NOMBRE DEL PROYECTO
PURALGA: Valorización de efluentes agroindustriales mediante producción y aprovechamiento integral de microalgas para la obtención de bioproductos (Proyecto INIA – RTA 2013-00056-C03-03)

ÁREA DE INVESTIGACIÓN
Alimentación y salud

JUSTIFICACIÓN DEL ENSAYO O PROYECTO
La acumulación de explotaciones ganaderas genera importante problemas medioambientales derivados de la generación concentrada de eyecciones animales. Estos efluentes presentan concentraciones de nitrógeno y fosforo muy elevadas que las hacen altamente contaminantes y difíciles de procesar. Una de las soluciones posibles es su utilización directa en campo como fertilizante, pero su aplicación debe hacerse de forma controlada y está limitada legalmente. La inadecuada gestión de estos residuos provoca la aparición de contaminación ambiental, sobretodo de los acuíferos, por lo que es necesario desarrollar procesos sostenibles de depuración de los mismos que conlleven además un bajo consumo de energía y una elevada recuperación de nutrientes inorgánicos como el nitrógeno y el fósforo.

La depuración de estos efluentes con microalgas aporta varias ventajas como una reducción del consumo de energía frente a otros sistemas de depuración, la recuperación del nitrógeno contenido en el efluente, el alivio de la escasez de fósforo existente mediante recuperación del contenido en el efluente animal, la reducción de las emisiones de CO2 de los sistemas de tratamiento convencionales, y la producción de biogás, biofertilizantes y otros subproductos de interés. Se trata por tanto de un proyecto que pretende transformar un proceso costoso como es la depuración de efluentes agroindustriales en un sistema positivo energéticamente que genere además beneficios económicos y medioambientales.

Este proyecto pretende acoplar el tratamiento de aguas residuales agroalimentarias como proceso sostenible de producción de microalgas con la valorización y aprovechamiento de la biomasa algal obtenida para mercados de medio/bajo valor añadido. Se consigue así reciclar los nutrientes que contaminan los efluentes de origen agro-alimentario, permitiendo la gestión, manejo y uso eficiente del agua a la vez que se reducen los costes económicos y ambientales asociados a los tratamientos tradicionales de estos efluentes.

OBJETIVOS
El objetivo principal es desarrollar procesos sostenibles de depuración de residuos agroindustriales, principalmente purines animales, empleando consorcios de microalgas y bacterias, que transformen los contaminantes contenidos en dichas aguas (C, N, P, etc.) en productos de interés (piensos animales, biofertilizantes, biogás, bioetanol, biodiesel, etc.), obteniéndose un agua regenerada apta para su reutilización. Con este no se persigue dar una solución única al problema sino desarrollar un catálogo de herramientas que permitan abordar la implantación de este tipo de procesos con mayor eficiencia y seguridad.

También se propone el aprovechamiento de la biomasa microalgal completa generada en los procesos de tratamiento de efluentes agroalimentarios; así como el procesado y valorización de sus diferentes bioproductos. Finalmente se realizará el estudio de alternativas y viabilidad de los procesos a través del Análisis del Ciclo de Vida.

PRINCIPALES PROCESOS O METODOLOGÍA
En la Estación Experimental de Cajamar se la encargada junto con la Universidad de Almería de realizar la producción de microalgas utilizando efluente agroindustriales, más concretamente purines de cerdo. Se están empleando 5 tipos reactores raceway, tres ellos de 800 L, otro de capa fina de 1200L y un quinto de 5000 L, todos ellos equipados con sistemas de control y adquisición de datos del cultivo (pH, temperatura, oxigeno, etc.), preparación y control de medio y cosechado. Se hará en ensayos tanto con purines digeridos como sin digerir.

Los reactores empleados son los más económicos, tanto en inversión como en operación, pero aun así deben incrementar su productividad y reducir su coste para mejorar la viabilidad de los procesos basados en microalgas.

Una vez determinado los rendimientos de cada uno de los fotobioreactores y la capacidad productiva en función de tipo de purines y concentración, la biomasa obtenida se procederá a su caracterización bioquímica para el resto de ensayos.

Definir biomasa a emplear en los ensayos:

• Ensayos de acuicultura se emplearan biomasa liofilizada de microalgas producida en los reactores con fertilizantes y biomasa producida con purines en las mejores condiciones. La biomasa se analizará en ITACyL para identificar bacterias patógenas.
• Producción de biofertilizantes se usará la biomasa generada con purines pero sin liofilizar. Y esta misma biomasa se mandará a Universidad de Valladolid (Uva) para ensayar la producción de biogás y fermentación a bioetanol.

DURACIÓN DEL PROYECTO Y RESULTADOS ESPERADOS O AVANCES DE RESULTADOS
La duración del proyecto es de 3 años, iniciado en 2014 y finaliza en 2017.

Todos los ensayos realizados en estos dos años han demostrado que es posible la depuración de purines normales y digeridos con microalgas, obteniéndose cultivos estables capaces de depurar la materia orgánica, nitrógeno y fósforo hasta valores que permiten la entrada a una planta depuradora de aguas residuales urbanas. Se ha comprobado que es necesaria la dilución de los purines para conseguir cultivos estables de microalgas y con ello su depuración. El porcentaje de dilución de los purines para alcanzar una depuración óptima depende del tipo de purines del que se trate, del reactor utilizado y de la tasa de dilución aplicada. En el caso de los reactores ensayados, el que obtuvo mayor productividad y mayor tasa de depuración fue el reactor inclinado de capa fina, debido a que es el que tiene mayor relación superficie/volumen. Aun así, los reactores raceway también mostraron una elevada capacidad de procesado de purines aunque alcanzando menores producciones de biomasa y tasas de depuración. Los purines digeridos tienen una alta opacidad que dificulta el crecimiento de las microalgas por falta de luz. Para conseguir mayor transmisividad de luz se han de aplicar mayores diluciones a los purines, limitando entonces a las microalgas de nutrientes como el fósforo y reduciendo la cantidad de purines depurados diariamente.

Los resultados experimentales han permitido desarrolla run modelo del sistema basado en la capacidad de depuración determinada experimentalmente y balances de materia al sistema. Se comprueba como el reactor de capa fina permite una mayor producción de biomasa y depuración del purín, pero debido a su menor área por unidad de superficie, el área requerida para depurar un caudal fijo de purín es mayor que empleando reactores raceway. Por el contrario, en los reactores raceway se puede procesar un mayor caudal de purín por unidad de superficie, pero éste se depura en menor medida y de forma menos eficiente, ya que aproximadamente el 40% del nitrógeno no se fija en la biomasa sino que se dispersa al aire o con el efluente del proceso.

La principal aplicación de la biomasa producida puede ser la producción de alimento animal y/o biofertilizantes En la última etapa del proyecto se están realizando ensayos de la utilización de la biomasa para su uso en acuicultura, en procesos energéticos y biofertilizantes.

ENTIDADES COLABORADORAS
Este proyecto se realizará de forma coordinada y la participación de varios grupos de investigación de diferentes instituciones: el Instituto Tecnológico Agrario de Castilla y León (ITACyL) con la Universidad de León (ULe), la Universidad de Valladolid (UVa) y la Universidad de Almería (UAL) con la Fundación Cajamar.

Proyecto financiado por el Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) dentro del Programa estatal de I+D+i orientada a los retos de la sociedad (reto de seguridad y calidad alimentaria, actividad agraria productiva y sostenible, sostenibilidad de los recursos naturales e investigación marina y marítima) (RTA 2013-00056-C03-03)