Microalgas: Transformando el CO2 en productos valiosos

Dra. Sonia Arriaga, Jefa de la División de Ciencias Ambientales IPICYT; M.C. Luis Torres, estudiante de Doctorado de la División de Ciencias Ambientales IPICYT;  Dr. Aitor Aizpuru, Investigador Universidad del Mar Campus Puerto Ángel, Oaxaca.

El cambio climático es uno de los mayores desafíos de nuestra era, impulsado por el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI), entre los cuales el dióxido de carbono (CO2) juega un papel crucial. Este gas es responsable del 77 % de las emisiones de GEI y proviene principalmente de actividades humanas como la quema de combustibles fósiles, el transporte y la industria. Frente a esta problemática, las microalgas pueden aportar una solución natural, eficiente y multifuncional para capturar CO2 y transformar la crisis ambiental en oportunidad económica y tecnológica.

El CO2 es un componente esencial para la vida, ya que participa en procesos como la fotosíntesis. Sin embargo, su acumulación en la atmósfera ha aumentado de manera alarmante desde la Revolución Industrial, pasando de 9.34 a 36.44 gigatoneladas (Gt) entre 1960 y 2019, cada Gt equivale a mil millones de toneladas. Este exceso intensifica el efecto invernadero, provocando el calentamiento global, el derretimiento de glaciares y fenómenos climáticos extremos. La reducción de estas emisiones es esencial para frenar estos efectos adversos y proteger los ecosistemas. Se han sugerido distintos métodos para eliminar estos gases de la atmósfera, como atraparlos en un líquido o en un material especial, o inyectarlos bajo tierra. Sin embargo, una nueva forma de limpiar el aire hace intervenir a la propia naturaleza, mediante organismos vivos.

Las microalgas son microorganismos fotosintéticos unicelulares, que destacan por su capacidad de capturar grandes cantidades de CO2 y transformarlo en moléculas orgánicas y oxígeno. Este proceso, conocido como fijación de carbono, es hasta diez veces más eficiente en las microalgas que en las plantas terrestres, de ahí su importancia, ya que la vida tal y como la conocemos no existiría sin los organismos fotosintéticos: son el inicio de la cadena trófica, es decir de la cadena alimentaria de un ecosistema. Entre los géneros más utilizados en biotecnología ambiental se encuentran Chlorella, Spirulina, Nannochloropsis y Scenedesmus, debido a sus altas tasas de crecimiento y alta eficiencia en la captura de carbono. Además de mitigar las emisiones, estos procesos se enmarcan en el concepto de economía circular, un modelo que busca optimizar el uso de recursos, minimizar residuos y generar valor económico. Las microalgas representan una solución ideal, ya que capturan un residuo (CO2) y lo transforman en biomasa con aplicaciones valiosas.

Para crecer, las microalgas necesitan estar en un medio de cultivo, bajo ciertas condiciones de luz. Para maximizar su crecimiento y desarrollo, las microalgas se cultivan en sistemas especializados llamados fotobiorreactores que permiten controlar parámetros clave como la intensidad de la luz, la temperatura, el pH y el suministro de nutrientes. Existen diversas configuraciones de fotobiorreactores. Una de ellas tiene la forma de una columna a través de la cual el CO2 burbujea dentro del medio de cultivo. Otra configuración tiene la forma de un tanque, en el cual el CO2 es puesto en contacto con el medio de cultivo que permanece bajo constante agitación. Estos fotobiorreactores no solo aumentan la eficiencia de captura de CO2, sino que también facilitan la producción de biomoléculas valiosas, generando oportunidades en múltiples mercados.

Las células de microalgas tienen alrededor de un 50 % de carbono en peso seco. Esto significa que, para producir una unidad de biomasa de microalgas, se necesitan fijar dos unidades de CO2. El atrapar este gas no solo contribuye a la mitigación del cambio climático, sino que también genera biomasa de la cual se puede sacar provecho con varios productos derivados. En este contexto, es crucial visualizar el ciclo de los bioproductos provenientes de las microalgas dentro de la economía circular. La captura de CO2 por microalgas produce biomasa, que luego se transforma en productos valiosos como biocombustibles, bioplásticos, pigmentos y suplementos alimenticios. Estos productos no solo reducen la dependencia de recursos fósiles, sino que también promueven un modelo sostenible donde los residuos se convierten en recursos.

Por ejemplo, los lípidos de las microalgas pueden ser componentes esenciales para la producción de biodiésel, representando una alternativa sostenible a los combustibles fósiles. Además, los polímeros biodegradables que secretan las microalgas, como los polihidroxialcanoatos (PHAs), son utilizados en la fabricación de bioplásticos y productos farmacéuticos, con precios elevados que oscilan entre 2 y 5 euros por kilogramo. Otros productos derivados de las microalgas, como los pigmentos naturales y las proteínas, también destacan por su impacto económico significativo. Los pigmentos, como la clorofila y los carotenoides, no solo pueden usarse como colorantes, sino que también tienen propiedades antioxidantes, siendo ampliamente utilizados en alimentos, cosméticos y medicina. Por otro lado, las proteínas se emplean como suplementos alimenticios y en la producción de alimentos funcionales, mientras que los carbohidratos tienen aplicaciones en la industria alimentaria y como materia prima para biocombustibles avanzados.

En conjunto, los fotobiorreactores con microalgas no solo contribuyen a la mitigación del cambio climático al capturar CO2, sino que también a la generación de bioproductos derivados de la biomasa microalgal que tienen un valor importante en el mercado, todo esto dentro de un enfoque de economía sostenible, ya que ofrece soluciones innovadoras revalorando las emisiones de CO2 a bioproductos con un alto valor comercial. Su versatilidad en aplicaciones industriales y su impacto en la economía global resaltan el potencial transformador de las microalgas en diversos sectores.

A pesar de los avances tecnológicos, existen desafíos importantes para la implementación a gran escala de cultivos de microalgas. Los costos de inversión de los fotobiorreactores, la necesidad de un control preciso de las condiciones operativas y una limitada captura del CO2 en el medio de cultivo son algunos de los obstáculos que deben superarse. Sin embargo, la investigación continúa ofreciendo soluciones innovadoras. Las microalgas representan una solución integral y versátil frente al cambio climático. Su capacidad para capturar CO2 y generar productos de alto valor las posiciona como una herramienta clave en la transición hacia una economía sostenible y circular.

Investigaciones en el IPICYT, dirigidas por la Dra. Sonia Arriaga, exploran el uso de campos magnéticos estáticos para optimizar bioprocesos con microalgas. Este enfoque innovador mejora el crecimiento y metabolismo microalgal, aumentando la captura de CO2 y la producción de biomoléculas. Apostar por estas tecnologías no solo significa tener un aire más limpio, sino también un futuro más próspero, donde la naturaleza y la tecnología trabajan en armonía para combatir los desafíos ambientales de nuestra era.

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