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L A PRODUCCIÓN DE MICROALGAS PARA USO AGRÍCOLA MEJORA CON NUEVOS FOTOBIORREACTORES EXPERIMENTALES

Fuente: Unidad de Cultura Científica de la UVa

En la lucha contra el cambio global hay un pequeño ser con capacidades provechosas. Son las microalgas, microorganismos con capacidad de fotosíntesis repartidos no solo en mares y terrenos acuosos, también por suelos de todo el planeta.

Un proyecto Life+, en el que participa la Universidad de Valladolid (UVa), ha estudiado la forma de aprovechar estas algas microscópicas en actividades agroindustriales tanto para capturar dióxido de carbono, el gas de efecto invernadero más preocupante en estos momentos, como para servir de abono una vez descompuesto.

En este marco, un equipo de la Escuela de Ingenierías Agrarias de la UVa en el campus de Palencia ha diseñado nuevos depósitos para el cultivo de microalgas. Los fotobiorreactores aceleran el proceso de crecimiento e incrementan la carga fertilizante en las microalgas.

Los suelos contienen de forma natural microalgas. En la Meseta Norte, es habitual encontrar el género Chlorella, organismo unicelular del tamaño de un glóbulo rojo pero de un intenso color verde.

“Está más presente cuando más húmedo es el suelo”, explica el catedrático de Ingeniería Agrícola y Forestal Luis Manuel Navas. “El proyecto Life+ Integral Carbon persigue minimizar la carga de dióxido de carbono en la producción agroindustrial”, resume el responsable del grupo de investigación de la UVa participante.

En un marco más amplio, la iniciativa, que involucra a centros de investigación y al sector industrial, ha diseñado un sistema circular de aprovechamiento y reutilización de residuos en el que participan las microalgas.

Los fotobiorreactores son piscinas de plástico de tres metros cúbicos de capacidad, aproximadamente, y recuerdan a las que emplean los niños para bañarse.

Allí crecen las microalgas, a las que se les controla la temperatura, el dióxido de carbono, el nivel de acidez del agua y la conductividad eléctrica producida.

El equipo científico testó digestatos como sustrato para el crecimiento de los microorganismos. Los digestatos aportan los nutrientes que necesitan estos seres y proceden de residuos de las explotaciones donde terminarán las microalgas.

En el desarrollo de estos dispositivos han colaborado investigadores de la Universidad de Burgos y del Centro de Desarrollo Biotecnológico del CSIC, ubicado en Boecillo (Valladolid). Los resultados de esta investigación han sido recientemente publicados en la revista científica Science of the Total Environment.

Vino y leche
Los digestatos que sirven de alimento para las microalgas proceden de las industrias vinícola y lechera. Pellejos y rastrojos de vides y de efluentes sobrantes de productos lácteos sirvieron para la generación de biogás.

El combustible era empleado en las explotaciones, pero a cambio dejaba un rastro en forma de digestatos y de dióxido de carbono (CO2) emitido a la atmósfera.

Los digestatos se destinaron a substrato de las microalgas, que a su vez capturan el gas de efecto invernadero. Con ello se dibuja un sistema circular. De forma global, el proyecto pretende aprovechar los subproductos de la producción de vino y leche, reducir el impacto ambiental y crear nuevos fertilizantes para uso agrícola.

“Queremos que los suelos mejorados con microalgas no solo sean más eficientes, sino que además se mantengan en el tiempo, por ello, no solo es importante que capturen CO2, sino que una vez descompuestas, las algas sirvan de abono”, resume Navas.

Para el desarrollo de estos nuevos fotobiorreactores, la Universidad de Valladolid actualizó y mejoró una patente previa. Ahora persigue transferir esta tecnología a la industria.

El proyecto Life+ Integral Carbon se desarrolló entre 2014 y 2016, si bien parte de la iniciativa se amplió a 2017. Participaron las universidades de Valladolid y Burgos, la Fundación General de la UVa, el Centro Tecnológico Nacional Agroalimentario de Extremadura (CTAEX), la Asociación Vitivinícola de Uclés (Cuenca) y la empresa Kepler Ingeniería y Ecogestión, con sede en Burgos.

Evan A.N. Marks, Jorge Miñón, Ana Pascual, Olimpio Montero, Luis Manuel Navas, Carlos Rad. ‘Application of a microalgal slurry to soil stimulates heterotrhopic activity and promotes bacterial growth’. Science of the Total Environment. 605-606 (2017) 610-617. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.169

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INVESTIGADORES DE INGENIERÍAS AGRARIAS DE PALENCIA ANALIZAN LA CONTAMINACIÓN DE SUELOS AGRÍCOLAS FERTILIZADOS CON LODOS Y COMPOST

Fuente: Gabinete de Comunicación de la UVa

Investigadores de la Escuela Técnica Superior de Ingenierías Agrarias de Palencia de la Universidad de Valladolid (UVa) estudian si se origina contaminación cuando se utilizan lodos procedentes de estaciones depuradoras de aguas residuales (EDAR) y compost de basuras urbanas en la fertilización de suelos agrícolas.

En un trabajo desarrollado en dos parcelas de la localidad palentina de Villamediana, los científicos han estudiado el grado de contaminación de los suelos agrícolas por policlorados bifenilos (PCB).

Estos compuestos contaminantes tienen su origen principal en la deposición atmosférica de la contaminación ambiental, debida a las emisiones de algunas industrias y las reservas que existen todavía de estos compuestos, afectando a los lodos que se obtienen en la depuración de las aguas residuales y el compost de residuos sólidos urbanos.

Aunque en la actualidad está prohibida la fabricación de PCB, siguen estando en el medio ambiente y son potencialmente peligrosos para la salud. Por este motivo, los investigadores han estudiado su presencia después de fertilizar durante ocho años las tierras con estos residuos orgánicos.

Al comparar los suelos donde se aplicaron residuos orgánicos frente a suelos que no los recibieron, los científicos han determinado que los primeros aumentaron su contenido en PCB, según los resultados que recoge una tesis doctoral defendida por el investigador por Juan Manuel Antolín, dentro de un equipo dirigido por la profesora Mercedes Sánchez Báscones, perteneciente al Grupo de Investigación Reconocido en Tecnologías Avanzadas Aplicadas al Desarrollo Rural Sostenible (GIR TADRUS).

Sin embargo, los niveles alcanzados se quedaron muy por debajo de los valores establecidos para suelos alejados de zonas de emisión de estos contaminantes, de manera que no se estima que la utilización de estos compuestos orgánicos pueda suponer un riesgo para la salud.

Las líneas de investigación de este grupo que tiene su sede en la ETS de Ingenierías Agrarias de Palencia se centran en “la gestión, el tratamiento y el aprovechamiento agrario de residuos orgánicos, procedentes de industrias alimentarias o ganaderas para ser utilizados posteriormente como fertilizantes o enmiendas en suelos agrícolas y forestales o en la restauración de suelos degradados”, explica Juan Manuel Antolín.

Dentro de este marco, la evaluación de la ausencia de toxicidad de estos residuos es fundamental cuando se aplican en suelos con cultivos, por su relación con la salud humana y animal.

En este caso, gracias a un proyecto subvencionado por la Junta de Castilla y León, cuyo objetivo era estudiar la viabilidad de utilizar lodos de las estaciones depuradoras y compost de residuos sólidos urbanos como fertilizantes en suelos agrícolas, se concluye que esta reutilización resolvería dos problemas: la gran cantidad de lodos generados en las estaciones depuradoras y la tendencia a la desertización de los suelos agrícolas de la comunidad, con contenidos de materia orgánica inferiores al 2%, a causa de las técnicas de laboreo intensivas.

Un aspecto fundamental era abordar la posible contaminación de los suelos agrícolas por algunos tipos de sustancias incluidas en los residuos orgánicos utilizados, como metales pesados y los PCB.

Estos compuestos han sido ampliamente usados en la industria eléctrica, por ejemplo, en transformadores y condensadores como fluidos dieléctricos; y también en productos de consumo como tintas, papeles y pinturas.

Sin embargo, en la actualidad, están incluidos en la lista de los contaminantes orgánicos persistentes prohibidos por el Convenio de Estocolmo por su toxicidad, bioacumulación, persistencia en el medioambiente y alta movilidad.

El mayor problema deriva de su acumulación en el tejido graso de los seres vivos y de su transferencia a través de la leche materna.

Algunos estudios vinculan su presencia a alteraciones hormonales y problemas de aprendizaje en los niños. Por sus características físicas, los PCB tienden a acumularse en las zonas más frías del planeta, como los polos.

Trabajo de campo y de laboratorio

La gran aportación de este trabajo es que se ha realizado “en condiciones ambientales reales, no en estudios de laboratorio”, destaca Juan Manuel Antolín.

Para ello se eligieron dos parcelas, una de regadío y otra de secano, que se dividieron para aplicar distintos tratamientos: fertilización mineral y fertilización orgánica con lodo compostado, lodo deshidratado y compost de basuras urbanas. Además, se dejó otra subparcela como suelo control, sin tratamiento.

Los investigadores repitieron el proceso cuatro veces y tomaron muestras antes y después para medir aspectos edafológicos y la concentración de contaminantes.

Además, también se realizaron análisis de plantas por su tamaño, producción y contenidos.

“Nuestra inquietud por el estudio de los PCB se debió a que estos compuestos están presentes a nivel global”, señala el científico, así que analizar su presencia “nos indicaría el nivel de calidad de nuestro medio ambiente más cercano”, teniendo en cuenta que en la región no existían este tipo de estudios.

Los tratamientos con los tres residuos orgánicos generaron un incremento de la concentración de PCB en el suelo agrícola. Aun así “están muy por debajo del umbral límite recomendado por la Unión Europea”.

Además de la aplicación de residuos orgánicos, otra posible vía de llegada de estos compuestos al suelo es la deposición atmosférica, que el análisis del terreno de control descartó en este caso.

Tendencia a la reducción

Por otra parte, se realizó una simulación sobre la tendencia de estos compuestos, debida a la aplicación de residuos orgánicos en los suelos agrícolas, de forma continua hasta el año 2050.

“Los valores obtenidos fueron muy próximos a cero, porque la tendencia de los PCB en el medio ambiente se está minimizando gracias a las normativas actuales, que además de prohibir su fabricación, obligan a que las reservas existentes se eliminen progresivamente”, apunta el experto.

No obstante, “siempre es necesaria la labor de equipos de investigación que vigilen y determinen la posible existencia de sustancias tóxicas como los PCBs, evitando posibles problemas de contaminación”.

En ese sentido, de cara al futuro, “nuestro objetivo es determinar otro tipo de compuestos tóxicos, como dioxinas y furanos”. Al no estar restringidos por la legislación, escapan del control, así que “vigilar y prevenir posibles riesgos para la salud humana y animal es una de nuestras responsabilidades”, comenta Juan Manuel Antolín.

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UN PROYECTO NACIONAL EN EL QUE PARTICIPA LA UVa ESTUDIA LA PRODUCCIÓN DE BIOBUTANOL A PARTIR DE RESIDUOS DE LA CERVEZA

Fuente: Gabinete de Comunicación de la UVa

Investigadores del Grupo de Tecnología de Procesos Químicos y Bioquímicos de la Universidad de Valladolid (UVa) trabajan en un proyecto del Plan Nacional de I+D+i, con la colaboración de investigadores del Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León (ITACYL), en el que estudian el empleo del bagazo de la cerveza, el residuo sólido que se genera en el proceso de elaboración de la cerveza, para la producción de biobutanol, un tipo de biocombustible con gran potencial debido a su similitud con la gasolina.

“Una línea importante de cara al futuro es la producción sostenible de biocombustibles. Nosotros hemos trabajado en la producción de biobutanol a partir de distintos residuos agrícolas como la paja de cereal o la melaza, un subproducto de la industria azucarera, y ahora estamos estudiando el aprovechamiento del residuo sólido de la cerveza, el bagazo”, subraya la investigadora, quien añade que el proyecto nacional, recientemente concedido, se extenderá a lo largo de tres años.Como detalla María Teresa García Cubero, investigadora del Grupo de la UVa y responsable del proyecto, una de sus principales líneas de investigación se centra actualmente en el aprovechamiento de residuos de tipo agrícola para la obtención de biocombustibles como el bioetanol o el biobutanol. No obstante, este último presenta mayores ventajas ya que contiene un índice de octanaje similar al de la gasolina y se podría utilizar en mayores porcentajes que el bioetanol sin modificar los motores de combustión.

El bagazo de la cerveza está disponible en grandes cantidades (se estima que representa cerca del 30 por ciento del grano de la cebada), por lo que las industrias cerveceras tienen especial interés en su valorización y utilización como recurso para generar nuevos productos de valor añadido, como es el caso del biobutanol. Nuevas líneas de negocio que permitirían además cerrar el ciclo de producción. No obstante, el aprovechamiento de estos residuos está aún poco explotado, sobre todo en el caso de las pequeñas empresas cerveceras, que tendrían en el ámbito de los biocombustibles una buena forma de dar salida a este subproducto.

En el caso del proyecto del Plan Nacional, será una empresa de Montemayor de Pililla (Valladolid) que elabora distintas variedades de cerveza artesanal, Cerveza Milana, la que aporte el bagazo como materia prima para la obtención de biobutanol.

Un proceso complejo
María Teresa García Cubero explica el proceso por el que se obtienen biocombutibles a partir de residuos agrícolas. “Todos los residuos de tipo agrícola tienen varios componentes fundamentales, compuestos de tipo celulosa o hemicelulosa y mayor o menor contenido en lignina. Esos carbohidratos (celulosa y hemicelulosa) son una fuente potencial de azucares que podemos fermentar y transformar en biocombustible. Nuestro objetivo, primero, es tratar de conseguir la mayor cantidad de azúcares presentes en estos compuestos para luego obtener el mayor rendimiento posible”, señala.

Para ello, han desarrollado diversos pretratamientos, como uno a partir de ozono con el que consiguen modificar la estructura del residuo y mejorar la accesibilidad de los azúcares presentes en la materia prima. “Posteriormente tenemos que convertirlos en compuestos más pequeños para que los microorganismos los puedan transformar, lo que realizamos mediante un proceso denominado hidrólisis enzimática. No obstante, una limitación importante de este tipo de procesos, de cara a un posterior escalado industrial, es que se trabaja con concentraciones muy pequeñas. Nuestro objetivo en este proyecto es trabajar con la mayor cantidad posible de sólidos en el proceso, para luego tener concentraciones de azúcares altas y poder fermentar con buenos rendimientos. Es algo que no está desarrollado a nivel comercial y actualmente estamos en proceso de adquisición de un equipo que se encuentra en periodo de pruebas”, apunta.

Respecto a la fermentación, los investigadores utilizan microorganismos del género Clostridium, un género de bacterias capaces de fermentar a butanol con rendimientos adecuados. Como destaca la investigadora, “siempre se trata de trabajar con cepas naturales, cepas no modificadas genéticamente, en condiciones sencillas de mantenimiento y operación y que no suponen un riesgo para la salud, ya que la idea final es trasladar el proceso a una escala industrial sea de manera simple y con el menor coste”.

Diez años de actividad
El Grupo de Tecnología de Procesos Químicos y Bioquímicos ha obtenido recientemente la calificación de Unidad de Investigación Consolidada por parte de la Junta de Castilla y León, un distintivo que reconoce a los grupos de investigación de la comunidad que cuentan con un mayor nivel de calidad y de producción científica.

El grupo, que se constituyó formalmente hace diez años, está compuesto por varios profesores del Departamento de Ingeniería Química y Tecnología del Medio Ambiente de la UVa, Gerardo González, su fundador, Susana Lucas, Mónica Coca y la propia María Teresa García Cubero.

Además del desarrollo de bioprocesos y tecnologías de fermentación (la optimización y diseño de biorreactores y la obtención de bioproductos como biocombustibles líquidos o ácidos orgánicos), el equipo ha trabajado en estos años en el tratamiento de efluentes y residuos, la obtención de enzimas y biopolímeros o el desarrollo de tecnología en el proceso de fabricación de azúcar (plantas piloto, sistemas de adsorción/intercambio iónico, cristalización, etc.) dentro del Centro de Tecnología Azucarera (CTA) de la UVa en el que también colaboran profesores de los departamentos de Ingeniería de Sistemas y Automática y de Química Analítica.