Biodiesel a partir de microalgas antárticas: Estudio parámetros de crecimiento de éstas.

Transcripción

1 UNIVERSIDAD DE MAGALLANES FACULTAD DE INGENIERÍA DPTO. DE QUÍMICA Biodiesel a partir de microalgas antárticas: Estudio parámetros de crecimiento de éstas. Trabajo de titulación presentado en conformidad a los requisitos para obtener el título de Ingeniero Civil en Química. Profesor Guía: Sr. Pedro Cid Agüero PAMELA ALEJANDRA CARDENAS OJEDA - Marzo 2010-

2 ii AGRADECIMIENTOS En primer lugar agradezco a mi mama, hermanas y familiares, por el apoyo brindado en todo momento y durante esta etapa, sin ustedes este logro no habría sido posible. A Dios, quien fue el guía para seguir adelante en los momentos de flaqueza y duda, quien siempre ha estado entregándome su apoyo a través de las personas que están a mi alrededor. A mis amigos, sin ustedes este logro no seria nada, gracias por todos los momentos de distracción y por pasar juntos la mayor parte del tiempo, por llegar a ser mas que unos simples compañeros, por ser ahora parte de mi vida y corazón. No puedo dejar de agradecer a quienes creyeron en mi, como parte de este proyecto; don Pedro Cid y don Juan Carlos Moreno; espero no defraudarlos y haber cumplido con sus expectativas Muchísimas gracias por el tiempo dedicado. Mis agradecimientos a la dotación de Base Bernardo O Higgins 2009 del Ejército de Chile, por su disposición y colaboración durante toda la campaña Antártica.

3 iii RESUMEN Dentro de las problemáticas medio ambientales, la más importante hoy en día es el calentamiento global; que es consecuencia del efecto invernadero, causado por las emisiones a la atmósfera, principalmente por las emisiones de CO2 y otros gases invernaderos. Junto a esta problemática, existe un segundo problema ocasionado por la crisis económica; que trae como consecuencia el aumento en el precio de los combustibles y agotamiento del petróleo. Ambos factores favorecen la busqueda de nuevas y mejores alternativas energéticas. Así nacen los biocombustibles principalmente usados en Europa, cuya producción y uso van en aumento. Este trabajo tiene por objetivo determinar las proyecciones futuras de la utilización de esta nueva energía, específicamente del biodiesel; y conocer cuál es la situación actual del uso de este. Un segundo objetivo fue estudiar y analizar los parámetros importantes que afectan el crecimiento de microalgas provenientes de la Antártica, con el fin de evaluar la factibilidad de obtener biodiesel a partir de ellas. Para el análisis de las microalgas de origen antártico, se estudiaron tres factores: temperatura, luminosidad y soporte. El procedimiento llevado a cabo, se basó principalmente en la toma de datos de crecimiento a través de la medición de pesos, y variando uno de estos parámetros y manteniendo los otros dos fijos. Los datos tomados, son llevados a correlaciones de forma de analizar mejor el comportamiento de las microalgas frente a los cambios físicos, y con ello se llega a la conclusión, que esta especie tiende a un equilibrio y que este ambiente, puede ser perturbado de acuerdo al valor de los parámetros a los cuales sean expuestas. Otra de las conclusiones interesantes de considerar, es que las condiciones a las que se encuentren no representan un problema para su desarrollo, solo se ve afectada la cantidad en que lo hacen, por supuesto en un rango establecido.

4 iv ÍNDICE Pág. CAPÍTULO I Presentación Objetivos 3 CAPÍTULO II 2.1 Introducción Cómo y por qué nacen los biocombustibles Cambio climático Causas principales del cambio climático El efecto invernadero 8 Definición de biocombustibles Definición de biodiesel 12 Necesidad de biocombustibles Producción de biodiesel en el mundo Producción de biodiesel en Chile y proyección de abastecimiento con energías renovables Materias primas ideales para la producción de biodiesel Comparación de propiedades de diesel y biodiesel Ventajas del biodiesel a partir de microalgas Costos Usos alternativos Empleo y seguridad Efecto de la utilización de biocombustibles Resumen diferencia entre energía convencional y energía renovable Consideraciones para el uso de biocombustibles Legislación chilena respecto a biocombustibles Biocombustibles a partir de microalgas en Chile Situación de estudio en Chile 27

5 v CAPÍTULO III 3.1 Introducción 3.2 Razones de utilización de microalgas como materia prima 31 Condiciones de crecimiento de microalgas Impacto de la eficiencia fotosintética en la producción 3.4 de biocombustibles a partir de microalgas 33 Mecanismos de producción de microalgas Producción fotoautrófica Sistema de producción con reactores Abiertos Sistema de producción con fotobioreactores cerrados Importancia de la selección de la cepa Producción de biodiesel a partir de microalgas Contenido de lípidos en microalgas Biosíntesis de lípidos en microalgas Captura de dióxido de carbono Transesterificación en la producción de Biodiesel Tecnología de conversión de microalgas a Biodiesel Especie escogida como materia prima Descripción de microalgas antárticas Reconocimiento de microalgas estudiadas 43 Cinética de crecimiento Descripción cinética de Monod 44 CAPÍTULO IV 4.1 Introducción Descripción de parámetros medidos en terreno Descripción de toma de muestras de microalgas Procedimiento realizado en Laboratorio Materiales

6 vi Esterilización Equipos Reactivos Medio de cultivo Propiedades de soporte utilizado Procedimiento experimental Resultados obtenidos y análisis de resultados Resultados factor: temperatura Análisis resultados factor temperatura Resultados factor: luminosidad Análisis resultados factor luminosidad Resultados factor: soporte Análisis resultados factor soporte 68 CAPÍTULO V 5.1 Conclusiones Recomendaciones 72 BIBLIOGRAFÍA 73

7 vii ÍNDICE DE FIGURAS Pag. Fig. 2.1a: Temperaturas en diferentes lugares del planeta 8 Fig. 2.1b: Nivel medio del mar 8 Fig. 2.1c: Cantidad de nieve en el hemisferio norte 8 Fig. 2.2: Descripción del efecto invernadero 9 Fig. 2.3: Emisiones a la atmósfera 10 Fig. 2.4: Emisiones debidas a las diferentes actividades 11 Fig. 2.5: Demanda mundial de combustibles 13 Fig. 2.6: Proyección estimada de biocombustibles 14 Fig. 2.7: Producción de biodiesel 16 Fig. 2.8: Aumento de producción de biodiesel 16 Fig. 2.9: Producción de emisiones de CO2 por uso de biocombustibles 25 Fig. 3.1: Sistema abierto con agitación 34 Fig. 3.2: Foto bioreactor tubular 35 Fig. 3.3: Reacción de transesterificación 39 Fig. 3.4: Tecnologías de obtención de energías renovables 41 Fig. 3.5: Foto microalgas en estudio 42 Fig. 4.1: Resultados de crecimiento de microalgas a 4º C 53 Fig. 4.2: Resultados de crecimiento de microalgas a 12º C 55 Fig. 4.3: Resultados de crecimiento de microalgas a 20º C 56 Fig. 4.4: Crecimiento de microalgas a 297 Lux 61 Fig. 4.5: Crecimiento de microalgas a 317 ampolletas 62 Fig. 4.6: Crecimiento de microalgas con piedras blancas 66 Fig. 4.7: Crecimiento de microalgas con arena 67 Fig. 4.8: Crecimiento de microalgas con agar agar 68

8 viii ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 2.1: Emisiones debidas a combustibles 10 Tabla 2.2: Producción de biodiesel 15 Tabla 2.3: Cantidad de aceite producido por especie 18 Tabla 2.4: Rendimiento por hectárea por especie 18 Tabla 2.5: Viscosidad de los distintos tipos de aceite 19 Tabla 2.6: Calor de combustión de los distintos tipos de aceite 19 Tabla 2.7: Comparación de rendimiento/ hectárea 20 Tabla 2.8: Contenido de aceite por especie de microalga 20 Tabla 2.9: Comparación de propiedades entre combustibles de diferente origen 21 Tabla 2.10: Comparación entre tipos de energía 25 Tabla 3.1: Cantidad de lípidos de microalgas 34 Tabla 3.2: Ventajas y desventajas de sist. de transesterificación 40 Tabla 3.3: Contenidos de lípidos de diferentes especies 41 Tabla 4.1: Temperatura promedio enero febrero 48 Tabla 4.2: Resultados de crecimiento a 4º C 53 Tabla 4.3: Resultados de crecimiento a 12º C 54 Tabla 4.4: Resultados de crecimiento a 20º C 56 Tabla 4.5: Correlaciones de datos obtenidos a 20º C 57 Tabla 4.6: Correlaciones de datos obtenidos a 12º C 58 Tabla 4.7: Correlaciones de datos obtenidos a 4º C 58 Tabla 4.8: Porcentaje de crecimiento a distintas temperaturas 59 Tabla 4.9: Crecimiento de microalgas a 297 Lux 60 Tabla 4.10: Crecimiento de microalgas a 317 Lux 61 Tabla 4.11: Correlaciones para datos de luminosidad 61 Tabla 4.12: Correlación de Monod para datos obtenidos a 297 Lux 53 Tabla 4.13: Correlación de Monod para datos obtenidos a 317 Lux 53 Tabla 4.14: Porcentajes de crecimiento a diferentes intensidades 54 de luz Tabla 4.15: Porcentajes de crecimiento a 3 niveles de luminosidad diferentes 64

9 ix Tabla 4.16: Crecimiento de microalgas con piedras blancas 65 Tabla 4.17: Crecimiento de microalgas con arena 67 Tabla 4.18: Crecimiento de microalgas con agar agar 67 Tabla 4.19: Crecimiento máximo de microalgas con piedras Blancas 68 Tabla 4.20: Porcentaje de crecimiento al 10º día 68 Tabla 4.21: Comparación de porcentajes de crecimiento 69 ÍNDICE DE ANEXOS Pág. Anexo 1: Propiedades de soportes usados 75 Anexo 2: Memoria de cálculo 76 Anexo 3: Fotos generales 79 Anexo 4: Legislación Chilena sobre biocombustibles 81

10 CAPÍTULO I

11 1 1.1 PRESENTACIÓN El biodiésel, es en términos simples el aceite que se obtiene de aceites vegetales. Hay otros biocombustibles no convencionales a partir de ricino, jatropha, jojoba, biomasa forestal, papa y nabo forrajero. Su origen viene desde la creación del motor diesel, el que su inventor (Rodolf Diesel) hizo funcionar, con aceite vegetal proveniente de maní. Así, nacieron los combustibles de primera generación, que pueden definirse como los aceites con origen vegetal. El incremento en el interés por este tipo de combustible nace por la evaluación del uso de aceites vegetales debido al cambio climático que ha quedado en evidencia los últimos años, este fenómeno es debido al efecto invernadero. Existen dos teorias contrapuestas que tratan de explicar este fenómeno. La primera de ellas aduce una causa antropogénica, es decir, el hombre contribuyendo en gran parte, por diferentes factores, como las emisiones no controladas provenientes de industrias, la utilización de combustibles de origen fósil, etc. Una segunda, que explica este fenómeno como consecuencia de la actividad solar. [21] De esta forma nace la necesidad de encontrar energías renovables y que no generen emisiones que contribuyan a este fenómeno. Chile no ha quedado exento de esta problemática, por lo que al igual que en la mayoría de los países desarrollados, ya comienza a manejarse alternativas para producir combustibles limpios. En mayo del año 2006 se constituyó una mesa de trabajo para formular una política pública para los biocombustibles líquidos etanol y biodiésel, y un marco regulatorio para promover su desarrollo. [8] Desde el año 2006 se ha estudiado una norma nacional de la calidad que deben cumplir estos biocombustibles para ser comercializados en Chile. El Gobierno fomentaría la utilización de estos biocombustibles en los vehículos al eximirlos del impuesto específico que pagan las gasolinas y el diésel. Este incentivo no requeriría de cambios legales, sino que sería en el sistema de

12 2 impuestos internos, el que por vía administrativa calificaría el tratamiento tributario de estas mezclas. En el presente trabajo se hace un estudio del biodiesel tanto en lo que respecta a su evolución (producción y consumo) a nivel nacional y mundial, como a su origen a partir de otra materia no convencional, hasta hace pocos años; las microalgas, que como se verá más adelante poseen excelente propiedades para ser elegidas como materia prima favorita dentro de la producción de este biocombustible. El motivo principal, es la velocidad con la que se reproducen y la cantidad de aceite que puede obtenerse de ellas. En el estudio de esta materia prima se pretende determinar los parámetros físicos óptimos para el desarrollo de dichas microalgas que tienen un origen antártico. Los parámetros estudiados son los de temperatura, luminosidad y soporte. Con el análisis de estos, puede llegar a encontrarse la velocidad de crecimiento y la cantidad en que se reproducen.

13 3 1.2 OBJETIVOS GENERALES Establecer la situación actual, del uso de biodiesel a partir de microalgas, en Chile y el mundo; como una alternativa al uso de combustibles de origen fósil. Determinar el comportamiento de microalgas de origen Antártico, variando parámetros físicos que influyen en la tasa de crecimiento de estas OBJETIVOS ESPECIFICOS Investigar, a cerca del incremento del uso de biocombustibles, específicamente del biodiesel proveniente de microalgas, tanto en Chile como en el resto del mundo. Se logró determinar las ventajas del uso de biodiesel, obtenidos de microalgas, originarias de lugares muy fríos. Obtener información, a partir de búsquedas bibliográficas, a cerca del comportamiento de microalgas que viven en la Antártica, o en lugares con características similares a dicha zona. Llevar a cabo un estudio experimental de la variación en la tasa de crecimiento, variando los parámetros que resulten fundamentales para la reproducción y desarrollo de microalgas de origen Antártico.

14 4 CAPÍTULO II ESTADO DEL ARTE: USO DE BIOCOMBUSTIBLES EN CHILE Y PRINCIPALES POTENCIAS MUNDIALES (Basado en referencias bibliográficas citadas en bibliografía)

15 5 2.1 INTRODUCCIÓN En el capitulo presente, se da a conocer la necesidad de implementar nuevos combustibles, que produzcan la mínima cantidad de dióxido de carbono. Aquí se explican claramente los motivos que generan el efecto invernadero, la cantidad de emisiones producidas y quiénes son los principales responsables de este problema. La utilización de combustibles es indispensable, para suplir las demandas energéticas en el mundo, por lo que es necesario conocer cifras, en lo que respecta a demanda de estos, y la proyección que indica cómo va en incremento esta demanda. Por otra parte, es necesario conocer la producción de biocombustibles existente en el mundo, para conocer la rentabilidad industrial que podría alcanzar este nuevo mercado. Por esta razón, es necesario encontrar un biocombustible, diferente que presenta una excelente calidad para ser utilizado en cualquier tipo de máquinas y lugares. En este capítulo se dan estas razones y se detallan materias primas y algunas características, además de proyecciones tanto de consumo como de producción.

16 6 2.2 CÓMO Y POR QUÉ NACEN LOS BIOCOMBUSTIBLES El cambio climático es ya un hecho reconocido por todos. Los gobiernos de los principales países industrializados han tomado conciencia y se han comprometido a disminuir las emisiones de gases que contribuyan al efecto invernadero en los próximos años. Una de las principales causas que produce el calentamiento global del planeta, acentuando el efecto invernadero son las emisiones de gases provenientes de combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural). Si se considera, que se está en un constante uso de energía por ejemplo para calentar las casas y oficinas se usan combustibles fósiles, se iluminan las ciudades y la comunicación a distancia es posible con electricidad generada a partir de combustibles fósiles, como es el caso de la energía bioeléctrica; la construcción de edificios con materiales hechos con combustibles fósiles, se almacenan los excedentes en contenedores plásticos y embalajes hechos de combustibles fósiles, y la manufactura de ropa y aparatos domésticos es con la ayuda de productos petroquímicos. Prácticamente todos los aspectos de la vida moderna extraen su energía de los combustibles fósiles, derivan materialmente de ellos, o reciben su influencia de algún otro modo, es sabido que los recursos fósiles son finitos, su extinción puede ser más próxima de lo que se imagina y al parecer no existe aun la suficiente conciencia de que esto puede ser así. Los cálculos más optimistas hablan de un horizonte de entre 28 y 38 años para que los recursos escaseen y los menos optimistas entre 8 y 18 años. Existe una gran tendencia internacional hacia la producción de combustibles más limpios por lo que la biotecnología busca la producción de combustibles provenientes de materiales renovables, que puedan ser utilizados como aditivos (en el corto y mediano plazo) de los combustibles provenientes de fuentes fósiles. La búsqueda de nuevas fuentes de energía ha conducido a la producción de etanol, biodiesel y metano, a partir de fuentes renovables como son los desechos agrícolas. Además se investiga la posibilidad de producir hidrogeno como combustible, utilizando algas verdes. Este esfuerzo no

17 7 se refiere solamente al aspecto renovable y relativamente limpio de los recursos agrícolas, sino principalmente a la búsqueda de independencia energética. El uso de energías alternativas limpias se presenta como la posibilidad de la democratización de la energía, eso significa del lado de los países pobres, la oportunidad de mayores accesos a la economía y al bienestar, un mismo acceso al empleo y a la energía, en general, lo que incluye una mayor educación, higiene, seguridad personal y expectativa de vida CAMBIO CLIMÁTICO El cambio climático global, es una modificación que le es atribuido directa o indirectamente a las actividades humanas que alteran la composición global atmosférica, agregada a la variabilidad climática natural observada en periodos comparables de tiempo. Aún cuando este fenómeno se deba a un ciclo de la tierra, lo importante es disminuir las emisiones que genera el hombre sobre el planeta PRINCIPALES CAUSAS DEL CAMBIO CLIMÁTICO La energía recibida por la Tierra desde el Sol, debe ser balanceada por la radiación emitida desde la superficie terrestre. En la ausencia de atmósfera, la temperatura superficial sería aproximadamente -18 C Esta es conocida como la temperatura efectiva de radiación terrestre. De hecho la temperatura superficial terrestre, es de aproximadamente 15 C. En el siguiente gráfico se muestra el cambio que ha sufrido el planeta, frente a este fenómeno.

18 8 Figura 2.1: a) Temperaturas en diferentes lugares del planeta; b) Nivel medio del mar; c) Cantidad de nieve en el hemisferio Norte. Fuente: Spitzer, J. (2009). From 1st to 2nd Generation Biofuels. En Biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta EL EFECTO INVERNADERO La razón de este efecto, es que la atmósfera es casi transparente a la radiación de onda corta, pero absorbe la mayor parte de la radiación de onda larga emitida por la superficie terrestre. Varios componentes atmosféricos, tales como el vapor de agua, el dióxido de carbono, tienen frecuencias moleculares vibratorias en el rango espectral de la radiación terrestre emitida. Los gases emitidos absorben y reemiten la radiación de onda larga, devolviéndola a la superficie terrestre, causando el aumento de temperatura, fenómeno denominado efecto invernadero. El vidrio de un invernadero similar a la atmósfera es transparente a la luz solar y opaca a la radiación terrestre, pero confina el aire a su interior, evitando

19 9 que se pueda escapar el aire caliente [1]. Por ello, en realidad, el proceso involucrado es distinto y el nombre es bastante engañador, el interior de un invernadero se mantiene tibio, pues el vidrio inhibe la pérdida de calor a través de convección hacia el aire que lo rodea. Por ello, el fenómeno atmosférico se basa en un proceso distinto al de un invernadero, pero el término se ha popularizado tanto, que ya no hay forma de establecer un término más exacto. La siguiente figura muestra una representación de este efecto invernadero: Figura 2.2: Descripción efecto invernadero. Fuente: Miller, 1991 Una de las problemáticas de la vida cotidiana, es el abuso en el uso de los combustibles, en general. La quema de combustibles fósiles y la quema de bosques, liberan dióxido de carbono. La acumulación de este gas, junto con otros, atrapa la radiación solar cerca de la superficie terrestre, causando un calentamiento global. Esto podría en los próximos 45 años [20], aumentar el nivel del mar lo suficiente como para inundar ciudades costeras en zonas bajas. También alteraría drásticamente la producción agrícola internacional y los sistemas de intercambio Uno de los resultados del efecto invernadero, es mantener una concentración de vapor de agua en la baja troposfera mucho más alta que la que sería posible en las bajas temperaturas que existirían si no existiese el fenómeno. Se especula que en Venus, el volcanismo elevó las temperaturas hasta el punto que no se pudieron formar los océanos, y el vapor resultante produjo un Efecto Invernadero, exacerbado más aún por la liberación de dióxido de carbono en rocas carbonatadas, terminando en temperaturas superficiales

20 10 de más de 400 C [2], esto último indica que el efecto invernadero, estaría dado no solo por una causa antropogénica. A continuación se muestra la concentración en la atmósfera (ppm) de los cinco gases responsables del 97% del efecto invernadero antropogénico: Figura 2.3: Emisiones a la atmósfera. Fuente: Lapso En la siguiente tabla se muestran los valores de las emisiones entregadas por diferentes tipos de combustibles: Tabla 2.1: Emisiones debidas a combustibles Tipo Biocombustible Comb. Convencionales Biodiesel Bioetanol Biogas Diesel Gasolina Gas natural Emisiones (grs eq CO2/ Km) Ef, energetica 0,51 0,18 0,18 0,7 0,87 0,86 Acidificacion (grs eq SO2/Km) 0,52 0,37 0,39 0,4 0,37 0,21 Formacion de Ozono 0,67 0,5 0,61 0,48 0,43 0,47 Part. Suspendidas 0,041 0,046 0,055 0,032 0,034 0,036 Fuente: Lapso Las emisiones tienen sus orígenes en las actividades forestales, agrícolas, industriales, de transporte, etc.

21 11 Suministro de energia 25,9% Otros 2,8% Act. Forestal 17,4% Transporte 13,1% Edificacion 7,9% Act. Industrial 19,4% Agricultura 13,5% Figura 2.4: Emisiones debido a las diferentes actividades. Fuente: Spitzer, J. (2009). From 1st to 2nd Generation Befouls. En Biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta En el contexto mundial, Chile no es un emisor relevante. De acuerdo a estadísticas internacionales (Agencia Internacional de Energía, IEA; World Resources Institute, WRI), que consideran sólo las emisiones de CO 2, así como aquellas estadísticas que basan sus cálculos a partir de CO2 equivalente, incluyendo las capturas de carbono asociadas al sector forestal y de cambio de uso de la tierra, su aporte es aproximadamente el 0,2% del total mundial de emisiones, habiéndose mantenido estable ese porcentaje en los últimos años. Por otro lado, Chile aparece en la posición 90 respecto a las emisiones de CO2 per cápita en el mundo para el año 2004, con un valor de 3.9 ton CO2/habitante, de acuerdo al "Informe sobre desarrollo humano : la lucha contra el cambio climático", del Programa de Naciones Unidas para el Desarrollo (2007). Así, las emisiones de gases de efecto invernadero están aumentando de manera importante en el país, según lo indican los inventarios nacionales elaborados por CONAMA, con ocasión de la Primera Comunicación Nacional (1999), y luego en actualizaciones posteriores. [3] Teniendo en consideración los motivos anteriores, es que aparece la necesidad del uso los combustibles limpios o biocombustibles.

22 DEFINICIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES Los biocombustibles líquidos son aceites y alcoholes obtenidos de biomasa. Es posible la obtención de aceites a partir de más de 300 especies vegetales, fundamentalmente extraídas a partir de semillas y frutos. El aceite se obtiene normalmente por compresión y extracción Una operación adicional es la transesterificación, la que permite obtener ésteres que se pueden emplear en motores diesel. [4] DEFINICIÓN DE BIODIESEL El biodiesel al igual que los biocombustibles en general, es un combustible renovable derivado de los aceites vegetales. Actualmente es producido y utilizado en muchos países europeos y ha ido ganando un espacio en el resto del mundo como energía alternativa debido a sus innumerables ventajas. Con el consumo de biodiesel se reduce el nivel de emisiones de CO 2 y de sulfuros, el humo visible y los olores nocivos. Funciona con normalidad en motores diesel sin modificar y puede ser empleado también mezclado con diesel convencional consiguiendo así reducciones substanciales en las emisiones, como su punto de inflamación es superior, la manipulación y el almacenamiento son más seguros que en el caso del combustible diesel convencional. 2.4 NECESIDAD DE COMBUSTIBLES En el siguiente diagrama se presenta la necesidad actual y la demanda de los diferentes tipos de combustibles existentes en el mundo:

23 13 Demanda mundial de combustibles Carbon 26% Otros 2% Bioenergia 10% Nuclear 6% Gas Natural 20% Aceites 36% Figura 2.5: Demanda mundial de combustibles. Fuente: Spitzer, J. (2009). From 1st to 2nd Generation Biofuels. En Biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta. Como puede apreciarse en el diagrama anterior, la cantidad demandada de biocombustibles en el mundo, aun no alcanza un valor considerable, esto se debe a dos factores principales; el primero de ellos y tal vez el más importante es, la poca producción que existe hasta el momento de estos combustibles limpios, producción que no alcanza a abastecer las necesidades del mercado mundial; el segundo motivo es la poca conciencia que se ha formado hasta hoy con respecto al cambio climático. Se espera que la utilización de estos nuevos combustibles vaya en aumento, a medida que se desarrollen mejores tecnologías para su producción. El siguiente grafico muestra una proyección de consumo en los próximos 20 años.

24 14 Figura 2.6: Proyección de consumo estimado de biocombustible en 20 años. Fuente: Fuente: Spitzer, J. (2009). From 1st to 2nd Generation Biofuels. En Biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta.

25 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN EL MUNDO En Europa se lleva alrededor de 20 años de experiencia. Alemania es una de las naciones más avanzadas en esta materia a partir de raps o canola. Es el principal productor mundial de biodiésel (63%) con millones de litros al año. Le siguen Francia con 557 millones y Estados Unidos con 290 millones de litros. [5] En la tabla 2.2 se muestra la producción de los años 2004 y 2005 de biodiesel en diferentes potencias mundiales: Tabla 2.2: Producción de biodiesel Pais Alemania Francia Italia Rep. Checa Polonia Austria Eslovaquia España Dinamarca Inglaterra Otros TOTAL Produccion Fuente:

26 16 En la figura 2.7 se muestra la producción antes detallada. Dinam arca 2,2% España 2,3% Eslovaquia 2,4% Inglaterra 1,6% Otros 1,1% Austria 2,7% Polonia 3,2% Rep Checa 4,2% Alem ania 52% Italia 12,4% Francia 15,5% Figura 2.7: Producción de biodiesel. Fuente: La producción de biodiesel ha ido aumentando durante los últimos años de acuerdo a la grafica que aparece a continuación: Figura 2.8: Aumento de producción de biodiesel en millones de litros, hasta el año Fuente: iocombustibles/withdmore/indice_precios_granos.jpg

27 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL EN CHILE Y PROYECCIÓN DE ABASTECIMIENTO CON ENERGIAS RENOVABLES Chile hoy en día no produce biodiesel, pero cuenta con una buena parte de su territorio dedicado a la agricultura, por lo que esta sería una actividad comercial, que beneficiaria la economía del país. En otras palabras una ventaja para el país es la geografía que presenta. Si se toma como referencia que una hectárea de raps podría generar 900 litros y se requeriría del orden de 60 mil hectáreas. En el corto plazo es una alternativa productiva absolutamente viable para el centro-sur, especialmente la VI y VII Regiones. Por otra parte, la demanda energética de Chile (referida a energía eléctrica) va en aumento, el año 2007 esta demanda alcanzó los GW/ h, se estima que el año 2025 alcanzará unos GW/ h. Haciendo una proyección de la producción de energía renovable se estima que este tipo de energía entregaría GW/ h y una potencia de MW. [6] 2.5 MATERIAS PRIMAS IDEALES PARA LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Las principales materias primas utilizadas en la elaboración de biodiesel hoy en día, son especies como: girasol, raps, soya, palma y maíz. Cada especie presenta características y propiedades específicas, que permiten la obtención de un mejor aceite y de esta forma una mayor calidad del biodiesel elaborado. Por otra parte es necesario considerar que cada especie proporciona una cierta cantidad de biomasa, que no es equivalente al aceite útil para la elaboración del biocombustible, por esto es sumamente importante realizar un estudio de cada tipo, de manera de optimizar el crecimiento de microalgas y producción de aceites. Para tener una idea acerca de las cantidades de aceites obtenidos a partir de cierto número de biomasa, se presenta la tabla:

28 18 Tabla 2.3: Cantidades de aceite producida por especie Especie Maiz Girasol Palma Jatropa Cantidad de biomasa Ton/h año 3,2 1,5-1, Aceite Ton/h año 0,8-1,2 0,85-0,9 4,4-5 1,6-3,5 Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de microalgas. En conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta. Como puede apreciarse en la tabla anterior, la cantidad de aceite obtenido es la mitad de la biomasa trabajada. Por lo que se hace necesario, conocer y desarrollar una especie que tenga mayores ventajas con respecto a estas, ya conocidas. De forma más detallada a continuación se presenta la cantidad de aceite (volumen) obtenido por hectárea cultivada, de acuerdo con la especie que se está trabajando: Tabla 2.4: Rendimiento por hectárea, por especie Especie Maiz Soya Canola Jatropa Coco Palma Rendimiento Ltrs/ha Fuente: Christi, Y. Biodiesel from microalgae. (2009) En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta Como se ve en la tabla 2.4, el mayor rendimiento lo alcanza el aceite de coco, pero no es el más usado debido a que las condiciones de cuidado que presenta son complejas, como se trata de una planta tropical no puede desarrollarse en cualquier lugar, necesita condiciones de humedad, luz, suelos arenosos, etc.

29 19 En las tablas 2.5 y 2.6.se muestra las propiedades de viscosidad y calor de combustión, obtenidos de los aceites que tienen origen vegetal: Tabla 2.5: Viscosidad de los distintos tipos de aceites Clase de aceite Aceite de Palma Aceite de canola Aceite de maiz Aceite de soya Diesel Aceite de microalgas Viscocidad (cp a 40º C) ,6 36,6 Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de microalgas. En conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta Tabla 2.6: Calor de combustión de los distintos tipos de aceites Clase de aceite Aceite de Palma Aceite de canola Aceite de Oliva Aceite de soya Diesel Aceite de microalgas Calor de combustion (Kj/g) 38,3 38,52 38,76 38,37 43,6 38,72 Fuente: Guerrero, M. (2009) Producción de aceites a partir de microalgas. En conferencia biocombusitibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta Sin embargo existe una nueva materia prima, no convencional, que puede reemplazar a estas especies, dada su rendimiento y velocidad de crecimiento. Esta materia prima es o son microalgas y algas en general. A continuaron se muestra la cantidad de aceite obtenido a partir de diferentes especies, con el objetivo de comparar la cantidad que se obtiene con microalgas:

30 20 Tabla 2.7: Comparación de rendimiento por hectárea Especie Maiz Algodón Soja Avellana Arroz Girasol Colza Oliva Coco Palma Microalgas kg de aceite / Ha Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de Antofagasta Hoy en día se esta investigando mucho mas a fondo esta materia prima, buscándose los mejores parámetros de crecimiento De estos dependerá la calidad del aceite obtenido. A continuación se presenta el porcentaje de aceite obtenido para diferentes tipos de microalgas estudiadas. Tabla 2.8: Contenido de aceite por especie de microalga Especie de Microalga Botryococcus Braunil Chlorella Crypthecodinium cohnli Cylindrotheca Dunaliella primolecta Isocrhysis Monallanthus salina Nannochloris Nannochloropsis Neochloris oleoabundans Nitzschia Phaeodactylum tricornutum Schizochytrium Tretraselmis suecica Contenido de aceite % (peso - seco) >

31 21 Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de Antofagasta Como puede verse en la tabla anterior, los porcentajes de aceite para cada una de las especies estudiadas, son bastante altos, algunos los más bajos alcanzan al 15%, sin embargo las de mejor rendimiento pueden alcanzar hasta el 77%. Es importante tener presente que la mayoría de estas especies se desarrollan en lugares, cuyas temperaturas son relativamente altas, en el caso de Chile un lugar ideal para la producción de especies de este tipo es el norte del país, debido a las características climáticas del lugar. Esta es una razón por la cual los biocombustibles presentan una desventaja; su punto de solidificación, como el origen de las microalgas se da a condiciones de temperaturas elevadas, el biocombustible producido también presenta un alto punto de congelamiento, lo que no permite su uso de forma adecuado en zonas frías. 2.6 COMPARACIÓN DE PROPIEDADES DE DIESEL Y BIODIESEL Las propiedades del combustible variara de acuerdo a su origen, es por eso que se presenta a continuación un paralelo entre ambos productos, en lo que respecta a sus propiedades químicas: Tabla 2.9: Comparación de propiedades entre combustibles de diferente origen Porpiedad Densidad (kg/ltrs) Viscosidad (Pa/s) Flash point (º C) Punto de solidificacion Valor acido (mg KOH / Grs) Valor de calor (Mj/kg) Razon (H/C) Biocombustible a partir de microalgas Combustible diesel 0,864 5,2*10^ , ,18 0,838 1,9-4,1*10^ , ,81 Fuente: Rivas, M. (2009). Bioenergia en el desierto. En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile. Universidad de Antofagasta

32 22 Esto ayuda a entender mejor porque esta materia prima es altamente competitiva dentro del mercado de los biocombustibles, a continuación se enumeran algunas de estas ventajas. 2.7 VENTAJAS DEL BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS No compiten ni en agua, ni en suelo Se cultivan en regiones áridas Tasa muy superior de crecimiento Alta producción de aceites Buena calidad de aceite Su principal nutriente es el CO2 Alta eficiencia fotosintética Cultivo independiente de la calidad de la tierra Todas estas ventajas demuestran, que al conseguir un buen desarrollo de microalgas, la industria del biodiesel a partir de esta materia prima, sería muy rentable, desde el punto de vista económico, sin considerar el efecto que puede llegar a presentar en el cambio climático. 2.8 COSTOS Claramente el costo del biodiesel dependerá de la elección de la materia prima, diversos estudios económicos han llegado a demostrar que su precio es muy similar al del diesel comercial. Para ello se ha eximido a este tipo de combustible del pago de impuesto directo de carburantes, que estipula cada país. Considerar que a medida que su empleo se generalice, el precio de adquisición se irá estabilizando en cotas más que razonables. En Estados Unidos se ha estimado su precio entre 0.45 y 0.66 dólares/litro. [4]

33 23 En lo que se refiere a costo de producción de los biocombustibles, este es aproximadamente el doble del costo de la gasolina y el diesel, pero sería posible abaratar el costo de producción cultivando grandes extensiones y procesando las materias primas en empresas especializadas. En Chile, según estimaciones, el precio a distribuidor del biodiesel sería cercano a los $375 el litro. Pero, con los actuales impuestos y costos de materia prima, el precio del biodiesel sería similar al del diesel con precios del petróleo en torno a los US$ 72 por barril. Lo que no lo haría competitivo si el petróleo baja. 2.9 USOS ALTERNATIVOS También cabe destacar, que la producción de estos combustibles puede originar nuevos productos y un crecimiento potencial de negocios, lo que también genera un ingreso extra al negocio. A) Subproductos Originados de la producción de biodiesel Expeller / Pellet, que sirve para alimentos Balanceados. Glicerol, con estos se obtiene la glicerina de alta pureza, que se utiliza en farmacopea y cosmética. B) Beneficios atribuibles a otras industrias Agrícola: Siembra y recogida del grano. Industrias aceiteras: Producción de aceite. Industria química: Transesterificación. Compañías Petroleras: Mezcla con Petróleo y distribución del nuevo combustible. La biomasa en general, susceptible de ser transformada en otros tipos de energía mediante procesos de gasificación, biodigestión o procesos Fischer Tropsch. También es de sobra conocido el uso de algas para la fabricación de

34 24 medicamentos, sumado a la importancia que posee en el sector farmacéutico. Por todo esto, desarrollar el concepto de biorefineria, donde se contemplen todas las posibilidades comerciales en función del tipo de alga utilizada, será crucial para el crecimiento del sector industrial. El concepto de biorefinería integra los procesos de conversión de biomasa y el equipamiento necesario para la producción de biocombustibles, energía y productos químicos. El término es análogo al usado en las refinerías de petróleo, en el que se producen una amplia variedad de combustibles y productos derivados EMPLEO Y SEGURIDAD En general no se necesitan modificaciones en los motores, ni en el sistema de encendido, ni en los inyectores de combustible de un motor diesel estándar. Tan sólo se necesita el cambio de algunos materiales de revestimiento de piezas que estén en contacto directo con el combustible. El rendimiento, desgaste y consumo del motor es similar al que provoca el diesel comercial. En cuanto a seguridad, este compuesto ofrece mejorías substanciales respecto a sus competidores. Así tenemos elevado punto de fusión- dilatación, no produce vapores explosivos. La tensión de vapor es menor a 5mm. Hg., lo que permite una manipulación y almacenaje en condiciones más seguras por la total ausencia de vapores. Tiene baja toxicidad en mamíferos en caso de ingestión y es biodegradable EFECTOS EN LA UTILIZACIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES Los efectos que tendría la utilización de este tipo de combustible, en lo que se refiere a disminución de emisiones de CO2 son sumamente importantes para el cuidado del medio ambiente y la no contribución al efecto invernadero.

35 25 En el siguiente diagrama se puede apreciar la reducción de emisiones de CO2 en las diferentes áreas, que emplean combustibles (estudiada a largo plazo). 70 Annual CO2 Emissions (Gt) 60 >110% emission increase under BAU 50 >75% reduction from BAU required to meet target Target proposed for G8 agreement (50% of today's level) Figura 2.9: Reducción de emisiones de CO2 por uso de biocombustibles. Fuente: Ventura, P. (2009) European Commission research activities in the area of biofuels and biobased materials. En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta RESUMEN DE DIFERENCIAS ENTRE ENERGIA CONVENCIONAL Y ENERGIA RENOVABLE Tabla 2.10: Comparación entre tipos de energía Energia renovable Las emisiones de dioxido de carbono al sumarse, tienden a cero, es decir, son minimas. No generan residuos dificiles de tratar Son inagotables Son autoctonas Evitan la dependencia exterior Crean muchos mas puestos de trabajo Contribuyen al equilibrio interterritorial porque suelen instalarse en zonas rurales Permiten a Chile desarrollar propias tecnologias Energia convencional Producen considerables emisiones de dioxido de carbono Generan residuos que suponen durante largos periodos una amenaza al medio ambiente Son agotables Existen en un numero limitado de paises Aumentan las importaciones energeticas Crean muy pocos puestos de trabajo Se situan cerca de zonas muy desarrolladas Utilizan en su gran mayoria tecnologias importadas

36 CONSIDERACIONES PARA EL USO DE BIOCOMBUSTIBLES Este tipo de combustibles, presenta excelentes ventajas en cuanto a su utilización, pero no debe descuidarse el siguiente aspecto: Aun cuando reduce el desgaste del motor diesel, aumentando su vida útil, conviene revisar con frecuencia los filtros de combustibles y cambiarlos cuando sea necesario. En algunos casos y con el tiempo el uso del Petróleo deja un depósito en las mangueras de alimentación, tanques y retornos, y el uso del biodiesel puede disolver este sedimento, debiéndose cambiar más frecuentemente el filtro de combustible (por usar Biodiesel), hasta que el sistema entero se haya limpiado completamente de los depósitos causados por el Petróleo. Otra de las importantes consideraciones, que debe tenerse presente, es que la utilización del suelo para cultivo de vegetales, y posterior comercialización para la producción de estos combustibles, afecta directamente a la industria agrícola, dado que, los terrenos que antes eran usados para producir cantidades de vegetales, con fines alimenticios, ahora serian usados con fines industriales. Esto siempre y cuando el terreno usado para este fin, sea en las regiones en donde hay actividad agrícola LEGISLACIÓN CHILENA CON RESPECTO A BIOCOMBUSTIBLES Chile, que importa una gran cantidad de combustibles que consume, depende de los envíos argentinos de gas natural, y para dejar atrás esa situación está impulsando proyectos energéticos y promoviendo el uso de energías alternativas. Los biocombustibles, como el etanol y el biodiésel, se producen a partir de materias primas agrícolas o forestales y pueden ser destinados a mezclas con gasolina y petróleo diésel, respectivamente. Ya sea a través del etanol generado a partir del trigo, maíz o remolacha, o bien biodiésel producido a partir del raps (colza); estamos en condiciones de aportar el 5% del consumo total de energía de nuestro país. [8]

37 27 El 2007 el gobierno envió al Congreso un proyecto de ley con el marco regulatorio para biocombustibles. En el anexo 4 se enumeran las leyes relacionadas con este tema y que se encuentran vigentes hoy en Chile BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE MICROALGAS EN CHILE Una de las mayores fuentes de biomasa en la Tierra son las algas, que se componen de organismos acuáticos que capturan luz solar y el dióxido de carbono para hacer la fotosíntesis y así producir su energía, además producen aceites vegetales que eventualmente se pueden transformar en biodiesel. Entre los beneficios de la producción de biodiesel a partir de algas o microalgas, destaca el hecho que el rendimiento en producción de este biocombustible es unas 300 veces superior al que se alcanza con soja y unas 25 veces al que se consigue con palma. Además las algas tienen un periodo de crecimiento record de solo unos pocos días lo que contrasta con los tiempos de crecimiento mucho más largos de las plantas oleaginosas, usadas comúnmente para la producción de biocombustible. Chile tiene ventajas comparativas para la producción de biocombustibles a partir de algas. En la zona norte, se presentan extensas tierras disponibles, hoy sin valor productivo y gran cantidad de radiación solar necesaria para el crecimiento de algas. Con estas condiciones el cultivo de algas no compite con cultivos tradicionales y, por lo tanto, no produce efectos en la producción de alimentos. Hoy en día se estudian sectores dentro del país para el desarrollo de esta área, pero aun no existe producción de biocombustibles a partir de microalgas, con fines comerciales SITUACION DE ESTUDIO EN CHILE Algunos proyectos desarrollados hoy en día, son los siguientes:

38 28 Proyecto piloto de la universidad de Tarapacá, que tiene por objetivo, producir biocombustibles a partir de jatropha. Este proyecto de inicio el año ENAP se encuentra investigando la factibilidad de producir en el país, combustibles de segunda generación, a través de dos entidades en las que participa como socio: For Energy y Biocomsa. Este proyecto de inicio el año 2009 y tiene como plazo, 5 años de estudio. La empresa de generación eléctrica AES Gener S.A. (Gener) informó que en conjunto con la empresa Clean Energy S.A. y con la asesoría de la Unidad de Asistencia Técnica de la Escuela de Ingeniería Bioquímica de la Facultad de Ingeniería de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, desarrollarán un proyecto de investigación aplicada cuyo objetivo es lograr una tecnología económicamente sustentable a partir de la captura de CO2 y NOx para la producción de biocombustibles mediante el cultivo de microalgas. Este proyecto se impulsa el año La Corporación de Fomento a la Producción de Chile (Corfo) entrego fondos a tres consorcios para desarrollar proyectos de biocombustibles de segunda generación con algas marinas. Se trata de las empresas Desert Bioenergy, Alga Fuels y Bal Biofuels, las cuales a partir de este año desarrollarán, con apoyo de universidades, proyectos en biocombustibles que implican una inversión de 31,6 millones de dólares

39 29 CAPITULO III: ASPECTOS TEÓRICOS MICROALGAS; FUENTE DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL

40 INTRODUCCIÓN En este capitulo, se presentan, las ventajas de la utilización de microalga como materia prima, y en especial el motivo por el cual se está estudiando diversas especies de microalgas para la obtención de biocombustibles. Cabe destacar, que el uso de microalgas como materia prima, para energías renovables, es un tema que parte en 1970, como consecuencia de la crisis de petroleo, en ese entonces. Las microalgas, pueden generar diferentes tipos de lipidos, esto depende exclusivamente de los ácidos grasos que produzcan. Por lo tanto es importante analizar los tipos y cantidades de ácidos grasos que pueda generar cada especie y conocer como sintetizan los triglicéridos. Es por ellos que se explica a grandes rasgos la producción y síntesis de estos. Existen diferentes tecnologías para la obtención de aceites provenientes de esta materia prima, de esto también dependerá el tipo de biocombustible que pueda producirse, por lo que se presentan estos mecanismos; haciendo un estudio mas amplio de la tecnología relacionada con biodiesel, que es la que interesa en este trabajo. Explicándose el proceso de transesterificación a partir de los ácidos grasos obtenidos desde la materia prima en cuestión.

41 RAZONES DE UTILIZACIÓN DE MICROALGAS COMO MATERIA PRIMA En general se puede afirmar que la producción de biomasa a partir de microalgas es más cara que la obtenida mediante el cultivo de especies tradicionales terrestres. La explotación de cultivos terrestres posee un rango de producción que ha sido mejorado durante miles de años mediante su uso alimenticio. Las ventajas del uso de derivados de microalgas para la producción de biodiesel son las siguientes: Las microalgas son capaces de reproducirse durante todo el año, por lo tanto, es posible obtener producciones durante todo este periodo. Necesitan medios acuosos para su desarrollo, pero las cantidades que necesitan son menores que las que se usarían para un cultivo terrestre. Las microalgas tienen un rápido potencial de cultivo y muchas especies tienen entre 25 50% de contenido de aceites, en peso seco. En lo que respecta a la calidad del aire, las microalgas pueden capturar CO2 (1 kg de biomasa de microalgas secas utiliza alrededor de 1.83 Kg de CO2) Los nutrientes para el cultivo de microalgas, pueden ser obtenido de aguas residuales o aguas pre tratadas, provenientes de industrias agro alimenticias. Estos cultivos no requieren de pesticidas, ni herbicidas. A partir de ellas, pueden obtenerse co productos, tales como proteínas, y biomasa residual, después de la extracción de los aceites, los que pueden usarse como fertilizantes o alimentos. Las condiciones de cultivo pueden ser modeladas y variadas, para obtener mejores producciones de aceites. Las microalgas en una producción fotobiológica, pueden obtener biohidrógeno.

42 32 La combinación de biocombustibles, la fijación de CO2, la producción de bio hidrógeno y el bio tratamiento de aguas residuales, demuestran el potencial de las microalgas. 3.3 CONDICIONES DE CRECIMIENTO DE MICROALGAS Las microalgas son un grupo heterogéneo de microorganimos unicelulares que poseen una variada gama de pigmentos fotosinteticos y que habitan todos los ambientes acuáticos del planeta donde exista luz disponible. Las microalgas son organismos autotróficos, por lo que para construir su biomasa solo requieren una fuente de carbono inorgánico como el CO2 y algunos nutrientes esenciales como nitrato, fosfato y en algunos casos silicato, luz. La producción comercial, de microalgas, tiene una gran ventaja, puesto que utiliza un recurso natural como lo es el de la luz solar. Aun que, dicha ventaja se ve afectada por los ciclos del día y la noche, y en las zonas templadas y frias del planeta por la escasa disponibilidad de luz durante la estacion invernal. En general, para la producción de algas el factor luminosidad, representa una limitación. Por tanto, la luz artificial, permite una producción continua. Para la elección de la luz artificial correcta, debe considerarse la absorción espectral, de cada alga, esto dependerá del tipo de pigmente fotosintético que posea cada una. Para el cultivo de microalgas, se puede utilizar CO2 de tres orígenes diferentes: CO2 proveniente de la atmósfera, CO2 por descarga de gases provenientes de industrias, CO2 desde carbonatos solubles. Bajo condiciones de cultivos naturales, las microalgas asimilan CO2 desde soluciones, muchas microalgas pueden tolerar y utilizar altos niveles de dióxido de carbono, generalmente alrededor de ppmv. Los medios de cultivo, incluyen otros nutrientes como nitrógeno, fósforo y sílice.; incluso algunas especies pueden captar nitrógeno del aire en forma de NO2, también existen especies que requieren este, en forma soluble. El fósforo

43 33 también juega un rol importante en los cultivos, pero debe cuidarse que las cantidades no sean excesivas, es mas estas deben ser pequeñas durante los ciclos de cultivo, por lo tanto puede administrarse como fosfato, en presencia de iones metálicos. La sílice ayuda a la productividad de los cultivos de cientos de grupos de algas IMPACTO DE LA EFICIENCIA FOTOSINTÉTICA EN LA PRODUCCIÓN DE BIOCOMBUSTIBLES A PARTIR DE MICROALGAS La eficiencia fotosintética es la fracción de energía luminosa que es fijada como energía química durante cultivos fotoautróficos. Solamente es capturada una parte de la energía luminosa, que llega a los cultivos (42.3%), ésta corresponde a la longitud de onda, entre 400 y 700 nm. La energía captada es usada en el ciclo de Calvin, junto a moléculas de agua y dióxido de carbono, según la siguiente reacción: 6CO2 12 H 2 O FOTONES C 6 H 12 O6 6O2 6 H 2 (3a) Un máximo de 8 fotones de luz son necesarios para obtener un mol de carbohidrato (CH2O) una molécula de oxígeno y una de hidrógeno. Estos 8 fotones poseen una energía de 218 Kj por mol. 3.4 MECANISMOS DE PRODUCCIÓN DE ALGAS Existen tres tipos de mecanismos para la producción de algas en general, estos son: Producción foto autotrófica, producción heterotrófica y producción mesotrófica. A continuación se describe en forma general el primero de estos, dado que la inmensa mayoria de las algas son exclusivamente autotroficas esta es la razon por el cual se utiliza luz en su cultivo.

44 PRODUCCIÓN FOTOAUTOTRÓFICA Es el método más usado, debido a que entrega, mejores resultados técnicos y es viable económicamente. Aquí se contemplan dos tipos que son los reactores cerrados y abiertos SISTEMA DE PRODUCCIÓN CON REACTORES ABIERTOS Este tipo es utilizado desde 1950, consisten en un loop ovalado cerrado con canales de recirculación. Generalmente de 0.2 a 0.5 m de profundidad, con sistemas de recirculación y mezclado para optimizar la producción de cultivos de algas. Son construidos de concreto. Los nutrientes son ingresados por medio de un sistema continuo de paletas, que previene la sedimentación. Los requerimientos de dióxido de carbono, son satisfechos por medio del contacto de la superficie con el aire. De ser necesarias mayores cantidades de éste, se pueden agregar inyectores al sistema. Figura 3.1: Sistema abierto con agitación. Fuente: Brantes, L. (2009) Microalgas para biocombustibles. En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta

45 SISTEMA DE FOTOBIOREACTORES CERRADOS Este sistema incluye varios tipos de reactores como: tubulares, de placa plana y columnas de fotobioreactores. Son adecuados para cepas sensibles, ya que es posible controlar la contaminación que pudiera existir en ellas. Este tipo de sistema es mucho más costoso que el sistema de reactor abierto. Los de tipo tubular consisten en una matriz recta de tubos plásticos o de vidrio pueden ser dispuestos en forma horizontal, vertical o inclinada. Algunos cultivos pueden ser recirculados con algún sistema de bomba, la llegada de CO2 y O2, es a través de aireación al medio. La agitación y mezcla es muy importante para el intercambio de gas en los tubos. Los de placa plana son hechos de materiales transparentes para captar la mayor cantidad de energía solar. Una capa fina del cultivo pasa a través de la placa plana, la que permite la absorción de radiación a pocos milímetros. Los fotobioreactores tubulares, presentan limitaciones dado al largo que deben poseer los tubos, lo que limita la cantidad de oxígeno o puede influir en la acumulación de dióxido de carbono.

46 36 Figura 3.2: Fotobioreactor tubular. Fuente: Gómez, P. (2009) Estudios sobre el potencial biotecnológico de microalgas nativas: En conferencia biocombustibles a partir de algas. Antofagasta, Chile: Universidad de Antofagasta. Las ventajas que presenta este tipo de sistema por sobre los reactores abiertos son: una mayor producción de algas en general, dado que existe un mayor control en el cultivo. Los sistemas abiertos presentan fluctuaciones de temperaturas, evaporaciones, deficiencia en las cantidades de CO2 y limitaciones de luminosidad. 3.5 IMPORTANCIA EN LA SELECCIÓN DE LA CEPA Cuando se elige una cepa, con el objetivo de obtener un biocombustible a partir de ella, es importante tener presentes los siguientes aspectos: Tener alta productividad de lípidos Tener la capacidad de sobrevivencia en condiciones de estrés en fotobioreactores Tener la capacidad de competir con otro tipo de microorganismos, que pudieran presentarse en sistemas abiertos. Ser capaz de capturar altos niveles de CO2 Tener requerimientos limitados de nutrientes Ser tolerante ante cambios eventuales de temperaturas, nutrientes, luz. Proporcionar valiosos co productos Presentar rápidos ciclos de productividad Hasta el momento no se han encontrado, microalgas que presenten todas estas características en conjunto.

47 PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS Antes se presentaron, los diferentes métodos para obtener diferentes biocombustibles a partir de microalgas, en ésta parte se analizará la producción de biodiesel más específicamente. Las microalgas, presentan altos potenciales para la producción de biodiesel frente a los aceites obtenidos, desde otros orígenes, como por ejemplo, las extensiones territoriales necesarias para su cultivo, estas no son grandes cantidades como sería una plantación de otros vegetales. Además, de presentar la gran ventaja, de cultivarse rápidamente CONTENIDOS DE LÍPIDOS EN MICROALGAS La selección de un tipo de cepa, considera un punto muy importante, que es la habilidad de las microalgas, para desarrollarse con condiciones especificas medioambientales y moderadas de nutrientes. Además, del tipo y cantidad de ácidos grasos que posea cada especie los que le darán la característica al biodiesel obtenido. Las cadenas de ácidos grasos saturados o insaturados, dependerán de la especie. A continuación se muestra una tabla con contenidos de lípidos de algunas especies: Tabla 3.1: Contenido de lípidos de microalgas. ESPECIE Chlorella Dunaliella Isocrysis Nonnachloris Scesedesmus Spirilina platensis Tetraselmis Contenido de lípidos (%) ,5-67 7, ,6-21,1 4-16,6 12,6-14,7 Fuente: Mata, T. (2009) Microalgae for biodiesel production and other applications: Renewable and Sustainable Energy Reviw, 14,

48 BIOSÍNTESIS DE LÍPIDOS EN MICROALGAS Los tipos de lípidos presentes en microalgas, pueden ser divididos en dos grupos; lípidos neutros y lípidos polares. Los triglicéridos son ácidos neutros, y son los principales en la producción de biodiesel. La síntesis de triglicéridos, presenta tres pasos: la formación de la co enzima acetyl A (acetyl coa), la elongación y desaturación de cadenas de carbono en ácidos grasos, y la biosíntesis de triglicéridos en microalgas. La primera de estas etapas, consiste en la formación de acetyl - coa como una reacción fotosintética incluyendo la reacción luminosa En lo que respecta a la elongación de cadenas de ácidos grasos, ésta depende principalmente de la enzima formada anteriormente (acetyl coa) y los ácidos grasos sintetizados. La desaturación de cadenas de carbonos de ácidos grasos ocurre desde el C18, y además toma lugar la elongación de cadenas de carbono, produciendo largas cadenas de ácidos grasos, los que son poco usuales en plantas comunes. La última etapa comprende la formación de triglicéridos, en donde se almacena parte de la energía, cabe destacar, que la formación de éstos, es gracias a enzimas propias y resultantes del proceso de glicólisis CAPTURA DE CO2 Las microalgas, pueden capturar dióxido de carbono, de diferentes orígenes: CO2 atmosférico, emisiones de CO2 provenientes de plantas industriales, y CO2 proveniente de carbonatos solubles. El primero de estos orígenes es el más simple, depende de la transferencia de masa entre el aire y las microalgas durante la fotosíntesis. En este caso la concentración presente en el aire es bastante baja, en comparación a las emisiones provenientes de las industrias. Por otra parte, existen microalgas capaces de asimilar CO2 presente en carbonatos solubles. Este dióxido de carbono es convertido por las microalgas en energía química, con ayuda de la luz, en sustancias como polisacáridos, proteínas, lípidos e hidrocarbonos.

49 TRANSESTERIFICACION EN LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Las viscosidades de aceites vegetales y aceites de microalgas, son bastantes altas, lo que impide que estos puedan ser usados directamente en motores. El objetivo de la transesterificación es justamente ese, reducir esta viscosidad, incrementando la fluidez. Para este proceso los compuestos principales son los alcoholes, como: metanol, etanol, propanol, butanol, etc, el mas usado es el metanol, debido a su bajo costo y propiedades físicas. La utilización de estos alcoholes, permite la conversión de largas cadenas de ácidos grasos a ésteres, pero la reacción de triglicéridos a metil éster es muy lenta, por lo que se hace necesaria la utilización de un catalizador. Existen los catalizadores del tipo alcalino y del tipo ácido. Los alcalinos tienen altos grados de conversión. Pero, los ácidos grasos podrían reaccionar con éste, formando emulsiones..por lo que comúnmente se usan catalizadores ácidos como por ejemplo el ácido sulfúrico. La reacción de transesterificación es la siguiente: Figura 3.3: Reacción de transesterificación Se ha propuesto la obtención de biodiesel por transesterificación ácida en razón de 56:1 M de metanol a aceite de microalgas, a 30º C de temperatura. En la siguiente tabla se presentan transesterificación, con algunas ventajas y desventajas: algunas técnicas de

50 40 Tabla 3.2: Ventajas y desventajas de sistemas de transesterificación Técnica Ventajas La reaccion puede ser bien controlada Catálisis Química El costo de produccion es bajo El metanol puede ser reutilizado Alta conversion Moderada condición de reacción Ctálisis enzimática Se requieren pequeñas cantidades de metanol No hay daño al medio ambiente Fácil de controlar Técnicas de fluido Este método es fácil y supercrítico seguro No causa daño ambiental Desventajas Alta temperatura de reaccion y proceso complejo El proceso requiere de mucha energia Se requiere de un sistema de reciclo para metanol Existe presencia de aguas residuales Limitación de enzimas en la converión de cortas cadenas de ácidos grasos Existen químicos que pueden dañar a las enzimas Alta temperatura y presión Alto costo de producción Alta utilización de energía Fuente: Huang, G. (2009) Biodiesel production by microalgal biotechnology: Renewable and Sustainable Energy Reviw, 87, TECNOLOGÍAS DE CONVERSIÓN DE MICROALGAS A BIOCOMBUSTIBLES Los procesos tecnológicos para la conversión de microalgas a biocombustibles, pueden dividirse en dos categorías: de conversión termoquímica y de conversión bioquímica. El siguiente esquema muestra los diferentes tipos de mecanismos o tecnologías utilizadas:

51 41 Figura 3.4: Tecnologías de obtención de energías renovables. Fuente: Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and Sustainable Energy Reviw, 14, En la siguiente tabla se muestran, los valores líquidos obtenidos desde diferentes especies, a través de distintos procesos tecnológicos: Tabla 3.3: Porduccion de lípidos totales en diferentes especies. Tecnología Licuefacción Termoqumica Licuefacción Termoqumica Pirolisis Pirolisis Especie Batryacoccus Dunaliella Chlorella Microcyatis Temperatura (ºC) Presion (Mpa) 3 3 0,101 0,101 Contenido liq. (%) ,8 24 Fuente: Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and Sustainable Energy Reviw, 14, ESPECIE ESCOGIDA COMO MATERIA PRIMA Existe un sin número de especies de microalgas, que pueden ser escogidas para su cultivo y posterior producción de biodiesel. En general, la

52 42 cualidad de la especie escogida tiene que ver principalmente con el desarrollo de estas y la calidad del aceite obtenido, es decir, se busca una tasa de crecimiento rápida y una biomasa capaz de proporcionar altas cantidades y buena calidad de los aceites. En lo que respecta a composición, las microalgas de las nieves o antárticas poseen carotenoides secundarios, los que le dan un rol fotosensible a las algas. Existen estudios que muestran, como estas microalgas son capaces de adaptarse a diferentes temperaturas sin variar mayormente su estructura [10], sin embargo, debe tenerse en consideración no aumentar ésta por sobre los 15º C, para su subsistencia. Existen tipos como Chlorella y Navícula, que podrían soportar temperaturas de hasta 30º C, lo que indica que estos organismos son más sicotróficos que sicrofílicos. Por otro lado, la composición del aceite extraído de la materia prima, en este caso microalgas, es lo que le dará una buena calidad al biodiesel producido, mejor será la calidad de éste si las cadenas de ácidos grasos son mas cortas, con esta característica cuentan estas microalgas de las nieves; Además, la cantidad de ácidos grasos aumenta, mientras las temperaturas disminuyen. [10] DESCRIPCIÓN DE MICROALGAS ANTÁRTICAS Las microalgas, encontradas en la Antártica, presentan un aspecto como el que se muestra de la foto:

53 43 Figura 3.5: Foto microalgas en estudio. Fuente: propia Los parches de color verde o rojo sobre la nieve, suelen estar constituidos principalmente por especies de la División Chlorophyta. Las Chlorophyta son un grupo muy diversos constituido por alrededor de especies. Este grupo se caracteriza por tener clorofila a y clorofila b. Otro grupo bastante estudiado es Chlorella RECONOCIMIENTO DE MICROALGAS ESTUDIADAS El reconocimiento de los lugares donde se establecen estas microalgas es muy sencillo, ello se debe a que se encuentran en zonas con superficie nevada y desde la distancia se pueden ver como grandes manchas de distintos colores; rojas, verdes e incluso hay lugares en que se pueden encontrar amarillas. Generalmente se avistan en lugares donde la nieve ha comenzado a derretirse, es por ello que, durante el tiempo de invierno son difíciles de encontrar debido a su escasa visibilidad producto de la abundante nieve invernal. Por otra parte al momento de recogerlas, se debe tener especial precaución de escoger las microalgas que se encuentren lo más alejadas de una posible influencia salina del mar. En la Antártica, al navegar pueden verse, paredes de nieve verdes, éstas también son microalgas, pero no son de la misma cepa que se ha estudiado en el presente trabajo, dado que reciben influencia salina del mar. Por lo tanto, para extraer la especie que nos ocupa, los lugares más apropiados son los que se encuentran ubicados lo más lejos posible del mar y por sobre la superficie de nieve, siendo un lugar idóneo para la extracción y recolección de estas microalgas, las inmediaciones de la base militar Bernardo O Higgins, a aproximadamente unos 100 metros de distancia de las instalaciones, específicamente en donde actualmente se encuentra habilitada la pista de anevisaje.

54 CINETICA DE CRECIMIENTO La cinética con la que se relaciona el crecimiento de las microalgas estudiadas, es la ecuación de Monod, dado que no se ha encontrado referencia bibliográfica a cerca de crecimiento de microalgas de zonas frías, a diferentes temperaturas y con diferentes grados de luminosidad. Por este motivo al momento de hacer un análisis de resultados se hará una aproximación de los resultados a esta ecuación DESCRIPCION CINÉTICA DE MONOD Es importante conocer la cinética de crecimiento de los cultivos microbianos porque es necesario poder predecir cómo va a evolucionar un cultivo Las células aisladas cultivadas en un volumen finito de medio de cultivo apropiado van utilizando los nutrientes que tienen disponibles con la mayor eficiencia y rapidez que pueden, sintetizando sus propios componentes celulares y dividiéndose en cuanto han podido duplicar su masa y su material genético. El tiempo que tarda una célula en hacer todo lo anterior es lo que conocemos como tiempo de generación y puede variar desde unos 20 minutos en condiciones óptimas hasta varios meses en condiciones del suelo. Cada vez que transcurre un tiempo de generación, el número de células se duplica, siguiendo, por tanto, un incremento exponencial. [19] Si se llama X0 al número de células inicial, y g al número de generaciones transcurridas, el número de células final (X) será: X X 0 * 2G (3b) Si se llama T al tiempo de generación y t al tiempo de cultivo transcurrido, la ecuación anterior puede transformarse en la siguiente: X X 0 * 2T / t [3c]

55 45 Al momento de trabajar estas ecuaciones, resulta complicado al momento de llevarlas a datos, por lo que se hace una rectificación, obteniéndose la siguiente relación: LN ( X ) LN ( X 0 ) 1 LN (2) T (3d) Esto es: el logaritmo del número de células crece linealmente con el tiempo a razón de una constante igual a ln2/t. Si el tiempo de generación T es muy grande, el crecimiento tendrá poca pendiente (será lento) y si T es pequeño el crecimiento será rápido. Otra forma de representar la cinética es considerando el incremento en el número de células (dx) en un intervalo corto de tiempo (dt). En este caso, la ecuación que describe la cinética es la siguiente: dx X dt (3e) El incremento del número de células (dx) por unidad de tiempo (dt) es proporcional al número de células presentes en el cultivo (X). A la constante de proporcionalidad (µ) se le denomina tasa de crecimiento y puede considerarse algo así como la probabilidad de que una célula se divida en un tiempo determinado. [19] Resolviendo esta derivada parcial, e integrando entre los tiempos 0 a t y X0 a X (que es el crecimiento en el tiempo t) se obtiene la siguiente relación: x t 1 x x dx 0 dt 0 LN ( X ) LN ( X 0 ) t (3f) (3g) Luego reordenando y aplicando función exponencial se obtiene la siguiente relación: x x 0 e t (3h)

56 46 CAPITULO IV: MÉTODO, RESULTADOS OBTENIDOS Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

57 INTRODUCCIÓN En este capítulo, se presentan los datos medidos tanto en terreno como en laboratorio, se hace una enumeración de los equipos utilizados y de las pruebas efectuadas. El estudio para la determinación de parámetros óptimos de crecimiento, se realiza estudiando tres parámetros, que resultan fundamentales, para la obtención de este objetivo; que son: temperatura, luminosidad y soporte. Estos tres factores se estudian de forma independiente, variando uno de ellos y manteniendo los otros dos constantes. Aquí, se analizan los datos obtenidos, haciendo uso de herramientas matemáticas; tales como correlaciones y reglas, para determinar puntos de crecimientos máximos y tiempos en los que pueden encontrarse estos. Así también se determinan los porcentajes de crecimiento obtenidos, con la variaciones realizadas, de forma de poder concluir acerca de cuáles son los valores de estos tres factores, que entregan una mayor cantidad de microalgas, sin llevarlas al estrés ni a la inhibición, características propias de estas especies. Es necesario recordar, que el estudio de los parámetros de crecimiento óptimo, se hace para conseguir buenas cantidades de microalgas, en un corto plazo, para la posterior extracción de aceite y finalmente obtención de biodiesel.

58 DESCRIPCIÓN DE PARÁMETROS MEDIDOS EN TERRRENO En la Base Militar Antártica General Bernardo O Higgins (coordenadas 63 19' S 57 54' W Península Antártica) se encontró, dos tipos de microalgas, las de color verde y las de color rojo, ambas presentan condiciones de subsistencia algo diferentes. Al hacer una comparación, entre unas y otras, puede observarse que las primeras se hallaban a una temperatura de 0-1º C y a una pequeña profundidad (1-2 cm.), a diferencia de las especies rojas, las que se encontraban a 2º C y en la superficie de los hielos. Las temperaturas registradas en el lugar los meses de enero y febrero, se muestran en la siguiente tabla: Tabla 4.1: Temperaturas promedio enero febrero Año Enero 1,0 0,9 0,6 0,8 0,9 1,2 1,1 1,2 1,4 1,0 0,9 0,9 0,5 1,6 1,3 1,2 0,7 0,6 Febrero 1,3-0,7-0,6 0,8 0,2 0,8 1,4 0,3 0,6 0,6 0,7-0,5 1,6 3,4 0,5 0,8 0,3 0,1 Fuente: Propia Otra diferencia, al momento de comparar ambas especies, en terreno, es la diferencia de ph, las microalgas de color verde presentan un valor mayor que el de las microalgas rojas, la diferencia entre ambos es de 0.6 unidades. Siendo para las primeras de 7.88 y en el segundo caso de 7.28.

59 49 Las microalgas estudiadas son las microalgas de color verde, que se encuentran en terreno alejadas de la influencia marina, y sobre la nieve, debido a que las cantidades recolectadas de estas fueron mucho mayores que en el caso de las rojas, debido a la abundancia que había de estas DESCRIPCIÓN DE TOMA DE MUESTRAS DE MICROALGAS Las microalgas estudiadas, han sido recolectadas en La Base militar Antártica General Bernardo O Higgins, cuyas coordenadas son: 63 19' S 57 54' W, Península Antártica. El lugar específico de recolección de estas fue en inmediaciones de la base militar a unos 100 m de las instalaciones de esta. Se recolectaron diferentes muestras de alrededor de 20 ml de nieve con microalgas, recogidas con una espátula. Dichas muestras fueron luego refrigeradas para su posterior estudio. 4.3 PROCEDIMIENTO REALIZADO EN LABORATORIO MATERIALES 20 Tubos de ensayo de 10 ml Matraz de aforo de 1 ltrs Pipetas de 10, 5 ml 1 Piseta ESTERILIZACIÓN Mechero Bunsem Pinzas

60 EQUIPOS Balanza analítica ph metro Termómetro Luxometro Incubadora 2 Baños termostaticos 3 ampolletas de bajo consumo energético REACTIVOS Etanol Hidróxido de sodio Etilenglicol MEDIO DE CULTIVIO Nombre del compuesto Símbolo Cantidad (mg) Nitrato de potasio KNO3 400 Fosfato de potasio K2HPO4 80 Sulfato de Magnesio MgSO4*7H2O 200 Cloruro de calcio CaCl2*2H2O 107 Acido Cítrico C6H8O7 100 Acido Bórico H2BO Cloruro de Manganeso MnCl2*4H2O 3.67 Sulfato de zinc ZnSO4*7H2O 0.44 Sulfato de cobre CuSO4*5H2O 0.16 Molibdato de Sodio Na2MoO *Citrato Férrico FeC6H8O7 20

61 51 *Este compuesto fue sustituido por 10 mg/ltrs de Cloruro de Fierro (FeCl2) Dado que el compuesto no se encontraba disponible en laboratorio ni en el mercado. Enrasar esta solución hasta 1 Ltr. Medir ph y ajustarlo a 7.5 Fuente: Dr. Joel Cuello, Universidad del Colorado 4.4 PROPIEDADES DE SOPORTES ESTUDIADOS Ver anexo PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Se procedió a esterilizar los materiales, que serian ocupados, con un mechero y alcohol. Se distribuyo muestras de 1 ml de microalgas, en cada uno de los tubos de ensayo, dispuestos para cada una de las pruebas. Se utilizo para cada prueba, replicas, para obtener mayor seguridad en los resultados obtenidos Para el caso de las pruebas de temperatura y luminosidad, se agrego a cada tubo de ensayo 3 ml de solución salina, descrita antes. Las condiciones de luminosidad y temperaturas, se entregaron de acuerdo a las necesidades de estudio del sistema.

62 52 En el caso de la prueba de soporte, se utilizaron matraces Erlen mayer de 100 ml, a los cuales se les agrego el material de interés de estudio; arena, piedrecillas y agar agar. Las pruebas fueron tomadas cada 3 o 4 días, midiendo pesos, a través de una balanza analítica. Además se uso blancos para cada una de las pruebas. El error con que trabaja esta balanza es de +/ grs. Después de cada una de las experiencias, se efectuó una limpieza de cultivo, que consistía en sacar el líquido sobrenadante y agregar nueva solución salina, en cada uno de los tubos de ensayo. 4.6 RESULTADOS OBTENIDOS Y ANALISIS DE RESULTADOS RESULTADOS FACTOR: TEMPERATURA Se adecuaron tres medios para la obtención de datos de estas. Las temperaturas estudiadas fueron: 4º C, 12º C y 20º C. Para el estudio de este factor, los parámetros de luminosidad y soporte se mantienen constantes, para las tres temperaturas Estos son: de 250 Lux y sin soporte, es decir, el medio de cultivo fue el medio salino preparado. La experiencia se realizo repetidamente, para cuatro tubos en los casos de temperatura, sin embargo el tubo Nº 12, que era el que correspondía a la temperatura 4º C, sufrió un problema de manipulación, durante el proceso de pesado, por lo que fue descartado en la evaluación de datos. La razón por la cual, se realizaron estas pruebas, con cuatro repeticiones, es debido a que la densidad de biomasa en la nieve no es definida, por lo que en algunos tubos las cantidades de microalgas son mayores, que en otros, para un mismo volumen, así con los resultados, se obtendrá el comportamiento de estas. En la tabla 4.2 se presentan los resultados obtenidos a 4º C:

63 53 Tabla 4.2: Resultados de crecimiento a 4º C Día 9 0,0045 0,0090 0,0134 0,0179 0,0213 0,0247 0,0275 0,0299 0, (grs) Tubo 10 0,0032 0,0063 0,0095 0,0127 0,0146 0,0165 0,0184 0,0195 0, ,0044 0,0089 0,0133 0,0178 0,0209 0,0240 0,0267 0,0270 0,0278 Tubo 9 0,04 0,03 0,02 0, Dias Figura 4.1 a: Crecimiento de microalgas tubo 9 (grs) Tubo 10 0,025 0,02 0,015 0,01 0, Dias 6 Figura 4.1 b: Crecimiento de microalgas tubo 10

64 54 (grs) Tubo 11 0,03 0,025 0,02 0,015 0,01 0, Dias Figura 4.1 c: Crecimiento de microalgas tubo 11 La tabla 4.3 muestra los resultados de crecimiento (grs) de microalgas obtenidos a 12º C Tabla 4.3: Resultados de crecimiento a 12º C Día 5 0,0101 0,0224 0,0337 0,0449 0,0529 0,0610 0,0690 0,0735 0, (grs) 6 0,0115 0,0261 0,0392 0,0523 0,0580 0,0637 0,0693 0,0750 0, ,0188 0,0376 0,0565 0,0753 0,0877 0,1002 0,1126 0,1205 0, ,0180 0,0360 0,0540 0,0720 0,0911 0,1005 0,1103 0,1198 0,1248 Tubo 5 0,1 0,08 0,06 0,04 0, Tubo 2 4 Dias 6 Figura 4.2 a: Crecimiento de microalgas tubo

65 55 (grs) Tubo 6 0,1 0,08 0,06 0,04 0, Dias Figura 4.2 b: Crecimiento de microalgas tubo 6 (grs) Tubo 7 0,15 0,1 0, Dias 6 Figura 4.2 c: Crecimiento de microalgas tubo 7 (grs) Tubo 8 0,15 0,1 0, Dias Figura 4.2 d: Crecimiento de microalgas tubo 8 La tabla 4.4 muestra los datos de crecimiento (grs) de microalgas por día, a 20º C.

66 56 Tabla 4.4: Resultados de crecimiento a 20º C Día 1 0,0327 0,0653 0,0980 0,1307 0,1469 0,1630 0,1695 0,1755 0, (grs) Tubo 2 0,0321 0,0641 0,0962 0,1283 0,1529 0,1675 0,1801 0,1865 0, ,0125 0,0250 0,0376 0,0501 0,0542 0,0582 0,0623 0,0663 0, ,0315 0,0629 0,0944 0,1259 0,1503 0,1747 0,1825 0,1902 0,1990 Tubo 1 0,2 0,15 0,1 0, Dias Figura 4.3 a: Crecimiento de microalgas tubo 1 (grs) Tubo 2 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Dias 6 Figura 4.3 b: Crecimiento de microalgas tubo 2

67 57 (grs) Tubo 3 0,08 0,06 0,04 0, Dias Figura 4.3 c: Crecimiento de microalgas tubo 3 (grs) Tubo 4 0,25 0,2 0,15 0,1 0, Dias 6 Figura 4.3 d: Crecimiento de microalgas tubo ANÁLISIS DE RESULTADOS FACTOR TEMPERATURA Cuando se analizan los datos obtenidos, desde el punto de vista de tendencias de curvas, se obtienen las correlaciones presentadas en la tabla siguiente: Tabla 4.5: Correlaciones de datos obtenidos a 20º C Temperatura 20 C Función y = 0,0731Ln(x)+0,0254 y = 0,0791ln(x)+0,0207 y = 0,0271Ln(x)+0,0099 y = 0,0825Ln(s)+0,072 y = 0,0454 exp(0,186 x) y = 0,0436 exp(0,1977 x) y = 0,0174 exp(0,1831 x) y = 0,042 exp(0,2056 x) Parámetro 0,9857 0,9816 0,9893 0,977 0,7779 0,8013 0,7838 0,819

68 58 Tabla 4.6: Correlaciones de datos obtenidos a 12º C Temperatura 12 C Función y = 0,0326Ln(x)+0,0033 y = 0,0316Ln(x)+0,0077 y = 0,0518Ln(x)+0,0081 y = 0,052Ln(x)+0,0067 y = 0,0137 exp(0,2255 x) y = 0,0167 exp(0,203 x) y = 0,0245 exp(0,2129 x) y = 0,0233 exp(0,2186 x) Parámetro 0,9697 0,9888 0,9719 0,9687 0,841 0,7888 0,8475 0,8469 Tabla 4.7: Correlaciones de datos obtenidos a 4º C Temperatura 4 C Función y = 0,0132Ln(x)+0,0014 y = 0,0084Ln(x)+0,0016 y = 0,0117Ln(x)+0,0024 y = 0,0057 exp(0,2218 x) y = 0,0042 exp(0,208 x) y = 0,0059 exp(0,2057 x) Parámetro 0,9612 0,9766 0,9755 0,8653 0,8396 0,8211 En las cuales, y representa el crecimiento en gramos de microalgas y X es el tiempo en que se obtuvo dicho crecimiento. Aquí se hace una comparación entre las correlaciones obtenidas por ecuaciones logarítmicas y por ecuaciones exponenciales; estas últimas buscan encontrar alguna similitud con la ecuación de Monod. La que se presentó en la sección Para dicha asimilación, se considero y como la cantidad de microorganismos en un tiempo dado, es decir, lo que en la ecuación de Monod esta representado por X, por otro lado el parámetro de la ecuación de Monod representado por t corresponde a x, en los gráficos y relaciones obtenidas. En primer lugar puede apreciarse de acuerdo a los parámetros de correlación que, los datos no se ajustan a una buena curva exponencial del tipo Monod para la temperatura de 4º C. Ajustándose mucho mejor a una curva del tipo logarítmica. Además puede apreciarse en las gráficas 4.1, la tendencia de crecimiento hacia un equilibrio.

69 59 En lo que respecta al crecimiento de microalgas a 12º C, según los parámetros de correlación, se observa que los datos pueden adaptarse mejor, que las otras dos temperaturas a la ecuación de Monod, esto es basado en los parámetros de correlación de la tabla 4.6. Cuando la temperatura es de 20º C, puede observarse que los coeficientes de correlación se ajustan, mejor a una curva con tendencia logarítmica y se alejan mas, que en los otros casos a una tendencia exponencial. Nuevamente, puede apreciarse en las figuras 4.3 que los datos de crecimiento tienden a un equilibrio. Los crecimientos encontrados en estas pruebas, son masas por lo tanto no presentan relación con la cantidad de lípidos que poseen estas especies. Este estudio va dirigido al crecimiento neto de las microalgas, además las mediciones se hicieron con una balanza analítica y no con un equipo de medición celular, debido a limitaciones instrumentales, por lo que no puede darse un ajuste igual al de una curva de Monod, pero si en lo que tiene que ver a la primera tendencia de crecimiento, puede hacerse una similitud, dado que las mediciones resultan ser proporcionales, en esta etapa. [20] Por otra parte, si se calculan los porcentajes de crecimiento a las diferentes temperaturas, se obtienen los siguientes resultados: Tabla 4.8: Porcentajes de crecimiento a diferentes temperaturas Temperatura (ºC) Porcentaje de crecimiento (%) 569,7 607,8 487,3 El porcentaje de mayor crecimiento es para la temperatura de 12º C, calculados como promedio respecto a la materia inicial. El análisis de variación de luminosidad se efectúa para el caso de esta temperatura; por otro lado ésta es la que mejor ajusta sus datos a la ecuación de Monod y según investigaciones anteriores [10], de aquí se obtienen los mejores resultados para aceites, para la obtención de biodiesel.

70 RESULTADOS FACTOR: LUMINOSIDAD Dentro de los factores de estudio para conseguir las condiciones optimas de crecimiento de microalgas antárticas, se encuentra el parámetro luminosidad, como se sabe la luz es quien permita la fotosíntesis en las plantas, de igual forma esto ocurre en las microalgas, por tanto es indispensable que cuenten con la cantidad suficiente de luz para conseguir realizar este proceso. Por esto, se exponen las diferentes muestras de microalgas a diferentes niveles de luminosidad manteniendo constantes los otros dos parámetros de temperatura (12º C) y soporte (sin soporte solo con medio de cultivo). A continuación se presentan los datos obtenidos: Tabla 4.9: Crecimiento (grs) de microalgas con 297 lux Crecimiento por dia Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9 Dia ,0596 0,1192 0,1788 0,1841 0,1895 0,2167 0,2438 0,2575 0,2712 0, ,0514 0,1028 0,1542 0,1535 0,1527 0,1752 0,1976 0,1976 0,1976 0, ,0413 0,0825 0,1238 0,1631 0,2024 0,2211 0,2399 0,2662 0,2925 0, ,0455 0,0911 0,1366 0,1803 0,2239 0,2437 0,2635 0,2900 0,3166 0, ,0436 0,0872 0,1308 0,1721 0,2134 0,2341 0,2549 0,2838 0,3128 0, ,0577 0,1153 0,1730 0,1783 0,1835 0,2093 0,2351 0,2477 0,2604 0, ,0606 0,1211 0,1817 0,1866 0,1915 0,2184 0,2453 0,2586 0,2719 0,2852 (grs) 0,4 Tubo 1 0,3 Tubo 2 0,2 Tubo 3 Tubo 4 0, Dias 8 Figura 4.4 a: Crecimiento de microalgas con 297 lux 10 12

71 61 (grs) 0,4 Tubo 5 0,3 Tubo 6 0,2 Tubo 7 0, Dias Figura 4.4 b: Crecimiento de microalgas con 297 lux Tabla 4.10: Crecimiento (grs) de microalgas con 317 lux Crecimiento por dia Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9 Dia 10 Dia 11 Dia 12 Dia 13 Dia ,0772 0,1545 0,1752 0,1959 0,2166 0,2373 0,258 0,3127 0,3674 0,3855 0,4036 0,4217 0,4686 0, ,0181 0,0362 0,0544 0,0725 0,0906 0,1415 0,1923 0,207 0,2218 0,2365 0,2806 0, ,0783 0,1566 0,1829 0,2092 0,2354 0,2617 0,288 0,3373 0,3865 0,4052 0,4238 0,4425 0,4886 0, ,0744 0,1489 0,1709 0,1928 0,2148 0,2367 0,2587 0,3135 0,3683 0,3872 0,4061 0,425 0,4722 0, ,1958 0,3916 0,4126 0,4336 0,4546 0,4756 0,4966 0,549 0,6015 0,6177 0,6338 0,65 0,6939 0, ,1836 0,3671 0,3846 0,4021 0,4197 0,4372 0,4547 0,5446 0,6346 0,6682 0,7018 0,7354 0,7843 0, ,1688 0,3376 0,3521 0,3666 0,3811 0,3956 0,4101 0,4995 0,589 0,621 0,6531 0,6851 0,7344 0,7837 (grs) 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Tubo 5 Tubo 6 Tubo Dias 10 Figura 4.5 a: Crecimiento de microalgas con 317 lux 15

72 62 0,6 (grs) 0,5 Tubo 1 0,4 Tubo 2 Tubo 3 Tubo 4 0,3 0,2 0, Dias Figura 4.5 b: Crecimiento de microalgas con 317 lux Es necesario explicar que, la cantidad de tubos expuestos a esta experiencia es de 7, dado que las muestras iniciales fueron tomadas a partir de las temperaturas anteriormente realizadas. Se tomo 1 ml de muestra de los tubos 5 al 11 de la experiencia anterior (4.6.2). Los tubos 1 al 4 no fueron considerados para esta parte, dado que, estos presentaron los menores crecimientos y la concentración de microalgas en 1 ml de muestra seria menor ANÁLISIS RESULTADOS FACTOR LUMINOSIDAD Al trazar líneas de tendencia para los datos obtenidos, se puede encontrar que la correlación adecuada es polinómica de grado 4, sin embargo, no existe un punto máximo de crecimiento hasta el ultimo de día en que se tomo datos, pero lo que interesa en este punto es determinar el porcentaje de crecimiento en este periodo en comparación con los demás niveles de luminosidad.

73 63 Tabla 4.11: Correlaciones para datos de luminosidad Intensidad (Lux) Tubo Correlacion R^2 1 2 y x x x 0, x y x x x 20, x y x x x0, x y x x x0, x y x x x0, x y x x x0, x y x x x0, x y x x ,9868 x x y x x x0, x y x x ,9912 x x y x x ,9892 x x y x x x0, x y x x x 20, x y x x x 2 0, x Por otro lado al ajustarlos a una curva de Monod se obtienen las siguientes relaciones y parámetros de correlación: Tabla 4.12: Correlación de Monod para datos obtenidos con 297 Lux TUBO y ae bx a 0,0869 0,0791 0,0573 0,0638 0,0602 0,0844 0,0887 b 0,1372 0,1141 0,1959 0,1933 0,1977 0,1361 0,1353 R2 0,7681 0,6641 0,8476 0,8395 0,8524 0,7633 0,7618

74 64 Tabla 4.13: Correlación de Monod para datos obtenidos con 317 Lux TUBO y ae bx a 0,1095 0,0244 0,1155 0,1062 0,2928 0,2547 0,2307 b 0,1192 0,2407 0,1196 0,1227 0,0717 0,0909 0,0931 R2 0,9079 0,9149 0,8929 0,9092 0,7909 0,8755 0,8823 Al observarse los parámetros de correlación de las ecuaciones obtenidas; se observa que mientras mayor es la luminosidad a la que se expone a las microalgas, mas cercanos son los datos a la ecuación de Monod. De esta forma los valores mostrados en la tabla 4.14 de a y b corresponden a la cantidad de materia inicial y a la tasa de crecimiento, respectivamente, en cada uno de los tubos expuestos a una luminosidad de 317 Lux. Así, la tasa de crecimiento promedio es de Para el caso de luminosidad de 297 Lux, no es conveniente determinar a través de esta aproximación, la tasa de crecimiento, debido al parámetro de correlación obtenido. Por otra parte, al comparar dicho resultado, con el obtenido con una luminosidad de 250 Lux, la tasa de crecimiento es mucho mayor (0.4564) dado la poca cantidad de materia inicial presente en cada uno de los tubos trabajados (del orden de 1*10^-3). Además puede establecerse porcentajes de crecimiento a las diferentes intensidades de luz, y a los 10 días de estudio, los que se señalan a continuación: Tabla 4.14: Porcentajes de crecimiento a diferentes intensidades de luz Porcentaje de Crecimiento (%) 297 Lux 317 Lux El mayor porcentaje de crecimiento, para las pruebas de luminosidad se obtiene para la luminosidad de 297 lux, esto es al décimo día de estudio.

75 65 Por otra parte al hacer una comparación con la luminosidad a la que se expuso en la primera experiencia, que fue de 250 Lux se obtienen las siguientes tasas de crecimiento en el día 9. Tabla 4.15: Porcentaje de crecimiento a tres niveles de luminosidad diferente Luminosidad (Lux) Porcentaje de crecimiento (%) , , ,4 Esto se debería a dos factores, el primero una inhibición a una mayor luminosidad por parte de las microalgas, lo que tardaría su crecimiento por algunos días, o simplemente que al tratarse de microalgas antárticas, la luminosidad requerida, no es demasiada para su desarrollo. Y su óptimo crecimiento se obtendría con una cantidad moderada de luz RESULTADOS FACTOR: SOPORTE Dentro de los factores de estudio se encuentra este tercer factor, que es soporte. El lugar en el que se desarrollan originalmente las microalgas estudiadas, es la nieve, por lo que resulta interesante saber cómo influye esta en el desarrollo de las especies, y si en otro medio se desarrollan igual o incluso mejor. Los soportes elegidos para este estudio fueron: arena, piedrecillas blancas y agar agar. Existen medios de cultivo del tipo sólido que sirven para dar consistencia a los cultivos, en general. El estudio de este parámetro busca entregar esta consistencia a las microalgas, y además entregar cierta porosidad de modo de no impedir la llegada de luz y nutrientes a los microorganismos. La densidad de cada colonia es muy alta (del orden de 107 células para una colonia de unos 5 mm). Esto se debe a que en el medio sólido, a diferencia del líquido, las bacterias no pueden dispersarse, y durante mucho tiempo este medio sólido permite un aporte continuo de nutrientes (por difusión desde el entorno de la colonia, hacia ella). [82]

76 66 La temperatura a la que se mantuvo el cultivo durante esta prueba fue de 12º C y luminosidad de 317 Lux, se tomaron estos valores de parámetros fijos, debido a que en el caso de la temperatura, esta fue la que presento el mayor porcentaje de crecimiento de microalgas; por otro lado se tomo un alto valor de luminosidad, debido a que el medio, impediría la llegada de luz al cultivo. Los resultados que se obtuvieron fueron los expuestos en la siguiente tabla: Tabla 4.16: Crecimiento (grs) de microalgas con piedras blancas Crecimiento por dia Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9 Dia 10 Con piedras blancas Matraz 1 Matraz 2 0, ,0565 0,1272 0,1979 0, , , , , ,4389 0,0431 0,0862 0, ,2421 0, , , , , ,6982 (Grs) 0,8 0,6 0,4 0, Dias 8 10 Figura 4.6: Crecimiento de microalgas con piedras blancas. 12

77 67 Tabla 4.17: Crecimiento (grs) de microalgas con arena Crecimiento por dia Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9 Dia 10 Con arena Matraz 3 Matraz 4 0,0344 0, ,0278 0,038 0, ,064 0,0497 0,09 0, ,1112 0,0922 0,1324 0,1294 0, ,1666 0,1425 0,1705 0,149 0,1756 0,1533 (Grs) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Dias 8 10 Figura 4.7: Crecimiento de microalgas con arena. Tabla 4.18: Crecimiento (grs) de microalgas con agar agar Crecimiento por dia Dia 1 Dia 2 Dia 3 Dia 4 Dia 5 Dia 6 Dia 7 Dia 8 Dia 9 Dia 10 Con agar agar Matraz 5 Matraz 6 0,0872 0, ,1744 0,1821 0, , ,4851 0,5178 0, ,5976 0,6318 0,6774 0,7506 0,8142 0,8694 0,951 0,9409 1, ,0124 1,

78 68 (Grs) 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0, Dias Figura 4.8: Crecimiento de microalgas con agar agar ÁNALISIS RESULTADOS FACTOR SOPORTE Las curvas de tendencia, indican que las correlaciones son para los tres casos de orden 4, (anexo 2) a diferencia del caso anterior, pueden determinarse máximos para los datos de los matraces 1 y 2. Pero, para los otros matraces, no es posible determinar dichos valores, dado la tendencia que siguen las curvas. Estos valores se presentan a continuación: Tabla 4.19: Crecimiento máximo con piedras blancas Crecimiento maximo Tiempo de crec. Maximo Matraz 1 0, ,87 Matraz 2 0, ,65 Los porcentajes de crecimiento al décimo día son los siguientes: Tabla 4.20: Porcentajes de crecimiento al 10º día Matraz Porcentaje (%) 1486,8 638, ,4 El mayor crecimiento se registró, usando como soporte piedras blancas, esto puede explicarse debido a que al ser de color blanco permiten un mayor paso de la luz, además de brindar un soporte para desarrollarse. En los matraces que contenían arena, podía apreciarse que las microalgas flotaban, esto puede deberse a que la arena evitaría la llegada de oxigeno y nutrientes a

79 69 ellas, además de impedir la llegada de luz. Por otro, lado el crecimiento con agar agar es bueno, pero no satisfactorio, como lo presenta el caso de piedrecillas blancas. Al hacer una comparación con el crecimiento sin soporte al cuarto día se obtienen los siguientes datos: Tabla 4.21: Comparación de porcentajes de crecimiento Matraz Sin soporte Porcentaje (%) 1486,8 638, ,4 458 Nuevamente el mayor porcentaje de crecimiento se presenta con el medio de piedras blancas, al cuarto día de estudio.

80 70 CAPÍTULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

81 CONCLUSIONES El uso de biocombustibles que proviene de microalgas, es hasta hoy escaso. Sin embargo se están realizando un sin número de investigaciones, para encontrar los parámetros óptimos de crecimiento en distintas microalgas, y aumentar las cantidades de aceite requerido. Pero aun en Chile no existe producción de biodiesel con este origen, en Europa, que es donde se produce la mayor cantidad de biocombustibles, se están implementando grandes piscinas y fotobioreactores, para la producción industrial, de este tipo de combustible. Aun así la producción es todavía muy baja. La zona en que se desarrollan las microalgas, es importante cuando se desea estimar parámetros de crecimiento, lo que no significa que estas puedan desarrollarse mejor a otras condiciones, ya que presentan la ventaja de adaptarse a otras condiciones. En la Antártica las temperaturas a las que se reproducen son alrededor de los 1.5º C, pero durante este estudio, se pudo apreciar que poseen la capacidad de reproducirse a otras temperaturas, aun que su crecimiento se vea inhibido o acelerado. Los parámetros que favorecen el crecimiento de esta especie son 12º C de temperatura, una intensidad de luz de 250 Lux y de manera ideal un soporte que no impida la llegada de la luz, como por ejemplo piedras blancas, y que a la vez entregue una estabilidad al esta especie. De esta forma se obtuvieron los mayores porcentajes de crecimiento

82 RECOMENDACIONES Al momento de efectuar una prueba de temperaturas y luminosidad, lo ideal es tener todos los materiales, para montar sistemas iguales, de modo que no haya intervenciones de algún factor externo en el estudio. Dentro de lo posible, cuando se prepare la solución salina, usada como medio de cultivo, se recomienda hacer uso de los mismos reactivos indicados en el punto para que no exista posibilidad de formación de algún complejo o reactivo, que pueda influir en el desarrollo de la experiencia. Se recomienda, utilizar los equipos de medición, bien calibrados y al momento de pesar por medio de una balanza analítica, cuidar que, el material que será pesado, este a temperatura ambiente, de modo que la medición tomada, sea lo más precisa posible. Para la continuación de este estudio, el paso siguiente es la determinación del tipo de aceite presente en estas microalgas, idealmente encontrar las cantidades de lípidos y tipo de ácidos grasos presentes, en esta especie Con estos datos llevar el aceite al proceso de obtención de biodiesel.

83 73 BIBLIOGRAFÍA [1] Mcllveen anderson; (2009) Causas del cambio climático global de [2] Causas del cambio climático de global. [3] Cambio climático. [4] Mario Alberto Siordia Grave (2005) Obtención de biodiesel a partir de aceites vegetales; México [5] Biocombustibles una alternativa real? [6] Raúl O Ryan (2008) Diseño de un modelo de proyección de demanda energética global, Chile. [7] El biodiesel, gicos/nota%20principal%20biodiesel%20espanol.htm [8] Chile prepara ley de biocombustibles, [9] Producción de biomasa a partir de algas [10] Ming-Li Teoh1, Wan-Loy Chu2, Harvey Marchant3 & Siew-Moi Phang (2004). Influence of culture temperature on the growth, biochemical composition and fatty acid profiles of six Antarctic microalgae, Australia.

84 74 [11] Ley Chile, [12] Huang, G. (2009) Biodiesel production by microalgal biotechnology: Renewable and Sustainable Energy Reviws, 87, [13] Brennam, L. (2009). Biofuels from microalgae: Renewable and Sustainable Energy Reviws, 14, [14] Mata, T. (2009) Microalgae for biodiesel production and other applications: Renewable and Sustainable Energy Reviws, 14, [15] Ben Raymond Æ K. Meiners Æ C. W. Fowler Æ B. Pasquer Æ G. D. Williams Æ S. Nicol, (2008). Cumulative solar irradiance and potential largescale sea ice algae distribution off East Antarctica (30_E 150_E) [16] Ana P. Carvalho & Cristina M. Monteiro & F. Xavier Malcata (2009) Simultaneous effect of irradiance and temperature on biochemical composition of the microalga Pavlova lutheri [17] htm [18] [19] [20] Aurelio Hernández Muñoz,( 1997.) "Microbiología", Editorial Paraninfo, Madrid. [21] Sami Solanki, director del Instituto Max Planck para la Investigación del Sistema Solar, en Göttingen (Alemania) [22] Causas del cambio climático;

85 75 ANEXO 1: PROPIEDADES DE SOPORTES ESTUDIADOS PROPIEDADES DE LA ARENA Tabla A: Propiedades de la arena PROPIEDAD Grupo Composición química Dureza DESCRIPCION Silicatos: El silicio y oxígeno, los dos elementos más abundantes en la corteza terrestre, se combina con diversos elementos metálicos para producir silicatos; el grupo mineral más extenso y mas variado. Por lo general, los silicatos son duros transparentes translúcidos y de densidad media. Se suelen agrupar por como se disponen los átomos de silicios y oxigeno, cada uno de los primeros está rodeado por cuatro de los segundos. Mica Feldespato Magnetita Cuarzo Mica: 2,4 Feldespato: 6 y 6.5 Magnetita:5.5 y 6.5 Cuarzo: 7 Fuente: PROPIEDADES DE AGAR AGAR Tabla B: Propiedades de agar - agar PROPIEDAD Composición química Dureza DESCRIPCION Es un polisacárido encontrado en los espacios intracelulares y en las paredes celulares de las algas rojas, Agarophytas. el Agar contiene dos fracciones principales, un polímero neutro, Agarosa, y un polísacárido sulfatado, Agaropectina La dureza, estara dada por la cantidad de agar agar agregado en una solucion, esto dara la estabilidad a un sistema. Fuente:

86 76 ANEXO 2: MEMORIA DE CÁLCULO Tabla C: Correlaciones para distintos medios Matraz Correlacion R^2 1 y x x x x , y x x x x , y x x x x , y x x x x , y 3 *10 7 x x x x , y x x x x ,9948 Calculo de máximos y mínimos Criterio de la segunda derivada Una vez encontrada la primera derivada Se calculan las raíces de las funciones. Ejemplo Correlación: y x x x x Primera derivada: y x x x Puntos críticos X = 10,87 Segunda derivada y x x Al evaluar los puntos críticos en la segunda deriva se obtiene: Y = -0,

87 77 Según criterio de la segunda derivada, el valor -0, indica que existe un máximo en el valor 0, Calculo de porcentaje de crecimiento: Este se calcula a partir de la siguiente fórmula: Crecimiento = (masa final masa inicial)/masa inicial *100 Ejemplo: Si la materia del primer día es y desea determinarse el porcentaje de crecimiento al cuarto día, y la materia en este día es de , se tiene: Crecimiento = (0.4389/ )*100 = % Así el porcentaje de crecimiento al cuarto día es de %, para el matraz 1, con piedrecillas blancas. Posteriormente se repitió el procedimiento para el matraz 2, y con estos valores, se calculó un promedio de crecimiento.

88 78

89 79 ANEXO 3: FOTOS GENERALES Figura B: Microalgas congeladas Figura A: Microalgas encontradas en terreno Figura C: Microalgas vista desde un microscopio Figura D: Baño termostático Figura E: Baño termostático

90 80 Figura F: Tubos de ensayo con Figura muestra utilizada G: Tipo de Figura H: Tipo de Matraz utilizado para estudio de soporte Figura I: Solución Salina ampolleta