BIOMASA ALGAL - INBIOTEC · Grupo de algas muy diverso En todos los hábitats, mayoría de agua...
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BIOMASA ALGAL
Dr. Mauro Do Nascimento
• Protistas fotosintéticos (excepciones)
• Origen Polifilético
• Eucariotas / Procariotas (cianobacterias)
• Existen alrededor de 45000 especies descriptas
• Colonizan todo tipo de ambiente. Principalmente acuáticos
• Polimórficas
• Unicelulares, coloniales, pluricelulares
• Autótrofas, heterótrofas o mixotróficas
• Microscópicas y macroscópicas
Características generales
Características generales
Características generales
Presentan rutas metabólicas semejantes a las plantas como la
fotosíntesis oxigénica, y la síntesis y acumulación de lípidos y de
hidratos de carbono
Reproducción y ciclos biológicos
Reproducción y ciclos biológicos
Reproducción y ciclos biológicos
Importancia ecológica
Son los productores
primarios
por excelencia
en ambientes acuáticos
Participan en diferentes ciclos
biogeoquímicos globales mediante la
producción de oxígeno atmosférico,
regulación del clima, entre otros
Se las clasifica de acuerdo a diferentes criterios :
Hábitat
Tipo de pigmento principal
Caracteres morfológicos - Tamaño
Sustancia de reserva
Ciclo de vida
Hábitos - Caracteres morfológicos
Estructura celular (pared celular, cloroplastos, división celular)
Ultraestructura: estructura intracelular, cloroplastos, flagelos
(presencia, tipo)
Moleculares: Comparaciones entre genomas, secuencias especificas
de DNA
Clasificación
Se las clasifica de acuerdo a diferentes criterios :
Hábitat
Tipo de pigmento principal
Caracteres morfológicos - Tamaño
Sustancia de reserva
Ciclo de vida
Hábitos - Caracteres morfológicos
Estructura celular (pared celular, cloroplastos, división celular)
Ultraestructura: estructura intracelular, cloroplastos, flagelos
(presencia, tipo)
Moleculares: Comparaciones entre genomas, secuencias especificas
de DNA
Clasificación
Chlorophyta
EuglenophytaChrysophyta
PhaeophytaRhodophyta
Cryptophyta
Dinophyta BacillarophytaALGAS
MACROALGAS
Grupo de algas marinas, multicelulares y de gran tamaño
Phaeophyta (Algas pardas)Chlorophyta (Algas verdes)
Rhodphyta (Algas rojas)
Macroalgas
Include the largest and most complex seaweeds
Sargassum weed
(pneumatocysts);
The kelps are the most complex and
largest of all brown algae
The stipes of giant kelp, Macrocystis
can reach lengths of 100 m and
grow ~1 ft per day!
Macroalgas importancia y usos
Principales aplicaciones de las macroalgas
Alimentación
Fertilización
Ficocoloides
Medicina
Energía
Principales aplicaciones de las macroalgas
Energía An optimum bioethanol productivity of 19,000 liters/ha/year
has been estimated, which is approximately two times
higher than the ethanol productivity from sugarcane and 5
times higher than the ethanol productivity from corn
Macroalgas importancia y usos
Seaweed aquaculture is more developed in Asia, especially in China, which accounts
for about 72% of global annual production.
Laminaria japonica, Plantae
aquaticae, Undaria pinnatifida,
Porphyra tenera, and Gracilaria
verrucosa
MICROALGAS
(Chlorophyta)
(Bacillarophyta)
Grupo muy heterogéneo de organismos eucariotas unicelulares
cuyo tamaño varia de 2-200µm, sin embargo,
también se incluyen dentro de este grupo a las cianobacterias
(Cyanobacteria?)
CIANOBACTERIAS (Cyanobacteria)
Cianobacterias (Cyanobacteria)
Algas verdeazuladas
Procariotas fotosintéticos
Organismos foto-autotróficos mas primitivos
Unicelulares – Habitos cocoides, agregados o filamentos simples o ramificados
Tilacoides dispersos en el citoplasma
Clorofila a, carotenoides - Ficobiliproteinas
Sustancia de reserva almidon
Estructuras especializadas
Heterocistos
Acinetos
Hormogonios
Cianobacterias: Aplicaciones
Alimentación
FertilizaciónEnergía
Aplicaciones
industriales
Medicina
CHOROPHYTA (Algas verdes)
Grupo de algas muy diverso
En todos los hábitats, mayoría de agua dulce
Cloroplasto con sólo su membrana doble (externa e interna), forma variable
(de copa, reticulado, etc.). Grana, membranas estromáticas que los
interconectan, con o sin pirenoide.
Pigmentos: clorofilas ay b, carotenoides
Sustancia de reserva: almidón INTRAPLASTIDIAL. En caso de presentar
pirenoide, el almidón puede estar asociado a dicha estructura.
Pared celular (cuando presente) con celulosa
Células flageladas(vegetativas, zoosporas o gametas) con 1, 2, 4, 6 u 8 o
numerosos flagelos lisos
Dieron origen a las plantas terrestres
CHOROPHYTA
(Algas verdes)
POR QUE LAS MICROALGAS SON TAN INTERESANTES
Productos obtenidos a partir de biomasa de microalgas
HISTORIA DE LAS MICROALGAS
INVESTIGACIÓN ----- PRODUCTOS DE INTERES Y CON ALTO VALOR AGREGADO
BIOCOMBUSTIBLES DE TERCERA GENERACIÓN
Capacidad de ser cultivadas en tierras marginales (desiertos, y
zonas áridas en general que no son aprovechables para la
agricultura tradicional)., proliferación
en aguas salinas y otros ambientes extremos, para los cuales no
existe demanda competitiva.
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
FLEXIBLES
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
Altas tasas de duplicación (3-6 hs laboratorio)
EFICIENTES
Pueden superar la producción de biomasa de las plantas por unidad de
superficie en un factor aproximado de 10 veces.
Yuan-Kun Lee, 2005
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
PRODUCTIVAS
Síntesis y acumulación de grandes cantidades
de sustancias de reserva ( 30-70% PS).
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
Productividades de biodiesel (Kg/ha año) 200
veces mayor que los cultivos tradicionales
PRODUCTIVAS
Materia primaContenido de Aceite
(% PS)
Rendimiento de aceite
(L/ha año)
Superficie requerida (m2
año/ Kg biodiesel)
Productividad de biodiesel
(Kg/ha año)
Maíz 44 172 66,0 152
Soja 18 636 18,0 562
Jatropha 28 741 15,0 656
Colza 41 974 12,0 862
Girasol 40 1070 11,0 946
Palma 36 5366 2,0 4747
Microalgasa 30 58700 0,2 51927
Microalgasb 50 97800 0,1 86515
Microalgasc 70 136900 0,1 121104
Modificado de Mata et al., 2010
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
Secuestro de CO2 de la atmósfera, el cultivo puede acoplarse
a la combustión de compuestos carbonados en plantas generadoras
de energía eléctrica.
PRODUCTIVAS - ECOLÓGICAS
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
Alta eficiencia en utilización de nutrientes económicos. Utilización de
nutrientes relativamente económicos, como fuentes de N y P
provenientes de una diversidad de residuos
(desecho de la industria agropecuaria y desechos municipales).
BIORREMEDIACION.
PRODUCTIVAS - ECOLOGICAS
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
Menores requerimientos de agua
ECOLÓGICAS
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
No necesita el uso de pesticidas ni herbicidas
ECOLOGICAS
VENTAJAS DE LAS MICROALGAS
PRODUCTOS CON ALTO VALOR AGREGADO
Producción de una gran variedad de
co–productos con alto valor agregado
tales como proteínas, polisacáridos,
ácidos grasos esenciales,
antioxidantes, fertilizantes, hidrógeno, etc.
.
DESVENTAJAS
Si bien existen cada vez mas investigaciones, emprendimientos
y empresas enfocados en la producción de biocombustibles a
partir de microalgas, en general la estrategia aún no es
económicamente competitiva en relación a los combustibles
fósiles o biocombustibles de origen vegetal
DESAFIOS TECNOLOGICOS
DESAFIOS TECNOLOGICOS
DESAFIOS TECNOLOGICOS
BIOLÓGICOS
DESAFIOS TECNOLOGICOS
BIOLÓGICOS
DESAFIOS TECNOLOGICOS
BIOLÓGICOS
DESAFIOS TECNOLOGICOS
OPTIMIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CULTIVO
DESAFIOS TECNOLOGICOS
OPEN POND / RACEWAY POND
DESAFIOS TECNOLOGICOS
OPEN POND /
RACEWAY POND
SISTEMAS ABIERTOS
“RACEWAY”
DESAFIOS TECNOLOGICOS
PHOTOBIOREACTOR
DESAFIOS TECNOLOGICOS
PHOTOBIOREACTOR
DESAFIOS TECNOLOGICOS
PHOTOBIOREACTOR
Biorreactores tubulares
FLAT PANELS
BIOFACHADAS
Jorquera 2010
DESAFIOS TECNOLOGICOS
COSECHA
DESAFIOS TECNOLOGICOS
COSECHA
La selección del método apropiado de cosecha depende del producto que se
quiere obtener, sus propiedades y valor agregado-.
Se deben tener en cuenta, las concentraciones de sal, el posible daño celular,
como también la densidad y el tamaño celular.
El procedimiento no debe ser toxico o contaminante y es deseable el reciclado
del medio de cultivo.
DESAFIOS TECNOLOGICOS
COSECHA
Barros et al 2015
No existe un método universal que pueda aplicarse para cosechar
todas las especies de microalgas con la misma eficiencia.
Se debe diseñar un método basado en las propiedades de las
microalgas, como la morfología y tamaño celular, propiedades de la
superficie celular, como también en la calidad y valor del producto
final.
Se acepta que para mejorar la eficiencias de recolección y reducir
los costos, es común aplicar una combinación de procesos.
Estableciendo un protocolo de separación de dos etapas,
Espesamiento y Deshidratación.
DESAFIOS TECNOLOGICOS
COSECHA
DESAFIOS TECNOLOGICOS
SECADO
DESAFIOS TECNOLOGICOS
Extracción de aceite
HábitosEl TALO (cuerpo) de las algas puede presentar distintos niveles de organización y aspectos generales los cuales se denominan HÁBITOS. Losprincipalesson:-FLAGELADO. Células flageladas, móviles, con paredes celulares más o menos delicadas o ausentes. Generalmenteconstigma(“mancha ocular”) y vacuolas contráctiles que actúan como “bombas de achique” (¿porqué?).
FILAMENTOSO. Talos conformados por células dispuestas en hilera. Pueden
ser simples o ramificados
PSEUDOPARENQUIMÁTICO. Las células se dividen en los tres planos del
espacio pudiendo generar talos de estructura compleja, a veces con diferenciación
en tejidos y órganos.
LAMINAR. talocon forma de lámina, resultado de la división en dosplanos del espacio. Generalmente con una o pocas capas de células de un mismo tipo.
SIFONAL. Talos cenocíticos, multinucleados, sin organización celular. Con distintos grados de complejidad
COCOIDE. Con paredes celulares rígidas, sin movilidad propia. Unicelulares o en agregados celulares de distinto tipo
CIANOBACTERIAS (Cyanobacteria)
CIANOBACTERIAS (Cyanobacteria)
cocoides
cenobiales
flageladas
filamentosas
Diatomeas (Bacillarophyta)
John P. et al 2011