Tratamiento de aguas residuales con microalgas

Por Israel Pérez

Santiago de Querétaro, Querétaro. 6 de abril de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- En el marco del Fondo Sectorial que integran el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y la Secretaría de Energía (Sener), llamado Sustentabilidad Energética, cuyos objetivos son impulsar la investigación científica y tecnológica aplicada, la adopción, innovación, asimilación y desarrollo tecnológico en materia de fuentes renovables de energía, eficiencia energética, uso de tecnologías limpias, así como la diversificación de fuentes primarias de energía, el campus Juriquilla de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), a través del Laboratorio de Investigación en Procesos Avanzados de Tratamiento de Aguas (LIPATA), desarrolla proyectos enfocados en el tratamiento de aguas residuales y la generación de productos con un alto valor agregado.

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En entrevista con la Agencia Informativa Conacyt, el Jefe de la Unidad Académica del LIPATA, Germán Buitrón Méndez, compartió que estos proyectos de investigación se basan en la utilización de microalgas y bacterias, y se realizan con la colaboración de estudiantes del programa de maestría y doctorado en ingeniería, ingeniería ambiental y el posgrado de ciencias biológicas de la UNAM campus Juriquilla.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cuál es el antecedente de estos proyectos de investigación?

Germán Buitrón Méndez (GBM): El antecedente fue un proyecto de Fondo Mixto (Fomix) entre el Conacyt y el gobierno del estado de Querétaro, donde propusimos utilizar la biomasa microalgal para obtener biodiesel gaseoso, que es básicamente metano y el hidrógeno. El proyecto consistió en explorar qué tanto se podía utilizar esta biomasa, haciéndola crecer en diferentes aguas residuales para, potencialmente, generar hidrógeno y metano.

Aquel proyecto comenzó con una bioprospección; buscamos algas en el estado de Querétaro para encontrar las que más acumularan lípidos y carbohidratos, las hicimos crecer en laboratorio y después las metimos en diferentes aguas residuales. El proyecto concluyó con que sí se producía biomasa microalgal y que se podían obtener productos de valor agregado, como es el metano y el hidrógeno, pero lo más importante es que se abrió una puerta de conocimiento; encontramos que en la simbiosis las microalgas y bacterias se podían agrupar para generar gránulos, que son fácilmente separables del agua. Esa era una de las principales dificultades anteriormente, pues las microalgas son difíciles de separar porque crecen como unidades dispersas y si lo hacen es de manera microscópica.

La velocidad de sedimentación está directamente relacionada con el tamaño de partículas, a mayor tamaño de partículas mayor velocidad de sedimentación, entonces, si tenemos partículas microscópicas tardan mucho tiempo en separarse del agua; ese era el cuello de botella que tenía con las microalgas. No obstante, en este proyecto encontramos que se pueden crear gránulos con esta simbiosis que existe entre microalga-bacteria y estos se separan muy fácilmente del agua. Pero además de ahí surgieron muchas interrogantes, nos dimos cuenta que cuando seleccionábamos ciertas especies y las metíamos en el agua residual desaparecían las que teníamos seleccionadas como las mejores y aparecían otras que de forma natural genera ese ecosistema. Entonces, si bien el proyecto fue exitoso porque hubo un gran avance en el conocimiento, sobre todo en la generación de los gránulos, nos dejó otras interrogantes que fueron las que propusimos como objetivos para resolver en el otro proyecto que tenemos con la Sener.

AIC: ¿Cuál fue la línea de investigación en este segundo proyecto?

GBM: En esta investigación vamos a estudiar bajo qué condiciones se favorece la formación de estos gránulos con velocidades altas de sedimentación, determinar parámetros de proceso para tratar el agua residual, de tal manera que este sistema pueda ser aplicado en comunidades rurales donde haya un área suficiente para meter el tipo de reactores que estamos utilizando, que son reactores microalgales de alta tasa, también conocidos como raceway, donde hay un rotor y en el que el agua está dando vueltas.

Sería muy bueno para una comunidad rural porque encontramos dentro de las investigaciones que las bacterias se comen la materia orgánica que está presente en el agua, y cuando esta se degrada genera dióxido de carbono (CO₂) que utilizan las microalgas para crecer, mismas que a su vez generan oxígeno, que es utilizado por las bacterias. En este proyecto de planta se realizaría el tratamiento del agua a través del sistema raceway, con un sedimentador que separe la biomasa y un rotor que esté moviendo el agua al que se le puede adaptar, sin ningún problema, un panel solar porque no es mucha electricidad la que se necesita.

Con este sistema se remueve 90 por ciento de la materia orgánica y 90 por ciento de contaminantes como el nitrógeno y el fósforo, porque las microalgas también tienen la capacidad de asimilar estos elementos. Además, estamos estudiando que como la biomasa es rica en nitrógeno y fósforo se puede usar como biofertilizante. Incluso, si estas microalgas se fermentan, se puede generar metano para utilizarlo como combustible. Lo más interesante es que es una tecnología muy económica. Estamos haciendo investigación de frontera para conocer qué está pasando en la interacción microalga-bacteria, bajo qué condiciones se favorece el crecimiento de las bacterias, qué tanto se favorece el crecimiento de las microalgas y cuáles son las limitantes y velocidades de crecimiento de cada uno de estos sistemas en esta simbiosis.

AIC: ¿Existe alguna vinculación con otras instituciones para el desarrollo de estos proyectos?

GBM: El proyecto de la Sener es con América Latina. Vamos a participar con dos universidades chilenas, que son la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso y la Universidad de la Frontera que está en Temuco. Ellos tienen mucha experiencia en el uso de microalgas, sobre todo para la creación de biodiesel, como tienen carencia de combustibles le han apostado a crear los propios con ese sistema.

Otro vínculo interesante lo tenemos con la Universidad Estatal de Arizona, Estados Unidos, en donde vamos a colaborar para colocar prototipos semejantes a los que ellos tienen en su laboratorio que se llama Arizona Center for Algae Technology and Innovation (Azcati). Ellos han instalado estos prototipos en Hawái, California, Nuevo México, Arizona, Georgia, Carolina del Sur y ahora acá en Querétaro. Vamos a ser una de sus estaciones experimentales de ese consorcio de universidades y empresas por las condiciones interesantes que presenta este estado, que es una radiación muy parecida a la de Arizona y los mil 900 metros de altura a los que se encuentra Juriquilla. Vamos a ser un banco de pruebas para el cultivo de microalgas para el tratamiento de aguas residuales y obtener productos de alto valor agregado como astaxantinas, insecticidas o biopolímeros.

AIC: ¿Se podría considerar entonces apostarle a la inversión enfocada en la industria del tratamiento de aguas residuales?

GBM: El agua residual la debemos de considerar como una materia prima para la generación de productos con valor agregado. Es como el petróleo, que así en su estado natural contamina, pero del que se pueden obtener muchos insumos si es procesado. Con el agua residual se puede obtener agua limpia, que sería el propósito primordial, pero además, biocombustibles o biopolímeros. En México hay pocas industrias que inviertan en investigación en tratamiento de aguas, más bien son los usuarios finales los que buscan tratar sus aguas cuando tienen problemas con las autoridades o sus clientes por el agua residual que están produciendo. Es cuando la universidad va con ese usuario final.

Lo que hace falta son intermediarios, que son los que guardarían esta tecnología para reproducirla e incrementar su valor agregado. En México nos falta mucho en lo que se refiere al tratamiento de aguas residuales, a pesar de que es una tendencia mundial, lo que representa un nicho de oportunidad muy grande. En Chile ya tratan 90 por ciento de sus aguas residuales con tecnologías ya existentes; en México podemos hacerlo con nuevos procesos y tecnologías. Los conocimientos que se generan en la UNAM pueden ser un gran valor agregado para esta industria que no ha tenido mucho crecimiento en México pero que es necesaria para el futuro.