Biodiesel a partir de microalgas antÆrticas: Estudio ... · El biodiØsel, es en tØrminos simples...
92
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERﾍA DPTO. DE QUﾍMICA Biodiesel a partir de microalgas antárticas: Estudio parámetros de crecimiento de éstas. “Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero Civil en Química”. Profesor Guía: Sr. Pedro Cid Agüero PAMELA ALEJANDRA CARDENAS OJEDA - Marzo 2010-
Transcript of Biodiesel a partir de microalgas antÆrticas: Estudio ... · El biodiØsel, es en tØrminos simples...
UNIVERSIDAD DE MAGALLANESFACULTAD DE INGENIERÍA
DPTO. DE QUÍMICA
Biodiesel a partir de microalgas antárticas:Estudio parámetros de crecimiento de éstas.
“Trabajo de titulación presentado enconformidad a los requisitos paraobtener el título de Ingeniero Civil enQuímica”.
Profesor Guía: Sr. Pedro Cid Agüero
PAMELA ALEJANDRA CARDENAS OJEDA- Marzo 2010-
ii
AGRADECIMIENTOS
En primer lugar agradezco a mi mama, hermanas y familiares, por el apoyo
brindado en todo momento y durante esta etapa, sin ustedes este logro no habría sido
posible.
A Dios, quien fue el guía para seguir adelante en los momentos de flaqueza y
duda, quien siempre ha estado entregándome su apoyo a través de las personas que
están a mi alrededor.
A mis amigos, sin ustedes este logro no seria nada, gracias por todos los
momentos de distracción y por pasar juntos la mayor parte del tiempo, por llegar a ser
mas que unos simples compañeros, por ser ahora parte de mi vida y corazón.
No puedo dejar de agradecer a quienes creyeron en mi, como parte de este
proyecto; don Pedro Cid y don Juan Carlos Moreno; espero no defraudarlos y haber
cumplido con sus expectativas Muchísimas gracias por el tiempo dedicado.
Mis agradecimientos a la dotación de Base Bernardo O’Higgins 2009 del Ejército
de Chile, por su disposición y colaboración durante toda la campaña Antártica.
iii
RESUMEN
Dentro de las problemáticas medio ambientales, la más importante hoy
en día es el calentamiento global; que es consecuencia del efecto invernadero,
causado por las emisiones a la atmósfera, principalmente por las emisiones de
CO2 y otros gases invernaderos. Junto a esta problemática, existe un segundo
problema ocasionado por la crisis económica; que trae como consecuencia el
aumento en el precio de los combustibles y agotamiento del petróleo. Ambos
factores favorecen la busqueda de nuevas y mejores alternativas energéticas.
Así nacen los biocombustibles principalmente usados en Europa, cuya
producción y uso van en aumento.
Este trabajo tiene por objetivo determinar las proyecciones futuras de la
utilización de esta nueva energía, específicamente del biodiesel; y conocer cuál
es la situación actual del uso de este. Un segundo objetivo fue estudiar y
analizar los parámetros importantes que afectan el crecimiento de microalgas
provenientes de la Antártica, con el fin de evaluar la factibilidad de obtener
biodiesel a partir de ellas.
Para el análisis de las microalgas de origen antártico, se estudiaron tres
factores: temperatura, luminosidad y soporte. El procedimiento llevado a cabo,
se basó principalmente en la toma de datos de crecimiento a través de la
medición de pesos, y variando uno de estos parámetros y manteniendo los
otros dos fijos.
Los datos tomados, son llevados a correlaciones de forma de analizar
mejor el comportamiento de las microalgas frente a los cambios físicos, y con
ello se llega a la conclusión, que esta especie tiende a un equilibrio y que este
ambiente, puede ser perturbado de acuerdo al valor de los parámetros a los
cuales sean expuestas. Otra de las conclusiones interesantes de considerar, es
que las condiciones a las que se encuentren no representan un problema para
su desarrollo, solo se ve afectada la cantidad en que lo hacen, por supuesto en
un rango establecido.
iv
ÍNDICE
Pág.CAPÍTULO I
1.1.1 Presentación 11.1.2 Objetivos 3
CAPÍTULO II
2.1 Introducción 52.2 Cómo y por qué nacen los biocombustibles 6
2.2.1 Cambio climático 72.2.2 Causas principales del cambio climático 72.2.3 El efecto invernadero 8
2.3 Definición de biocombustibles 122.3.1 Definición de biodiesel 12
2.4 Necesidad de biocombustibles 122.4.1 Producción de biodiesel en el mundo 152.4.2 Producción de biodiesel en Chile y proyección de
abastecimiento con energías renovables 172.5 Materias primas ideales para la producción de biodiesel 172.6 Comparación de propiedades de diesel y biodiesel 212.7 Ventajas del biodiesel a partir de microalgas 222.8 Costos 222.9 Usos alternativos 232.10 Empleo y seguridad 242.11 Efecto de la utilización de biocombustibles 242.12 Resumen diferencia entre energía convencional y
energía renovable 252.13 Consideraciones para el uso de biocombustibles 262.14 Legislación chilena respecto a biocombustibles 262.15 Biocombustibles a partir de microalgas en Chile 272.16 Situación de estudio en Chile 27
v
CAPÍTULO III
3.1 Introducción 303.2 Razones de utilización de microalgas como
materia prima 313.3 Condiciones de crecimiento de microalgas 32
3.3.1 Impacto de la eficiencia fotosintética en la producciónde biocombustibles a partir de microalgas 33
3.4 Mecanismos de producción de microalgas 333.4.1 Producción fotoautrófica 34
3.4.1.1 Sistema de producción con reactoresAbiertos 343.4.1.2 Sistema de producción con foto-bioreactores cerrados 35
3.5 Importancia de la selección de la cepa 363.6 Producción de biodiesel a partir de microalgas 37
3.6.1 Contenido de lípidos en microalgas 373.6.1.1 Biosíntesis de lípidos en microalgas 38
3.6.2 Captura de dióxido de carbono 383.6.3 Transesterificación en la producción de
Biodiesel 393.6.4 Tecnología de conversión de microalgas a
Biodiesel 403.7 Especie escogida como materia prima 41
3.7.1 Descripción de microalgas antárticas 413.7.2 Reconocimiento de microalgas estudiadas 43
3.8 Cinética de crecimiento 443.8.1 Descripción cinética de Monod 44
CAPÍTULO IV
4.1 Introducción 474.2 Descripción de parámetros medidos en terreno 48
4.2.1 Descripción de toma de muestras de microalgas 494.3 Procedimiento realizado en Laboratorio 49
4.3.1 Materiales 49
vi
4.3.2 Esterilización 494.3.3 Equipos 504.3.4 Reactivos 504.3.5 Medio de cultivo 50
4.4 Propiedades de soporte utilizado 514.5 Procedimiento experimental 514.6 Resultados obtenidos y análisis de resultados 52
4.6.1 Resultados factor: temperatura 524.6.2 Análisis resultados factor temperatura 574.6.3 Resultados factor: luminosidad 604.6.4 Análisis resultados factor luminosidad 624.6.5 Resultados factor: soporte 654.6.6 Análisis resultados factor soporte 68
CAPÍTULO V
5.1 Conclusiones 715.2 Recomendaciones 72
BIBLIOGRAFÍA 73
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Pag.Fig. 2.1a: Temperaturas en diferentes lugares del planeta 8Fig. 2.1b: Nivel medio del mar 8Fig. 2.1c: Cantidad de nieve en el hemisferio norte 8Fig. 2.2: Descripción del efecto invernadero 9Fig. 2.3: Emisiones a la atmósfera 10Fig. 2.4: Emisiones debidas a las diferentes actividades 11Fig. 2.5: Demanda mundial de combustibles 13Fig. 2.6: Proyección estimada de biocombustibles 14Fig. 2.7: Producción de biodiesel 16Fig. 2.8: Aumento de producción de biodiesel 16Fig. 2.9: Producción de emisiones de CO2 por uso de
biocombustibles 25Fig. 3.1: Sistema abierto con agitación 34Fig. 3.2: Foto bioreactor tubular 35Fig. 3.3: Reacción de transesterificación 39Fig. 3.4: Tecnologías de obtención de energías renovables 41Fig. 3.5: Foto microalgas en estudio 42Fig. 4.1: Resultados de crecimiento de microalgas a 4º C 53Fig. 4.2: Resultados de crecimiento de microalgas a 12º C 55Fig. 4.3: Resultados de crecimiento de microalgas a 20º C 56Fig. 4.4: Crecimiento de microalgas a 297 Lux 61Fig. 4.5: Crecimiento de microalgas a 317 ampolletas 62Fig. 4.6: Crecimiento de microalgas con piedras blancas 66Fig. 4.7: Crecimiento de microalgas con arena 67Fig. 4.8: Crecimiento de microalgas con agar agar 68
viii
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.Tabla 2.1: Emisiones debidas a combustibles 10Tabla 2.2: Producción de biodiesel 15Tabla 2.3: Cantidad de aceite producido por especie 18Tabla 2.4: Rendimiento por hectárea por especie 18Tabla 2.5: Viscosidad de los distintos tipos de aceite 19Tabla 2.6: Calor de combustión de los distintos tipos de aceite 19Tabla 2.7: Comparación de rendimiento/ hectárea 20Tabla 2.8: Contenido de aceite por especie de microalga 20Tabla 2.9: Comparación de propiedades entre combustibles de
diferente origen 21Tabla 2.10: Comparación entre tipos de energía 25Tabla 3.1: Cantidad de lípidos de microalgas 34Tabla 3.2: Ventajas y desventajas de sist. de transesterificación 40Tabla 3.3: Contenidos de lípidos de diferentes especies 41Tabla 4.1: Temperatura promedio enero – febrero 48Tabla 4.2: Resultados de crecimiento a 4º C 53Tabla 4.3: Resultados de crecimiento a 12º C 54Tabla 4.4: Resultados de crecimiento a 20º C 56Tabla 4.5: Correlaciones de datos obtenidos a 20º C 57Tabla 4.6: Correlaciones de datos obtenidos a 12º C 58Tabla 4.7: Correlaciones de datos obtenidos a 4º C 58Tabla 4.8: Porcentaje de crecimiento a distintas temperaturas 59Tabla 4.9: Crecimiento de microalgas a 297 Lux 60Tabla 4.10: Crecimiento de microalgas a 317 Lux 61Tabla 4.11: Correlaciones para datos de luminosidad 61Tabla 4.12: Correlación de Monod para datos obtenidos a 297 Lux 53Tabla 4.13: Correlación de Monod para datos obtenidos a 317 Lux 53Tabla 4.14: Porcentajes de crecimiento a diferentes intensidades 54de luzTabla 4.15: Porcentajes de crecimiento a 3 niveles de 64
luminosidad diferentes
ix
Tabla 4.16: Crecimiento de microalgas con piedras blancas 65Tabla 4.17: Crecimiento de microalgas con arena 67Tabla 4.18: Crecimiento de microalgas con agar agar 67Tabla 4.19: Crecimiento máximo de microalgas con piedras
Blancas 68Tabla 4.20: Porcentaje de crecimiento al 10º día 68Tabla 4.21: Comparación de porcentajes de crecimiento 69
ÍNDICE DE ANEXOSPág.
Anexo 1: Propiedades de soportes usados 75
Anexo 2: Memoria de cálculo 76
Anexo 3: Fotos generales 79
Anexo 4: Legislación Chilena sobre biocombustibles 81
CAPÍTULO I
1
1.1 PRESENTACIÓN
El biodiésel, es en términos simples el aceite que se obtiene de aceites
vegetales. Hay otros biocombustibles no convencionales a partir de ricino,
jatropha, jojoba, biomasa forestal, papa y nabo forrajero. Su origen viene desde
la creación del motor diesel, el que su inventor (Rodolf Diesel) hizo funcionar,
con aceite vegetal proveniente de maní. Así, nacieron los combustibles de
primera generación, que pueden definirse como los aceites con origen vegetal.
El incremento en el interés por este tipo de combustible nace por la
evaluación del uso de aceites vegetales debido al cambio climático que ha
quedado en evidencia los últimos años, este fenómeno es debido al efecto
invernadero. Existen dos teorias contrapuestas que tratan de explicar este
fenómeno. La primera de ellas aduce una causa antropogénica, es decir, el
hombre contribuyendo en gran parte, por diferentes factores, como las
emisiones no controladas provenientes de industrias, la utilización de
combustibles de origen fósil, etc. Una segunda, que explica este fenómeno
como consecuencia de la actividad solar. [21]
De esta forma nace la necesidad de encontrar energías renovables y que
no generen emisiones que contribuyan a este fenómeno. Chile no ha quedado
exento de esta problemática, por lo que al igual que en la mayoría de los países
desarrollados, ya comienza a manejarse alternativas para producir combustibles
“limpios”.
En mayo del año 2006 se constituyó una mesa de trabajo para formular
una política pública para los biocombustibles líquidos etanol y biodiésel, y un
marco regulatorio para promover su desarrollo. [8]
Desde el año 2006 se ha estudiado una norma nacional de la calidad que
deben cumplir estos biocombustibles para ser comercializados en Chile. El
Gobierno fomentaría la utilización de estos biocombustibles en los vehículos al
eximirlos del impuesto específico que pagan las gasolinas y el diésel. Este
incentivo no requeriría de cambios legales, sino que sería en el sistema de
2
impuestos internos, el que por vía administrativa calificaría el tratamiento
tributario de estas mezclas.
En el presente trabajo se hace un estudio del biodiesel tanto en lo que
respecta a su evolución (producción y consumo) a nivel nacional y mundial,
como a su origen a partir de otra materia no convencional, hasta hace pocos
años; las microalgas, que como se verá más adelante poseen excelente
propiedades para ser elegidas como materia prima favorita dentro de la
producción de este biocombustible. El motivo principal, es la velocidad con la
que se reproducen y la cantidad de aceite que puede obtenerse de ellas. En el
estudio de esta materia prima se pretende determinar los parámetros físicos
óptimos para el desarrollo de dichas microalgas que tienen un origen antártico.
Los parámetros estudiados son los de temperatura, luminosidad y soporte. Con
el análisis de estos, puede llegar a encontrarse la velocidad de crecimiento y la
cantidad en que se reproducen.
3
1.2 OBJETIVOS GENERALES
Establecer la situación actual, del uso de biodiesel a partir de microalgas,
en Chile y el mundo; como una alternativa al uso de combustibles de
origen fósil.
Determinar el comportamiento de microalgas de origen Antártico,
variando parámetros físicos que influyen en la tasa de crecimiento de
estas.
1.2.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Investigar, a cerca del incremento del uso de biocombustibles,
específicamente del biodiesel proveniente de microalgas, tanto en Chile
como en el resto del mundo.
Se logró determinar las ventajas del uso de biodiesel, obtenidos de
microalgas, originarias de lugares muy fríos.
Obtener información, a partir de búsquedas bibliográficas, a cerca del
comportamiento de microalgas que viven en la Antártica, o en lugares
con características similares a dicha zona.
Llevar a cabo un estudio experimental de la variación en la tasa de
crecimiento, variando los parámetros que resulten fundamentales para la
reproducción y desarrollo de microalgas de origen Antártico.
4
CAPÍTULO IIESTADO DEL ARTE:
USO DE BIOCOMBUSTIBLES EN CHILE Y PRINCIPALES POTENCIASMUNDIALES
(Basado en referencias bibliográficas citadas en bibliografía)
5
2.1 INTRODUCCIÓN
En el capitulo presente, se da a conocer la necesidad de implementar
nuevos combustibles, que produzcan la mínima cantidad de dióxido de carbono.
Aquí se explican claramente los motivos que generan el efecto invernadero, la
cantidad de emisiones producidas y quiénes son los principales responsables
de este problema.
La utilización de combustibles es indispensable, para suplir las
demandas energéticas en el mundo, por lo que es necesario conocer cifras, en
lo que respecta a demanda de estos, y la proyección que indica cómo va en
incremento esta demanda.
Por otra parte, es necesario conocer la producción de biocombustibles
existente en el mundo, para conocer la rentabilidad industrial que podría
alcanzar este nuevo mercado. Por esta razón, es necesario encontrar un
biocombustible, diferente que presenta una excelente calidad para ser utilizado
en cualquier tipo de máquinas y lugares. En este capítulo se dan estas razones
y se detallan materias primas y algunas características, además de
proyecciones tanto de consumo como de producción.
6
2.2 CÓMO Y POR QUÉ NACEN LOS BIOCOMBUSTIBLES
El cambio climático es ya un hecho reconocido por todos. Los gobiernos
de los principales países industrializados han tomado conciencia y se han
comprometido a disminuir las emisiones de gases que contribuyan al efecto
invernadero en los próximos años. Una de las principales causas que produce
el calentamiento global del planeta, acentuando el efecto invernadero son las
emisiones de gases provenientes de combustibles fósiles (carbón, petróleo y
gas natural).
Si se considera, que se está en un constante uso de energía por ejemplo
para calentar las casas y oficinas se usan combustibles fósiles, se iluminan las
ciudades y la comunicación a distancia es posible con electricidad generada a
partir de combustibles fósiles, como es el caso de la energía bioeléctrica; la
construcción de edificios con materiales hechos con combustibles fósiles, se
almacenan los excedentes en contenedores plásticos y embalajes hechos de
combustibles fósiles, y la manufactura de ropa y aparatos domésticos es con la
ayuda de productos petroquímicos. Prácticamente todos los aspectos de la vida
moderna extraen su energía de los combustibles fósiles, derivan materialmente
de ellos, o reciben su influencia de algún otro modo, es sabido que los recursos
fósiles son finitos, su extinción puede ser más próxima de lo que se imagina y al
parecer no existe aun la suficiente conciencia de que esto puede ser así. Los
cálculos más optimistas hablan de un horizonte de entre 28 y 38 años para que
los recursos escaseen y los menos optimistas entre 8 y 18 años.
Existe una gran tendencia internacional hacia la producción de
combustibles más limpios por lo que la biotecnología busca la producción de
combustibles provenientes de materiales renovables, que puedan ser utilizados
como aditivos (en el corto y mediano plazo) de los combustibles provenientes
de fuentes fósiles. La búsqueda de nuevas fuentes de energía ha conducido a
la producción de etanol, biodiesel y metano, a partir de fuentes renovables
como son los desechos agrícolas. Además se investiga la posibilidad de
producir hidrogeno como combustible, utilizando algas verdes. Este esfuerzo no
7
se refiere solamente al aspecto renovable y relativamente limpio de los recursos
agrícolas, sino principalmente a la búsqueda de independencia energética.
El uso de energías alternativas limpias se presenta como la posibilidad
de la democratización de la energía, eso significa del lado de los países pobres,
la oportunidad de mayores accesos a la economía y al bienestar, un mismo
acceso al empleo y a la energía, en general, lo que incluye una mayor
educación, higiene, seguridad personal y expectativa de vida.
2.2.1 CAMBIO CLIMÁTICO
El cambio climático global, es una modificación que le es atribuido directa
o indirectamente a las actividades humanas que alteran la composición global
atmosférica, agregada a la variabilidad climática natural observada en periodos
comparables de tiempo. Aún cuando este fenómeno se deba a un ciclo de la
tierra, lo importante es disminuir las emisiones que genera el hombre sobre el
planeta.
2.2.2 PRINCIPALES CAUSAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO
La energía recibida por la Tierra desde el Sol, debe ser balanceada por la
radiación emitida desde la superficie terrestre. En la ausencia de atmósfera, la
temperatura superficial sería aproximadamente -18° C Esta es conocida como
la temperatura efectiva de radiación terrestre. De hecho la temperatura
superficial terrestre, es de aproximadamente 15° C. En el siguiente gráfico se
muestra el cambio que ha sufrido el planeta, frente a este fenómeno.
8
Figura 2.1: a) Temperaturas en diferentes lugares del planeta; b) Nivel medio
del mar; c) Cantidad de nieve en el hemisferio Norte. Fuente: Spitzer, J. (2009).
From 1st to 2nd Generation Biofuels. En Biocombustibles a partir de algas.
Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta.
2.2.3 EL EFECTO INVERNADERO
La razón de este efecto, es que la atmósfera es casi transparente a la
radiación de onda corta, pero absorbe la mayor parte de la radiación de onda
larga emitida por la superficie terrestre. Varios componentes atmosféricos, tales
como el vapor de agua, el dióxido de carbono, tienen frecuencias moleculares
vibratorias en el rango espectral de la radiación terrestre emitida. Los gases
emitidos absorben y reemiten la radiación de onda larga, devolviéndola a la
superficie terrestre, causando el aumento de temperatura, fenómeno
denominado efecto invernadero.
El vidrio de un invernadero similar a la atmósfera es transparente a la luz
solar y opaca a la radiación terrestre, pero confina el aire a su interior, evitando
9
que se pueda escapar el aire caliente [1]. Por ello, en realidad, el proceso
involucrado es distinto y el nombre es bastante engañador, el interior de un
invernadero se mantiene tibio, pues el vidrio inhibe la pérdida de calor a través
de convección hacia el aire que lo rodea. Por ello, el fenómeno atmosférico se
basa en un proceso distinto al de un invernadero, pero el término se ha
popularizado tanto, que ya no hay forma de establecer un término más exacto.
La siguiente figura muestra una representación de este efecto
invernadero:
Figura 2.2: Descripción efecto invernadero. Fuente: Miller, 1991
Una de las problemáticas de la vida cotidiana, es el abuso en el uso de
los combustibles, en general. La quema de combustibles fósiles y la quema de
bosques, liberan dióxido de carbono. La acumulación de este gas, junto con
otros, atrapa la radiación solar cerca de la superficie terrestre, causando un
calentamiento global. Esto podría en los próximos 45 años [20], aumentar el
nivel del mar lo suficiente como para inundar ciudades costeras en zonas bajas.
También alteraría drásticamente la producción agrícola internacional y los
sistemas de intercambio
Uno de los resultados del efecto invernadero, es mantener una
concentración de vapor de agua en la baja troposfera mucho más alta que la
que sería posible en las bajas temperaturas que existirían si no existiese el
fenómeno. Se especula que en Venus, el volcanismo elevó las temperaturas
hasta el punto que no se pudieron formar los océanos, y el vapor resultante
produjo un Efecto Invernadero, exacerbado más aún por la liberación de dióxido
de carbono en rocas carbonatadas, terminando en temperaturas superficiales
10
de más de 400° C [2], esto último indica que el efecto invernadero, estaría dado
no solo por una causa antropogénica.
A continuación se muestra la concentración en la atmósfera (ppm) de los
cinco gases responsables del 97% del efecto invernadero antropogénico:
Figura 2.3: Emisiones a la atmósfera. Fuente: Lapso 1976-2003
En la siguiente tabla se muestran los valores de las emisiones
entregadas por diferentes tipos de combustibles:
Tabla 2.1: Emisiones debidas a combustiblesEmisiones Acidificacion Part. (grs eq CO2/ Km) (grs eq SO2/Km) Suspendidas
Biodiesel 125 0,51 0,52 0,67 0,041Bioetanol 203 0,18 0,37 0,5 0,046
Biogas 132 0,18 0,39 0,61 0,055Comb. Diesel 196 0,7 0,4 0,48 0,032
Gasolina 242 0,87 0,37 0,43 0,034Gas natural 201 0,86 0,21 0,47 0,036
Ef, energetica Formacion de Ozono
Biocombustible
Tipo
Convencionales
Fuente: Lapso 1976-2003
Las emisiones tienen sus orígenes en las actividades forestales,
agrícolas, industriales, de transporte, etc.
11
Otros 2,8%Suministro deenergia 25,9%
Edificacion 7,9%
Act. Industrial19,4%
Agricultura 13,5%
Transporte 13,1%
Act. Forestal 17,4%
Figura 2.4: Emisiones debido a las diferentes actividades. Fuente: Spitzer, J.
(2009). From 1st to 2nd Generation Befouls. En Biocombustibles a partir de
algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta
En el contexto mundial, Chile no es un emisor relevante. De acuerdo a
estadísticas internacionales (Agencia Internacional de Energía, IEA; World
Resources Institute, WRI), que consideran sólo las emisiones de CO2, así como
aquellas estadísticas que basan sus cálculos a partir de CO2 equivalente,
incluyendo las capturas de carbono asociadas al sector forestal y de cambio de
uso de la tierra, su aporte es aproximadamente el 0,2% del total mundial de
emisiones, habiéndose mantenido estable ese porcentaje en los últimos años.
Por otro lado, Chile aparece en la posición 90 respecto a las emisiones de CO2
per cápita en el mundo para el año 2004, con un valor de 3.9 ton CO2/habitante,
de acuerdo al "Informe sobre desarrollo humano 2007-2008: la lucha contra el
cambio climático", del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo (2007).
Así, las emisiones de gases de efecto invernadero están aumentando de
manera importante en el país, según lo indican los inventarios nacionales
elaborados por CONAMA, con ocasión de la Primera Comunicación Nacional
(1999), y luego en actualizaciones posteriores. [3]
Teniendo en consideración los motivos anteriores, es que aparece la
necesidad del uso los combustibles limpios o biocombustibles.
12
2.3 DEFINICIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
Los biocombustibles líquidos son aceites y alcoholes obtenidos de
biomasa. Es posible la obtención de aceites a partir de más de 300 especies
vegetales, fundamentalmente extraídas a partir de semillas y frutos. El aceite se
obtiene normalmente por compresión y extracción Una operación adicional es la
transesterificación, la que permite obtener ésteres que se pueden emplear en
motores diesel. [4]
2.3.1 DEFINICIÓN DE BIODIESEL
El biodiesel al igual que los biocombustibles en general, es un
combustible renovable derivado de los aceites vegetales. Actualmente es
producido y utilizado en muchos países europeos y ha ido ganando un espacio
en el resto del mundo como energía alternativa debido a sus innumerables
ventajas. Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel de emisiones de CO2 y
de sulfuros, el humo visible y los olores nocivos. Funciona con normalidad en
motores diesel sin modificar y puede ser empleado también mezclado con
diesel convencional consiguiendo así reducciones substanciales en las
emisiones, como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el
almacenamiento son más seguros que en el caso del combustible diesel
convencional.
2.4 NECESIDAD DE COMBUSTIBLES
En el siguiente diagrama se presenta la necesidad actual y la demanda
de los diferentes tipos de combustibles existentes en el mundo:
13
Demanda mundial de combustibles
Otros 2%Carbon 26%
Bioenergia10%
Gas Natural20%
Aceites 36%Nuclear 6%
Figura 2.5: Demanda mundial de combustibles. Fuente: Spitzer, J. (2009). From
1st to 2nd Generation Biofuels. En Biocombustibles a partir de algas.
Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta.
Como puede apreciarse en el diagrama anterior, la cantidad demandada
de biocombustibles en el mundo, aun no alcanza un valor considerable, esto se
debe a dos factores principales; el primero de ellos y tal vez el más importante
es, la poca producción que existe hasta el momento de estos combustibles
“limpios”, producción que no alcanza a abastecer las necesidades del mercado
mundial; el segundo motivo es la poca conciencia que se ha formado hasta hoy
con respecto al cambio climático.
Se espera que la utilización de estos nuevos combustibles vaya en
aumento, a medida que se desarrollen mejores tecnologías para su producción.
El siguiente grafico muestra una proyección de consumo en los próximos 20
años.
14
Figura 2.6: Proyección de consumo estimado de biocombustible en 20 años.
Fuente: Fuente: Spitzer, J. (2009). From 1st to 2nd Generation Biofuels. En
Biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de
Antofagasta.
15
2.4.1 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO
En Europa se lleva alrededor de 20 años de experiencia. Alemania es
una de las naciones más avanzadas en esta materia a partir de raps o canola.
Es el principal productor mundial de biodiésel (63%) con 1.920 millones de litros
al año. Le siguen Francia con 557 millones y Estados Unidos con 290 millones
de litros. [5]
En la tabla 2.2 se muestra la producción de los años 2004 y 2005 de
biodiesel en diferentes potencias mundiales:
Tabla 2.2: Producción de biodiesel
2005 2004Alemania 1.669.000 1.035.000Francia 492.000 348.000
Italia 396.000 320.000Rep. Checa 133.000 60.000
Polonia 100.000 57.000Austria 85.000 -
Eslovaquia 78.000 15.000España 73.000 13.000
Dinamarca 71.000 70.000Inglaterra 51.000 9.000
Otros 36.000 6.400TOTAL 3.184.000 1.933.400
ProduccionPais
Fuente: http://www.webpicking.com/notas/biocombustibles
16
En la figura 2.7 se muestra la producción antes detallada.
España 2,3%
Dinamarca 2,2%
Inglaterra 1,6%
Otros 1,1%Austria 2,7%
Eslovaquia 2,4%
Polonia 3,2%
Rep Checa 4,2%
Italia 12,4%
Francia 15,5%
Alemania 52%
Figura 2.7: Producción de biodiesel. Fuente:
http://www.bcn.cl/carpeta_temas/temas_portada.2007-01-26.2084740943
La producción de biodiesel ha ido aumentando durante los últimos años
de acuerdo a la grafica que aparece a continuación:
0500
1000150020002500300035004000
1990 1995 2000 2005 2010
Figura 2.8: Aumento de producción de biodiesel en millones de litros, hasta el
año 2010. Fuente:
http://media.photobucket.com/image/aumento%20en%20el%20uso%20de%20b
iocombustibles/withdmore/indice_precios_GRANOS.jpg
17
2.4.2 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN CHILE Y PROYECCIÓN DEABASTECIMIENTO CON ENERGIAS RENOVABLES
Chile hoy en día no produce biodiesel, pero cuenta con una buena parte
de su territorio dedicado a la agricultura, por lo que esta sería una actividad
comercial, que beneficiaria la economía del país. En otras palabras una ventaja
para el país es la geografía que presenta. Si se toma como referencia que una
hectárea de raps podría generar 900 litros y se requeriría del orden de 60 mil
hectáreas. En el corto plazo es una alternativa productiva absolutamente viable
para el centro-sur, especialmente la VI y VII Regiones.
Por otra parte, la demanda energética de Chile (referida a energía
eléctrica) va en aumento, el año 2007 esta demanda alcanzó los 40.000 GW/ h,
se estima que el año 2025 alcanzará unos 100.000-110.000 GW/ h. Haciendo
una proyección de la producción de energía renovable se estima que este tipo
de energía entregaría 40.000 GW/ h y una potencia de 7.100 MW. [6]
2.5 MATERIAS PRIMAS IDEALES PARA LA PRODUCCIÓN DEBIODIESEL
Las principales materias primas utilizadas en la elaboración de biodiesel
hoy en día, son especies como: girasol, raps, soya, palma y maíz. Cada especie
presenta características y propiedades específicas, que permiten la obtención
de un mejor aceite y de esta forma una mayor calidad del biodiesel elaborado.
Por otra parte es necesario considerar que cada especie proporciona una cierta
cantidad de biomasa, que no es equivalente al aceite útil para la elaboración del
biocombustible, por esto es sumamente importante realizar un estudio de cada
tipo, de manera de optimizar el crecimiento de microalgas y producción de
aceites.
Para tener una idea acerca de las cantidades de aceites obtenidos a
partir de cierto número de biomasa, se presenta la tabla:
18
Tabla 2.3: Cantidades de aceite producida por especieCantidad de biomasa Aceite
Ton/h año Ton/h añoMaiz 3,2 0,8-1,2
Girasol 1,5-1,9 0,85-0,9Palma 20-25 4,4-5
Jatropa 5-15 1,6-3,5
Especie
Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de microalgas. En
conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad
de Antofagasta.
Como puede apreciarse en la tabla anterior, la cantidad de aceite
obtenido es la mitad de la biomasa trabajada. Por lo que se hace necesario,
conocer y desarrollar una especie que tenga mayores ventajas con respecto a
estas, ya conocidas.
De forma más detallada a continuación se presenta la cantidad de aceite
(volumen) obtenido por hectárea cultivada, de acuerdo con la especie que se
está trabajando:
Tabla 2.4: Rendimiento por hectárea, por especie
RendimientoLtrs/ha
Maiz 172Soya 446
Canola 1.190Jatropa 1.892Coco 9.689Palma 5.950
Especie
Fuente: Christi, Y. Biodiesel from microalgae. (2009) En conferencia
biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de
Antofagasta
Como se ve en la tabla 2.4, el mayor rendimiento lo alcanza el aceite de
coco, pero no es el más usado debido a que las condiciones de cuidado que
presenta son complejas, como se trata de una planta tropical no puede
desarrollarse en cualquier lugar, necesita condiciones de humedad, luz, suelos
arenosos, etc.
19
En las tablas 2.5 y 2.6.se muestra las propiedades de viscosidad y calor
de combustión, obtenidos de los aceites que tienen origen vegetal:
Tabla 2.5: Viscosidad de los distintos tipos de aceites
Clase de aceite Viscocidad (cP a 40º C)Aceite de Palma 38Aceite de canola 33Aceite de maiz 31Aceite de soya 26
Diesel 2,6Aceite de microalgas 36,6
Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de microalgas. En
conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad
de Antofagasta
Tabla 2.6: Calor de combustión de los distintos tipos de aceites
Clase de aceite Calor de combustion (Kj/g)Aceite de Palma 38,3Aceite de canola 38,52Aceite de Oliva 38,76Aceite de soya 38,37
Diesel 43,6Aceite de microalgas 38,72
Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de
microalgas. En conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta,
Chile: Universidad de Antofagasta
Sin embargo existe una nueva materia prima, no convencional, que
puede reemplazar a estas especies, dada su rendimiento y velocidad de
crecimiento. Esta materia prima es o son microalgas y algas en general.
A continuaron se muestra la cantidad de aceite obtenido a partir de
diferentes especies, con el objetivo de comparar la cantidad que se obtiene con
microalgas:
20
Tabla 2.7: Comparación de rendimiento por hectáreaEspecie kg de aceite / Ha
Maiz 145Algodón 273
Soja 375Avellana 405
Arroz 696Girasol 655Colza 1.000Oliva 1.019Coco 2.260Palma 5.000
Microalgas 30.000
Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia
biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de
Antofagasta
Hoy en día se esta investigando mucho mas a fondo esta materia prima,
buscándose los mejores parámetros de crecimiento De estos dependerá la
calidad del aceite obtenido.
A continuación se presenta el porcentaje de aceite obtenido para
diferentes tipos de microalgas estudiadas.
Tabla 2.8: Contenido de aceite por especie de microalgaEspecie de Contenido de aceiteMicroalga % (peso - seco)
Botryococcus Braunil 25-75Chlorella 28-32
Crypthecodinium cohnli 20Cylindrotheca 16-37
Dunaliella primolecta 23Isocrhysis 25-33
Monallanthus salina >20Nannochloris 20-35
Nannochloropsis 31-68Neochloris oleoabundans 35-54
Nitzschia 45-47Phaeodactylum tricornutum 20-30
Schizochytrium 50-77Tretraselmis suecica 15-23
21
Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia
biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de
Antofagasta
Como puede verse en la tabla anterior, los porcentajes de aceite para
cada una de las especies estudiadas, son bastante altos, algunos los más bajos
alcanzan al 15%, sin embargo las de mejor rendimiento pueden alcanzar hasta
el 77%. Es importante tener presente que la mayoría de estas especies se
desarrollan en lugares, cuyas temperaturas son relativamente altas, en el caso
de Chile un lugar ideal para la producción de especies de este tipo es el norte
del país, debido a las características climáticas del lugar. Esta es una razón por
la cual los biocombustibles presentan una desventaja; su punto de
solidificación, como el origen de las microalgas se da a condiciones de
temperaturas elevadas, el biocombustible producido también presenta un alto
punto de congelamiento, lo que no permite su uso de forma adecuado en zonas
frías.
2.6 COMPARACIÓN DE PROPIEDADES DE DIESEL Y BIODIESEL
Las propiedades del combustible variara de acuerdo a su origen, es por
eso que se presenta a continuación un paralelo entre ambos productos, en lo
que respecta a sus propiedades químicas:
Tabla 2.9: Comparación de propiedades entre combustibles de diferente origen
Biocombustible Combustiblea partir de microalgas diesel
Densidad (kg/ltrs) 0,864 0,838Viscosidad (Pa/s) 5,2*10^-4 1,9-4,1*10^-4Flash point (º C) 115 75
Punto de solidificacion -12 -50-10Valor acido (mg KOH / Grs) 0,374 0,5
Valor de calor (Mj/kg) 41 40-45Razon (H/C) 1,18 1,81
Porpiedad
Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia
biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de
Antofagasta
22
Esto ayuda a entender mejor porque esta materia prima es altamente
competitiva dentro del mercado de los biocombustibles, a continuación se
enumeran algunas de estas ventajas.
2.7 VENTAJAS DEL BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS
No compiten ni en agua, ni en suelo
Se cultivan en regiones áridas
Tasa muy superior de crecimiento
Alta producción de aceites
Buena calidad de aceite
Su principal nutriente es el CO2
Alta eficiencia fotosintética
Cultivo independiente de la calidad de la tierra
Todas estas ventajas demuestran, que al conseguir un buen desarrollo
de microalgas, la industria del biodiesel a partir de esta materia prima, sería
muy rentable, desde el punto de vista económico, sin considerar el efecto que
puede llegar a presentar en el cambio climático.
2.8 COSTOS
Claramente el costo del biodiesel dependerá de la elección de la materia
prima, diversos estudios económicos han llegado a demostrar que su precio es
muy similar al del diesel comercial. Para ello se ha eximido a este tipo de
combustible del pago de impuesto directo de carburantes, que estipula cada
país. Considerar que a medida que su empleo se generalice, el precio de
adquisición se irá estabilizando en cotas más que razonables. En Estados
Unidos se ha estimado su precio entre 0.45 y 0.66 dólares/litro. [4]
23
En lo que se refiere a costo de producción de los biocombustibles, este
es aproximadamente el doble del costo de la gasolina y el diesel, pero sería
posible abaratar el costo de producción cultivando grandes extensiones y
procesando las materias primas en empresas especializadas.
En Chile, según estimaciones, el precio a distribuidor del biodiesel sería
cercano a los $375 el litro. Pero, con los actuales impuestos y costos de materia
prima, el precio del biodiesel sería similar al del diesel con precios del petróleo
en torno a los US$ 72 por barril. Lo que no lo haría competitivo si el petróleo
baja.
2.9 USOS ALTERNATIVOS
También cabe destacar, que la producción de estos combustibles puede
originar nuevos productos y un crecimiento potencial de negocios, lo que
también genera un ingreso extra al negocio.
A) Subproductos Originados de la producción de biodiesel
Expeller / Pellet, que sirve para alimentos Balanceados.
Glicerol, con estos se obtiene la glicerina de alta pureza, que se utiliza en
farmacopea y cosmética.
B) Beneficios atribuibles a otras industrias
Agrícola: Siembra y recogida del grano.
Industrias aceiteras: Producción de aceite.
Industria química: Transesterificación.
Compañías Petroleras: Mezcla con Petróleo y distribución del nuevo
combustible.
La biomasa en general, susceptible de ser transformada en otros tipos de
energía mediante procesos de gasificación, biodigestión o procesos Fischer
Tropsch. También es de sobra conocido el uso de algas para la fabricación de
24
medicamentos, sumado a la importancia que posee en el sector farmacéutico.
Por todo esto, desarrollar el concepto de biorefineria, donde se contemplen
todas las posibilidades comerciales en función del tipo de alga utilizada, será
crucial para el crecimiento del sector industrial.
El concepto de biorefinería integra los procesos de conversión de
biomasa y el equipamiento necesario para la producción de biocombustibles,
energía y productos químicos. El término es análogo al usado en las refinerías
de petróleo, en el que se producen una amplia variedad de combustibles y
productos derivados.
2.10 EMPLEO Y SEGURIDAD
En general no se necesitan modificaciones en los motores, ni en el
sistema de encendido, ni en los inyectores de combustible de un motor diesel
estándar. Tan sólo se necesita el cambio de algunos materiales de
revestimiento de piezas que estén en contacto directo con el combustible. El
rendimiento, desgaste y consumo del motor es similar al que provoca el diesel
comercial.
En cuanto a seguridad, este compuesto ofrece mejorías substanciales
respecto a sus competidores. Así tenemos elevado punto de fusión- dilatación,
no produce vapores explosivos. La tensión de vapor es menor a 5mm. Hg., lo
que permite una manipulación y almacenaje en condiciones más seguras por la
total ausencia de vapores. Tiene baja toxicidad en mamíferos en caso de
ingestión y es biodegradable.
2.11 EFECTOS EN LA UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES
Los efectos que tendría la utilización de este tipo de combustible, en lo
que se refiere a disminución de emisiones de CO2 son sumamente importantes
para el cuidado del medio ambiente y la no contribución al efecto invernadero.
25
En el siguiente diagrama se puede apreciar la reducción de emisiones de CO2
en las diferentes áreas, que emplean combustibles (estudiada a largo plazo).
Figura 2.9: Reducción de emisiones de CO2 por uso de biocombustibles.
Fuente: Ventura, P. (2009) European Commission research activities in the area
of biofuels and biobased materials. En conferencia biocombustibles a partir de
algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta.
2.12 RESUMEN DE DIFERENCIAS ENTRE ENERGIA CONVENCIONAL YENERGIA RENOVABLE
Tabla 2.10: Comparación entre tipos de energíaEnergia renovable Energia convencional
Las emisiones de dioxido de carbono Producen considerables emisiones de dioxidoal sumarse, tienden a cero, es decir, de carbonoson minimas.No generan residuos dificiles de Generan residuos que suponentratar durante largos periodos una
amenaza al medio ambienteSon inagotables Son agotablesSon autoctonas Existen en un numero
limitado de paisesEvitan la dependencia exterior Aumentan las importaciones
energeticasCrean muchos mas puestos de Crean muy pocos puestos detrabajo trabajoContribuyen al equilibrio interterritorial Se situan cerca de zonas muyporque suelen instalarse en zonas desarrolladasruralesPermiten a Chile desarrollar propias Utilizan en su gran mayoriatecnologias tecnologias importadas
0
10
20
30
40
50
60
70
1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050
Ann
ual C
O 2 E
miss
ions
(Gt)
>75%reductionfrom BAUrequired tomeet target
Targetproposed forG8 agreement(50% oftoday's level)
>110%emissionincrease underBAU
26
2.13 CONSIDERACIONES PARA EL USO DE BIOCOMBUSTIBLES
Este tipo de combustibles, presenta excelentes ventajas en cuanto a su
utilización, pero no debe descuidarse el siguiente aspecto: Aun cuando reduce
el desgaste del motor diesel, aumentando su vida útil, conviene revisar con
frecuencia los filtros de combustibles y cambiarlos cuando sea necesario. En
algunos casos y con el tiempo el uso del Petróleo deja un depósito en las
mangueras de alimentación, tanques y retornos, y el uso del biodiesel puede
disolver este sedimento, debiéndose cambiar más frecuentemente el filtro de
combustible (por usar Biodiesel), hasta que el sistema entero se haya limpiado
completamente de los depósitos causados por el Petróleo.
Otra de las importantes consideraciones, que debe tenerse presente, es
que la utilización del suelo para cultivo de vegetales, y posterior
comercialización para la producción de estos combustibles, afecta directamente
a la industria agrícola, dado que, los terrenos que antes eran usados para
producir cantidades de vegetales, con fines alimenticios, ahora serian usados
con fines industriales. Esto siempre y cuando el terreno usado para este fin, sea
en las regiones en donde hay actividad agrícola.
2.14 LEGISLACIÓN CHILENA CON RESPECTO A BIOCOMBUSTIBLES
Chile, que importa una gran cantidad de combustibles que consume,
depende de los envíos argentinos de gas natural, y para dejar atrás esa
situación está impulsando proyectos energéticos y promoviendo el uso de
energías alternativas. Los biocombustibles, como el etanol y el biodiésel, se
producen a partir de materias primas agrícolas o forestales y pueden ser
destinados a mezclas con gasolina y petróleo diésel, respectivamente.
“Ya sea a través del etanol generado a partir del trigo, maíz o remolacha,
o bien biodiésel producido a partir del raps (colza); estamos en condiciones de
aportar el 5% del consumo total de energía de nuestro país”. [8]
27
El 2007 el gobierno envió al Congreso un proyecto de ley con el marco
regulatorio para biocombustibles. En el anexo 4 se enumeran las leyes
relacionadas con este tema y que se encuentran vigentes hoy en Chile.
2.15 BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE MICROALGAS EN CHILE
Una de las mayores fuentes de biomasa en la Tierra son las algas, que
se componen de organismos acuáticos que capturan luz solar y el dióxido de
carbono para hacer la fotosíntesis y así producir su energía, además producen
aceites vegetales que eventualmente se pueden transformar en biodiesel. Entre
los beneficios de la producción de biodiesel a partir de algas o microalgas,
destaca el hecho que el rendimiento en producción de este biocombustible es
unas 300 veces superior al que se alcanza con soja y unas 25 veces al que se
consigue con palma. Además las algas tienen un periodo de crecimiento record
de solo unos pocos días lo que contrasta con los tiempos de crecimiento mucho
más largos de las plantas oleaginosas, usadas comúnmente para la producción
de biocombustible.
Chile tiene ventajas comparativas para la producción de biocombustibles
a partir de algas. En la zona norte, se presentan extensas tierras disponibles,
hoy sin valor productivo y gran cantidad de radiación solar necesaria para el
crecimiento de algas. Con estas condiciones el cultivo de algas no compite con
cultivos tradicionales y, por lo tanto, no produce efectos en la producción de
alimentos. Hoy en día se estudian sectores dentro del país para el desarrollo de
esta área, pero aun no existe producción de biocombustibles a partir de
microalgas, con fines comerciales.
2.16 SITUACION DE ESTUDIO EN CHILE
Algunos proyectos desarrollados hoy en día, son los siguientes:
28
Proyecto piloto de la universidad de Tarapacá, que tiene por objetivo,
producir biocombustibles a partir de jatropha. Este proyecto de inicio el
año 2007.
ENAP se encuentra investigando la factibilidad de producir en el país,
combustibles de segunda generación, a través de dos entidades en las
que participa como socio: For Energy y Biocomsa. Este proyecto de inicio
el año 2009 y tiene como plazo, 5 años de estudio.
La empresa de generación eléctrica AES Gener S.A. (Gener) informó
que en conjunto con la empresa Clean Energy S.A. y con la asesoría de
la Unidad de Asistencia Técnica de la Escuela de Ingeniería Bioquímica
de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de
Valparaíso, desarrollarán un proyecto de investigación aplicada cuyo
objetivo es lograr una tecnología económicamente sustentable a partir de
la captura de CO2 y NOx para la producción de biocombustibles
mediante el cultivo de microalgas. Este proyecto se impulsa el año 2009.
La Corporación de Fomento a la Producción de Chile (Corfo) entrego
fondos a tres consorcios para desarrollar proyectos de biocombustibles
de segunda generación con algas marinas. Se trata de las empresas
Desert Bioenergy, Alga Fuels y Bal Biofuels, las cuales a partir de este
año desarrollarán, con apoyo de universidades, proyectos en
biocombustibles que implican una inversión de 31,6 millones de dólares
29
CAPITULO III: ASPECTOS TEÓRICOSMICROALGAS; FUENTE DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
30
3.1 INTRODUCCIÓN
En este capitulo, se presentan, las ventajas de la utilización de microalga
como materia prima, y en especial el motivo por el cual se está estudiando
diversas especies de microalgas para la obtención de biocombustibles. Cabe
destacar, que el uso de microalgas como materia prima, para energías
renovables, es un tema que parte en 1970, como consecuencia de la crisis de
petroleo, en ese entonces.
Las microalgas, pueden generar diferentes tipos de lipidos, esto depende
exclusivamente de los ácidos grasos que produzcan. Por lo tanto es importante
analizar los tipos y cantidades de ácidos grasos que pueda generar cada
especie y conocer como sintetizan los triglicéridos. Es por ellos que se explica a
grandes rasgos la producción y síntesis de estos.
Existen diferentes tecnologías para la obtención de aceites provenientes
de esta materia prima, de esto también dependerá el tipo de biocombustible que
pueda producirse, por lo que se presentan estos mecanismos; haciendo un
estudio mas amplio de la tecnología relacionada con biodiesel, que es la que
interesa en este trabajo. Explicándose el proceso de transesterificación a partir
de los ácidos grasos obtenidos desde la materia prima en cuestión.
31
3.2 RAZONES DE UTILIZACIÓN DE MICROALGAS COMO MATERIAPRIMA
En general se puede afirmar que la producción de biomasa a partir de
microalgas es más cara que la obtenida mediante el cultivo de especies
tradicionales terrestres. La explotación de cultivos terrestres posee un rango de
producción que ha sido mejorado durante miles de años mediante su uso
alimenticio.
Las ventajas del uso de derivados de microalgas para la producción de
biodiesel son las siguientes:
Las microalgas son capaces de reproducirse durante todo el año, por lo
tanto, es posible obtener producciones durante todo este periodo.
Necesitan medios acuosos para su desarrollo, pero las cantidades que
necesitan son menores que las que se usarían para un cultivo terrestre.
Las microalgas tienen un rápido potencial de cultivo y muchas especies
tienen entre 25 – 50% de contenido de aceites, en peso seco.
En lo que respecta a la calidad del aire, las microalgas pueden capturar
CO2 (1 kg de biomasa de microalgas secas utiliza alrededor de 1.83 Kg
de CO2)
Los nutrientes para el cultivo de microalgas, pueden ser obtenido de
aguas residuales o aguas pre tratadas, provenientes de industrias agro –
alimenticias.
Estos cultivos no requieren de pesticidas, ni herbicidas.
A partir de ellas, pueden obtenerse co – productos, tales como proteínas,
y biomasa residual, después de la extracción de los aceites, los que
pueden usarse como fertilizantes o alimentos.
Las condiciones de cultivo pueden ser modeladas y variadas, para
obtener mejores producciones de aceites.
Las microalgas en una producción fotobiológica, pueden obtener bio-
hidrógeno.
32
La combinación de biocombustibles, la fijación de CO2, la producción de
bio – hidrógeno y el bio tratamiento de aguas residuales, demuestran el
potencial de las microalgas.
3.3 CONDICIONES DE CRECIMIENTO DE MICROALGAS
Las microalgas son un grupo heterogéneo de microorganimos
unicelulares que poseen una variada gama de pigmentos fotosinteticos y que
habitan todos los ambientes acuáticos del planeta donde exista luz disponible.
Las microalgas son organismos autotróficos, por lo que para construir su
biomasa solo requieren una fuente de carbono inorgánico como el CO2 y
algunos nutrientes esenciales como nitrato, fosfato y en algunos casos silicato,
luz.
La producción comercial, de microalgas, tiene una gran ventaja, puesto
que utiliza un recurso natural como lo es el de la luz solar. Aun que, dicha
ventaja se ve afectada por los ciclos del día y la noche, y en las zonas
templadas y frias del planeta por la escasa disponibilidad de luz durante la
estacion invernal. En general, para la producción de algas el factor luminosidad,
representa una limitación. Por tanto, la luz artificial, permite una producción
continua. Para la elección de la luz artificial correcta, debe considerarse la
absorción espectral, de cada alga, esto dependerá del tipo de pigmente
fotosintético que posea cada una.
Para el cultivo de microalgas, se puede utilizar CO2 de tres orígenes
diferentes: CO2 proveniente de la atmósfera, CO2 por descarga de gases
provenientes de industrias, CO2 desde carbonatos solubles. Bajo condiciones
de cultivos naturales, las microalgas asimilan CO2 desde soluciones, muchas
microalgas pueden tolerar y utilizar altos niveles de dióxido de carbono,
generalmente alrededor de 150.000 ppmv.
Los medios de cultivo, incluyen otros nutrientes como nitrógeno, fósforo y
sílice.; incluso algunas especies pueden captar nitrógeno del aire en forma de
NO2, también existen especies que requieren este, en forma soluble. El fósforo
33
también juega un rol importante en los cultivos, pero debe cuidarse que las
cantidades no sean excesivas, es mas estas deben ser pequeñas durante los
ciclos de cultivo, por lo tanto puede administrarse como fosfato, en presencia de
iones metálicos. La sílice ayuda a la productividad de los cultivos de cientos de
grupos de algas.
3.3.1 IMPACTO DE LA EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA EN LA PRODUCCIÓNDE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE MICROALGAS
La eficiencia fotosintética es la fracción de energía luminosa que es fijada
como energía química durante cultivos fotoautróficos. Solamente es capturada
una parte de la energía luminosa, que llega a los cultivos (42.3%), ésta
corresponde a la longitud de onda, entre 400 y 700 nm. La energía captada es
usada en el ciclo de Calvin, junto a moléculas de agua y dióxido de carbono,
según la siguiente reacción:
22612622 66126 HOOHCFOTONESOHCO (3a)
Un máximo de 8 fotones de luz son necesarios para obtener un mol de
carbohidrato (CH2O) una molécula de oxígeno y una de hidrógeno. Estos 8
fotones poseen una energía de 218 Kj por mol.
3.4 MECANISMOS DE PRODUCCIÓN DE ALGAS
Existen tres tipos de mecanismos para la producción de algas en
general, estos son: Producción foto autotrófica, producción heterotrófica y
producción mesotrófica. A continuación se describe en forma general el primero
de estos, dado que la inmensa mayoria de las algas son exclusivamente
autotroficas esta es la razon por el cual se utiliza luz en su cultivo.
34
3.4.1 PRODUCCIÓN FOTOAUTOTRÓFICA
Es el método más usado, debido a que entrega, mejores resultados
técnicos y es viable económicamente. Aquí se contemplan dos tipos que son los
reactores cerrados y abiertos.
3.4.1.1 SISTEMA DE PRODUCCIÓN CON REACTORES ABIERTOS
Este tipo es utilizado desde 1950, consisten en un loop ovalado cerrado
con canales de recirculación. Generalmente de 0.2 a 0.5 m de profundidad, con
sistemas de recirculación y mezclado para optimizar la producción de cultivos
de algas. Son construidos de concreto. Los nutrientes son ingresados por medio
de un sistema continuo de paletas, que previene la sedimentación. Los
requerimientos de dióxido de carbono, son satisfechos por medio del contacto
de la superficie con el aire. De ser necesarias mayores cantidades de éste, se
pueden agregar inyectores al sistema.
Figura 3.1: Sistema abierto con agitación. Fuente: Brantes, L. (2009) Microalgas
para biocombustibles. En conferencia biocombustibles a partir de algas.
Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta
35
3.4.1.2 SISTEMA DE FOTOBIOREACTORES CERRADOS
Este sistema incluye varios tipos de reactores como: tubulares, de placa
plana y columnas de fotobioreactores. Son adecuados para cepas sensibles, ya
que es posible controlar la contaminación que pudiera existir en ellas. Este tipo
de sistema es mucho más costoso que el sistema de reactor abierto. Los de tipo
tubular consisten en una matriz recta de tubos plásticos o de vidrio pueden ser
dispuestos en forma horizontal, vertical o inclinada. Algunos cultivos pueden ser
recirculados con algún sistema de bomba, la llegada de CO2 y O2, es a través
de aireación al medio. La agitación y mezcla es muy importante para el
intercambio de gas en los tubos. Los de placa plana son hechos de materiales
transparentes para captar la mayor cantidad de energía solar. Una capa fina del
cultivo pasa a través de la placa plana, la que permite la absorción de radiación
a pocos milímetros. Los fotobioreactores tubulares, presentan limitaciones dado
al largo que deben poseer los tubos, lo que limita la cantidad de oxígeno o
puede influir en la acumulación de dióxido de carbono.
36
Figura 3.2: Fotobioreactor tubular. Fuente: Gómez, P. (2009) Estudios sobre el
potencial biotecnológico de microalgas nativas: En conferencia
biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de
Antofagasta.
Las ventajas que presenta este tipo de sistema por sobre los reactores
abiertos son: una mayor producción de algas en general, dado que existe un
mayor control en el cultivo. Los sistemas abiertos presentan fluctuaciones de
temperaturas, evaporaciones, deficiencia en las cantidades de CO2 y
limitaciones de luminosidad.
3.5 IMPORTANCIA EN LA SELECCIÓN DE LA CEPA
Cuando se elige una cepa, con el objetivo de obtener un biocombustible a
partir de ella, es importante tener presentes los siguientes aspectos:
Tener alta productividad de lípidos
Tener la capacidad de sobrevivencia en condiciones de estrés en
fotobioreactores
Tener la capacidad de competir con otro tipo de microorganismos, que
pudieran presentarse en sistemas abiertos.
Ser capaz de capturar altos niveles de CO2
Tener requerimientos limitados de nutrientes
Ser tolerante ante cambios eventuales de temperaturas, nutrientes, luz.
Proporcionar valiosos co – productos
Presentar rápidos ciclos de productividad
Hasta el momento no se han encontrado, microalgas que presenten todas
estas características en conjunto.
37
3.6 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS
Antes se presentaron, los diferentes métodos para obtener diferentes
biocombustibles a partir de microalgas, en ésta parte se analizará la producción
de biodiesel más específicamente. Las microalgas, presentan altos potenciales
para la producción de biodiesel frente a los aceites obtenidos, desde otros
orígenes, como por ejemplo, las extensiones territoriales necesarias para su
cultivo, estas no son grandes cantidades como sería una plantación de otros
vegetales. Además, de presentar la gran ventaja, de cultivarse rápidamente.
3.6.1 CONTENIDOS DE LÍPIDOS EN MICROALGAS
La selección de un tipo de cepa, considera un punto muy importante, que
es la habilidad de las microalgas, para desarrollarse con condiciones
especificas medioambientales y moderadas de nutrientes. Además, del tipo y
cantidad de ácidos grasos que posea cada especie los que le darán la
característica al biodiesel obtenido. Las cadenas de ácidos grasos saturados o
insaturados, dependerán de la especie.
A continuación se muestra una tabla con contenidos de lípidos de
algunas especies:
Tabla 3.1: Contenido de lípidos de microalgas.
ESPECIE Contenido de lípidos (%)Chlorella 10-48Dunaliella 17,5-67Isocrysis 7,1-33
Nonnachloris 20-56Scesedesmus 19,6-21,1
Spirilina platensis 4-16,6Tetraselmis 12,6-14,7
Fuente: Mata, T. (2009) Microalgae for biodiesel production and other
applications: Renewable and Sustainable Energy Reviw, 14, 217 - 232.
38
3.6.1.1 BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS EN MICROALGAS
Los tipos de lípidos presentes en microalgas, pueden ser divididos en
dos grupos; lípidos neutros y lípidos polares. Los triglicéridos son ácidos
neutros, y son los principales en la producción de biodiesel. La síntesis de
triglicéridos, presenta tres pasos: la formación de la co – enzima acetyl A (acetyl
– coA), la elongación y desaturación de cadenas de carbono en ácidos grasos,
y la biosíntesis de triglicéridos en microalgas. La primera de estas etapas,
consiste en la formación de acetyl - coA como una reacción fotosintética
incluyendo la reacción luminosa En lo que respecta a la elongación de cadenas
de ácidos grasos, ésta depende principalmente de la enzima formada
anteriormente (acetyl – coA) y los ácidos grasos sintetizados. La desaturación
de cadenas de carbonos de ácidos grasos ocurre desde el C18, y además toma
lugar la elongación de cadenas de carbono, produciendo largas cadenas de
ácidos grasos, los que son poco usuales en plantas comunes. La última etapa
comprende la formación de triglicéridos, en donde se almacena parte de la
energía, cabe destacar, que la formación de éstos, es gracias a enzimas
propias y resultantes del proceso de glicólisis.
3.6.2 CAPTURA DE CO2
Las microalgas, pueden capturar dióxido de carbono, de diferentes
orígenes: CO2 atmosférico, emisiones de CO2 provenientes de plantas
industriales, y CO2 proveniente de carbonatos solubles. El primero de estos
orígenes es el más simple, depende de la transferencia de masa entre el aire y
las microalgas durante la fotosíntesis. En este caso la concentración presente
en el aire es bastante baja, en comparación a las emisiones provenientes de las
industrias. Por otra parte, existen microalgas capaces de asimilar CO2 presente
en carbonatos solubles. Este dióxido de carbono es convertido por las
microalgas en energía química, con ayuda de la luz, en sustancias como
polisacáridos, proteínas, lípidos e hidrocarbonos.
39
3.6.3 TRANSESTERIFICACION EN LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Las viscosidades de aceites vegetales y aceites de microalgas, son
bastantes altas, lo que impide que estos puedan ser usados directamente en
motores. El objetivo de la transesterificación es justamente ese, reducir esta
viscosidad, incrementando la fluidez. Para este proceso los compuestos
principales son los alcoholes, como: metanol, etanol, propanol, butanol, etc, el
mas usado es el metanol, debido a su bajo costo y propiedades físicas. La
utilización de estos alcoholes, permite la conversión de largas cadenas de
ácidos grasos a ésteres, pero la reacción de triglicéridos a metil – éster es muy
lenta, por lo que se hace necesaria la utilización de un catalizador.
Existen los catalizadores del tipo alcalino y del tipo ácido. Los alcalinos
tienen altos grados de conversión. Pero, los ácidos grasos podrían reaccionar
con éste, formando emulsiones. .Por lo que comúnmente se usan catalizadores
ácidos como por ejemplo el ácido sulfúrico.
La reacción de transesterificación es la siguiente:
Figura 3.3: Reacción de transesterificación
Se ha propuesto la obtención de biodiesel por transesterificación ácida
en razón de 56:1 M de metanol a aceite de microalgas, a 30º C de temperatura.
En la siguiente tabla se presentan algunas técnicas de
transesterificación, con algunas ventajas y desventajas:
40
Tabla 3.2: Ventajas y desventajas de sistemas de
transesterificaciónTécnica Ventajas Desventajas
La reaccion puede ser Alta temperaturabien controlada de reaccion y proceso
complejoEl costo de produccion El proceso requierees bajo de mucha energiaEl metanol puede ser Se requiere de un sistemareutilizado de reciclo para metanolAlta conversion Existe presencia de aguas
residualesModerada condición Limitación de enzimas ende reacción la converión de cortas
cadenas de ácidos grasosSe requieren pequeñas Existen químicos quecantidades de metanol pueden dañar a las enzimasNo hay daño al medioambienteFácil de controlar Alta temperatura y presión
Técnicas de fluido Este método es fácil y Alto costo de producciónsupercrítico seguro
No causa daño ambiental Alta utilización de energía
Catálisis Química
Ctálisis enzimática
Fuente: Huang, G. (2009) Biodiesel production by microalgal biotechnology:
Renewable and Sustainable Energy Reviw, 87, 38- 46.
3.6.4 TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN DE MICROALGAS ABIOCOMBUSTIBLES
Los procesos tecnológicos para la conversión de microalgas a
biocombustibles, pueden dividirse en dos categorías: de conversión
termoquímica y de conversión bioquímica. El siguiente esquema muestra los
diferentes tipos de mecanismos o tecnologías utilizadas:
41
Figura 3.4: Tecnologías de obtención de energías renovables. Fuente:
Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and Sustainable
Energy Reviw, 14, 557 - 577.
En la siguiente tabla se muestran, los valores líquidos obtenidos desde
diferentes especies, a través de distintos procesos tecnológicos:
Tabla 3.3: Porduccion de lípidos totales en diferentes especies.Tecnología Especie Temperatura (ºC) Presion (Mpa) Contenido liq. (%)
Licuefacción Termoqumica Batryacoccus 300 3 64Licuefacción Termoqumica Dunaliella 300 3 42
Pirolisis Chlorella 450 0,101 57,8Pirolisis Microcyatis 300 0,101 24
Fuente: Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and
Sustainable Energy Reviw, 14, 557 - 577.
3.7 ESPECIE ESCOGIDA COMO MATERIA PRIMA
Existe un sin número de especies de microalgas, que pueden ser
escogidas para su cultivo y posterior producción de biodiesel. En general, la
42
cualidad de la especie escogida tiene que ver principalmente con el desarrollo
de estas y la calidad del aceite obtenido, es decir, se busca una tasa de
crecimiento rápida y una biomasa capaz de proporcionar altas cantidades y
buena calidad de los aceites.
En lo que respecta a composición, las microalgas de las nieves o
antárticas poseen carotenoides secundarios, los que le dan un rol fotosensible a
las algas. Existen estudios que muestran, como estas microalgas son capaces
de adaptarse a diferentes temperaturas sin variar mayormente su estructura
[10], sin embargo, debe tenerse en consideración no aumentar ésta por sobre
los 15º C, para su subsistencia. Existen tipos como Chlorella y Navícula, que
podrían soportar temperaturas de hasta 30º C, lo que indica que estos
organismos son más sicotróficos que sicrofílicos.
Por otro lado, la composición del aceite extraído de la materia prima, en
este caso microalgas, es lo que le dará una buena calidad al biodiesel
producido, mejor será la calidad de éste si las cadenas de ácidos grasos son
mas cortas, con esta característica cuentan estas microalgas de las nieves;
Además, la cantidad de ácidos grasos aumenta, mientras las temperaturas
disminuyen. [10]
3.7.1 DESCRIPCIÓN DE MICROALGAS ANTÁRTICAS
Las microalgas, encontradas en la Antártica, presentan un aspecto como
el que se muestra de la foto:
43
Figura 3.5: Foto microalgas en estudio. Fuente: propia
Los parches de color verde o rojo sobre la nieve, suelen estar
constituidos principalmente por especies de la División Chlorophyta. Las
Chlorophyta son un grupo muy diversos constituido por alrededor de 8.000
especies. Este grupo se caracteriza por tener clorofila a y clorofila b. Otro grupo
bastante estudiado es Chlorella.
3.7.2 RECONOCIMIENTO DE MICROALGAS ESTUDIADAS
El reconocimiento de los lugares donde se establecen estas microalgas
es muy sencillo, ello se debe a que se encuentran en zonas con superficie
nevada y desde la distancia se pueden ver como grandes manchas de distintos
colores; rojas, verdes e incluso hay lugares en que se pueden encontrar
amarillas. Generalmente se avistan en lugares donde la nieve ha comenzado a
derretirse, es por ello que, durante el tiempo de invierno son difíciles de
encontrar debido a su escasa visibilidad producto de la abundante nieve
invernal. Por otra parte al momento de recogerlas, se debe tener especial
precaución de escoger las microalgas que se encuentren lo más alejadas de
una posible influencia salina del mar. En la Antártica, al navegar pueden verse,
paredes de nieve verdes, éstas también son microalgas, pero no son de la
misma cepa que se ha estudiado en el presente trabajo, dado que reciben
influencia salina del mar. Por lo tanto, para extraer la especie que nos ocupa,
los lugares más apropiados son los que se encuentran ubicados lo más lejos
posible del mar y por sobre la superficie de nieve, siendo un lugar idóneo para
la extracción y recolección de estas microalgas, las inmediaciones de la base
militar Bernardo O’ Higgins, a aproximadamente unos 100 metros de distancia
de las instalaciones, específicamente en donde actualmente se encuentra
habilitada la pista de anevisaje.
44
3.8 CINETICA DE CRECIMIENTO
La cinética con la que se relaciona el crecimiento de las microalgas
estudiadas, es la ecuación de Monod, dado que no se ha encontrado referencia
bibliográfica a cerca de crecimiento de microalgas de zonas frías, a diferentes
temperaturas y con diferentes grados de luminosidad. Por este motivo al
momento de hacer un análisis de resultados se hará una aproximación de los
resultados a esta ecuación.
3.9.1 DESCRIPCION CINÉTICA DE MONOD
Es importante conocer la cinética de crecimiento de los cultivos
microbianos porque es necesario poder predecir cómo va a evolucionar un
cultivo Las células aisladas cultivadas en un volumen finito de medio de cultivo
apropiado van utilizando los nutrientes que tienen disponibles con la mayor
eficiencia y rapidez que pueden, sintetizando sus propios componentes
celulares y dividiéndose en cuanto han podido duplicar su masa y su material
genético. El tiempo que tarda una célula en hacer todo lo anterior es lo que
conocemos como tiempo de generación y puede variar desde unos 20 minutos
en condiciones óptimas hasta varios meses en condiciones del suelo. Cada vez
que transcurre un tiempo de generación, el número de células se duplica,
siguiendo, por tanto, un incremento exponencial. [19]
Si se llama X0 al número de células inicial, y g al número de
generaciones transcurridas, el número de células final (X) será:
GXX 2*0 (3b)
Si se llama T al tiempo de generación y t al tiempo de cultivo
transcurrido, la ecuación anterior puede transformarse en la siguiente:
tTXX /0 2* [3c]
45
Al momento de trabajar estas ecuaciones, resulta complicado al
momento de llevarlas a datos, por lo que se hace una rectificación,
obteniéndose la siguiente relación:
)2(1)()( 0 LNT
XLNXLN (3d)
Esto es: el logaritmo del número de células crece linealmente con el
tiempo a razón de una constante igual a ln2/T. Si el tiempo de generación T es
muy grande, el crecimiento tendrá poca pendiente (será lento) y si T es
pequeño el crecimiento será rápido.
Otra forma de representar la cinética es considerando el incremento en el
número de células (dX) en un intervalo corto de tiempo (dt). En este caso, la
ecuación que describe la cinética es la siguiente:
XdtdX (3e)
El incremento del número de células (dX) por unidad de tiempo (dt) es
proporcional al número de células presentes en el cultivo (X). A la constante de
proporcionalidad (µ) se le denomina tasa de crecimiento y puede considerarse
algo así como la probabilidad de que una célula se divida en un tiempo
determinado. [19]
Resolviendo esta derivada parcial, e integrando entre los tiempos 0 a t y
X0 a X (que es el crecimiento en el tiempo t) se obtiene la siguiente relación:
tx
x
dtdxx 00
1 (3f)
tXLNXLN )()( 0 (3g)
Luego reordenando y aplicando función exponencial se obtiene la
siguiente relación:
texx 0 (3h)
46
CAPITULO IV:MÉTODO, RESULTADOS OBTENIDOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
47
4.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo, se presentan los datos medidos tanto en terreno como
en laboratorio, se hace una enumeración de los equipos utilizados y de las
pruebas efectuadas.
El estudio para la determinación de parámetros óptimos de crecimiento,
se realiza estudiando tres parámetros, que resultan fundamentales, para la
obtención de este objetivo; que son: temperatura, luminosidad y soporte. Estos
tres factores se estudian de forma independiente, variando uno de ellos y
manteniendo los otros dos constantes.
Aquí, se analizan los datos obtenidos, haciendo uso de herramientas
matemáticas; tales como correlaciones y reglas, para determinar puntos de
crecimientos máximos y tiempos en los que pueden encontrarse estos. Así
también se determinan los porcentajes de crecimiento obtenidos, con la
variaciones realizadas, de forma de poder concluir acerca de cuáles son los
valores de estos tres factores, que entregan una mayor cantidad de microalgas,
sin llevarlas al estrés ni a la inhibición, características propias de estas
especies.
Es necesario recordar, que el estudio de los parámetros de crecimiento
óptimo, se hace para conseguir buenas cantidades de microalgas, en un corto
plazo, para la posterior extracción de aceite y finalmente obtención de biodiesel.
48
4.2 DESCRIPCIÓN DE PARÁMETROS MEDIDOS EN TERRRENO
En la Base Militar Antártica General Bernardo O’Higgins (coordenadas
63°19' S 57°54' W Península Antártica) se encontró, dos tipos de microalgas,
las de color verde y las de color rojo, ambas presentan condiciones de
subsistencia algo diferentes. Al hacer una comparación, entre unas y otras,
puede observarse que las primeras se hallaban a una temperatura de 0-1º C y a
una pequeña profundidad (1-2 cm.), a diferencia de las especies rojas, las que
se encontraban a 2º C y en la superficie de los hielos. Las temperaturas
registradas en el lugar los meses de enero y febrero, se muestran en la
siguiente tabla:
Tabla 4.1: Temperaturas promedio enero – febrero
Año Enero Febrero1990 1,0 1,31991 0,9 -0,71992 0,6 -0,61993 0,8 0,81994 0,9 0,21995 1,2 0,81996 1,1 1,41997 1,2 0,31998 1,4 0,61999 1,0 0,62000 0,9 0,72001 0,9 -0,52002 0,5 1,62003 1,6 3,42004 1,3 0,52005 1,2 0,82006 0,7 0,32007 0,6 0,1
Fuente: Propia
Otra diferencia, al momento de comparar ambas especies, en terreno,
es la diferencia de pH, las microalgas de color verde presentan un valor mayor
que el de las microalgas rojas, la diferencia entre ambos es de 0.6 unidades.
Siendo para las primeras de 7.88 y en el segundo caso de 7.28.
49
Las microalgas estudiadas son las microalgas de color verde, que se
encuentran en terreno alejadas de la influencia marina, y sobre la nieve, debido
a que las cantidades recolectadas de estas fueron mucho mayores que en el
caso de las rojas, debido a la abundancia que había de estas.
4.2.1 DESCRIPCIÓN DE TOMA DE MUESTRAS DE MICROALGAS
Las microalgas estudiadas, han sido recolectadas en La Base militar
Antártica General Bernardo O’Higgins, cuyas coordenadas son: 63°19' S 57°54'
W, Península Antártica. El lugar específico de recolección de estas fue en
inmediaciones de la base militar a unos 100 m de las instalaciones de esta. Se
recolectaron diferentes muestras de alrededor de 20 ml de nieve con
microalgas, recogidas con una espátula. Dichas muestras fueron luego
refrigeradas para su posterior estudio.
4.3 PROCEDIMIENTO REALIZADO EN LABORATORIO
4.3.1 MATERIALES
20 Tubos de ensayo de 10 ml
Matraz de aforo de 1 ltrs
Pipetas de 10, 5 ml
1 Piseta
4.3.2 ESTERILIZACIÓN
Mechero Bunsem
Pinzas
50
4.3.3 EQUIPOS
Balanza analítica
pH metro
Termómetro
Luxometro
Incubadora
2 Baños termostaticos
3 ampolletas de bajo consumo energético
4.3.4 REACTIVOS
Etanol
Hidróxido de sodio
Etilenglicol
4.3.5 MEDIO DE CULTIVIO
Nombre del compuesto Símbolo Cantidad (mg)
Nitrato de potasio KNO3 400
Fosfato de potasio K2HPO4 80
Sulfato de Magnesio MgSO4*7H2O 200
Cloruro de calcio CaCl2*2H2O 107
Acido Cítrico C6H8O7 100
Acido Bórico H2BO3 5.72
Cloruro de Manganeso MnCl2*4H2O 3.67
Sulfato de zinc ZnSO4*7H2O 0.44
Sulfato de cobre CuSO4*5H2O 0.16
Molibdato de Sodio Na2MoO4 0.084
*Citrato Férrico FeC6H8O7 20
51
*Este compuesto fue sustituido por 10 mg/Ltrs de Cloruro de Fierro (FeCl2)
Dado que el compuesto no se encontraba disponible en laboratorio ni en el
mercado.
Enrasar esta solución hasta 1 Ltr.
Medir pH y ajustarlo a 7.5
Fuente: Dr. Joel Cuello, Universidad del Colorado
4.4 PROPIEDADES DE SOPORTES ESTUDIADOS
Ver anexo 1
4.5 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Se procedió a esterilizar los materiales, que serian ocupados, con un
mechero y alcohol.
Se distribuyo muestras de 1 ml de microalgas, en cada uno de los tubos
de ensayo, dispuestos para cada una de las pruebas.
Se utilizo para cada prueba, replicas, para obtener mayor seguridad en
los resultados obtenidos
Para el caso de las pruebas de temperatura y luminosidad, se agrego a
cada tubo de ensayo 3 ml de solución salina, descrita antes. Las
condiciones de luminosidad y temperaturas, se entregaron de acuerdo a
las necesidades de estudio del sistema.
52
En el caso de la prueba de soporte, se utilizaron matraces Erlen mayer
de 100 ml, a los cuales se les agrego el material de interés de estudio;
arena, piedrecillas y agar agar.
Las pruebas fueron tomadas cada 3 o 4 días, midiendo pesos, a través
de una balanza analítica. Además se uso blancos para cada una de las
pruebas. El error con que trabaja esta balanza es de +/-0.0001 grs.
Después de cada una de las experiencias, se efectuó una limpieza de
cultivo, que consistía en sacar el líquido sobrenadante y agregar nueva
solución salina, en cada uno de los tubos de ensayo.
4.6 RESULTADOS OBTENIDOS Y ANALISIS DE RESULTADOS
4.6.1 RESULTADOS FACTOR: TEMPERATURA
Se adecuaron tres medios para la obtención de datos de estas. Las
temperaturas estudiadas fueron: 4º C, 12º C y 20º C. Para el estudio de este
factor, los parámetros de luminosidad y soporte se mantienen constantes, para
las tres temperaturas Estos son: de 250 Lux y sin soporte, es decir, el medio de
cultivo fue el medio salino preparado.
La experiencia se realizo repetidamente, para cuatro tubos en los casos
de temperatura, sin embargo el tubo Nº 12, que era el que correspondía a la
temperatura 4º C, sufrió un problema de manipulación, durante el proceso de
pesado, por lo que fue descartado en la evaluación de datos. La razón por la
cual, se realizaron estas pruebas, con cuatro repeticiones, es debido a que la
densidad de biomasa en la nieve no es definida, por lo que en algunos tubos las
cantidades de microalgas son mayores, que en otros, para un mismo volumen,
así con los resultados, se obtendrá el comportamiento de estas.
En la tabla 4.2 se presentan los resultados obtenidos a 4º C:
53
Tabla 4.2: Resultados de crecimiento a 4º C
9 10 111 0,0045 0,0032 0,00442 0,0090 0,0063 0,00893 0,0134 0,0095 0,01334 0,0179 0,0127 0,01785 0,0213 0,0146 0,02096 0,0247 0,0165 0,02407 0,0275 0,0184 0,02678 0,0299 0,0195 0,02709 0,0325 0,0209 0,0278
TuboDía
Tubo 9
00,010,020,030,04
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.1 a: Crecimiento de microalgas tubo 9
Tubo 10
00,005
0,010,015
0,020,025
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.1 b: Crecimiento de microalgas tubo 10
54
Tubo 11
00,0050,01
0,0150,02
0,0250,03
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.1 c: Crecimiento de microalgas tubo 11
La tabla 4.3 muestra los resultados de crecimiento (grs) de microalgas
obtenidos a 12º C
Tabla 4.3: Resultados de crecimiento a 12º C
5 6 7 81 0,0101 0,0115 0,0188 0,01802 0,0224 0,0261 0,0376 0,03603 0,0337 0,0392 0,0565 0,05404 0,0449 0,0523 0,0753 0,07205 0,0529 0,0580 0,0877 0,09116 0,0610 0,0637 0,1002 0,10057 0,0690 0,0693 0,1126 0,11038 0,0735 0,0750 0,1205 0,11989 0,0791 0,0785 0,1265 0,1248
Día Tubo
Tubo 5
00,020,040,060,08
0,1
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.2 a: Crecimiento de microalgas tubo 5
55
Tubo 6
00,020,040,060,080,1
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.2 b: Crecimiento de microalgas tubo 6
Tubo 7
0
0,05
0,1
0,15
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.2 c: Crecimiento de microalgas tubo 7
Tubo 8
0
0,05
0,1
0,15
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.2 d: Crecimiento de microalgas tubo 8
La tabla 4.4 muestra los datos de crecimiento (grs) de microalgas por día,
a 20º C.
56
Tabla 4.4: Resultados de crecimiento a 20º C
1 2 3 41 0,0327 0,0321 0,0125 0,03152 0,0653 0,0641 0,0250 0,06293 0,0980 0,0962 0,0376 0,09444 0,1307 0,1283 0,0501 0,12595 0,1469 0,1529 0,0542 0,15036 0,1630 0,1675 0,0582 0,17477 0,1695 0,1801 0,0623 0,18258 0,1755 0,1865 0,0663 0,19029 0,1825 0,1913 0,0704 0,1990
Día Tubo
Tubo 1
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.3 a: Crecimiento de microalgas tubo 1
Tubo 2
00,050,1
0,150,2
0,25
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.3 b: Crecimiento de microalgas tubo 2
57
Tubo 3
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.3 c: Crecimiento de microalgas tubo 3
Tubo 4
00,050,1
0,150,2
0,25
0 2 4 6 8 10Dias
(grs)
Figura 4.3 d: Crecimiento de microalgas tubo 4
4.6.2 ANÁLISIS DE RESULTADOS FACTOR TEMPERATURA
Cuando se analizan los datos obtenidos, desde el punto de vista de
tendencias de curvas, se obtienen las correlaciones presentadas en la tabla
siguiente:
Tabla 4.5: Correlaciones de datos obtenidos a 20º C
Temperatura Función Parámetroy = 0,0731Ln(x)+0,0254 0,9857y = 0,0791ln(x)+0,0207 0,9816y = 0,0271Ln(x)+0,0099 0,9893y = 0,0825Ln(s)+0,072 0,977y = 0,0454 exp(0,186 x) 0,7779
y = 0,0436 exp(0,1977 x) 0,8013y = 0,0174 exp(0,1831 x) 0,7838y = 0,042 exp(0,2056 x) 0,819
20° C
58
Tabla 4.6: Correlaciones de datos obtenidos a 12º C
Temperatura Función Parámetroy = 0,0326Ln(x)+0,0033 0,9697y = 0,0316Ln(x)+0,0077 0,9888y = 0,0518Ln(x)+0,0081 0,9719y = 0,052Ln(x)+0,0067 0,9687
y = 0,0137 exp(0,2255 x) 0,841y = 0,0167 exp(0,203 x) 0,7888
y = 0,0245 exp(0,2129 x) 0,8475y = 0,0233 exp(0,2186 x) 0,8469
12° C
Tabla 4.7: Correlaciones de datos obtenidos a 4º C
Temperatura Función Parámetroy = 0,0132Ln(x)+0,0014 0,9612y = 0,0084Ln(x)+0,0016 0,9766y = 0,0117Ln(x)+0,0024 0,9755y = 0,0057 exp(0,2218 x) 0,8653y = 0,0042 exp(0,208 x) 0,8396
y = 0,0059 exp(0,2057 x) 0,8211
4° C
En las cuales, “y” representa el crecimiento en gramos de microalgas y
“X” es el tiempo en que se obtuvo dicho crecimiento.
Aquí se hace una comparación entre las correlaciones obtenidas por
ecuaciones logarítmicas y por ecuaciones exponenciales; estas últimas buscan
encontrar alguna similitud con la ecuación de Monod. La que se presentó en la
sección 3.9.1.
Para dicha asimilación, se considero “y” como la cantidad de
microorganismos en un tiempo dado, es decir, lo que en la ecuación de Monod
esta representado por “X”, por otro lado el parámetro de la ecuación de Monod
representado por “t” corresponde a “x”, en los gráficos y relaciones obtenidas.
En primer lugar puede apreciarse de acuerdo a los parámetros de
correlación que, los datos no se ajustan a una buena curva exponencial del tipo
Monod para la temperatura de 4º C. Ajustándose mucho mejor a una curva del
tipo logarítmica. Además puede apreciarse en las gráficas 4.1, la tendencia de
crecimiento hacia un equilibrio.
59
En lo que respecta al crecimiento de microalgas a 12º C, según los
parámetros de correlación, se observa que los datos pueden adaptarse mejor,
que las otras dos temperaturas a la ecuación de Monod, esto es basado en los
parámetros de correlación de la tabla 4.6.
Cuando la temperatura es de 20º C, puede observarse que los
coeficientes de correlación se ajustan, mejor a una curva con tendencia
logarítmica y se alejan mas, que en los otros casos a una tendencia
exponencial. Nuevamente, puede apreciarse en las figuras 4.3 que los datos de
crecimiento tienden a un equilibrio.
Los crecimientos encontrados en estas pruebas, son masas por lo tanto
no presentan relación con la cantidad de lípidos que poseen estas especies.
Este estudio va dirigido al crecimiento neto de las microalgas, además las
mediciones se hicieron con una balanza analítica y no con un equipo de
medición celular, debido a limitaciones instrumentales, por lo que no puede
darse un ajuste igual al de una curva de Monod, pero si en lo que tiene que ver
a la primera tendencia de crecimiento, puede hacerse una similitud, dado que
las mediciones resultan ser proporcionales, en esta etapa. [20]
Por otra parte, si se calculan los porcentajes de crecimiento a las
diferentes temperaturas, se obtienen los siguientes resultados:
Tabla 4.8: Porcentajes de crecimiento a diferentes temperaturas
Temperatura (ºC) Porcentaje de crecimiento (%)4 569,7
12 607,820 487,3
El porcentaje de mayor crecimiento es para la temperatura de 12º C,
calculados como promedio respecto a la materia inicial. El análisis de variación
de luminosidad se efectúa para el caso de esta temperatura; por otro lado ésta
es la que mejor ajusta sus datos a la ecuación de Monod y según
investigaciones anteriores [10], de aquí se obtienen los mejores resultados para
aceites, para la obtención de biodiesel.
60
4.6.3 RESULTADOS FACTOR: LUMINOSIDAD
Dentro de los factores de estudio para conseguir las condiciones optimas
de crecimiento de microalgas antárticas, se encuentra el parámetro
luminosidad, como se sabe la luz es quien permita la fotosíntesis en las plantas,
de igual forma esto ocurre en las microalgas, por tanto es indispensable que
cuenten con la cantidad suficiente de luz para conseguir realizar este proceso.
Por esto, se exponen las diferentes muestras de microalgas a diferentes niveles
de luminosidad manteniendo constantes los otros dos parámetros de
temperatura (12º C) y soporte (sin soporte solo con medio de cultivo). A
continuación se presentan los datos obtenidos:
Tabla 4.9: Crecimiento (grs) de microalgas con 297 luxCrecimiento por dia 1 2 3 4 5 6 7
Dia 1 0,0596 0,0514 0,0413 0,0455 0,0436 0,0577 0,0606Dia 2 0,1192 0,1028 0,0825 0,0911 0,0872 0,1153 0,1211Dia 3 0,1788 0,1542 0,1238 0,1366 0,1308 0,1730 0,1817Dia 4 0,1841 0,1535 0,1631 0,1803 0,1721 0,1783 0,1866Dia 5 0,1895 0,1527 0,2024 0,2239 0,2134 0,1835 0,1915Dia 6 0,2167 0,1752 0,2211 0,2437 0,2341 0,2093 0,2184Dia 7 0,2438 0,1976 0,2399 0,2635 0,2549 0,2351 0,2453Dia 8 0,2575 0,1976 0,2662 0,2900 0,2838 0,2477 0,2586Dia 9 0,2712 0,1976 0,2925 0,3166 0,3128 0,2604 0,2719
Dia 10 0,2849 0,1976 0,3188 0,3431 0,3417 0,2730 0,2852
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 2 4 6 8 10 12Dias
(grs)
Tubo 1Tubo 2Tubo 3Tubo 4
Figura 4.4 a: Crecimiento de microalgas con 297 lux
61
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 2 4 6 8 10 12Dias
(grs)
Tubo 5Tubo 6Tubo 7
Figura 4.4 b: Crecimiento de microalgas con 297 lux
Tabla 4.10: Crecimiento (grs) de microalgas con 317 luxCrecimiento por dia 1 2 3 4 5 6 7
Dia 1 0,0772 0 0,0783 0,0744 0,1958 0,1836 0,1688Dia 2 0,1545 0 0,1566 0,1489 0,3916 0,3671 0,3376Dia 3 0,1752 0,0181 0,1829 0,1709 0,4126 0,3846 0,3521Dia 4 0,1959 0,0362 0,2092 0,1928 0,4336 0,4021 0,3666Dia 5 0,2166 0,0544 0,2354 0,2148 0,4546 0,4197 0,3811Dia 6 0,2373 0,0725 0,2617 0,2367 0,4756 0,4372 0,3956Dia 7 0,258 0,0906 0,288 0,2587 0,4966 0,4547 0,4101Dia 8 0,3127 0,1415 0,3373 0,3135 0,549 0,5446 0,4995Dia 9 0,3674 0,1923 0,3865 0,3683 0,6015 0,6346 0,589
Dia 10 0,3855 0,207 0,4052 0,3872 0,6177 0,6682 0,621Dia 11 0,4036 0,2218 0,4238 0,4061 0,6338 0,7018 0,6531Dia 12 0,4217 0,2365 0,4425 0,425 0,65 0,7354 0,6851Dia 13 0,4686 0,2806 0,4886 0,4722 0,6939 0,7843 0,7344Dia 14 0,5156 0,3247 0,5346 0,5194 0,7379 0,8332 0,7837
00,10,20,30,40,50,60,70,80,9
0 5 10 15Dias
(grs)
Tubo 5Tubo 6Tubo 7
Figura 4.5 a: Crecimiento de microalgas con 317 lux
62
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15Dias
(grs)
Tubo 1Tubo 2Tubo 3Tubo 4
Figura 4.5 b: Crecimiento de microalgas con 317 lux
Es necesario explicar que, la cantidad de tubos expuestos a esta
experiencia es de 7, dado que las muestras iniciales fueron tomadas a partir de
las temperaturas anteriormente realizadas. Se tomo 1 ml de muestra de los
tubos 5 al 11 de la experiencia anterior (4.6.2). Los tubos 1 al 4 no fueron
considerados para esta parte, dado que, estos presentaron los menores
crecimientos y la concentración de microalgas en 1 ml de muestra seria menor.
4.6.4 ANÁLISIS RESULTADOS FACTOR LUMINOSIDAD
Al trazar líneas de tendencia para los datos obtenidos, se puede
encontrar que la correlación adecuada es polinómica de grado 4, sin embargo,
no existe un punto máximo de crecimiento hasta el ultimo de día en que se
tomo datos, pero lo que interesa en este punto es determinar el porcentaje de
crecimiento en este periodo en comparación con los demás niveles de
luminosidad.
63
Tabla 4.11: Correlaciones para datos de luminosidadIntensidad (Lux) Tubo Correlacion R^2
1 0,9893
2 0,9726
3 0,9988
4 0,9988
5 0,9989
6 0,9892
7 0,9888
1 0,9868
2 0,9899
3 0,9912
4 0,9892
5 0,9695
6 0,9764
7 0,9749
317
297
0645.01562.0038.00043.00002.0 234 xxxxy
0574.01385.00347.0004.00002.0 234 xxxxy
0019.00347.00051.00012.000006.0 234 xxxxy
0038.00357.00067.00015.000008.0 234 xxxxy
0011.00381.00047.00011.000006.0 234 xxxxy
062.01505.00364.00042.00002.0 234 xxxxy
0662.01596.00389.00044.00002.0 234 xxxxy
038.00607.00078.00007.000002.0 234 xxxxy
0224.00292.00108.00009.000002.0 234 xxxxy
0385.005.00057.00004.000001.0 234 xxxxy
0368.00574.00068.00006.000002.0 234 xxxxy
0638.01975.00365.00031.000009.0 234 xxxxy
0545.01989.00419.00041.00001.0 234 xxxxy
0526.01819.0039.00039.00001.0 234 xxxxy
Por otro lado al ajustarlos a una curva de Monod se obtienen las
siguientes relaciones y parámetros de correlación:
Tabla 4.12: Correlación de Monod para datos obtenidos con 297 Lux
a b1 0,0869 0,1372 0,76812 0,0791 0,1141 0,66413 0,0573 0,1959 0,84764 0,0638 0,1933 0,83955 0,0602 0,1977 0,85246 0,0844 0,1361 0,76337 0,0887 0,1353 0,7618
TUBObxaey 2R
64
Tabla 4.13: Correlación de Monod para datos obtenidos con 317 Lux
a b1 0,1095 0,1192 0,90792 0,0244 0,2407 0,91493 0,1155 0,1196 0,89294 0,1062 0,1227 0,90925 0,2928 0,0717 0,79096 0,2547 0,0909 0,87557 0,2307 0,0931 0,8823
TUBObxaey 2R
Al observarse los parámetros de correlación de las ecuaciones
obtenidas; se observa que mientras mayor es la luminosidad a la que se expone
a las microalgas, mas cercanos son los datos a la ecuación de Monod. De esta
forma los valores mostrados en la tabla 4.14 de “a” y “b” corresponden a la
cantidad de materia inicial y a la tasa de crecimiento, respectivamente, en cada
uno de los tubos expuestos a una luminosidad de 317 Lux. Así, la tasa de
crecimiento promedio es de 0.1226. Para el caso de luminosidad de 297 Lux, no
es conveniente determinar a través de esta aproximación, la tasa de
crecimiento, debido al parámetro de correlación obtenido. Por otra parte, al
comparar dicho resultado, con el obtenido con una luminosidad de 250 Lux, la
tasa de crecimiento es mucho mayor (0.4564) dado la poca cantidad de materia
inicial presente en cada uno de los tubos trabajados (del orden de 1*10^-3).
Además puede establecerse porcentajes de crecimiento a las diferentes
intensidades de luz, y a los 10 días de estudio, los que se señalan a
continuación:
Tabla 4.14: Porcentajes de crecimiento a diferentes intensidades de luzPorcentaje de 297 Lux 317 Lux
Crecimiento (%) 488 458
El mayor porcentaje de crecimiento, para las pruebas de luminosidad se
obtiene para la luminosidad de 297 lux, esto es al décimo día de estudio.
65
Por otra parte al hacer una comparación con la luminosidad a la que se
expuso en la primera experiencia, que fue de 250 Lux se obtienen las siguientes
tasas de crecimiento en el día 9.
Tabla 4.15: Porcentaje de crecimiento a tres niveles de luminosidad diferente
Luminosidad (Lux) 250 297 317Porcentaje de crecimiento (%) 607,8 451,5 427,4
Esto se debería a dos factores, el primero una inhibición a una mayor
luminosidad por parte de las microalgas, lo que tardaría su crecimiento por
algunos días, o simplemente que al tratarse de microalgas antárticas, la
luminosidad requerida, no es demasiada para su desarrollo. Y su óptimo
crecimiento se obtendría con una cantidad moderada de luz.
4.6.5 RESULTADOS FACTOR: SOPORTE
Dentro de los factores de estudio se encuentra este tercer factor, que es
soporte. El lugar en el que se desarrollan originalmente las microalgas
estudiadas, es la nieve, por lo que resulta interesante saber cómo influye esta
en el desarrollo de las especies, y si en otro medio se desarrollan igual o incluso
mejor. Los soportes elegidos para este estudio fueron: arena, piedrecillas
blancas y agar agar.
Existen medios de cultivo del tipo sólido que sirven para dar consistencia
a los cultivos, en general. El estudio de este parámetro busca entregar esta
consistencia a las microalgas, y además entregar cierta porosidad de modo de
no impedir la llegada de luz y nutrientes a los microorganismos. La densidad de
cada colonia es muy alta (del orden de 107 células para una colonia de unos 5
mm). Esto se debe a que en el medio sólido, a diferencia del líquido, las
bacterias no pueden dispersarse, y durante mucho tiempo este medio sólido
permite un aporte continuo de nutrientes (por difusión desde el entorno de la
colonia, hacia ella). [82]
66
La temperatura a la que se mantuvo el cultivo durante esta prueba fue de
12º C y luminosidad de 317 Lux, se tomaron estos valores de parámetros fijos,
debido a que en el caso de la temperatura, esta fue la que presento el mayor
porcentaje de crecimiento de microalgas; por otro lado se tomo un alto valor de
luminosidad, debido a que el medio, impediría la llegada de luz al cultivo. Los
resultados que se obtuvieron fueron los expuestos en la siguiente tabla:
Tabla 4.16: Crecimiento (grs) de microalgas con piedras blancas
Matraz 1 Matraz 2Dia 1 0,02825 0,0431Dia 2 0,0565 0,0862Dia 3 0,1272 0,16415Dia 4 0,1979 0,2421Dia 5 0,227875 0,331325Dia 6 0,25785 0,42055Dia 7 0,32115 0,51655Dia 8 0,38445 0,61255Dia 9 0,411675 0,655375Dia 10 0,4389 0,6982
Crecimiento por diaCon piedras blancas
0
0,2
0,4
0,6
0,8
0 2 4 6 8 10 12Dias
(Grs)
Figura 4.6: Crecimiento de microalgas con piedras blancas.
67
Tabla 4.17: Crecimiento (grs) de microalgas con arena
Matraz 3 Matraz 4Dia 1 0,0344 0,01585Dia 2 0,0278 0,038Dia 3 0,03875 0,064Dia 4 0,0497 0,09Dia 5 0,07095 0,1112Dia 6 0,0922 0,1324Dia 7 0,1294 0,13745Dia 8 0,1666 0,1425Dia 9 0,1705 0,149
Dia 10 0,1756 0,1533
Crecimiento por dia Con arena
00,20,40,60,8
11,2
0 2 4 6 8 10 12Dias
(Grs)
Figura 4.7: Crecimiento de microalgas con arena.
Tabla 4.18: Crecimiento (grs) de microalgas con agar agar
Matraz 5 Matraz 6Dia 1 0,0872 0,09105Dia 2 0,1744 0,1821Dia 3 0,32975 0,34995Dia 4 0,4851 0,5178Dia 5 0,55845 0,5976Dia 6 0,6318 0,6774Dia 7 0,7506 0,8142Dia 8 0,8694 0,951Dia 9 0,9409 1,00625
Dia 10 1,0124 1,0615
Crecimiento por dia Con agar agar
68
00,20,40,60,8
11,2
0 2 4 6 8 10 12Dias
(Grs)
Figura 4.8: Crecimiento de microalgas con agar agar.
4.6.6 ÁNALISIS RESULTADOS FACTOR SOPORTE
Las curvas de tendencia, indican que las correlaciones son para los tres
casos de orden 4, (anexo 2) a diferencia del caso anterior, pueden determinarse
máximos para los datos de los matraces 1 y 2. Pero, para los otros matraces,
no es posible determinar dichos valores, dado la tendencia que siguen las
curvas. Estos valores se presentan a continuación:
Tabla 4.19: Crecimiento máximo con piedras blancas
Matraz 1 Matraz 2Crecimiento maximo 0,419311921 0,7400532
Tiempo de crec. Maximo 10,87 10,65
Los porcentajes de crecimiento al décimo día son los siguientes:
Tabla 4.20: Porcentajes de crecimiento al 10º día
Matraz Porcentaje (%)1-2 1486,83-4 638,825-6 1063,4
El mayor crecimiento se registró, usando como soporte piedras blancas,
esto puede explicarse debido a que al ser de color blanco permiten un mayor
paso de la luz, además de brindar un soporte para desarrollarse. En los
matraces que contenían arena, podía apreciarse que las microalgas flotaban,
esto puede deberse a que la arena evitaría la llegada de oxigeno y nutrientes a
69
ellas, además de impedir la llegada de luz. Por otro, lado el crecimiento con
agar – agar es bueno, pero no satisfactorio, como lo presenta el caso de
piedrecillas blancas.
Al hacer una comparación con el crecimiento sin soporte al cuarto día se
obtienen los siguientes datos:
Tabla 4.21: Comparación de porcentajes de crecimiento
Matraz Porcentaje (%)1-2 1486,83-4 638,825-6 1063,4
Sin soporte 458
Nuevamente el mayor porcentaje de crecimiento se presenta con el
medio de piedras blancas, al cuarto día de estudio.
70
CAPÍTULO V:CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
71
5.1 CONCLUSIONES
El uso de biocombustibles que proviene de microalgas, es hasta hoy
escaso. Sin embargo se están realizando un sin número de investigaciones,
para encontrar los parámetros óptimos de crecimiento en distintas microalgas, y
aumentar las cantidades de aceite requerido. Pero aun en Chile no existe
producción de biodiesel con este origen, en Europa, que es donde se produce
la mayor cantidad de biocombustibles, se están implementando grandes
piscinas y fotobioreactores, para la producción industrial, de este tipo de
combustible. Aun así la producción es todavía muy baja.
La zona en que se desarrollan las microalgas, es importante cuando se
desea estimar parámetros de crecimiento, lo que no significa que estas puedan
desarrollarse mejor a otras condiciones, ya que presentan la ventaja de
adaptarse a otras condiciones. En la Antártica las temperaturas a las que se
reproducen son alrededor de los 1.5º C, pero durante este estudio, se pudo
apreciar que poseen la capacidad de reproducirse a otras temperaturas, aun
que su crecimiento se vea inhibido o acelerado.
Los parámetros que favorecen el crecimiento de esta especie son 12º C
de temperatura, una intensidad de luz de 250 Lux y de manera ideal un soporte
que no impida la llegada de la luz, como por ejemplo piedras blancas, y que a la
vez entregue una estabilidad al esta especie. De esta forma se obtuvieron los
mayores porcentajes de crecimiento
72
5.2 RECOMENDACIONES
Al momento de efectuar una prueba de temperaturas y luminosidad, lo
ideal es tener todos los materiales, para montar sistemas iguales, de modo que
no haya intervenciones de algún factor externo en el estudio.
Dentro de lo posible, cuando se prepare la solución salina, usada como
medio de cultivo, se recomienda hacer uso de los mismos reactivos indicados
en el punto 4.3.5 para que no exista posibilidad de formación de algún complejo
o reactivo, que pueda influir en el desarrollo de la experiencia.
Se recomienda, utilizar los equipos de medición, bien calibrados y al
momento de pesar por medio de una balanza analítica, cuidar que, el material
que será pesado, este a temperatura ambiente, de modo que la medición
tomada, sea lo más precisa posible.
Para la continuación de este estudio, el paso siguiente es la
determinación del tipo de aceite presente en estas microalgas, idealmente
encontrar las cantidades de lípidos y tipo de ácidos grasos presentes, en esta
especie Con estos datos llevar el aceite al proceso de obtención de biodiesel.
73
BIBLIOGRAFÍA
[1] Mcllveen anderson; (2009) Causas del cambio climático global de
http://www.cambioclimaticoglobal.com/causas.html
[2] Causas del cambio climático global. de
http://www.cambioclimaticoglobal.com/causas.html
[3] Cambio climático. http://www.conama.cl/especiales/1305/article-40155.html
[4] Mario Alberto Siordia Grave (2005) Obtención de biodiesel a partir de aceites
vegetales; México
[5] Biocombustibles ¿una alternativa real?
http://www.bcn.cl/carpeta_temas/temas_portada.2007-01-26.2084740943
[6] Raúl O’ Ryan (2008) Diseño de un modelo de proyección de demanda
energética global, Chile.
[7] El biodiesel,
http://www.panoramaenergetico.com/archivo%20de%20combustibles%20ecolo
gicos/nota%20principal%20biodiesel%20espanol.htm
[8] Chile prepara ley de biocombustibles,
http://www.eco2site.com/News/nov06/leychile.asp
[9] Producción de biomasa a partir de algas
http://www.biodieselspain.com/2010/01/14
[10] Ming-Li Teoh1, Wan-Loy Chu2, Harvey Marchant3 & Siew-Moi Phang
(2004). Influence of culture temperature on the growth, biochemical composition
and fatty acid profiles of six Antarctic microalgae, Australia.
74
[11] Ley Chile,
http://www.leychile.cl/Consulta/listaresultadosimple?cadena=biocombustibles
[12] Huang, G. (2009) Biodiesel production by microalgal biotechnology:
Renewable and Sustainable Energy Reviws, 87, 38- 46.
[13] Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and Sustainable
Energy Reviws, 14, 557 - 577
[14] Mata, T. (2009) Microalgae for biodiesel production and other applications:
Renewable and Sustainable Energy Reviws, 14, 217 - 232.
[15] Ben Raymond Æ K. Meiners Æ C. W. Fowler Æ B. Pasquer Æ G. D.
Williams Æ S. Nicol, (2008). Cumulative solar irradiance and potential large-
scale sea ice algae distribution off East Antarctica (30_E–150_E)
[16] Ana P. Carvalho & Cristina M. Monteiro & F. Xavier Malcata (2009)
Simultaneous effect of irradiance and temperature on biochemical composition
of the microalga Pavlova lutheri
[17] http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/arena.
htm
[18] http://agargel.com.br/agar-tec-es.html
[19] http://www.unavarra.es/genmic/micind-2-2.htm
[20] Aurelio Hernández Muñoz,( 1997.) "Microbiología", Editorial Paraninfo,
Madrid.
[21] Sami Solanki, director del Instituto Max Planck para la Investigación del
Sistema Solar, en Göttingen (Alemania)
[22] Causas del cambio climático;
http://agronomia.uchile.cl/webcursos/cmd/22005/cmunoz/vinculo2.htm
75
ANEXO 1: PROPIEDADES DE SOPORTES ESTUDIADOS
PROPIEDADES DE LA ARENA
Tabla A: Propiedades de la arenaPROPIEDAD DESCRIPCION
Silicatos: El silicio y oxígeno, los dos elementos más abundantes en la cortezaterrestre, se combina con diversos elementos metálicos para producir silicatos; elgrupo mineral más extenso y mas variado. Por lo general, los silicatos son durostransparentes translúcidos y de densidad media. Se suelen agrupar por como sedisponen los átomos de silicios y oxigeno, cada uno de los primeros está rodeado
por cuatro de los segundos.Mica
FeldespatoMagnetita
CuarzoMica: 2,4
Feldespato: 6 y 6.5Magnetita:5.5 y 6.5
Cuarzo: 7
Grupo
Composición química
Dureza
Fuente:http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/arena
.htm
PROPIEDADES DE AGAR AGAR
Tabla B: Propiedades de agar - agarPROPIEDAD DESCRIPCION
Es un polisacárido encontrado en los espacios intracelulares yen las paredes celulares de las algas rojas, Agarophytas.el Agar contiene dos fracciones principales, un polímero
neutro, Agarosa, y un polísacárido sulfatado, AgaropectinaLa dureza, estara dada por la cantidad de agar agar agregado
en una solucion, esto dara la estabilidad a un sistema.
Composición química
Dureza
Fuente: http://agargel.com.br/agar-tec-es.html
76
ANEXO 2: MEMORIA DE CÁLCULO
Tabla C: Correlaciones para distintos mediosMatraz Correlacion R^2
1 0,9926
2 0,9994
3 0,9984
4 0,9991
5 0,9957
6 0,9948
0391.00641.00049.00007.00004.0 234 xxxxy
0289.00232.00093.000006.000005.0 234 xxxxy
0521.00272.00099.0001.000005.0 234 xxxxy
0044.00043.00084.00012.000005.0 234 xxxxy
0633.01413.00035.000002.010*3 2347 xxxxy
0788.01654.00112.00014.000008.0 234 xxxxy
Calculo de máximos y mínimos
Criterio de la segunda derivada
Una vez encontrada la primera derivada Se calculan las raíces de las funciones.
Ejemplo
Correlación:
Primera derivada:
0641.00098.00021.00016.0 23 xxxy
Puntos críticosX = 10,87
Segunda derivada
0098.00042.00048.0 2 xxy
Al evaluar los puntos críticos en la segunda deriva se obtiene:
Y = -0,020861312
0391.00641.00049.00007.00004.0 234 xxxxy
77
Según criterio de la segunda derivada, el valor -0,020861312 indica que existe
un máximo en el valor 0,41931192
Calculo de porcentaje de crecimiento:
Este se calcula a partir de la siguiente fórmula:
Crecimiento = (masa final – masa inicial)/masa inicial *100
Ejemplo:
Si la materia del primer día es 0.02825 y desea determinarse el porcentaje de
crecimiento al cuarto día, y la materia en este día es de 0.4389, se tiene:
Crecimiento = (0.4389/0.02825-1)*100 = 1453.6 %
Así el porcentaje de crecimiento al cuarto día es de 1453.6 %, para el matraz 1,
con piedrecillas blancas. Posteriormente se repitió el procedimiento para el
matraz 2, y con estos valores, se calculó un promedio de crecimiento.
78
79
ANEXO 3: FOTOS GENERALES
Figura A: Microalgas encontradasen terreno
Figura C: Microalgas vista desdeun microscopio
Figura E: Baño termostático
Figura B: Microalgas congeladas
Figura D: Baño termostático
80
Figura F: Tubos de ensayo conmuestra
Figura H: Tipo de Matraz utilizadopara estudio de soporte
Figura G: Tipo de ampolletautilizada
Figura I: Solución Salina
1
ANEXO 4: LEGISLACIÓN CHILENA SOBRE BIOCOMBUSTIBLES
Fecha de publicación Descripción
19-MAY-2007 MINISTERIO DE HACIENDA; SERVICIO
DE IMPUESTOS INTERNOS; DIRECCION
NACIONAL
INSTRUYE SOBRE TRATAMIENTO
TRIBUTARIO DE LOS
BIOCOMBUSTIBLES DENOMINADOS
BIODIESEL Y BIOETANOL
02-FEB-2009 MINISTERIO DE ECONOMIA, FOMENTO
Y RECONSTRUCCION; SUBSECRETARIA
DE ECONOMIA, FOMENTO Y
ECONSTRUCCION; SUPERINTENDENCIA
DE ELECTRICIDAD Y COMBUSTIBLES
ESTABLECE PROCEDIMIENTOS PARA
LA INSCRIPCIÓN DE LAS PERSONAS
NATURALES Y JURÍDICAS QUE
REALICEN ACTIVIDADES DE
PRODUCCIÓN, IMPORTACIÓN,
TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO,
DISTRIBUCIÓN, MEZCLA Y
COMERCIALIZACIÓN DE
BIOCOMBUSTIBLES Y SUS
INSTALACIONES
12-AGO-2008 MINISTERIO DE MINERIA
CREA COMISIÓN ASESORA
INTERMINISTERIAL EN MATERIA DE
BIOCOMBUSTIBLES EN CHILE
09-MAY-2008 MINISTERIO DE ECONOMIA, FOMENTO
Y RECONSTRUCCION; SUBSECRETARIA
DE ECONOMIA, FOMENTO Y
ECONSTRUCCION
APRUEBA DEFINICIONES Y
ESPECIFICACIONES DE CALIDAD PARA
LA PRODUCCIÓN, IMPORTACIÓN,
TRANSPORTE, ALMACENAMIENTO,
2
DISTRIBUCIÓN Y COMERCIALIZACIÓN
DE BIOETANOL Y BIODIESEL
01-ABR-2008 MINISTERIO DE ECONOMIA; FOMENTO
Y RECONSTRUCCION; SUBSECRETARIA
DE ECONOMIA; FOMENTO Y
RECONSTRUCCION
INTRODUCE MODIFICACIONES A LA LEY
GENERAL DE SERVICIOS ELÉCTRICOS
RESPECTO DE LA GENERACIÓN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA CON FUENTES DE
ENERGÍAS RENOVABLES NO
CONVENCIONALES
