y transferencia de masa. Se utilizaron dos medios de cultivo, uno de formulación (Bristol 3N) y otro a base de un fertilizante comercial, Bayfolan (Bayer), con el objetivo de optimizar la concentración de biomasa usando como fuente de carbono CO2. Como cepa de estudio su empleó Chlorella protothecoides UTEX 256. Se usaron tres de sistemas de cultivo: 1) fotobiorreactor cilíndrico de 1 L, 2) fotobiorreactor enchaquetado de 0.5 L y 3) fotobiorreactor tipo airlift. A su vez se montaron técnicas analíticas para determinar la concentración de biomasa (g L-1 o número de células mL-1), concentración de nitrógeno en el medio de cultivo, composición elemental de C y N en la biomasa, porcentaje de contenido lipídico (%L), fijación de CO2 en biomasa (RC), productividad de biomasa (PX) y lípidos (PL). En el fotobiorreactor cilíndrico se realizó una cinética de crecimiento de C. protothecoides para evaluar el crecimiento con medio Bristol 3N a 26±2°C, 400 ± 20 lux, ciclos de Luz/Oscuridad (L/O): 16/8 h, flujo 100 mL min-1 (95% aire, 5% CO2). Estimando una concentración de biomasa de 0.338 g L-1 y una variación de pH de 6 ± 0.5. Se montaron dos sistemas de cultivo en lote alimentado con fotobiorreactores enchaquetados de 0.5 L, uno con medio Bristol 3N y el otro con medio a base del fertilizante comercial Bayfolan las condiciones para ambos fotobiorreactores fueron: 26 ± 2 °C, 841-832 lux, L/O: 12/12, flujo de aire de 150 mL min-1, se hizo una cinética de crecimiento de C. protothecoides. Se obtuvieron valores de concentración y productividad de biomasa para el caso del cultivo con medio Bristol 3N de 0.127 g L-1 y 0.046 g L-1 d-1; en cambio el cultivo con Bayfolan los valores fueron de 0.390 g L-1 y 0.0189 g L-1 d-1 respectivamente. 2 También, se estimó la fijación de CO2 de C. protothecoides en fotobiorreactores enchaquetados resultando un valor de 0.5785 g L-1 d-1 para cultivo con medio Bristol 3N y 1.9584 g L-1 d-1 para el cultivo con medio Bayfolan. En base a la productividad de biomasa más alta, se evaluó el contenido y la productividad de lípidos de C. protothecoides cultivado en medio Bayfolan obteniendo valores de 2.24% y 4.29 g L-1 d-1 respectivamente. En el fotobiorreactor tipo airlift se realizaron pruebas abióticas para determinar el kLa (CO2) a flujos de aire de 100, 500, 1000 mL min-1, obteniendo valores de 7.74 h-1 y 12.57 h-1 para 500 y 1000 mL min-1 respectivamente. Se realizaron balances de materia de CO2 para estimar la productividad de biomasa con resultados de 5.612 g L-1 d-1 y 11.973 g L-1 d-1 para los flujos de aire 500, 1000 mL min-1. Adicionalmente se realizaron pruebas de mezclado bióticas con en el fotobiorreactor tipo airlift para determinar el flujo de aire más adecuado para una buena suspensión celular de C. protothecoides. Utilizando tres flujos de aire: 500, 800 y 1400 mL min-1 usando medio Bayfolan, a 26 ± 2 °C, 1000 ± 100 lx, L/O: 10/14 h, obteniendo una concentración de biomasa de 0.1126 g L-1 en el flujo más alto. La utilidad de este trabajo es presentar una alternativa que sustituya los medios de cultivo usados que principalmente son a base de formulación con el objetivo de emplear un medio de cultivo que sea más económicos para obtener mejores resultados y a su vez se utilice en sistemas de cultivos (fotobiorreactores) en donde se hayan obtenidos mejores resultados de concentración de biomasa, productividad de biomasa y de lípidos.