Ingenieria de Procesos aplicada a la Biotecnología de Microalgas

La ingeniería de procesos es, al menos en el ámbito de nuestra asignatura, la actividad dirigida a crear sitemas de obtención de productos basados en una materia prima.

El resultado de esta actividad es el diseño de un proceso que permite producir uno o más productos a partir de una materias primas.

Un proceso, como el que puede ver a la derecha, desde el punto de vista de la ingeniería, es un conjunto de corrientes materiales y unidades de proceso.

Las corrientes materiales nos permiten hacer los balances de materia y energía. Basandonos en esta información y con el conocimiento de las operaciones unitarias y las transformaciones químicas, podemos diseñar (dimensionar) las unidades de proceso.

Ingeniería de procesos

Ingeniería de procesos aplicada a las microalgas

Estudiar la ingeniería de procesos relativa a las microalgas implica estudiar las undades de proceso relacionadas con las microalgas, que son fundamenetalmente los fotobiorreactores, y conocer las transformaciones e intercambios de energía y materiales que se producen en estos sistemas con el objeto de poder plantear los balances de materia y energía que requiere el diseño.

Se puede decir que la unidad de proceso más característica de la biotecnología de microalgas es el FOTOBIORREACTOR, dispositivo en el que tiene lugar fenómenos como:

     - Generación de biomasa a partir de luz y nutrientes.

     - Consumo de CO2.

     - Generación de O2.

Esto es lo principal y más característicd deeun fotobiorreactor, aunmue además se consumen otros nutriesntes y es neceosar io refrigerar para mantqener la temperatura y agitar para homogeneizar y prevenir la decantación de las microalgas.

Diseñar un fotobiorreactor implica dimensionarlo (decidir su tamaño, volumen) y proveerlo de sistemas que permtan el suficiente suminsto de medio, CO2 y la adecuada retirada del O2 generado.

Además del fotobiorreactor, en un proceso normalemente son necesarias otra unidades de proceso para, al menos, separar la biomasa del medio de culivo y estabilizarla (congelarla, liofilizarla ...etc). Sin embargo estas operacioes, aunque presentan ciertas características especiales en el caso de microalgas, son similares a las que vd. ya conoce del estudio de las operaciones básicas. Por ejemplo, la separación de biomasa se realiza en la mayoría de los casos por operaciones tan conocidas como la centrifugación o la decantación.

La recuoeración de otros productos, o su fabricación, también se realiza por operaciones perfectamente conocidas por vd (lixiviación, extracción líquido-líquido, destilación ... etc) si bien presenta peculiaridades derivadas del contenido en productos diversos y la coexistencia de productos de alto valor como carotenoides o ficobiliproteínas con otros de menor valor como triglicéridos o proteína celular.

Diseño de procesos basados en microalgas (fotoautótrofos)

Diseñar un proceso para la producción de un producto derivado de microalgas requiere decidir la secuencia de operaciones necesaria para obtener el producto a partir de las materias primas y luego dimensionar las unidades de proceso.

Entre las unidades de proceso seguro que aparece un fotobiorreactor, que es la unidad de proceso en la que se produce la generación de biomasa microalgal a partir de las materias primas. En el caso de las microalgas, las materias primas son muy sencillas ya que son:

     - agua

     - dioxido de carbono

     - sales inorgánicas (fundamentalmente fuentes de N y P)

     - luz

La propia microalga puede considerarse el catalizador y el producto. La biomasa de microalgas cataliza su propia generación.

Una vez decidido el producto y el tamaño del proceso (por ejemplo, queremos producir una tonelada al año de biomasa microalgal liofilizada para acuicultura) necesitará calcular cosas como:

     - tamaño (volumen) del fotobiorreactor

     - consumo de medio (nutrientes inorgánicos) dioxido de carbono

     - necesidades de eliminación de oxígeno, refrigeración, tamaño de la centrífuga, del liofilizador, bombas, caudal de aireacion, compresores ... etc.

Y, por supuesto, como diseñar y perar el fotobiorreactor para una producción óptima. Esto es lo que aprendera en el desarrollo de la asignatura que nos ocupa.

Procesos basados en microalgas no autótrofos

Para dejarlo claro, diremos que es posible cultivar microalgas usando sustratos orgánicos como fuente de carbono y energía (heterótrofos) o sólo como fuente de carbono (mixotrofos). Sin embargo no estudiaremos estos procesos porque son relativamente raros y porque se parecen a los cultivos de otros microorganismos como bacterias u hongos, con lo que escapan al ámbito de esta asignatura.

Cuestiones

- Discuta las principales diferencias entre los procesos basados en microalgas y otros de la industria quimica clásica como la producción de ácido sulfurico o amoniaco.

- Discuta las diferencias entre los procesos basados en microalgas y otros de la industria de bioprocesos clasica como la producción de antibióticos o ácido cítrico.

- Intentemos discernir que ocurre en el proceso que se muestra debajo. Hagamos una lista de operaciones y decidamos cuáles sos específicas de las microalgas.

1.0 - Ingeniería de procesos basados en microalgas

1.0 - Ingeniería de procesos basados en microalgas