1. Producción de biodiesel a partir de microalgas
1.5 Recuperación de biomasa
Una vez es cultivada la microalga, es necesario la posterior recuperación de ésta y la extracción del metabolito de interés. Los métodos comunes de recuperación de biomasa son filtración, centrifugación, floculación o incluso la sedimentación (43). La recuperación de la biomasa puede llegar a ser una etapa difícil y costosa, debido al tamaño de las microalgas, entre 3 y 30 µm, y la densidad celular final que en algunos casos no supera los 0,5 kg·m-3, lo cual podría llevar a que los costos de recuperación de biomasa estén entre el 20 y el 30% de los costos totales de producción de biomasa, por esto la factibilidad económica es uno de los factores más importantes en la selección del método de recuperación de biomasa (20; 23; 39; 52; 91).
1.5.1 Sedimentación
Proceso que aprovecha la gravedad, la densidad y radio de las microalgas para separarla del medio de cultivo, cuya principal característica es el bajo costo de operación, pero en contrapartida el tiempo de operación puede llegar a ser bastante prolongado, haciendo que la sedimentación sea una opción poco viable para la obtención de biodiesel (40; 95). Para mejorar la eficiencia de la sedimentación, esta es usualmente combinada con la floculación (39).
1.5.2 Floculación
Proceso en el cual las células dispersas son aglomeradas para aumentar el radio efectivo y así permitir una sedimentación más rápida. La floculación puede dividirse en autofloculación, floculación química (orgánica o inorgánica) y electrolítica (40). La floculación química es la más común, en la cual las algas son cargadas negativamente empleando sales inorgánicas como la de aluminio, sin embargo en un proceso altamente sensible al pH y en algunos casos la biomasa sobrante no puede ser empleada en procesos posteriores como alimento para animales o digestión anaerobia (91). También son empleados polímeros para la floculación, como el quitosano o el praestol. Las principales ventajas de los polímeros son el uso de menores cantidades, la posibilidad de trabajar a diferentes pH y menor impacto ambiental (20; 23; 39; 40; 91; 97; 102).
1.5.3 Centrifugación
Proceso en el cual se reduce considerablemente el tiempo que toma la sedimentación de las microalgas aprovechando la fuerza centrífuga obtenida con una rotación a alta velocidad, aumentando la gravedad que experimenta las microalgas, haciendo que sea quizá el método más rápido para la recuperación de biomasa algal (39; 97). Se ha demostrado su alta eficiencia, >90%, sin embargo es un proceso altamente costoso, lo cual lo hace inviable a escala industrial para la recuperación de biomasa de acuerdo con estudios realizados por el Departamento de Energía de E.U. (20; 23; 51; 97; 98).
1.5.4 Filtración
Este método de separación emplea un medio permeable a través del cual la suspensión es forzada a pasar empleando un gradiente de presión, el medio permeable retiene las células mientras que el medio líquido pasa a través de él. La filtración puede ser superficial, en donde se forma una torta de sólidos en el medio filtrante, o tangencial en donde la suspensión fluye tangencialmente al medio permeable y es recirculado con el objetivo de concentrar la suspensión celular. Sin embargo la filtración puede llegar a ser poco eficiente, no más del 90%, debido a la baja densidad que alcanzan los cultivos microalgales, adicionalmente la filtración puede llegar a ser un proceso costoso (20; 23; 39; 40; 97). La filtración puede ser un proceso eficiente para microalgas como
Coelastrum proboscideum y S. platensis pero en el caso de microalgas más pequeñas
como Scenedesmus, Dunaliella, o Chlorella la filtración no es un proceso eficiente (52).
1.6 Recuperación de lípidos
A escala laboratorio existe una gran cantidad de procesos disponibles para la extracción de los lípidos producidos por las microalgas, sin embargo para un potencial escalamiento a nivel industrial este proceso representa todo un reto debido a los altos costos que este proceso implica, pues la extracción de aceite algal cuesta al menos tres veces más que la extracción del aceite de soya, debido principalmente al alto contenido de humedad de las microalgas (20; 51). Después de la recuperación de la biomasa, usualmente se realizan tres procesos, una deshidratación, rompimiento celular y finalmente la extracción de lípidos, sin embargo, la clave de un proceso eficiente de recuperación de lípidos es tener la menor cantidad de etapas como sea posible. (23; 51).
1.6.1 Deshidratación biomasa
Una vez la biomasa algal es recuperada, en algunos casos es necesario realizar una deshidratación de ésta con el fin de evitar una descomposición. La deshidratación se utiliza comúnmente para extender la vida útil de la biomasa, especialmente si la biomasa es el producto final. Los métodos de secado que se han utilizado para microalgas incluyen secado por atomización, secado en tambor, liofilización y secado al sol (23; 52). En el caso de la producción de biodiesel a partir de microalgas, es necesario realizar una extracción en húmedo, es decir omitir la deshidratación debido a sus altos costos. La deshidratación empleando secado solar ha sido propuesto para evitar dichos costos, pero debido a los grandes volúmenes que deben ser procesados, los requerimientos de tierra para el secado hacen que este proceso sea también inviable económicamente (20; 98).
1.6.2 Rompimiento celular
Posterior a la deshidratación celular, debido a la pared celular de algunas especies de las microalgas es necesario realizarle disrupción celular para liberar los lípidos y realizar una extracción más económica evitando el uso de temperaturas y presiones altas (20). Las microalgas Chlorella y Nannochloropsis son algunas de las especies con paredes celulares más gruesas haciendo necesario el rompimiento celular de ellas (20). Los
mecanismos de disrupción pueden ser mecánicos o no mecánicos. Los mecánicos pueden ser como el homogenizador, el molino de perlas, autoclave y cavitación, y los no mecánicos como congelado, empleo de ácidos, bases, solventes orgánicos, choque osmótico y el empleo de enzimas, sin embargo ninguno de estos procesos han sido empleados a escala industrial debido a su gran consumo energético (20; 52).
1.6.3 Extracción lípidos
Los lípidos se clasifican en apolares y polares, por lo cual para una extracción efectiva de éstos es necesario el empleo de dos tipos de solventes, un solvente no polar como dietileter, cloroformo, benceno o hexano y un solvente polar como el metanol, etanol o isopropanol. A escala laboratorio son empleados una gran cantidad de métodos de extracción como Soxhlet, Folch, Bligh & Dyer, (20; 26; 103; 104). Muchos de los solventes empleados a escala laboratorio son tóxicos, por lo cual también se ha propuesto otros métodos de extracción como la subcrítica y supercrítica empleando CO2, sin embargo es un proceso altamente costoso para su empleo a escala industrial (20; 105; 106)