biomasa algal - inbiotec · grupo de algas muy diverso en todos los hábitats, mayoría de agua...

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