Biocombustible de microalgas

Diseño de Foto-Bioreactores para el Cultivo Micro Algas Oleaginosas
Parte 2. Bioproceso y Especifidades
Reinhardt Acuña Torres

Biocombustibles

Los biocombustibles son combustibles que se producen orgánicamente y a diferencia de los
combustibles fósiles son una fuente de energía renovable. La fuente orgánica de los biocombustibles
proviene de la biomasa (materia orgánica originada en un proceso biológico) utilizable como fuente
de energía; esta pude ser, especies de uso agrícola, tales como: maíz o mandioca (yuca), ricas en
carbohidratos; caña de azúcar o remolacha, ricas en azucares; o plantas oleaginosas como la soja,
girasol y palma aceitera, ricas en aceites.
El biodiesel es un biocombustible sintético líquido fabricado, mayormente, a
partir de aceites vegetales de plantas oleaginosas (soja, palma, etc.), el cual,
actualmente representa una buena opción para reemplazar al diesel
convencional y combatir las problemáticas relacionadas con la contaminación
ambiental y el efecto invernadero. El biodiesel es completamente
biodegradable y no contribuye al efecto invernadero por el hecho de que, no
1- Muestra de biodiésel
emite ese tipo de gases al medioambiente; y si bien produce CO2, por efecto de la
combustión; éste es rápidamente absorbido por las plantas vegetales, a diferencia del diesel
convencional. Se calcula que en 20 días, se puede lograr una eliminación completa; es decir, en 20 días
no quedarán rastros de la combustión con biodiesel.
La pregunta que surge es ¿Por qué entonces el biodiesel no se utiliza a gran escala como combustible,
siendo tan amigable con el ambiente? La respuesta, como siempre, en la actualidad, es basada
solamente en aspectos económicos; porque aún no se puede producir biodiesel a gran escala, al mismo
precio del diesel convencional; para abastecer una producción a
gran escala, se necesitarían muchas hectáreas de plantaciones
para producir el aceite requerido para fabricar el biocombustible;
eso sin mencionar que por ejemplo, la soja y la palma, entre
otros, son considerados alimentos por lo cual, muchas personas
consideran una aberración utilizarlos para producir energía,
mientras aún hay gente en el mundo que muere de hambre.
En ese sentido, la producción de biocombustible a partir de
2- Productividad por hectárea de diferentes
microalgas ofrece tanto a investigadores como a empresarios tipos de cultivos oleaginosos
una serie de posibilidades promisorias:
 Alta productividad por hectárea, en comparación con los cultivos tradicionales

 Estos microorganismos pueden acumular hasta un 70% de lípidos en relación a su peso seco
 Materia prima basada en usos “non-food”
 Uso de tierras no productivas o no arables
 Utilización de un amplio rango de tipos de agua (dulce, salobre, marina y residual)
 Producción de varios tipos de biocombustibles y subproductos valorizables.

Bioproceso

Como se observa en el esquema de cultivo y producción, el bioproceso de producción de biodiesel a
partir de microalgas oleaginosas, consta de varias etapas claramente diferenciadas.

1. Cultivo de Microalgas
2. Crecimiento en Fotobioreactores
3. Cosechado de Microalgas
4. Procesado de Biomasa
5. Producción de Biocombustible

3- Bioproceso de producción de biodiesel

Cultivo de Microalgas

Para efectos del bioproceso de producción de biocombustible algal, el cultivo de microalgas debe
separarse en dos procesos.

1. Cultivo en Estanques

 Abiertos
 Cerrados

2. Cultivo en Fotobioreactores

 Tubulares
• Horizontal
• Vertical
 Panel Plano
 Columna Vertical
 Columna de Burbujas
 Levantamiento por Aire
 Tanque Agitado
 Lecho Inmovilizado
 Otros

De todos ellos, el fotobiorreactor tubular es el más ampliamente utilizado para el cultivo cultivo
masivo de microalgas.

Cultivo en Estanques

Cultivo en Estanques Abiertos

El cultivo de algas en estanques abiertos puede ser categorizado en dos:

1. Aguas naturales (lagos, lagunas, estanques) y
2. Estanques artificiales o contenedores.

Estanques Abiertos de Aguas Naturales

Entre las principales ventajas de los estanques abiertos están que son más fáciles de construir y operar,
si se les compara con la mayoría de los sistemas cerrados. Las desventajas son la deficiente utilización
de la luz por las células en cultivo; las pérdidas por: evaporación, difusión de CO2 a la atmósfera; y la
exigencia de grandes extensiones de tierra.

Estanques Abiertos Artificiales

Los estanques o contenedores en los que las
microalgas se cultivan de manera
artificial o asistida son por lo general, del tipo
"pista de carrera". Se denominan así porque la
biomasa (las microalgas, el agua y los nutrientes)
fluye por el sistema como si circulara por una
pista de carreras.
Ruedas de paletas motorizadas proporcionan el flujo para que las microalgas circulen y se
4- Estanque abierto del tipo "pista de carrera"
mantengan suspendidas en el agua. Los

estanques de cultivo son poco profundos ya que, deben permitir que las microalgas se mantengan
expuestas a la luz solar y que ésta pueda penetrar el agua del estanque y alcanzar a todas las células en
cultivo, a una profundidad limitada. Los estanques artificiales son operados de manera continua por lo
que, el CO2 y los nutrientes son constantemente alimentados a los estanques; mientras que, las
microalgas que contienen agua son eliminas por el otro extremo; para mantener el principio de flujos
iguales en el estado estacionario.

Cultivo en Estanques Cerrados

Una alternativa a los estanques de cultivo abiertos son los estanques cerrados; eso es, cubrir el estanque
o la piscina con efecto invernadero, para el control sobre el medio ambiente sea mucho mejor (que con
los estanques abiertos). Los sistemas de estanque cerrado cuestan más que las lagunas abiertas, pero
mucho menos los fotobioreactores para las áreas similares de operación. Permiten cultivar más especies
o que, la especie que se cultiva permanezca dominante; extiende la temporada de crecimiento y si hay
calefacción, se puede producir durante todo el año. En los sistemas cerrados es posible aumentar la
cantidad y la concentración de dióxido de carbono lo que, aumenta la tasa de crecimiento de
las microalgas.

Crecimiento en Fotobioreactores

Un fotobioreactor es un sistema cerrado de cultivo biológico que incorpora algún tipo de fuente de luz
y control de su ambiente interno. En ese sentido, un estanque cerrado, tal como, laguna cubierta con
efecto invernadero, podría ser considerada como una forma poco sofisticada de foto bioreactor; por lo
que, el control preciso del ambiente interno, establece la diferencia.
Los principales factores que se deben controlar son los que determinan la tasa de crecimiento de las
microalgas.

 Especie Cultivada - los diferentes tipos de microalgas (especies) tienen diferentes tasas de
crecimiento.
 Luz - indispensable para el proceso de la fotosíntesis.
 Fotoperíodo – son los ciclos de luz y de oscuridad, indispensables para el metabolismo celular.
 Temperatura - hay un rango de temperatura y una temperatura optima que requiere el cultivo
para crecer.
 Medio / Nutrientes – el medio de cultivo debe tener una composición específica que maximice el
crecimiento de los microorganismos al menor costo.
 El Agua - existen especies de microalgas de agua dulce y de agua salobre; por lo que, la salinidad
de agua es una consideración importante.
 pH - las microalgas tienen un rango de acidez cuyo pH varía entre 7 y 9; así como un pH óptimo
para tener una tasa de crecimiento óptima, según sea la especie cultivada.

 Aireación - las microalgas tienen necesidad de estar en contacto con el aire para eliminar sus
emisiones de CO2. No obstante un exceso de aireación puede ocasionar una disminución del
crecimiento por inhibición por O2.
 Inyección de CO2 – las microalgas metabolizan el CO2 disuelto en el agua para producir azucares
vía fotosíntesis.
 Mezclado – el mezclado impide la sedimentación de las microalgas y asegura que de todas las
células en el cultivo estén igualmente expuestas a la luz.

El conjunto generalizado de las condiciones para el cultivo de microalgas es el siguiente
Parámetro Rango Optimo

Temperatura (°C) 16-27 18-24

La salinidad (g/l) 12-40 20-24

1,000-10,000
Intensidad de la luz (lux) (Depende del volumen y densidad) 2,500-5,000

16:08 (mínimo)
Fotoperiodo (luz: oscuridad, horas) 24:0 (máximo)

pH 7-9 8.2-8.7
Fuente: http://www.fao.org/docrep/003/w3732e/w3732e06.htm

Características Principales de los Fotobioreactores Para el Cultivo de Microalgas

 Para alcanzar una alta productividad de biomasa,
 El volumen de las partes no iluminadas del fotobioreactor debe ser minimizado.
 Para lograr una alta eficiencia en el uso de la luz para el cultivo de las microalgas,
 El fotobioreactor debe contar con una iluminación uniforme para toda la superficie de cultivo.
 Para alcanzar tasas de transferencia de masa de CO2 y O2 rápidas,
 El fotobioreactor debe tener un sistema de mezclado eficiente.
 Deben alcanzarse tasas altas de transferencia de masa pero sin,
 Dañar el cultivo de celular, ni reprimir su crecimiento.
 Para evitar el decaimiento de la luz que se transmite a la superficie del fotobioreactor,
 El fotobioreactor debe tener un sistema interno de limpieza y esterilización; o bien,
 Deben ser frecuentemente cerrado para su limpieza mecánica y esterilización.

Componentes de Sistema y Subsistemas de los Fotobioreactores Para el Cultivo de Microalgas

Un fotobioreactor para el cultivo de microalgas es un sistema complejos compuesto por sistemas
principales y sus respectivos subsistemas.

Los sistemas principales son:

 Sistema de iluminación
 Sistema de transmisión óptico
 Sistema de tratamiento de aire estéril
 Sistemas de intercambio de gases
 Sistema de mezclado
 Sistema de Nutrientes
 Sistema eléctrico
 Instrumentación del sistema

Los principales sub-componentes del sistema anterior son:

 Sensor de oxígeno disuelto
 Sensores de CO2 disuelto
 Sensor de temperatura
 Sensor de pH
 Sensor de luz 5- Esquema de una sección de un
fotobioreactor tubular
 Sensor de conductividad
 Bomba de recirculación
 Bomba de Cosecha
 Válvula de inyección de CO2
 Bomba de Sustrato
 Válvula de recirculación de filtrado
 Válvula de entrada de agua
 Válvula de purga de agua
 Conectores y mangueras
 Sistema de liberación de oxígeno
 Sistema de alimentación del tanque 6- Esquema de un fotobioreactor
 PLC tubular instrumentado

 Panel de control

Para garantizar una operación óptima, tanto sistemas como subsistemas deben interactuar; por
ejemplo, el sistema de transmisión óptica y el sistema de intercambio de gases interactúan a través de la
mezcla que se produce en la zona de reacción.

Cosechado de las Microalgas

El término recolección de algas se refiere a la concentración de la suspensión celular de microalgas
hasta lograr una “pasta gruesa” conocida como pasta de algas.

La separación de las microalgas de su medio de cultivo es conocido como la cosecha. Los métodos de
cosecha dependen principalmente del tipo de algas. El alto contenido de agua de la biomasa debe ser
removido para permitir la recolección.
Para la recolección de microalgas a partir de algas de cultivo en estanques o fotobioreactores se deben
emplear varias técnicas para concentrar las microalgas seguido de la cosecha.

El bioproceso de la cosecha consta de varios procesos en operaciones unitarias

 Filtración
 Centrifugación
 Flotación
 Floculación

Estas operaciones unitarias deben ser eficientes en energía y relativamente baratas para que el
bioproceso sea rentable; por eso la selección de cepas es un aspecto importante.
Normalmente, la cosecha de microalgas es un
bioproceso de un paso; pero cuando el
contenido de agua en la biomasa (peso
húmedo) es muy alto, el bioproceso de
cosecha se realiza dos pasos: recolección y
desecación.

8- Proceso de secado de la pasta de microalgas:
segundo paso.

7- Bioproceso de extracción de aceite de microalgas en un solo paso.
Se aprecia en el “globo” que se utiliza un método poco frecuente de
separación, la electroforesis.
Filtración de Microalgas

La filtración es un proceso de separación de sólidos
en suspensión en un líquido a través de un medio poroso que
retiene los sólidos, pero permite el paso del líquido. El proceso
de ultrafiltración tangencial cerámica (UFTC) se aplica en
procesos en donde la alimentación contiene un alto nivel de
carga; es decir, es un influente con alto contenido de sólidos en
suspensión (SS). Un equipo de UFTC se compone de dos
depósitos de acumulación, un sistema de bombeo de presión y los
filtros cerámicos; también debe existir un sistema hidráulico 9- Esquema del mecanismo de separación por
secundario que se encarga de limpiar las membranas a filtración tangencial, un método de filtración
contracorriente, para mantener el rendimiento del sistema. en el que un medio filtrante es una
membrana polimérica que permite dividir
una corriente de fluido y sólidos (feed), en
una de fluido limpio (permeate) y otra de
mezcla concentrada (retentate).

Arriba, un sistema UFTC consta de las siguientes etapas.

 RETENIDO: tanque donde se admite la
alimentación (biomasa o cultivo celar) y mediante
una sonda de nivel, se va aportando el fluido, en la
medida que, el circuito de control así lo determina.
 BOMBA: realiza la recirculación del caldo de
cultivo (biomasa) a la velocidad tangencial
requerida por el fabricante de las membranas.
 FILTRO UFTC: realiza la separación de flujos. El
concentrado hacia el retenido y el diluido hacia el
filtrado.
 FILTRADO: depósito del flujo filtrado que contiene
la solución diluida de la biomasa.

Abajo una ilustración que representa un filtro de
membranas cerámicas

El flujo de entrada se hace de forma axial con lo cual,
las partículas inciden de forma tangencial en la
membrana; eso provoca la separación de las partículas
10- Arriba: esquema de un sistema UFTC. Abajo: líquidas (azules) de las sólidas (rojas); en
esquema de un filtro de membrana cerámica consecuencia, se separa el caudal de entrada (flujo
concentrado) del caudal de salida (flujo diluido) en
dos corrientes; la de concentrado que vuelve al retenido y la filtrado que va al filtrado.

Coagulación y Floculación

La floculación es un proceso químico mediante el cual, con la adición de sustancias denominadas
floculantes, se aglutinan las sustancias coloidales presentes en el agua, facilitando de esta forma
su decantación y posterior filtrado.
El proceso de floculación es precedido por el
de coagulación; por eso, se suelen asociar
ambos procesos como uno solo proceso de
coagulación-floculación. Los procesos de
coagulación-floculación facilitan el retiro de
sólidos en suspensión y de las partículas
coloidales.
11- Izquierda: Coagulación. Derecha: Floculación
 La coagulación es la desestabilización de
las partículas coloidales causadas por la adición de un reactivo químico llamado coagulante el cual,
neutralizando sus cargas electrostáticas, hace que las partículas tiendan a unirse entre sí.

 La floculación es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microflóculos y después en los
flóculos más grandes que tienden a depositarse en el fondo de los recipientes construidos para este
fin, denominados sedimentadores.

Los factores que afectan los procesos de coagulación-floculación son:

 El gradiente de la velocidad: da más tiempo para que las partículas desciendan por efecto de la
gravedad y así se acumulen en el fondo.
 El tiempo: aumenta la probabilidad de que las partículas se unan.
 El pH: es un factor prominente en acción desestabilizadora de las sustancias coagulantes y
floculantes.

La solución floculante más adaptada a la naturaleza de las materias en suspensión permite conseguir
aguas decantadas más limpias y la formación de lodos más espesos. La solución floculante más
adaptada se determina por pruebas; ya sea, en laboratorio o en el campo. Tratándose del cultivo de
microalgas, la floculación hace que las células se agregan en grupos más grandes, llamados flóculos,
que son más fáciles de filtrar y o resolver con mayor rapidez.

La floculación iónica es un proceso por el cual se
modifican las moléculas disueltas en un fluido, por
la acción floculadores iónicos. Éstos son elementos de
materiales compuestos por tubos de acero
inoxidable, plata o cobre que, conectados en su
extremo a polos de corriente directa (positiva o
negativa), que, sumergidos en el fluido producen
un campo de baja intensidad de actividad iónica
constante, que incrementa la energía de los
electrones de enlace; ocasionado la coagulación.
La floculación iónica es un proceso que fácilmente
puede ser adaptado al cultivo de microalgas. 12- Depósitos de floculación iónica

Centrifugación

La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente
densidad mediante una fuerza rotativa, la cual imprime a la mezcla con una fuerza mayor que la de
la gravedad, provocando la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad. La
centrifugación puede utilizarse como método de separación de las microalgas de su medio de cultivo;
para eso debe utilizarse una centrifugadora para lograr que las microalgas se depositen en el fondo del
depósito. Existen 2 grandes tipos de centrífugas:

1) Centrífugas De Sedimentación:

Esta contiene un cilindro o un cono de pared sólida que gira alrededor de un eje horizontal o vertical.

Por fuerza centrífuga, una capa anular de líquido de espesor fijo se sostiene contra la pared. A causa de
que esta fuerza es bastante grande comparada con la de la gravedad, la superficie del líquido se
encuentra esencialmente paralela al eje de rotación, independientemente de la orientación de la unidad.
Las fases densas "se hunden" hacia fuera y las fases menos densas se levantan hacia dentro. Las
partículas pesadas se acumulan sobre la pared y deben retirarse continua y periódicamente.

13- Decantación centrífuga con bol imperforado:

La fuerza centrífuga acelera el proceso de la
sedimentación por gravedad. Hay una mezcla de
fases con densidades diferentes que se permiten
sedimentar en el bol. En una decantadora
centrífuga, los sólidos más pesados pasan por el
líquido y acumulan sobre el pared del bol. Si hay
dos líquidos inmiscibles, el líquido más ligero
migra hacía el eje de rotación del bol.

2) Centrífugas De Filtro:

Estas operan como el tambor de rotación de una lavadora doméstica. La pared de la canasta está
perforada y cubierta con un medio filtrante, como una tela o una rejilla fina, el líquido pasa a través de
la pared impelido por la fuerza centrífuga dejando una torta de sólidos sobre el medio filtrante. La
rapidez de filtración se incrementa con esta fuerza y con la permeabilidad de la torta sólida. Algunos
sólidos compresibles no se filtran bien en una centrífuga a causa de la deformación que sufren las
partículas por la acción de la fuerza centrífuga, por lo que la permeabilidad de la torta se ve reducida
considerablemente. La cantidad de líquido que se adhiere a los sólidos después que éstos se han
centrifugado depende también de la fuerza centrífuga aplicada; en general, el líquido retenido es
considerablemente menor que el que queda en la torta que producen otros tipos de filtros.

14- Filtración centrífuga con canasta perforada:

La fuerza centrífuga genera una presión que
empuja el líquido a través de la torta de sólidos,
la guarnición filtrante, la rejilla, y las
perforaciones de la canasta. La guarnición
filtrante captura las partículas de sólidos dentro
de la canasta giratoria.

15- Una centrífuga es un dispositivo útil para la extracción de biolípidos de micro algas y para la separación
química de biodiésel; junto con un homogeneizador es capaz de separar los biolípidos y otros materiales
útiles de la solución de cultivo de microalgas.

El Proceso de Extracción de Aceite de las Microalgas

El proceso de extracción de aceite (biolípidos) a partir de microalgas oleaginosas es el punto espinoso
para determinar la viabilidad del biodiesel a base de algas como un bioproceso productivo y rentable;
eso por cuanto es la parte más costosa del proceso. Pero en términos de concepto, es bastante simple.
El bioproceso de la extracción puede realizarse por dos métodos:

1. Métodos mecánicos

Los métodos mecánicos pueden ser:

 Prensa mecánica
 Extracción asistida por ultrasonido

2. Métodos químicos

Los métodos químicos pueden ser:

 Extracción por solvente (hexano)
 Método Soxhlet (extracción por arrastre con vapor)
 Extracción por fluido supercrítico (CO2)
Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes:

 La prensa mecánica requiere secar las micro algas y utiliza energía intensiva; pero el aceite obtenido
es limpio y “virgen”.
 El uso de solventes químicos presenta cuestiones de salud y seguridad humana y animal; pero para
el uso como biodiésel, esos cuestionamientos no son válidos.

 La extracción supercrítica requiere de equipos de alta presión que son cotosos y también consume
mucha energía; pero puede aplicarse en con gran facilidad de extracción en sistemas cerrados o
continuos.

Métodos Mecánicos

Prensa Mecánica 16 - Esquema prensa mecánica del tipo tornillo sin fin

El método mecánico de extracción más simple es el prensado; también es conocido como “expresión”.
En el bioproceso de expresión la biomasa es sometida a una presión diferencial que ocasiona la
ruptura de las células y libera el material que estas contienen. La operación de prensado puede ser
“artesanal” en operaciones por tandas “batch”, o en una operación continua, con equipos de prensado
del tipo:

 Tornillo sin fin de:
• Alta presión
• Baja presión,
 Extractor expulsor,
 Extractor centrífugo,
 Extractor decantador y
 Rodillos de prensa.

Extracción con Ayuda de
Ultrasonidos

Modernamente la extracción es
asistida con métodos
ultrasónicos, el ultrasonido es una rama de sonoquímica puede acelerar
enormemente los procesos de extracción. Las ondas ultrasónicas se utilizan para crear burbujas de
cavitación en el medio de cultivo; cuando estas burbujas colapsan (estallan) cerca de las paredes
celulares, se crean ondas de choque y chorros de líquido que hacen que las paredes de las células se
rompan y liberen su contenido en el medio de cultivo.

Métodos Químicos

Extracción con Solvente (hexano)

El aceite de las microalgas puede ser extraído por medio de productos químicos como solventes,
tradicionalmente se utilizan benceno y el éter pero, para microalgas, el hexano ha probado ser un
producto químico popular y es relativamente barato. El hexano como disolvente de extracción se puede
utilizar.

 De forma aislada o
 Junto con la prensa de expresión de aceite.

De forma aislada:

La biomasa previamente debe de ser molida, macerada o picada, para crear una mayor área de contacto
entre el sólido y el solvente. El proceso debe procurar el material orgánico esté en contacto con el
solvente (hexano) y en movimiento continuo (agitación) para lograr mayor eficiencia en la operación.
La operación se realiza preferiblemente a temperatura y presión ambiente, debido a la volatilidad e
inflamabilidad del hexano. La operación se realiza por lotes o tandas. El aceite y el hexano se separan
por medio de la destilación y puede ser reutilizado.

Junto con la prensa de expresión de aceite:

Primero se realiza la extracción del aceite por expresión en prensa; la pasta
restante se mezcla con ciclo-hexano para extraer el contenido de aceite
restante. El aceite se disuelve en el ciclohexano y la pulpa se filtra fuera de
la solución. El aceite y el ciclohexano se separan por medio de la
destilación. Con la combinación de los dos métodos (prensado en frío y
solvente hexano) se puede extraer más del 95% del total de aceite presente en
las micro algas.

Extracción Soxhlet

El método Soxhlet de extracción utiliza una combinación de destilación
fraccionada con solventes químicos. El aceite de las microalgas se extrae
destilando con reflujo a través de varias etapas, con un disolvente orgánico
como hexano o éter de petróleo.
17- Esquema de aparato de
Extracción por Arrastre con Vapor Extracción Soxhlet industrial

La destilación por arrastre de vapor de agua se basa en la vaporización selectiva del componente
volátil de una mezcla formada por éste y otros "no volátiles". La vaporización se logra por medio de la
inyección de vapor de agua directamente en el interior de la mezcla; por eso se le denomina "vapor de
arrastre"; pero en realidad, su función no es la de "arrastrar" el componente volátil, sino, más bien, la de
condensar el vapor en un contenedor, formando otra fase inmiscible que, cederá su calor latente a la
mezcla a destilar, para lograr su evaporación. Es decir, se tendrán dos fases insolubles a lo largo de la
destilación (orgánica y acuosa); por lo tanto, cada líquido se comportará como si el otro no estuviera
presente; eso es, cada líquido ejercerá su propia presión de vapor y corresponderá a la de un líquido
puro a una temperatura de referencia. La presión total del sistema será la suma de las presiones de
vapor de los componentes de la mezcla orgánica y del agua. La condición más importante para que este
tipo de destilación pueda ser aplicado es que tanto el componente volátil como la impureza sean
insolubles en agua ya que el producto destilado volátil formará dos capas al condensarse, lo cual

permitirá la separación del producto y del agua fácilmente. En el caso de las microalgas, el arrastre por
vapor de agua busca la vaporación selectiva del aceite esencial (componente volátil) de una mezcla
formada por la pasta de biomasa de microalgas y agua.

18- Esquema de una planta industrial de extracción por arrastre con vapor de agua.

Extracción con Fluido Supercrítico (CO2)

Un fluido supercrítico (FSC) es cualquier sustancia que se encuentre en condiciones
de presión y temperatura superiores a su punto crítico. Los fluidos supercríticos tienen propiedades
que los hacen “híbridos” entre un líquido y un gas; se pueden difundir como un gas y disolver líquido.
La Tabla 1 muestra las propiedades de algunos FSC comúnmente usados.

Peso Tº Presión Densidad
molecular crítica crítica crítica
Solvente

g/mol K MPa (atm) g/cm3

Dióxido de carbono (CO2) 44,01 304,1 7,38 (72,8) 0,469

Agua (H2O) 18,02 647,3 22,12 (218,3) 0,348

Metano (CH4) 16,04 190,4 4,60 (45,4) 0,162

Etano (C2H6) 30,07 305,3 4,87 (48,1) 0,203

Propano (C3H8) 44,09 369,8 4,25 (41,9) 0,217

Etileno (C2H4) 28,05 282,4 5,04 (49,7) 0,215

Propileno (C3H6) 42,08 364,9 4,60 (45,4) 0,232

Metanol (CH3OH) 32,04 512,6 8,09 (79,8) 0,272

Etanol (C2H5OH) 46,07 513,9 6,14 (60,6) 0,276

Acetona (C3H6O) 58,08 508,1 4,70 (46,4) 0,278

La Tabla 2 muestra densidad, difusividad y viscosidad de líquidos típicos, gases y fluidos supercríticos.

Tabla2. Comparación de Gases, Fluidos Supercríticos y Líquidos1

Densidad (kg/ Viscosidad Difusividad (mm²/
m3) (µPa∙s) s)

Gases 1 10 1-10

Fluidos
100-1000 50-100 0,01-0,1
Supercríticos

Líquidos 1000 500-1000 0,001

Por su

19- Diagrama de fases. En la parte superior derecha se facilidad y
ve el fluido supercrítico.
disposición, la sustancia más
empleada es el CO2 que en condiciones supercríticas presenta baja

20- Esquema de proceso industrial de
extracción por CO2 supercrítico.

viscosidad, baja tensión superficial, alto coeficiente de difusión (10 veces más que un líquido normal) lo
que conlleva a un alto contacto con la superficie del material y permite penetrar en pequeños poros y
rendijas, lo que asegura una buena eficiencia en la extracción en el corto tiempo. Al final del proceso se
remueve el total del solvente (CO2), si se realiza a una temperatura baja, se disminuye la pérdida de
sustancias volátiles y se evita la formación de sabores y olores extraños “a cocido”.

Biodiesel de algas

El biodiesel se refiere a cualquier biocombustible equivalente al diesel hecho a partir de materiales
biológicos renovables tales como: aceites vegetales o grasas animales. El biocombustible consiste en
larga cadena de hidrocarburos saturados; puede ser utilizado en su estado puro (B100) o mezclado con
diesel de petróleo en cualquier concentración. Tradicionalmente, el biodiesel se fabrica a partir de
cultivos de plantas oleaginosas como el maíz, la soja o la palma aceitera; sin embargo, el biodiesel
hecho a partir de eso cultivos, presenta problemas socioeconómicos como el desplazamiento de los
alimentos destinados al consumo humano y la cantidad de cultivos que se necesita para producir un
galón de aceite. Es esa una de las razones por las que las algas son hoy día reconsideradas como materia
prima para aceite. Además de que su rendimiento es muy superior al de cualquier otro cultivo
tradicional (DOE: Departamento de Energía, Gobierno de EE.UU. ha informado de que las microalgas
tienen un rendimiento 30 veces superior en energía por hectárea que los cultivos de tierra como la soja o
e maíz; algunos estiman incluso rendimientos mayores a 15.000 galones por acre). Vea
más: http://www.oilgae.com/algae/oil/biod/large_scale/large_scale.html

21- Esquema del
proceso de
producción de
biodiesel a partir
de micro algas.

Una vez que
las algas se
cultivan y
cosechan, hay
diferentes
maneras
de extraer el aceite; sea cual sea, el método utilizado para la extracción del aceite, el producto
resultante es un aceite vegetal llamado "crudo verde", similar al petróleo crudo, el cual se transforma
en biodiesel a través de un proceso de transesterificación.

Transesterificación

El proceso de conversión aceites vegetales en combustible biodiesel se denomina transesterificación
y es, afortunadamente, mucho menos complejo de lo que parece. El término transesterificación se
refiere a una reacción química entre un éster de un alcohol y un segundo alcohol para formar un
segundo éster de alcohol y un alcohol del éster original; por ejemplo, acetato de metilo y alcohol etílico
para formar acetato de etilo y alcohol metílico.
En el caso de los aceites esenciales de las
microalgas, la transesterificación
significa tomar una molécula de
triglicéridos o ácidos grasos
complejos (aceite esencial), neutralizando
los ácidos grasos libres (producto de la reacción) y
eliminando la glicerina (subproducto de la reacción)
y la creación de un éster de alcohol. Eso se logra mezclando metanol con hidróxido de
sodio para formar metóxido de sodio; éste se mezcla con el aceite vegetal; se
permite que la mezcla 22- Transesterificación del aceite esencial de microalgas en biodiesel.
reaccione; luego la mezcla se
separa por decantación; el producto se queda arriba (fase orgánica) y la glicerina en la parte inferior
(fase acuosa); los ésteres de metilo se recogen como biodiesel y la glicerina se puede utilizar para hacer
jabón o cualquiera de otros 1600 productos que tienen su base en este compuesto. Posteriormente, los
ésteres metílicos se lavan y se filtran para su utilización como producto terminado (B100).

Características del biodiesel de microalgas:

 Prácticamente no contiene azufre,
 Tiene propiedades lubricantes superiores,
 Tiene propiedades disolventes más agresivas que diesel de petróleo
 El biodiesel de microalgas tiene entre 5% y 8% menos densidad de energía que el diesel de petróleo de
pero, su eficiencia de combustión es más alta
 El biodiesel de microalgas tiene una mejor lubricación,
 Compensando, la disminución total de su eficiencia de combustible es de tan sólo 2%,
 El punto de nube (temperatura a la cual el biodiesel puro (B100) se gelifica) es de unos 0°C,
 El punto de inflamación (menor temperatura a la que se puede evaporar para formar una mezcla
inflamable en el aire) del biodiesel de microalgas es de 130°C, significativamente mayor que la del
diesel de petróleo que es de 64°C,

Ventajas del Biodiesel Producido A Partir de Microalgas:

 Rendimientos más altos

 El biodiesel de microalgas reduce las emisiones de partículas alrededor de un 47% en comparación
con el diesel de petróleo,
 El biodiésel microalgas tiene menos peligrosas partículas en suspensión,
 El biodiésel microalgas reduce la fracción de carbono sólido en el aire,
 El biodiésel microalgas aumenta la cantidad de oxígeno en el aire, producto del proceso de
fotosíntesis,
 El biodiésel microalgas disminuye la cantidad de dióxido de carbono en el aire, producto del
proceso de fotosíntesis.

Biocombustible de microalgas

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