Instalación y monitoreo de un fotobiorreactor para el cultivo autotrófico y la extracción de lípidos de microalgas Chlorella para la producción de biodiesel

Abstract

Biodiesel a partir de microalgas es un biocombustible de tercera generación. Los biocombustibles de tercera generación buscan desplazar la producción de combustibles a partir de monocultivos de productos alimenticios. Algunas de las principales ventajas de la producción de biodiesel a partir de microalgas son disminución de áreas de cultivo, captura de dióxido de carbono y oxigenación del aíre. El objetivo de este proyecto de investigación fue instalar y monitorear un fotobiorreactor (photobioreactor, PBR) tubular de 10 L con flujo de aire ascendente para el cultivo autotrófico de una cepa nativa de microalga. En la primera fase del estudio, se evaluó el crecimiento autotrófico de diferentes cepas de microalgas en condiciones batch y se estableció que Chlorella sp. fue la adecuada para montar el fotobiorreactor tubular ya que presentó valores de densidad óptica (DO) cercanos a 2.000 en las longitudes de onda de 600, 680 y 750 nm. A continuación se instaló el PBR con un volumen de microalgas de 7.2 L en un medio de proteosa con una concentración de 0.10 g L-1 de bicarbonato de sodio. Las condiciones de cultivo de las microalgas fueron optimizadas para obtener la mayor tasa de producción de lípidos. El flujo de aire óptimo fue 3 L min-1 fue provisto a través de dispersores para asegurar una mezcla completa y evitar la sedimentación de las microalgas y el rompimiento celular. Una cosecha y cambio de medio de 200 mL diarios (2.5 % de volumen de algas) fueron empleados para mantener un crecimiento constante de las Chlorella sp. en el PBR. La iluminación adecuada en el PBR fue provista a través de 5 lámparas fluorescentes de luz fría de 20W en un periodo de 12 horas de luz y 12 horas de oscuridad correspondientes a una radiación fotosintéticamente activa de 124.13 μE m-2 s-1. El crecimiento de algas en el fotobiorreactor tubular fue monitoreado en términos de DO, densidad de algas (g L-1) y contenido de lípidos (%w/w). La densidad de algas varió entre valores de 0.04 a 1.45 g L-1. La DO registró valores máximos de 2.92 (600 nm), 3.51 (680 nm) y 2.49 (750 nm) a los 66 días de instalado el PBR. El contenido de lípidos más elevado fue de 20.23 % w/w obtenido a los 69 días de instalado el PBR y de 33.53% w/w obtenida una semana después de ser instalados los dispersores en el PBR (a los 123 días de funcionamiento). La tasa de producción de lípidos obtenida fue de 0.414 g L-1 d-1