Perspectivas y avances Perspectivas y avances en la investigación de en la investigación de

microalgasmicroalgasIV Congreso de energías renovables y IV Congreso de energías renovables y

biocombustibles.biocombustibles.Lima, PerúLima, Perú

Claudia Sepúlveda VegaClaudia Sepúlveda VegaAntofagasta, Chile.Antofagasta, Chile.

DEMANDA ENERGETICA DEMANDA ENERGETICA NACIONAL Y MUNDIALNACIONAL Y MUNDIAL

�� Crisis energética.Crisis energética.�� Reducción en emisión de gases.Reducción en emisión de gases.�� Reducción en emisión de gases.Reducción en emisión de gases.�� Expansión y diversificación de la Expansión y diversificación de la matriz energética.matriz energética.

�� Desarrollo de combustibles Desarrollo de combustibles renovables.renovables.

PuntosPuntos críticoscríticos parapara eleldesarrollodesarrollo dede lala industriaindustria deldelbiodieselbiodiesel enen ChileChile yy aa nivelnivelmundialmundial�� Tipo de cultivoTipo de cultivo

Costos v/s PreciosCostos v/s Precios�� Costos v/s PreciosCostos v/s Precios

�� Disponibilidad de TierrasDisponibilidad de Tierras

�� Producción constante de BiomasaProducción constante de Biomasa

�� Cultivos con alto contenido Cultivos con alto contenido

lipídicolipídico

CHILE

U. de Tarapacá macro U. de Antofagasta micro

U. de Concepción micro

U. Católica de Temuco microU. de la Frontera microU. de los Lagos macro

VENTAJAS DEL NORTE DE VENTAJAS DEL NORTE DE CHILE CHILE

•• ALTA INTENSIDAD ALTA INTENSIDAD LUMINICA 4.828 LUMINICA 4.828 kcal/(mkcal/(m--22 día)día)

•• ALTA ALTA DISPONIBILIDAD DE DISPONIBILIDAD DE TIERRAS PARA TIERRAS PARA CULTIVO CULTIVO 126.049 126.049 kmkm22

•• ZONAS DESERTICAS ZONAS DESERTICAS NO DISPONIBLES NO DISPONIBLES PARA OTROS PARA OTROS CULTIVOS O CULTIVOS O AGRICULTURAAGRICULTURA

¿Por qué cultivar microalgas para producir biodiesel?

Comparación de materias primas para biodiesel

Y. Chisti. –. Biotechnology Advances 25 (2007) 294

**

*Se requieren monocultivos de microalgas seleccionadas acumuladoras de lípidos

�� AA nivelnivel mundialmundial muchosmuchos investigadoresinvestigadores yy empresasempresas privadasprivadassese encuentranencuentran desarrollandodesarrollando yy evaluandoevaluando lala tecnologíatecnologíanecesarianecesaria parapara asegurarasegurar lala sustentabilidadsustentabilidad dede cultivoscultivosenergéticosenergéticos dede 22dada generacióngeneración queque sirvansirvan comocomo fuentefuente dedebiomasabiomasa..

�� ExisteExiste unauna necesidadnecesidad urgenteurgente dede seleccionarseleccionar yy evaluarevaluar fuentesfuentesdede materiamateria primaprima sustentablessustentables yy renovablesrenovables enen elel tiempotiempo..

�� ExisteExiste unun grangran consensoconsenso enen queque laslas microalgasmicroalgas sonson unauna dede laslasmateriasmaterias primasprimas concon másmás posibilidadesposibilidades dede desarrollodesarrollo..

LasLas algasalgas sonson importantesimportantes constituyentesconstituyentes dedemuchosmuchos ecosistemasecosistemas�� SuSu rangorango dede hábitatshábitats vava desdedesde ambientesambientes marinosmarinos aa

dulceacuícolasdulceacuícolas yy desdedesde laslas arenasarenas deldel desiertodesierto aa fosasfosashidrotermales,hidrotermales, nievenieve yy hielohielo..

�� LasLas algasalgas producenproducen unun grangran porcentajeporcentaje dede lala producciónproducción primariaprimariatotaltotal yy sonson lala basebase dede todatoda lala cadenacadena alimenticiaalimenticia..

Muchas algas acumulan cantidades sustanciales de

lípidos

Muchas algas acumulan cantidades sustanciales de

lípidos Contenido de aceite (% )

Neochloris oleoabundans 35-54 Nitzschia sp. 45-47

Nannochloropsis spp. 31-68 Isochrysis galbana 22-38

Chlorella sp. 28-32 Haematococcus pluvialis 30-40

Schizochytrium sp. 50-77 Phaeodactylum tricornutum 20-30

Botryococcus braunii

Acumula sobre el 80% de su peso celular en hidrocarburos de cadena

adversas.

Acumula sobre el 80% de su peso celular en hidrocarburos de cadenalarga (C23-C40) que son producidos bajo condiciones medioambientalesadversas.Esas especies oleaginosas se han considerado como fuente promisoria debiodiesel.

�� LasLas ventajasventajas potencialespotenciales dede laslas algasalgas incluyenincluyen susuhabilidadhabilidad parapara::•• CrecerCrecer aa unauna tasatasa dede crecimientocrecimiento altaalta..•• CrecerCrecer enen aguaagua dedemar/salinas/salobres/costerasmar/salinas/salobres/costeras concon pocapocacompetenciacompetencia..

•• UtilizarUtilizar nutrientesnutrientes desdedesde aguasaguas dede tratamientotratamiento..•• SecuestrarSecuestrar dióxidodióxido dede carbonocarbono desdedesde fuentesfuentes dede

�� LasLas ventajasventajas potencialespotenciales dede laslas algasalgas incluyenincluyen susuhabilidadhabilidad parapara::•• CrecerCrecer aa unauna tasatasa dede crecimientocrecimiento altaalta..•• CrecerCrecer enen aguaagua dedemar/salinas/salobres/costerasmar/salinas/salobres/costeras concon pocapocacompetenciacompetencia..

•• UtilizarUtilizar nutrientesnutrientes desdedesde aguasaguas dede tratamientotratamiento..•• SecuestrarSecuestrar dióxidodióxido dede carbonocarbono desdedesde fuentesfuentes dede•• SecuestrarSecuestrar dióxidodióxido dede carbonocarbono desdedesde fuentesfuentes dedeemisiónemisión fijasfijas..

•• ProducciónProducción dede coco-- yy subsub--productosproductos valiososvaliosos..

•• SecuestrarSecuestrar dióxidodióxido dede carbonocarbono desdedesde fuentesfuentes dedeemisiónemisión fijasfijas..

•• ProducciónProducción dede coco-- yy subsub--productosproductos valiososvaliosos..

Necesidades de los cultivos de microalgas Necesidades de los cultivos de microalgas

� Cultivos: multiplicación (casi) ilimitada del inócu loCultivos: multiplicación (casi) ilimitada del inócu lo� Cultivos: multiplicación (casi) ilimitada del inócu loCultivos: multiplicación (casi) ilimitada del inócu lo

� Promover el crecimiento de las microalgasPromover el crecimiento de las microalgas.� Promover el crecimiento de las microalgasPromover el crecimiento de las microalgas.

Inóculo

O2Inóculo

Luz

Nutrientes(medio)

CO2

Agitación

Proceso productivoProceso productivo

�� SinSin embargo,embargo, parapara queque laslas microalgasmicroalgas sesetransformentransformen enen lala materiamateria primaprima idóneaidónea parapara lalaproducciónproducción dede biocombustiblebiocombustible sese requiererequiere eleldesarrollodesarrollo dede tecnologíatecnología enen todastodas laslas áreasáreas::•• búsquedabúsqueda yy selecciónselección dede cepascepas concon altoaltocontenidocontenido dede lípidos,lípidos,

•• sustentabilidadsustentabilidad dede loslos cultivoscultivos dede microalgas,microalgas,•• producciónproducción constanteconstante enen elel tiempotiempo yy elel•• producciónproducción constanteconstante enen elel tiempotiempo yy eleldesarrollodesarrollo dede lala tecnologíatecnología necesarianecesaria paraparadesarrollardesarrollar cultivoscultivos microalgalesmicroalgales conconrendimientorendimiento eficienteeficiente dede biomasabiomasa porpor superficiesuperficieyy unidadunidad dede tiempotiempo..

ESCALAMIENTO DE CULTIVOESCALAMIENTO DE CULTIVO

OBTENCIÓN CEPARIO

I CULTIVOPRIMARIO

II CULTIVO SEMITERMEDIO

PRIMARIO

III CULTIVO INTERMEDIO

� 100 -150 mL � 500 – 1500 mL

� 18 – 50 litros

III CULTIVO MASIVO

� > 500 litros

�� ExistenExisten diversasdiversas cepascepas yy especiesespecies dede microalgas,microalgas,sinsin embargoembargo encontrarencontrar lala cepacepa óptimaóptima enen relaciónrelaciónaa rendimientorendimiento enen biomasabiomasa yy porcentajeporcentaje dede lípidoslípidosrequiererequiere ciertocierto periodoperiodo dede estudioestudio..

�� NoNo todastodas laslas cepascepas dede microalgasmicroalgas sese adaptanadaptan aacrecercrecer enen sistemassistemas dede cultivocultivo masivosmasivos artificialesartificiales..

�� LosLos parámetrosparámetros fisicoquímicosfisicoquímicos óptimosóptimos aa volumenvolumendede bioensayobioensayo nono sonson necesariamentenecesariamente escalablesescalables..dede bioensayobioensayo nono sonson necesariamentenecesariamente escalablesescalables..

�� LaLa cantidadcantidad dede lípidoslípidos enen laslas microalgasmicroalgas esesmultifactorialmultifactorial yy dependedepende dede lala especieespecie dedemicroalga,microalga, dede lala etapaetapa dede crecimientocrecimiento deldel cultivo,cultivo,dede parámetrosparámetros fisicoquímicosfisicoquímicos deldel cultivocultivo (como(comoluz,luz, temperatura,temperatura, pH)pH) yy dede loslos nutrientesnutrientes queque seseadministranadministran alal cultivocultivo..

�� LaLa cantidadcantidad dede lípidoslípidos enen laslas microalgasmicroalgas nono esesLaLa cantidadcantidad dede lípidoslípidos enen laslas microalgasmicroalgas nono esesconstanteconstante durantedurante elel periodoperiodo dede crecimientocrecimiento..

�� SeSe necesitanecesita lala integraciónintegración dede procesosprocesos comocomo::•• CapturaCaptura dede COCO22

•• TratamientoTratamiento dede aguasaguas•• UsoUso dede diversosdiversos compuestoscompuestos acumuladosacumulados enen laslas células,células,ademásademás dede loslos lípidoslípidos..

�� AumentarAumentar lala eficienciaeficiencia enen metodologíametodología parapara cosechacosecha dede lalabiomasabiomasa microalgalmicroalgal yy lala posteriorposterior extracciónextracción dede loslos productosproductos..

�� DesarrollarDesarrollar lala tecnologíatecnología parapara lala producciónproducción dede monocultivosmonocultivos aagrangran escalaescala dede microalgasmicroalgas específicasespecíficas queque acumulenacumulen altosaltosnivelesniveles deldel productoproducto deseadodeseado..

Gran capacidad de generación de biomasaGran capacidad de generación de biomasa

dt

dC

C

b

b

1=µ

� Velocidad específica de crecimientoVelocidad específica de crecimiento� Velocidad específica de crecimientoVelocidad específica de crecimiento

� ProductividadProductividad� ProductividadProductividad Bio

mas

a

∆t

∆Cmicroalgas

∆

dt

dCCP bb == ·µ

tiempo

∆Cotras

Sistemas de cultivosSistemas de cultivos

1. fotobioreactores in-door (25 litros)

Sistema de cultivo fotobioreactor tubular Sistema de cultivo fotobioreactor tubular cilindro vertical con sistema aircilindro vertical con sistema air--lift en inlift en in--door.door.

Diseño de los sistemas fotobioreactores cilíndricos tubulares y verticales (A) con sistema

air-lift ascendente para la inyección del aire. Adaptado de Silva y Riquelme (2008)

2. Sistemas de cultivos en bolsas (400 litros)2. Sistemas de cultivos en bolsas (400 litros)

3. Sistema de cultivo Horizontal con recirculación 3. Sistema de cultivo Horizontal con recirculación (1000 litros)(1000 litros)

Sistemas de bolsas (1000 litros)Sistemas de bolsas (1000 litros)

Sistemas de cultivo masivo tipo raceSistemas de cultivo masivo tipo race--way way outout--door ubicados en la Universidad de door ubicados en la Universidad de

Antofagasta.Antofagasta.

Algunos resultados de nuestra Algunos resultados de nuestra investigacióninvestigacióninvestigacióninvestigación

INVESTIGACION BASICA EN LABORATORIO INVESTIGACION BASICA EN LABORATORIO DE ECOLOGIA MICROBIANA (UA)DE ECOLOGIA MICROBIANA (UA)

�� SELECCIÓN DE CEPASSELECCIÓN DE CEPAS�� PARAMETROS DE INDUCCIÓN DE PARAMETROS DE INDUCCIÓN DE SINTESIS LIPÍDICA POR STRESSSINTESIS LIPÍDICA POR STRESS

�� PARAMETROS FISICOQUÍMICOS DE PARAMETROS FISICOQUÍMICOS DE �� PARAMETROS FISICOQUÍMICOS DE PARAMETROS FISICOQUÍMICOS DE CULTIVOCULTIVO

�� INGENIERÍA METÁBOLICA EN INGENIERÍA METÁBOLICA EN MICROALGAS: BIOSINTESIS DE MICROALGAS: BIOSINTESIS DE BIODIESEL BIODIESEL

�� BÚSQUEDA DE PROBIÓTICOSBÚSQUEDA DE PROBIÓTICOS

Optimización condiciones de cultivoOptimización condiciones de cultivo

Nutrientes y/o Nutrientes y/o

FertilizantesFertilizantes

1 Litro1 Litro 25 litros25 litros 300 litros300 litros 600 litros600 litros

Nitrato de sodio Nitrato de sodio

(16.5% N) (16.5% N)

0.2124 0.2124

gr. gr.

5.31 gr. 5.31 gr. 63.74 gr. 63.74 gr. 127.44 gr. 127.44 gr.

Salitre (15% N) Salitre (15% N) 0.233 gr. 0.233 gr. 5.825 gr. 5.825 gr. 69.9 gr. 69.9 gr. 139.8 gr. 139.8 gr.

Fosfato Monosodico Fosfato Monosodico 0.0256 0.0256 0.64 gr. 0.64 gr. 7.7 gr. 7.7 gr. 15.36 gr. 15.36 gr.

Optimización condiciones de cultivoOptimización condiciones de cultivo

Fosfato Monosodico Fosfato Monosodico 0.0256 0.0256

gr. gr.

0.64 gr. 0.64 gr. 7.7 gr. 7.7 gr. 15.36 gr. 15.36 gr.

Bicarbonato de Bicarbonato de

Sodio Sodio

0.252 gr. 0.252 gr. 6.3 gr. 6.3 gr. 75.6 gr. 75.6 gr. 0 0

Cloruro de calcio Cloruro de calcio 0.035 gr. 0.035 gr. 0.875 gr. 0.875 gr. 10.5 gr. 10.5 gr. 21 gr. 21 gr.

Sulfato de Magnesio Sulfato de Magnesio 0.035 gr. 0.035 gr. 0.875 gr. 0.875 gr. 10.5 gr. 10.5 gr. 21 gr. 21 gr.

Fertilizantes agrícolas usados en cultivos masivos de B. braunii.

Rendimiento en biomasa de los diferentes Rendimiento en biomasa de los diferentes sistemas de cultivo.sistemas de cultivo.

TipoTipo dedesistemasistema

NºNº cel/mlcel/ml xx1010 66 BiomasaBiomasaobtenidaobtenida (gr)(gr)

LitrosLitros dedecultivocultivo

RendimientoRendimientogr/litrogr/litro

SistemaSistematubulartubular verticalvertical

22..8282 540540 3030 22..55tubulartubular verticalvertical

SistemaSistema mallamallaconcon bolsasbolsas

44..7575 630630 350350 33..22

SistemaSistematubulartubularhorizontalhorizontal

11..6565 13191319 900900 11..8787

SistemaSistema dederacerace--wayway

11..00 1000010000 50005000 00..99

Tasa de duplicación en los diferentes sistemas Tasa de duplicación en los diferentes sistemas de cultivo masivode cultivo masivo

Sistema de Sistema de

cultivo cultivo

FWFW

InIn--door door

75:25 75:25

SW:FWSW:FW

InIn--door door

SWSW

InIn--door door

SWSW

OutOut--door door

75:2575:25

SW:FWSW:FW

OutOut--door door

FW FW

OutOut--door door

Tubular Tubular

horizontal 1 horizontal 1

-- -- -- 0.0094 0.0094 -- 0.1835 0.1835

Tubular Tubular -- . . -- 0.0062 0.0062 . . 0.1939 0.1939 Tubular Tubular

Horizontal Horizontal

2 2

-- . . -- 0.0062 0.0062 . . 0.1939 0.1939

MallasMallas--

Bolsas 1 Bolsas 1

0.1721 0.1721 . . 0.1234 0.1234 .. 0.3432 0.3432 --

MallasMallas--

Bolsas 2 Bolsas 2

0.1604 0.1604 . . -- -- 0.2948 0.2948 --

TubularTubular

Vertical 1 Vertical 1

0.2164 0.2164 0.2097 0.2097 0.2158 0.2158 0.1860 0.1860 -- --

Tubular Tubular

Vertical 2 Vertical 2

0.2302 0.2302 0.2109 0.2109 0.2109 0.2109 0.1722 0.1722 -- --

Sistema Productivo: Estrategia aumento Sistema Productivo: Estrategia aumento lípidoslípidos

Deprivación de nutrientes y salinidad.Deprivación de nutrientes y salinidad.

Deprivación de nutrientes y salinidad.Deprivación de nutrientes y salinidad.

Control sin P-N

sin N 50% SWsin N 50% SW

sin P 100% SW

Estrés por deprivación de nitrógeno en cultivo masivo de Estrés por deprivación de nitrógeno en cultivo masivo de microalga microalga Botryococcus brauniiBotryococcus braunii en fotobiorreactores (24 litros).en fotobiorreactores (24 litros).

Búsqueda de bacterias promotoras de crecimientoBúsqueda de bacterias promotoras de crecimiento

8

9

7

6

10

Resultados: Investigación BásicaPorcentaje de lípidos producido por microalga en re lación al peso-seco

0

5

10

15

20

25

30

35

100% DW 75% DW 50% DW 25% DW 100% SW

Tratamiento

Lipidos totales (%)

10 6 7 9 8

*

Cultivo de B. braunii en sistemas Cultivo de B. braunii en sistemas de bolsas 400 L.de bolsas 400 L.

20

25

30

% L

ípid

os T

otal

es

40

50

60

% A

G e

n Lí

pido

s

% LT% AG

0

5

10

15

1 7 10 13 16 20 22 26 28Tiempo (días)

% L

ípid

os T

otal

es

0

10

20

30

% A

G e

n Lí

pido

s

15

20

25

30%

Áci

do

s G

raso

s C16

16:4n1

18:1n9

0

5

10

1 7 10 16 20 22 26 28

Tiempo (días)

% Á

cid

os

Gra

sos

18:2n6

18:3n3

Fotobioreactor (1)Fotobioreactor (1)

ResultadosResultadosZona lineal hasta Abs=0.8

y = 0,2436x

R2 = 0,9927

0,0

0,1

0,1

0,2

0,2

0,3

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Pse

co, g

/L

Zona lineal hasta Turbidez=200 FTU

y = 0,0023xR2 = 0,9811

0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0 50 100 150 200 250

Pse

co, g

/L

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Absorbancia0 50 100 150 200 250

Turbidez, FTU

y = 0,2752x

R2 = 0,9274

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

0,0 2,0 4,0 6,0 8,0

Absorbancia

Pse

co, g

/L

y = 116,93x

R2 = 0,8698

0

50

100

150

200

250

0 0,5 1 1,5 2

Pseco, g/L

Con

cent

raci

ón

x 10

^6, c

el/m

L

Estandarización de métodosEstandarización de métodos

10

12

14

Ce

l/mL

x 1

0^6

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0

Ce

l/mL

x 1

0^6

0

2

4

6

8

0 50 100 150

Turbidez

Ce

l/mL

x 1

0^6

Absorbancia

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

14,0

16,0

18,0

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Pseco, g/L

Cel

/mL

x 1

0^6

Análisis de muestrasAnálisis de muestras

202530

3540

4550

Co

nce

ntr

aci

ón

, %p

s

Cenizas, %Lípidos, %AG, %Proteínas, %Carotenoides total, %Clorofila total, %

0,15

0,20

0,25

0,30

Co

nce

ntr

aci

ón

, %p

s

Violaxantina, %

Vaucheriaxantina, %Zeaxantina, %

B-caroteno, %No identif icado, %

05

1015

20

0 5 10 15 20 25 30

Tiempo, días

Co

nce

ntr

aci

ón

, %p

s

0,00

0,05

0,10

0 5 10 15 20 25 30

Tiempo, díasC

on

cen

tra

ció

n, %

ps

Nuevos desafios…Nuevos desafios…

Desert Bioenergy S. A.Desert Bioenergy S. A.�� DesertDesert BioenergyBioenergy SS..AA..,, tienetiene comocomo misiónmisión originaroriginarinnovacióninnovación tecnológicatecnológica enen lala elaboraciónelaboración dedebiodieselbiodiesel yy otrosotros bioproductosbioproductos dede interésinteréseconómico,económico, recorriendorecorriendo lala cadenacadena productivaproductiva quequesese iniciainicia concon elel desarrollodesarrollo dede técnicastécnicas parapara elelcultivocultivo masivomasivo dede microalgasmicroalgas dede altoalto potencialpotencialproductivoproductivo..productivoproductivo..

TIBIOTECH Vol.18, issue 12. (2000)

OBJETIVOS ESPECIFICOSOBJETIVOS ESPECIFICOS

�� GenerarGenerar lala tecnologíatecnología necesarianecesaria parapara lalaproducciónproducción dede biomasabiomasa dede microalgasmicroalgasseleccionadasseleccionadas..

�� GenerarGenerar tecnologíatecnología parapara lala obtenciónobtención dede aceiteaceite yylala elaboraciónelaboración dede biocombustiblesbiocombustibles yy otrosotroslala elaboraciónelaboración dede biocombustiblesbiocombustibles yy otrosotrosbioproductosbioproductos aa partirpartir dede laslas microalgasmicroalgasseleccionadas,seleccionadas, enen escalaescala industrialindustrial..

�� GenerarGenerar patentespatentes yy empaquetamientosempaquetamientostecnológicostecnológicos desarrolladosdesarrollados enen elel ConsorcioConsorcio..

�� OriginarOriginar negociosnegocios concon basebase enen estosestos paquetespaquetestecnológicostecnológicos..

SPINOFFEMPRESAS

CONSORCIO DESERT

BIOENERGY S.A.

Biodiesel

Modelo de Negocio

- Nuevos negocios SPINOFF

EMPRESAS

OTRAS

EMPRESASLicencias

Patentes

Paquetes

tecnológicos

UNIVERSIDADES

Otros productos

- Nuevos negocios

- Nuevas tecnologías

Laboratorio de Ecología MicrobianaLaboratorio de Ecología Microbiana

AgradecimientosAgradecimientos

�� Proyecto Fondef "Optimización y mejoramiento biotecnológico de Proyecto Fondef "Optimización y mejoramiento biotecnológico de las condiciones de cultivo de la microalga verde las condiciones de cultivo de la microalga verde Botryococcus Botryococcus BrauniiBraunii para la obtención de Biopara la obtención de Bio--Hidrocarburos“.Hidrocarburos“.

�� Universidad de Antofagasta.Universidad de Antofagasta.�� Universidad de Antofagasta.Universidad de Antofagasta.

�� Profesor Jose Calle. Universidad Agraria de Lima.Profesor Jose Calle. Universidad Agraria de Lima.