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Unos nanomateriales multifuncionales podrían liberar el vasto potencial de las algas microscópicas

Las microalgas son una materia prima prometedora para la producción sostenible de valiosos biocarburantes y sustancias químicas. Un proyecto financiado con fondos europeos ha contribuido a la expansión satisfactoria por medio de la reducción de los costes de producción, la demanda energética y la complejidad.

Energía

La biomasa de las microalgas podría desempeñar un papel fundamental para atenuar el calentamiento climático: las microalgas son microorganismos fotosintéticos de rápido crecimiento que convierten la luz y el dióxido de carbono en biomoléculas ricas en energía cuyos requisitos de nutrientes son mínimos. Cuando las microalgas se cultivan y recolectan a escala industrial, pueden convertirse en una amplia gama de productos para alimentos, piensos, combustible, pigmentos orgánicos, productos farmacéuticos y aplicaciones químicas. Este enfoque es análogo al de la refinería del petróleo crudo, en la que se fabrica una variedad de productos a partir de una sola materia prima para optimizar su valor. A pesar de su potencial, la producción de gran volumen y la viabilidad comercial de los productos derivados de las algas se ven actualmente limitadas por el elevado coste de la recolección, la extracción y la purificación. Por tanto, es esencial que se introduzcan cambios escalonados en el procesamiento de la biomasa de algas para desarrollar todo su potencial.

Combinar operaciones de diversas unidades en un solo proceso

El proyecto CMHAlgae, financiado con fondos europeos, se propuso superar estos obstáculos por medio de «desarrollar nanomateriales multifuncionales que combinan operaciones de diversas unidades en las sucesivas etapas del procesamiento en una sola tecnología», señala Praveen Ramasamy, coordinador del proyecto. Estas operaciones incluyen la recolección, la deshidratación y la rotura celular. La recolección y deshidratación de la biomasa es complicada debido al pequeño tamaño de las células de las microalgas (alrededor de 5 µm) y a la suspensión estable y relativamente baja concentración de biomasa en el medio de cultivo (alrededor de 0,5 g/l). Además, la presencia de una pared celular rígida en torno a las microalgas complica la rotura celular. A lo largo del último decenio se han introducido nanomateriales para resolver estos problemas en las sucesivas etapas del procesamiento de microalgas. Sin embargo, como explica Praveen, «la mayoría de ellos se centran en mejorar el funcionamiento de una sola unidad en comparación con un punto de referencia, lo que daría lugar a un proceso más complejo y caro en general». En este contexto, los nanomateriales multifuncionales podrían lograr un verdadero impacto, ya que podrían reducir el coste y la carga ambiental en las sucesivas etapas del procesamiento que tiene lugar en las biorrefinerías de microalgas.

Nuevos nanomateriales híbridos basados en la celulosa

El proyecto integró varios avances recientes y prometedores en nanotecnología para fabricar nanomateriales híbridos magnéticos celulósicos. Estos nanomateriales pueden utilizarse para recolectar y romper las células de las microalgas en un solo paso, y para separar rápidamente las células del medio de cultivo mediante un campo magnético externo. En primer lugar, los investigadores funcionalizaron los nanocristales de celulosa con imidazol y piridinio, que combinan actividades de floculación y rotura de las células. La floculación es el proceso por el cual se agregan las partículas finas, mientras que la rotura celular consiste en romper la pared celular para facilitar la liberación de las moléculas biológicas contenidas en el interior de una célula. Después, los nanocristales de celulosa funcionalizados se unieron a las nanopartículas de óxido de hierro, lo que permitió separar rápidamente la biomasa del medio de cultivo. En última instancia, los investigadores demostraron las eficiencias de recolección y rotura celular de los nanomateriales híbridos en sistemas de modelos de microalgas, tanto de agua dulce como marina.

Actividades de difusión

Con el fin de compartir sus resultados, se ha presentado el proyecto en varias conferencias y reuniones de investigación. El proyecto también se presentó en la Universidad Infantil de Lovaina (Bélgica) en 2017. Los dos artículos de investigación que se publicaron en línea pueden consultarse en «Algal Research» y en la misma revista. Además, se está revisando un texto original para su publicación en la revista «Chemical Engineering Journal».

Palabras clave

CMHAlgae, microalgas, biomasa, recolección, rotura celular, nanomateriales multifuncionales, deshidratación, nanomateriales híbridos, nanocristales de celulosa

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