OBTENCIÓN Y COMPARACIÓN DE LOS ACEITES OBTENIDOS DE

Capítulo: ECC
OBTENCIÓN Y COMPARACIÓN DE LOS ACEITES OBTENIDOS
DE LAS MICROALGAS Dunaliella salina Y Chlorella nativa COMO
MATERIA PRIMA PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL
Mario R. Alvear Alayón
Estudiante Investigador, Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena
[email protected]
Carlos Castillo1, Daniela Henao 2, Lesly Tejeda 3
Resumen  El presente trabajo tuvo como objetivo comparar la calidad y cantidad de
aceite extraído de dos especies de microalgas, la halófila (Dunaliella salina) y una
especie de agua dulce del género Chlorella, aislada en la Bahía de Cartagena
(Colombia), con el fin de evaluar su posible integración en la producción de biodiesel.
Para el cultivo de ambas especies se utilizó la misma metodología manteniendo
condiciones óptimas para cada especie de pH, concentración de nitrógeno, intensidad
lumínica y temperatura. La extracción del aceite se llevó a cabo por el método Bligh y
Dyer, además la calidad del aceite se evaluó de acuerdo a la norma técnica
colombiana. A manera de resultados, se encontró que con la Dunaliella se obtuvo una
mayor producción de biomasa por día, sin embargo la cantidad de aceite encontrado
en la Chlorella fue mayor. El aceite obtenido a partir de las dos especies presentó una
calidad adecuada para la producción de biodiesel.
Palabras claves  Aceite, biodiesel, cultivo, microalgas.
INTRODUCCIÓN
Los biocombustibles hoy día son una de las principales alternativas que la humanidad
ha encontrado para mitigar y combatir los daños causados por el uso excesivo de los
combustibles fósiles, los cuales han venido generando una mayor contaminación al
emplearse en actividades como las del sector transporte, comercial e industrial. En
conjunto, estas actividades son fuentes en constante emanación de gases de efecto
invernadero, y por ello contribuyen a los problemas del smog fotoquímico, del
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Estudiante 9° semestre de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, [email protected]
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Docente investigadora Programa de Ingeniería Química, Universidad de Cartagena, [email protected]
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calentamiento global y a las lluvias ácidas presentes en las diferentes metrópolis del
mundo.
La materia prima por excelencia para la producción de biocombustibles es la
biomasa, la cual posee en estos momentos una gran popularidad gracias a su
renovabilidad, además de generar favorables impactos económicos, sociales y
ambientales en los sectores industrial y doméstico, principalmente. Entre los
biocombustibles derivados de la biomasa más comunes se encuentra el bioetanol y el
biodiesel, siendo este último el de mayor campo investigativo y aplicativo.
Uno de los problemas que presenta el biodiesel es respecto a sus fuentes de
materias primas, puesto que son productos agrícolas con un mercado muy activo y su
cultivo ha empezado a generar un alarmante aumento en la deforestación de los bosques
nativos, expansión indiscriminada de la frontera agrícola, desplazamiento de cultivos
alimentarios y ganadería, al igual que la destrucción de los ecosistemas y la
biodiversidad adyacente al sector de siembra y producción, sin contar con el
desplazamiento de los trabajadores rurales; es por esto se han atribuido a la producción
y uso de los biocombustibles consecuencias tales como escasez alimentaria y
generación de pobreza. [1]
La Tabla 1 muestra una comparación de las producciones de aceite de algunas
fuentes convencionales, el área requerida para su cultivo y el porcentaje del área
cultivable de los Estados Unidos necesaria para abastecer la mitad de las necesidades de
combustible para transporte. Usando la soja como materia prima para la producción de
biodiesel, se requiere el 326 % del área cultivable de EE. UU. para cubrir el 50 % de las
necesidades de combustible para transporte en EE. UU., en cambio las microalgas
requieren hasta el 3 % del área de cultivo para cubrir la misma necesidad. [2]
Las producciones de aceite de microalga en la Tabla 1 están basadas en la
productividad de biomasa demostrada experimentalmente en foto-bioreactores.
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TABLA 1. Comparación de algunas fuentes de Biodiesel
Rendimiento de Aceite
Área de cultivo requerida
Porcentaje del área
Cultivo
(Litros/hectárea)
(Mha)
cultivable en EE. UU.a
Maíz
172
1540
846
Soya
446
594
326
Canola
1190
223
122
Jatropha
1892
140
77
Coco
2689
99
54
5950
45
24
Microalga
136,900
2
1.1
Microalgac
58,700
4.5
2.5
Aceite de palma
b
a
a
Para abastecer el 50% de las necesidades de combustible para transporte.
b
70% (en peso) de aceite en biomasa
c
30% (en peso) de aceite en biomasa
A fin de presentar una alternativa a la problemática generada por el cultivo y uso
de aceites vegetales comestibles, se plantea la producción de biodiesel a partir de
materias primas no convencionales, como es el caso de las microalgas, las cuales
presentan la ventaja de producir el mayor porcentaje de aceite en un menor terreno de
cultivo, además de absorber de CO 2 durante su crecimiento y no presentar un impacto
negativo en el sector alimenticio. [3]
Es por esto el objetivo planteado en el trabajo fue comparar la calidad y cantidad
de aceite extraído de dos especies de microalgas, la halófila (Dunaliella salina) y una
especie de agua dulce del género Chlorella, aislada en la Bahía de Cartagena
(Colombia), con el fin de evaluar su posible integración en la producción de biodiesel.
METODOLOGÍA
Durante el trabajo de experimentación se utilizaron las cepas de Chlorella nativa aislada
en el Centro Internacional Náutico Fluvial y Portuario del SENA (Bolívar) y la cepa de
Dunaliella salina, que se obtuvo del laboratorio de biotecnología de la Universidad de
Antioquia. Ambas cepas actualmente se mantienen activas en el Centro Internacional
Náutico Fluvial y Portuario del SENA.
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Todos los ensayos se llevaron a cabo en un cuarto acondicionado a una
temperatura promedio de 26± 2°C, con una intensidad lumínica de 3000 lux generada
por lámparas de luz (Blanca) día y un foto periodo de mantenimiento de las cepas de 24
horas Luz. Se usaron lámparas de tubo fluorescente (Semejante en calidad a la luz del
sol), las cuales proporcionan menos calor y promueven máximas tasas de crecimiento y
división. [4]
La Dunaliella salina fue cultivada en agua de mar, la cual fue colectada en las
playas de barú y pasada por un filtro de 0.5 µm de poro, y, envejecida por tres semanas.
El medio de cultivo sintético utilizado fue el Medio Johnson (J/1) modificado,
elaborado con agua destilada más la adición de sales macro y micronutrientes de grado
analítico. El cultivo se mantuvo con un pH de 7.5, salinidad del 35% y se agitó
constantemente por medio de aireación.
La Chlorella nativa fue cultivada en agua destilada, con adición del medio
enriquecido de Walne (Conwy), agitación constante (Aireación) y pH 7.5. Al alcanzar la
máxima densidad celular, las microalgas fueron colectadas por medio de un proceso de
centrifugación a 3000 RPM por 15 minutos, lavadas dos veces con agua desionizada. La
masa de células fue colocada en un plato de aluminio y calentada en horno a 105°C
hasta su secado completo. La biomasa microalgal obtenida se guardo en bolsas
herméticas (Ziploc) para evitar la humedad, y se guardaron en el refrigerador.
Los aceites totales fueron extraídos de la biomasa microalgal empleando el
método modificado de Bligh y Dyer. Luego de pasar por la centrifuga a temperatura
ambiente por un tiempo de 10 minutos y 1000 RPM, se dividió el sistema en dos fases
(acuosa en la cima y orgánica en el fondo), la fase orgánica fue extraída por medio de
una pipeta Pasteur, para un posterior lavado con NaCl al 5%, y una evaporación hasta
secar. La cantidad de aceites totales fue medida gravimétricamente.
Los aceites extraídos fueron caracterizados mediante los siguientes análisis:
•NTC 336. Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Método de la Determinación de la
Densidad – Masa por Volumen Convencional.
•NTC 218.Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Determinación del Índice de Acidez.
•NTC 5478. Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Determinación del Punto de Humo
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•NTC 289. Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Determinación del Índice de
Refracción.
•NTC 236. Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Determinación del Índice de
Peróxido.
•NTC 283. Grasas y Aceites Vegetales y Animales. Determinación del Índice de Yodo.
ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS
FIGURA 1. Concentración de biomasa de los cultivos por días
En la Figura 1 se muestran las curvas de crecimiento de los cultivos de las microalgas.
Se observa claramente una mayor densidad celular en el cultivo de Dunaliella Salina, y
un pico máximo superior a 26 millones de células por mililitro. La Chorella Nativa
alcanza un valor máximo superior a 20 millones de células, un poco más bajo que la
Dunaliella Salina, pero igualmente un valor positivo según la literatura. Se corrobora
entonces el elevado crecimiento que tienen estas dos especies de microalgas, y su
factibilidad para un cultivo a grande escala.
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FIGURA 2. Gramos de microalga por litro de cultivo
En la Figura 2 se observa la producción de biomasa (en g) de cada cultivo (en L) de
microalgas, lo cual es acorde a la Figura 1, mostrándose una mayor productividad de
biomasa microalgal en los cultivos de Dunaliella Salina en comparación al de Chorella
Nativa.
FIGURA 3. Mililitro de aceite por gramo de microalga
En la Figura 3 se observa una situación my llamativa, y es el hecho de encontrar un
mayor rendimiento de aceite (en mL de Lípidos) en la biomasa (en g) de Chorella
Nativa que en el de Dunaliella Salina. Este hallazgo nos conlleva a analizar la microalga
más favorable para una posible obtención de aceite a gran escala
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FIGURA 4. Mililitro de aceite por litro de cultivo
Con esta ultima Figura nos damos cuenta que ambas especies de microalgas tienen unos
rendimientos de mL lípidos / L cultivo muy semejantes, aunque la Chorella Nativa
presenta una leve ventaja.
TABLA 3. Caracterización del aceite extraído
Dunaliella
salina
Chorella
nativa
Índice de
acidez
(mg NaOH/gr)
0.39
Punto de
humo
°C
232
Índice de
refracción
(n D )
1459
Índice de
peróxido
Densidad
(a 20°C)
2.5
Índice de
yodo
(Wijs)
73.5
0.16
225
1468
1.62
62
0.898
0.8912
La Tabla 3 nos muestra los valores obtenidos de los análisis de los aceites de los
cultivos de microalgas, los cuales se encuentran en los rangos óptimos de calidad de
aceite para Biodiesel.
CONCLUSIONES
De acuerdo a los resultados obtenidos de las experiencias, se tiene que la microalga
Dunaliella salina crece satisfactoriamente a las condiciones de cultivo seleccionadas,
salinidad alrededor de 35% con agitación continua y empleando el medio (J/1)
modificado, logrando valores superiores a los 26 millones de células por ml, pero esta
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productividad en biomasa no es suficiente para conseguir un elevado contenido en
lípidos lo que si se obtiene con la Chlorella nativa, la cual por medio de una alta
velocidad de agitación por aireación y un valor de pH inicial de 7,5 se logró inducir un
ambiente donde se presentó un factor de estrés en su crecimiento, lo que se tradujo en
una mayor producción de lípidos, como se pudo apreciar en Figura 3 del análisis
anterior. En base a lo anterior se plantea la posibilidad de evaluar diferentes estreses que
aumenten el contenido de lípidos en la microalga Dunaliella Salina, y diferentes
condiciones de cultivo que incrementen la densidad celular de los cultivos de Chorella
Nativa.
Con relación a las propiedades de los aceites obtenidos se puede resaltar los bajos
niveles de ácidos grasos libres, lo cual nos permite predecir un mayor rendimiento de
biodiesel al presentarse una menor producción de glicerol en el proceso de
transesterificación.
REFERENCIAS
[1]
Cardona, W., "¿Son los biocombustibles una alternative energética para Chile?", Blog,2007.
http://www.atinabiotec.cl/content/view/85881/Son-los-Biocombustibles-una-alternativa-energetica-para-Chile.html
[Online]:
[2]
Heredia, T., “OIL ACCUMULATION VIA Chlorella species USING CARBON SOURCES FROM WAS", 2009.
[3]
Parra, O., Alzate, S, “Biocombustibles con Chlorella sp”, Feria Explora y Cuidamundos. 2009.
[Online]:
http://www.medellin.edu.co/sites/Educativo/Docentes/feriaexplora/Ciencias%20Ambientales%20y%20Gestin%20Ambiental/
Biocombustible%20con%20Chlorella%20SP.pdf
[4]
Fermín A, Seronay G. “Effects of different illumination levels on zooplakton abundace, feeding periodicity, growth and
survival of the Asian sea bass, Lates calcarifer (Bloch), and fry in illuminated floating nursery cages”. Aquaculture 1997;
157:227-237
“ Copyright © 2010. “Mario Alvear”: The author assigns to UADI/CAI a license to reproduce this document for the congress
purpose provided that this article is used to publish in full or in an abbreviated or edited form in the congress Internet website, on
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