El cultivo de algas en aguas residuales ha sido un tema candente en la investigación durante años. Los informes de noticias durante décadas han promocionado las últimas investigaciones que nos ponen al alcance de nuevas fuentes de fertilizantes o biocombustibles más amigables con el medio ambiente.
por Brandie Jefferson, Universidad de Washington en St. Louis
Hasta el momento, sin embargo, estas promesas no se han cumplido. Una de las razones es que las algas que crecen en las aguas residuales tienden a estar contaminadas. Pero incluso si no fuera así, no está claro que las aplicaciones para las algas que se han ideado en el laboratorio serían las aplicaciones más realistas fuera del laboratorio.
Sin embargo, dentro de un laboratorio, en la Escuela de Ingeniería McKelvey de la Universidad de Washington en St. Louis, los investigadores tenían aplicaciones en mente cuando desarrollaron un nuevo método para usar los nutrientes recuperados de las aguas residuales para cultivar algas que son más del doble de puras que las algas cultivadas. directamente en aguas residuales convencionales.
La investigación se publicó en línea a finales del año pasado en la revista Water Research .
Zhen (Jason) He, profesor de ingeniería energética, ambiental y química, dijo que el problema comienza con la calidad de las algas que actualmente obtenemos de las aguas residuales.
“Los precios de la gasolina pueden parecer caros, pero todavía son relativamente baratos en los Estados Unidos”, dijo. En cuanto al precio, los biocombustibles de algas cultivadas en aguas residuales simplemente no pueden competir.
Una de las razones por las que cultivar algas de esta manera es tan costoso es el control de calidad.
Las algas pueden crecer en las aguas residuales debido a los nutrientes que se encuentran en ellas; el desecho de una persona es el alimento de otra alga. Nitrógeno, fósforo, carbono orgánico disuelto: estos subproductos de nuestros desechos son los nutrientes que las algas necesitan para crecer.
Sin embargo, como era de esperar, cuando intenta cultivar algas en aguas residuales, “lo que obtiene es desordenado”, dijo. “Son aguas residuales. Sí, obtienes algas. También obtienes bacterias. Cualquier cosa crecerá allí. Por lo tanto, la biomasa de algas cultivadas en aguas residuales tiene un valor bajo, lo que reduce la ganancia económica general”.
Dando la vuelta al proceso
Él y su equipo desarrollaron una forma de cambiar el proceso, llevando los nutrientes de las aguas residuales a las algas, en lugar de poner algas en las aguas residuales. El proceso depende de un sistema electroquímico microbiano desarrollado en el laboratorio de He.
Usando este sistema, He y su equipo pudieron usar bioelectricidad para extraer nutrientes y luego llevarlos a las algas, alimentándolas de manera más eficiente y generando una biomasa de algas más pura.
Para probar su pureza, el equipo de He tomó aguas residuales de los servicios de alimentos de la Universidad de Washington; en la mitad de la muestra, agregaron algas. En la otra mitad, usaron el sistema de tratamiento de aguas residuales de He para extraer los nutrientes de las aguas residuales, que luego usaron para alimentar a las algas.
Luego midieron la pureza de la biomasa de algas resultante.
Las algas alimentadas con nutrientes extraídos eran más del 90% de algas. Cuando las algas se cultivaron en las aguas residuales, la biomasa resultante fue solo un 32 % de algas. “Era casi un 70% de bacterias”, dijo.
Ser capaz de producir algas tan puras abre la puerta a aplicaciones que Él ya sabe que tienen demanda. Por ejemplo, ciertas algas pueden sintetizar sustancias químicas secundarias, algunas de las cuales se usan en suplementos dietéticos, como los antioxidantes, o ciertos pigmentos, o incluso compuestos bioactivos que se usan en productos farmacéuticos. Fuzhong Zhang, también profesor de ingeniería energética, ambiental y química, que formó parte del equipo de investigación, se especializa en la ingeniería genética de microorganismos que producen ciertos compuestos.
En última instancia, estas algas podrían usarse para sintetizar ciertos compuestos en una biorrefinería, como una refinería de petróleo donde el petróleo ( petróleo crudo ) se transforma en gasolina y otros productos útiles, pero sin las mismas repercusiones ambientales peligrosas.
Primero, sin embargo, está decidido a aumentar la pureza de la biomasa de algas que puede producir. “Quiero 95% o 98% de algas”, dijo. Luego continuará investigando qué condiciones son más propicias para determinadas algas para determinar cuál podría ser el compuesto económicamente más viable para producir.
Es importante destacar que cualquier tecnología desarrollada será aplicable no solo a las aguas residuales de la Universidad de Washington, sino también a las aguas residuales municipales en casi cualquier parte del mundo.
“Las aguas residuales municipales son similares en todas partes”, dijo. “Las aguas residuales en Europa son lo mismo que las aguas residuales en Los Ángeles. Y quieres desarrollar algo donde la gente en otros lugares pueda decir: ‘Eso puede funcionar aquí'”.
