Biotecnología microalgal: I+D para el tratamiento de riles de la agroindustria

Transcripción

1 Seminario de Vinculación Ciencia- Empresa: Modelo de vinculación estratégica comunidad científica y tecnológica de la industria hortofrutícola de la Región de O`Higgins Universidad de Concepción Facultad de Cs. Naturales y Oceanográficas Programa de Magister en ciencias mención Botánica Biotecnología microalgal: I+D para el tratamiento de riles de la agroindustria Dra. Patricia Gómez Vergara FICOLAB - Grupo de Investigación Microalgal, Departamento de Botánica, Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas, Universidad de Concepción, Chile. pgomez@udec.cl/

2 En el 2050 habrá más de 9 billones de personas viviendo en el mundo

3 El crecimiento en la población genera gran presión sobre los recursos disponibles y sobre el medio ambiente...

4 Algatechnologies Existe numerosas ventajas asociadas al cultivo de microalgas como recursos biológicos renovables, susceptibles de ser usados en desarrollos biotecnológicos Sin variaciones estacionales, alta velocidad de crecimiento. Cultivo en climas desérticos utilizando agua salobre o de mar. Manipulación de las condiciones de cultivo permite favorecer la producción de metabolitos específicos.

5 LUZ CO 2 AGUA NUTRIENTES CEPA ALIMENTO BIOFERTILIZANTES PRODUCTOS DE ALTO VALOR AGREGADO COMBUSTIBLES ACONDICIONADORES DE SUELO

6 Productividad de cultivos tradicionales comparados con el cultivo de microalgas Cultivo Producción total (ton/ha por año) Contenido de proteínas (%) Producción de proteínas (ton/ha por año) Trigo Maíz Arroz Poroto Microalga

7 X10 Productividad de aceite de diversas plantas oleaginosas comparadas con las microalgas (Tomado de Chisti, 2007)

8 FICOLAB Universidad de Concepción Facultad de Cs. Naturales y Oceanográficas Programa de Magister en ciencias mención Botánica Grupo de Investigación Microalgal Departamento de Botánica Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas Universidad de Concepción

9 Líneas de investigación de FICOLAB Biotecnología microalgal para la producción de metabolitos de alto valor agregado, alimento y biocombustibles. Taxonomía y sistemática de microalgas. Mejoramiento genético de cepas. Fisiología y fotobiología de cultivos. Microalgas nocivas.

10 Dónde y cómo buscamos diversidad?

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13 Las microalgas nocivas las estudiamos para aprender a convivir con ellas

14 % % 80% Toxin content (fmol cell-1) Relative molar abundance (%) 70% 60% 50% 40% 30% GTX 1 GTX 2 GTX 3 GTX 4 GTX % * * * * 10% 0 PFB36 PFB37 PFB38 PFB39 PFB41 PFB42 PFB45 Strain 0% PFB36 PFB37 PFB38 PFB39 PFB41 PFB42 PFB45 Strain

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16 Las microalgas buenas las cultivamos y utilizamos para generar nuevos productos

17 Sala de cultivo intermedio (Condiciones controladas)

18 Invernadero para cultivo de microalgas (Condiciones semi-controladas)

19 Instalaciones al aire libre

20 La biomasa húmeda, seca, peletizada, extraída o encapsulada, se destina a distintos fines

21 Manejo biotecnológico de microalgas oleaginosas nativas para la obtención de biodiesel (FONDEF D07I-1063) Aislamiento, selección y mejoramiento genético de microalgas Extracción de aceite y producción de biodiesel Producción de biomasa

22 Esquema que resume la producción de biodiesel a partir de la biomasa de Phaeodactylum tricornutum Diatomita Cosecha y secado Biomasa molida (250 µm) Extracción batch con hexano FBR plano, indooor y FBR tubular, outdoor - UdeC Cultivo en piletas abiertas, Panades, Iquique Las características físicas del biodiesel obtenido son: Viscosidad : 5,32 centistokes (Cannon- Fenske) (valor normado 3,5-5,0 centistokes) Densidad : 0,901 g/ml (valor normado 0,860-0,900 g/ml) Índice de Yodo: 124,8 (valor normado máx. 120) Extracción del aceite por destilación a presión reducida Un proceso de obtención de biodiesel a partir de la cepa de diatomea Phaeodactylum tricornutum Obtención del biodiesel y glicerol Transesterificación con metanol y KOH a 70 ºC

23 AlgaeFuels (Chile) La UdeC es co-ejecutora a través de FICOLAB ( ) Caracterización fisiológica de cepas de microalgas marinas y de agua dulce para la producción de biodiesel, alimento y compuestos de alto valor agregado, a escala de laboratorio

24 FBRs planos ( Green Wall Panels ) de L Raceways de L Se estima que esta cepa podría producir: ton biomasa ha -1 año -1, equivalentes a ton aceite ha -1 año -1

25 Producción de pastas de microalgas para la alimentación de bivalvos en cultivo (FONDEF D07I-1017)

26 Phaeodactylum Patente concedida N : "Pastas de microalgas que poseen un alto contenidos de DHA y EPA para la alimentación de peces, moluscos y crustaceos, que comprende una concentración de microalgas de 1,2 a 6,7 x 10 9 células/ml, 70 a 90% de humedad, sorbato y benzoato".

27 Mejoramiento genético mediante mutagénesis al azar- selección Oscuridad por 24 h Dilución seriada Plaqueo en medio sólido Control Clones seleccionados Re-chequeo Condición de selección Caracterización Determinar la fijación de la mutación

28 Haematococcus pluvialis Astaxantina Colorante natural en las industrias salmonera y avícola Antioxidante, inmunoestimulante

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30 Panorámica planta

31 Proyecto actualmente en ejecución ( ): Proyecto FONDEF ID14I10312: "Desarrollo de alimentos funcionales para adultos mayores, enriquecidos con ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga (LC-PUFAS) de la familia omega-3, derivados de microalgas. Propiedades organolépticas Potencial presencia de contaminantes y toxinas Contaminación por metales pesados EPA y DHA aportados como triglicéridos Disponibilidad inestable Instituciones asociadas Optimización extracción lípidos enriquecidos en PLs Microencapsulación Cultivo optimizado de microalgas seleccionadas para la producción de EPA y DHA Incorporación de ingredientes Alimento funcional para adultos mayores

32 Intereses actuales de FICOLAB: Desarrollo de soluciones tecnológicas para el tratamiento de riles utilizando microalgas

33 La actividad doméstica, agropecuaria e industrial utiliza grandes volúmenes de agua dulce que, si no son tratados, se liberan al ambiente cargados de contaminantes orgánicos e inorgánicos. Sólo en la agroindustria hortofrutícola chilena se generan más de 7 millones de m 3 de residuos líquidos al año. A pesar de las sanciones económicas asociadas al incumplimiento de la normativa medioambiental vigente, sólo cerca del 20% de las plantas procesadoras de la agroindustria del país realizan algún tratamiento de sus residuos líquidos.

34 Riles agroindustriales materia orgánica biodegradable (azúcares, almidón) altas concentraciones de nitrógeno y fósforo inorgánico

35 Cómo se ha enfrentado el problema hasta ahora? El tratamiento de Residuos Industriales Líquidos (RILes) incluye tres tipos de tratamiento: Ø Primario, que incluye la separación de los sólidos en suspensión. Ø Secundario, que involucra un tratamiento biológico que transforma a la materia orgánica disuelta en sólidos que pueden ser fácilmente eliminados. Ø Terciario, que remueve nitrógeno y fósforo inorgánico que causan eutroficación en los cuerpos de agua donde son descargados.

36 Las tecnologías utilizadas por los sistemas de tratamiento disponibles incluyen las de tipo biológico (biofiltro, lodos activados), físico (nanofiltración, osmosis inversa, electrodiálisis) y fisicoquímico (coagulación, intercambio iónico); las cuales presentan distintos niveles de eficiencia y costos. Ø La mayoría de las industrias no hace tratamiento terciario debido a su alto costo. Ø Los sistemas de tratamiento actuales no generan subproductos con alto potencial comercial. Ø Los sistemas de tratamiento actuales no están diseñados para un tipo de ril específico.

37 Se propone desarrollar un paquete tecnológico para el tratamiento de residuos líquidos de la agroindustria utilizando microalgas seleccionadas. La propuesta de valor incluye, además, que el sistema permita generar beneficios económicos indirectos a las empresas que implementen este sistema de depuración.

38 Aspectos diferenciadores de esta propuesta, con respecto a otros sistemas de tratamientos de aguas residuales Ø Las microalgas ofrecen la posibilidad de un biotratamiento secundario y/o terciario de los efluentes agro- industriales, ya que son capaces de utilizar el nitrógeno y fósforo inorgánico, así como compuestos orgánicos, para su crecimiento. Ø La biomasa microalgal remanente del tratamiento del efluente se puede utilizar para: producción de combustibles, compostaje, alimento para humanos y animales y producción de químicos de alta pureza. Este subproducto representa un nuevo ingreso de recursos para las empresas que incorporen esta tecnología en su proceso productivo. Ø El grupo de investigación que lidera esta propuesta en la Universidad de Concepción (UdeC), tiene amplia experiencia en el manejo biotecnológico de microalgas de interés comercial y dispone de la Colección de Cultivos de Microalgas de la Universidad de Concepción CCM- UdeC), con más de 400 cepas depositadas, disponibles para prospectar cepas altamente eficientes en depurar riles agroindustriales con distinta composición.

39 Metodología experimental a utilizar

40 Diagrama de Modelo de Negocio propuesto Autoridad Sanitaria SISS Superintendencia de Servicios Sanitarios NEGOCIO TECNOLÓGICO Emisiones contaminantes en desechos líquidos $ Disminución de gastos por multas NEGOCIO PRODUCTIVO Paquete tecnológico Licenciamiento, transferencia $ Ingresos por asesorías técnicas y por venta de biomasa microalgal relacionada con el licenciamiento de la tecnología Empresas y asociaciones del rubro agroindustrial Venta de productos producidos con una tecnología eco- amigable $ Ingresos por incremento en las ventas (mejoramiento de imagen empresarial) Mercado Consumidores de productos de la agroindustria Reutilización como mejoradores de suelo o combustible Biomasa microalgal remanente del tratamiento de depuración Venta $ Ingresos por venta de biomasa microalgal v v v v v Mercado Empresas rubro alimento humano Empresas rubro alimento animal Empresas rubro farmacéutico Empresas rubro cosmético Empresas rubro agroindustrial

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42 Curvas de crecimiento de las cepas cultivadas en presencia de ril hortofrutícola aportado por el CEAP.