Diseño, caracterización, modelado y optimización de fotobiorreactores destinados al cultivo de microalgas y la producción de metabolitos de interés tecnológico-biológico

Abstract

La biotecnología aplicada al cultivo de microalgas crece a pasos agigantados, producto de que la composición de la biomasa puede ser adaptada a fines específicos, entre los más destacados, alimentación humana y abastecimiento de energía para garantizar la seguridad social. Si bien se cultivan microalgas a escala industrial, las productividades y eficiencias alcanzadas se encuentran muy por debajo de las teóricas, y las obtenidas en laboratorio. La energía radiante es considerada el factor más influyente en el crecimiento de organismos fotosintéticos, y es utilizada como parámetro en las etapas de síntesis y escalado de bioprocesos. En la presente Tesis se propone estudiar los efectos de la calidad, la cantidad y la distribución de la radiación sobre la conducta de suspensiones de microalgas en fotobiorreactores. A través de ensayos de laboratorio, en condiciones de iluminación diseñadas y controladas, se puede obtener información (experimental y computacional, producto del modelado del campo de energía radiante) acerca de la conducta de las microalgas en sistemas de cultivo outdoor. Se dedica especial atención al desarrollo de herramientas predictivas, basadas en simulación computacional y cultivo en laboratorio, de la performance de reactores de mayor escala iluminados con luz solar, una energía renovable de costo nulo. Contar con metodologías de laboratorio rápidas y precisas, para estimar la productividad de cepas de microalgas en reactores varios, permite evitar gastos de tiempo y dinero asociados al diseño, puesta en funcionamiento y escalado de bioprocesos.

Microalgae biotechnology has achieved significant advances over the last years, due to its interest as a source of molecules used in pharmaceutical, cosmetic and food industry, or alternative energy production. Although microalgae are grown at industrial scale at present, the productivity and efficiency achieved are well below than the theoretical ones, and those obtained at laboratory scale. Radiant energy is considered the most important factor for photosynthetics organism growth, and it is used as a key parameter in the scaling up stage of bioprocesses. We studied the effect of light quality, quantity and distribution on microalgae growth inside photobioreactors. Under controlled lighting conditions, we could obtain experimental and computational information (by modelling of radiant energy field) about the behavior of microalgae in outdoor culture systems. We specially focused at predictive tools development to improve the large-scale reactors performance illuminated with sunlight. Fast and precise laboratory methodologies to estimate the productivity of microalgae strains in photobiorreactors avoids spending time and money for design, commissioning, and scaling up of bioprocesses.