Microalgas: Posibles perspectivas para la agricultura

¿Se apoyará la agricultura alemana en las microalgas en el futuro? En cualquier caso, las plantas acuáticas unicelulares pueden utilizarse para producir numerosas sustancias valiosas, por lo que tienen un gran potencial como materia prima renovable y fuente de biomasa para la bioeconomía. En el proyecto conjunto "FuTuReS", los investigadores del Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB, la Universidad de Hohenheim en Stuttgart y el Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT) investigaron en qué condiciones y para qué fines merece la pena el cultivo de algas. Después de dos años de proyecto, el equipo de investigación hace un balance positivo: la clave está en la correcta selección de materiales valiosos y el uso de la luz artificial.

Las microalgas son frugales y productivas al mismo tiempo: sólo necesitan luz, dióxido de carbono_(CO2) y unos pocos nutrientes, y empiezan a producir sustancias valiosas. Dependiendo del tipo específico de algas, los organismos unicelulares pueden producir colorantes, ácidos grasos omega-3 o proteínas, por ejemplo, que son adecuados para su uso en la industria alimentaria o cosmética. Además, también son una fuente ideal de biomasa que puede utilizarse como alimento para animales de alta calidad. Así, el cultivo de algas podría abrir prometedores campos de negocio para los agricultores.

Enfoque transdisciplinar: pilotaje, equilibrio, participación de las partes interesadas

Con el fin de aprovechar este potencial para la agricultura, el proyecto de colaboración FuTuReS, financiado por el Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura de Alemania (BMEL), abordó la cuestión de cómo debe diseñarse concretamente el cultivo de algas para que sea económicamente viable y ecológico.

Paralelamente, el proyecto investigó los intereses y expectativas de los profesionales y desarrolladores de tecnología en la agricultura y el sector alimentario. Como resultado de este proceso participativo, FuTuReS elaboró escenarios concretos y recomendaciones de actuación sobre cómo integrar las microalgas en los ciclos de producción agrícola en el futuro.

Datos del proceso de producción de microalgas y extracción de materiales valiosos

Para el proyecto, el Instituto Fraunhofer de Ingeniería Interfacial y Biotecnología IGB puso en práctica por primera vez varios escenarios de cultivo a escala piloto: El cultivo de algas en fotobiorreactores, por un lado, a la luz del sol en instalaciones exteriores o invernaderos y, por otro, con iluminación artificial en instalaciones interiores cerradas.

Los investigadores utilizaron la diatomea unicelular Phaeodactylum tricornutum , que también puede cultivarse bien en las condiciones del clima centroeuropeo. Las investigaciones se centraron en la producción del colorante fucoxantina, del ácido eicosapentaenoico (un ácido graso omega-3, EPA por sus siglas en inglés) y de proteínas, así como del valor añadido generado en el proceso.

"Para aumentar la eficiencia económica del cultivo de algas, también extrajimos las distintas sustancias valiosas en FuTuReS de la misma biomasa, una tras otra, según el principio de una biorrefinería", explica la Dra. Ulrike Schmid-Staiger, coordinadora del proyecto en el Fraunhofer IGB y directora del grupo de investigación en biotecnología de algas del instituto. Así, los colorantes, los ácidos grasos, las proteínas y los hidratos de carbono pueden extraerse como fracciones individuales.

Mayor rendimiento de la biomasa gracias a la iluminación artificial continua

El siguiente paso fue evaluar los datos del proceso generado en la Universidad de Hohenheim. Los balances revelaron que la iluminación continua con luz artificial de lámparas LED de bajo consumo tiene ventajas sobre el uso (naturalmente no continuo) de la luz solar o diurna en el funcionamiento al aire libre. El suministro ininterrumpido de luz durante el día y la noche ha incrementado la biomasa de microalgas producida de 14 a 123 toneladas por hectárea, al tiempo que ha reducido considerablemente el coste de producción de un kilogramo de biomasa, hasta en un 70%.

Aunque las necesidades de electricidad son algo más de la mitad (54%), se necesita mucha menos agua y tierra (80% y 86%, respectivamente). "El mayor rendimiento de la biomasa compensa los mayores costes de la iluminación artificial", es la conclusión positiva de Sebastian Weickert, asistente de investigación del Departamento de Recursos Renovables en la Bioeconomía de la Universidad de Hohenheim.

Sin embargo, en lo que respecta al rendimiento de las valiosas sustancias producidas, el panorama es diferente: "Nuestras investigaciones tuvieron éxito en lo que respecta a la fucoxantina y el EPA: con estos productos de alto precio vemos que el esfuerzo de producción merece la pena desde el punto de vista económico", afirma el Dr. Schmid-Staiger. Sin embargo, la producción de proteínas más allá de esto no aumenta la rentabilidad, ya que actualmente las proteínas están disponibles a nivel mundial a precios bastante favorables.

"Para la producción de biomasa con luz artificial, no se necesitan terrenos agrícolas o se pueden utilizar infraestructuras agrícolas en desuso, por ejemplo, establos vacíos. Esto y los altos rendimientos de sustancias valiosas hacen que el cultivo de algas sea un negocio potencialmente lucrativo; depende de los productos que se quieran producir y de la industria a la que se destinen", resume Weickert.

Las empresas agrícolas se abren al cultivo de algas

Más allá de los resultados científicos, el proyecto arroja otro resultado importante: las empresas agrícolas están básicamente abiertas al cultivo de algas, pero señalan la necesidad de seguir investigando y promocionando.

"En condiciones favorables, el cultivo de microalgas podría convertirse en un nuevo campo de negocio para que algunos actores de la agricultura produzcan productos regionales de alta calidad: el potencial está definitivamente ahí. Nuestra investigación lo ha demostrado claramente", resume la Dra. Christine Rösch, directora del grupo de investigación "Bioeconomía sostenible" del Instituto de Evaluación Tecnológica y Análisis de Sistemas (ITAS) del Instituto Tecnológico de Karlsruhe (KIT).

Recomienda un mayor desarrollo de la tecnología de las microalgas, especialmente en lo que respecta al control y la automatización, así como el fomento de las inversiones y las asociaciones de cooperación. "En el proyecto FuTuReS, concedimos gran importancia a entablar un diálogo con las partes interesadas desde el principio y a involucrarlas en la investigación", explica el científico.

De este modo, se podrían tener en cuenta directamente sus experiencias, sus conocimientos, así como sus expectativas y temores. Así, el equipo del proyecto pudo desarrollar criterios y escenarios que no se basaban únicamente en los conocimientos y visiones de los investigadores implicados, sino que se acercaban más a las ideas de los posibles usuarios y adoptantes de la tecnología de las algas.

FuTuReS: Financiación

Los socios del proyecto conjunto "FuTuReS - Evaluación económica y ecológica de un enfoque de biorrefinería para la producción de fucoxantina y EPA a escala piloto y escenarios desarrollados transdisciplinariamente a escala industrial en Alemania" (FKZ: 22017218, 2219NR180 y 2219NR178) desean agradecer al Ministerio Federal de Alimentación y Agricultura (BMEL) y a la Agencia de Recursos Renovables (Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe e. V.) su financiación.