Investigadores del departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Almería y del Centro de Investigación de Energía Solar (CIESOL) han conseguido un doble objetivo: depurar aguas residuales urbanas y, al mismo tiempo, generar biomasa de microalgas con una composición ajustable según las necesidades del mercado. Este avance, publicado en la revista Journal of Water Process Engineering, demuestra que modificando la profundidad del cultivo y la tasa de dilución del agua se puede orientar la producción de biomasa hacia un mayor contenido en proteínas o en lípidos.
La investigación, liderada por el científico Tomás Lafarga, abre la puerta a obtener materia prima para la agricultura, la ganadería o el sector energético a partir de un residuo tan común como el agua que se desecha en las ciudades. El proceso se ha probado en una planta piloto de 10.000 litros, donde se ha confirmado que las microalgas y las bacterias que crecen en el agua residual forman una alianza beneficiosa que multiplica el crecimiento de estos microorganismos.
Parámetros que deciden el destino de la biomasa
Uno de los hallazgos más relevantes es que la calidad de la biomasa depende directamente de las condiciones de operación del reactor. Tal y como explica Lafarga, “los cambios en los parámetros operativos afectan a la composición bioquímica de las microalgas”, lo que permite acumular más proteínas o más grasas según el régimen aplicado. Así, si se busca un uso agrícola, se favorece un alto contenido proteico; si se quiere producir biocombustible, se puede implementar un nuevo método de cultivo de microalgas para producir biodiesel estimulando la acumulación de lípidos.
Los investigadores han identificado que la profundidad a la que se desarrollan las algas dentro del reactor y la mayor dilución del agua son dos factores clave. Estos parámetros no solo influyen en la composición de la biomasa, sino que también favorecen la eliminación de nutrientes contaminantes como el nitrógeno y el fósforo, presentes en las aguas residuales. De esta manera, se convierte un problema ambiental en una oportunidad económica.
Una comunidad microscópica que trabaja en equipo
Al alimentar el reactor con agua residual sin tratar, no solo crecen microalgas, sino también bacterias y otros microorganismos. Lejos de ser un inconveniente, esta diversidad microbiana resulta esencial. Según Lafarga, “este consorcio formado por microorganismos, incluyendo microalgas y bacterias, establece una interacción de ayuda recíproca”, lo que se traduce en un notable aumento de la producción de biomasa. Las microalgas se alimentan del dióxido de carbono que generan las bacterias, mientras que las bacterias se benefician del oxígeno que producen las algas.
Esta simbiosis ha sido observada en los reactores de la planta piloto de CIESOL, donde se introdujeron ejemplares de la microalga Scenedesmus almeriensis junto a otras especies autóctonas de Almería. La combinación de especies y la interacción con las bacterias ha demostrado ser un sistema robusto y eficiente para tratar aguas residuales y obtener un subproducto valioso.
Herramientas de control: modelos matemáticos y espectroscopía NIR
Para predecir el comportamiento de los cultivos y optimizar la producción, el equipo ha desarrollado un modelo matemático que estima el crecimiento de las microalgas en función de la tasa de dilución del agua. Esta herramienta permite anticipar los resultados y ajustar las condiciones en tiempo real, facilitando el control del proceso. Además, han empleado la espectroscopía de infrarrojo cercano (NIR), una técnica que actúa como un escáner y ofrece información sobre la composición bioquímica de la biomasa en apenas un segundo.
Lafarga destaca que es la primera vez que se utiliza esta alternativa para analizar biomasa a bajo coste. “Es una técnica rápida y no destructiva frente a los análisis químicos convencionales”, señala, lo que supone un avance significativo para la monitorización de estos sistemas. Con una simple muestra seca, el aparato determina la concentración de proteínas, minerales y otros compuestos, sin necesidad de esperar largos procesos de laboratorio.
Economía circular y aprovechamiento del agua
El estudio confirma que los sistemas de microalgas para depuración de aguas residuales encajan perfectamente en los modelos de economía circular. En lugar de verter el agua contaminada al medio ambiente, se transforma en biomasa útil para distintos sectores. Además, el agua tratada en los reactores puede reutilizarse para riego, un aspecto especialmente valioso en regiones con escasez hídrica como Andalucía. Los investigadores ya utilizan el agua de estos reactores en un invernadero experimental.
De cara al futuro, el equipo planea integrar la espectroscopía NIR directamente en los reactores para medir la composición de la biomasa en tiempo real, sin necesidad de extraer muestras. Esto permitiría identificar al instante si la biomasa es más adecuada para biocombustibles o para fertilizantes, optimizando así su aprovechamiento y reduciendo costes.
El proyecto ha sido financiado por la Consejería de Universidad, Industria, Energía e Innovación de la Junta de Andalucía, a través del programa PLAnd SEQUÍA Andalucía, y por el programa Horizonte Europa de la Unión Europea. Esta inversión refuerza la apuesta por soluciones innovadoras frente a la sequía y la gestión sostenible de los recursos hídricos.
En definitiva, estas microalgas se presentan como una solución versátil que convierte un residuo en una fuente de materias primas renovables. Su capacidad para producir biomasa con distintas propiedades abre un abanico de posibilidades para la agricultura, la ganadería y la energía, al tiempo que contribuye a la limpieza de las aguas. La combinación de modelos predictivos y tecnologías de análisis rápido acerca esta técnica a una aplicación industrial real, con beneficios económicos y medioambientales para el conjunto de la sociedad.