Production potential of microalgae biomass and Fatty Acid Methyl Esters through domestic and swine wastewater phycoremediation process using Scenedesmus sp
Este estudio demuestra que *Scenedesmus* sp. trata eficazmente las aguas residuales domésticas y porcinas mediante la eliminación de niveles significativos de contaminantes, produciendo simultáneamente biomasa rica en lípidos, proteínas y diversos ésteres metílicos de ácidos grasos (FAMEs), estableciendo así un proceso de fitorremediación circular para la generación de bioproductos de alto valor.
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Cada día, la actividad humana genera vastas cantidades de aguas residuales, desde el agua que corre por nuestros fregaderos de la cocina hasta el efluente producido por las operaciones agrícolas a gran escala. Tradicionalmente, la limpieza de esta agua requiere tratamientos químicos que consumen mucha energía, mientras que la producción de combustibles y materiales renovables suele depender del cultivo de plantas que compiten por la tierra y el agua dulce. Un campo de la ciencia en crecimiento busca cerrar la breja entre estos dos problemas utilizando plantas microscópicas llamadas microalgas. Estos diminutos organismos son centrales de energía naturales; utilizan la luz solar para crecer rápidamente y, al hacerlo, consumen nutrientes como el nitrógeno y el fósforo que, de otro modo, contaminarían ríos y lagos. Al alimentarse de estos contaminantes, las microalgas pueden purificar el agua mientras construyen simultáneamente sus propios cuerpos, los cuales son ricos en aceites, proteínas y azúcares que pueden recolectarse para productos útiles. El desafío siempre ha sido encontrar el equilibrio adecuado: utilizar aguas residuales lo suficientemente sucias como para proporcionar nutrientes, pero no tan tóxicas como para matar a las algas, y asegurar que la biomasa resultante sea lo suficientemente valiosa como para que el proceso valga la pena.
En un estudio reciente, los investigadores investigaron si un tipo específico de microalga, conocida como Scenedesmus, podría limpiar eficazmente dos tipos de aguas residuales muy diferentes mientras producía una cosecha de alta calidad. Probaron las algas en agua de una planta de tratamiento municipal, que representa los desechos domésticos típicos, y en agua de una granja de cerdos, la cual es conocida por tener concentraciones mucho más altas de residuos. El equipo no se limitó a observar si el agua se limpiaba; rastrearon meticulosamente qué tan rápido crecían las algas, cuánto desaparecieron los productos químicos nocivos y de qué estaban hechas las algas al final del proceso. Su objetivo era ver si la misma cepa de algas podía adaptarse a ambos entornos y producir una biomasa rica en ácidos grasos, los bloques de construcción para biocombustibles y otros materiales industriales.
Los investigadores establecieron una serie de experimentos donde cultivaron las algas en mezclas de aguas residuales y agua limpia, probando diferentes concentraciones para encontrar el punto óptimo de crecimiento. Monitorearon el agua durante quince días, midiendo los niveles de materia orgánica, amoníaco, fósforo y sulfatos. Los resultados mostraron que las algas fueron notablemente efectivas para limpiar el agua. En las aguas residuales domésticas, las algas eliminaron aproximadamente el 84 por ciento de la contaminación orgánica y el 90 por ciento del nitrógeno amoniacal. En el agua de la granja de cerdos, que es más desafiante, las tasas de eliminación fueron incluso mayores, con un 90 por ciento de la contaminación orgánica y un 99 por ciento del nitrógeno amoniacal eliminados. Las algas también redujeron con éxito los niveles de fósforo y sulfato en ambos tipos de agua, demostrando una versatilidad que sugiere que podrían desplegarse en diversos entornos del mundo real sin necesidad de una cepa única para cada tipo específico de residuo.
Más allá de la limpieza, el estudio reveló que las algas prosperaron en estas condiciones, convirtiendo los nutrientes de desecho en cantidades sustanciales de biomasa. En las aguas residuales domésticas, las algas alcanzaron una concentración de 0.66 gramos por litro, mientras que en el agua de la granja de cerdos, alcanzaron 0.48 gramos por litro. Más importante aún, la composición de las algas cambió dependiendo de lo que comieron. Las algas cultivadas en aguas residuales domésticas acumularon altos niveles de lípidos, alcanzando 426 miligramos por gramo de biomasa, y también produjeron cantidades significativas de proteína. Por el contrario, las algas cultivadas en aguas residuales de granjas de cerdos almacenaron más carbohidratos, alcanzando 312 miligramos por gramo. Esta variación es crucial porque diferentes aplicaciones requieren diferentes componentes; los lípidos son ideales para fabricar biodiésel, las proteínas son valiosas para el alimento animal y los carbohidratos pueden procesarse en biocombustibles o bioplásticos.
Quizás el hallazgo más intrigante se refirió a los tipos específicos de grasas que produjeron las algas. Cuando los investigadores analizaron los ésteres metílicos de ácidos grasos, las formas químicas de las grasas utilizadas para fabricar biodiésel, encontraron que las algas cultivadas en aguas residuales producían una variedad más amplia de estos compuestos que las algas cultivadas en condiciones estándar de laboratorio. Esta diversidad incluyó ácidos grasos específicos como el ácido tetracosenoico y el ácido estearidónico, que no eran tan prominentes en el grupo de control. Esto sugiere que el estrés y el perfil de nutrientes único de las aguas residuales podrían inducir a las algas a sintetizar un espectro más amplio de moléculas útiles. El estudio concluye que el uso de microalgas para tratar aguas residuales no es solo un método para limpiar el agua, sino un proceso circular que convierte un problema de residuos en una fuente de materias primas. Al eliminar contaminantes y generar biomasa rica en productos químicos valiosos, este enfoque ofrece un camino sostenible donde el tratamiento de nuestros desechos contribuye directamente a la producción de energía y materiales renovables.
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