Principios del cultivo
Cultivar microalgas consiste en proporcionar y controlar los factores que necesitan para crecer: luz, dióxido de carbono (CO₂), agua, nutrientes (sobre todo nitrógeno y fósforo) y unas condiciones adecuadas de temperatura y pH. El objetivo es maximizar la productividad de biomasa por unidad de superficie y de tiempo.
Existen dos grandes familias de sistemas de cultivo: los sistemas abiertos (estanques) y los fotobiorreactores cerrados. La elección depende de la especie, del producto buscado y del coste asumible.
Sistemas abiertos (raceway)
Los estanques abiertos tipo raceway son canales poco profundos en forma de circuito, agitados por una rueda de paletas que mantiene las células en suspensión y homogeneiza la luz y los nutrientes. Son los más baratos y fáciles de escalar, por lo que dominan la producción comercial de especies robustas como Spirulina, Chlorella o Dunaliella.
Su contrapartida es un menor control: están expuestos a la contaminación por otros organismos, a la evaporación y a la variabilidad de la luz y la temperatura. Por eso suelen reservarse para especies que toleran condiciones extremas (por ejemplo, la Spirulina en aguas alcalinas).
Fotobiorreactores cerrados
Los fotobiorreactores (PBR) son sistemas cerrados que aíslan el cultivo del exterior, lo que permite mayor control, menos contaminación, mayores densidades celulares y una calidad de biomasa más reproducible. A cambio, su coste de inversión y operación es más alto.
Los principales tipos son: tubulares (tubos transparentes por los que circula el cultivo), de panel plano (placas finas que maximizan la superficie iluminada), de columna o burbujeo (columnas verticales aireadas) y verticales (que optimizan el uso del espacio y la captación de luz). Cada geometría busca un equilibrio entre superficie iluminada, mezcla, transferencia de gases y coste.
Iluminación
La luz es, en la mayoría de los casos, el factor limitante del cultivo. Puede ser natural (luz solar, gratuita pero variable) o artificial mediante LED, que permite controlar la intensidad y el espectro (la radiación fotosintéticamente activa o PAR, de 400 a 700 nm).
Tanto el exceso como el defecto de luz reducen la productividad: una intensidad demasiado alta puede provocar fotoinhibición, mientras que una iluminación insuficiente limita la fotosíntesis. El diseño del sistema busca repartir la luz de forma homogénea entre todas las células.
Nutrientes y CO₂
Las microalgas necesitan una fuente de carbono (habitualmente CO₂, que se suele inyectar para acelerar el crecimiento y mejorar la captura de carbono) y macronutrientes, principalmente nitrógeno y fósforo. También requieren micronutrientes como hierro, magnesio o oligoelementos.
El ajuste de la relación de nutrientes permite orientar la composición de la biomasa: por ejemplo, la limitación de nitrógeno favorece la acumulación de lípidos o de ciertos pigmentos.
Parámetros del agua
El cultivo se controla vigilando parámetros como el pH (cada especie tiene su rango óptimo: la Spirulina prospera en aguas alcalinas, mientras que Chlorella prefiere valores cercanos al neutro), la temperatura, la conductividad y el oxígeno disuelto.
Una acumulación excesiva de oxígeno, producto de la propia fotosíntesis, puede inhibir el crecimiento, por lo que su desgasificación es un aspecto clave del diseño, especialmente en fotobiorreactores cerrados.
Contaminación y control
Mantener un monocultivo es uno de los grandes retos, sobre todo en sistemas abiertos. Los cultivos pueden contaminarse con otras algas, protozoos, hongos o bacterias que compiten o depredan a la especie de interés.
Las estrategias de control incluyen el uso de condiciones selectivas (como el pH alto para la Spirulina), la monitorización microbiológica continua, una correcta gestión del inóculo y, cuando se necesita máxima pureza, el cultivo en fotobiorreactores cerrados.
Escalado: de laboratorio a industria
La producción parte del laboratorio (matraces y placas), donde se mantienen las cepas y se prepara el inóculo. A partir de ahí se escala de forma progresiva: cultivos de mayor volumen, planta piloto y, finalmente, producción industrial en estanques o fotobiorreactores de gran tamaño.
El gran desafío del escalado es conservar la productividad y la pureza del cultivo a medida que aumenta el volumen, manteniendo la luz, la mezcla, la transferencia de gases y el control de contaminación.
Sistemas de cultivo en detalle
Preguntas frecuentes
El estanque abierto (raceway) es barato y fácil de escalar, pero ofrece menos control y más riesgo de contaminación. El fotobiorreactor es cerrado: más control, mayor densidad y pureza, pero más caro.
Luz, CO₂, agua, nutrientes (sobre todo nitrógeno y fósforo) y condiciones adecuadas de temperatura y pH.
Principalmente tubulares, de panel plano, de columna o burbujeo y verticales, cada uno con un equilibrio distinto entre superficie iluminada, mezcla y coste.
Porque puede contaminarse con otras algas, protozoos, hongos o bacterias; se controla con condiciones selectivas, monitorización y, si hace falta, sistemas cerrados.
Fuentes
- Richmond, A. & Hu, Q. (eds.) (2013). Handbook of Microalgal Culture: Applied Phycology and Biotechnology. Wiley-Blackwell.
- Chisti, Y. (2007). Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, 25(3), 294–306.
- Spolaore, P. et al. (2006). Commercial applications of microalgae. Journal of Bioscience and Bioengineering, 101(2), 87–96.
- Mata, T.M. et al. (2010). Microalgae for biodiesel production and other applications: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14(1), 217–232.
- FAO (2008). A review on culture, production and use of Spirulina as food for humans. FAO Fisheries and Aquaculture Circular.
- Borowitzka, M.A. (2013). High-value products from microalgae—their development and commercialisation. Journal of Applied Phycology, 25, 743–756.
- Khan, M.I., Shin, J.H. & Kim, J.D. (2018). The promising future of microalgae: current status, challenges, and optimization of a sustainable and renewable industry for biofuels, feed, and other products. Microbial Cell Factories, 17:36.
- Kumar, G. et al. (2020). Bioengineering of Microalgae: Recent Advances, Perspectives, and Regulatory Challenges for Industrial Application. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 8:914.
- Barkia, I., Saari, N. & Manning, S.R. (2019). Microalgae for High-Value Products Towards Human Health and Nutrition. Marine Drugs, 17(5):304.
- Acién, F.G., Fernández, J.M., Magán, J.J. & Molina, E. (2012). Production cost of a real microalgae production plant and strategies to reduce it. Biotechnology Advances, 30(6), 1344–1353.
- Metzger, P. & Largeau, C. (2005). Botryococcus braunii: a rich source for hydrocarbons and related ether lipids. Applied Microbiology and Biotechnology, 66(5), 486–496.
- Malcangi, G. et al. (2026). The Role of Astaxanthin as an Antioxidant and Anti-Inflammatory Agent in Human Health: A Systematic Review. International Journal of Molecular Sciences, 27(2):700.
Divulgación científica basada en literatura especializada. Revisión científica: pendiente.