Camila Denise Coronel defenderá su trabajo de Tesis para optar al título de Doctora en Ciencias Biológicas, titulado: "Biotecnología algal: simulación de productividad de biomasa y vectores de energía en fotobiorreactores ambientales"

Autor: Lic. Camila Denise Coronel

Director: Dr. Leonardo Curatti

Jurados:

Dr. Leonardo Erijman

Dr. Walter A. Vargas

Dra. Andrea Carina Cumino

Jueves 25 de junio 17 hrs

Aula virtual - FCEyN - UNMdP

 

 

Fig.: Modelado semi-empirico de la productividad de biomasa algal en Sudamérica empleando fotobiorreactores ambientales.

La biomasa algal presenta un gran potencial como materia prima para la obtención de múltiples bioproductos como alimentos, piensos, fármacos, combustibles, etc. Sin embargo, en la actualidad solo se produce biomasa algal para la comercialización de productos de alto valor agregado destinados a cosmética, suplementos nutricionales o productos farmacéuticos. Los altos costos asociados al cultivo y posterior procesamiento de la biomasa dificultan la comercialización de productos de bajo valor agregado como sería el caso de los biocombustibles. De este modo, se estima que el costo del aceite de microalgas (como materia prima para biodiesel) costaría alrededor de USD 4,10 · L-1, mientras que el precio del petrodiésel fue de USD 0,69 · L-1 en los Estados Unidos en los primeros meses del 2020.

Existe un consenso generalizado de que el parámetro que tiene mayor influencia en los costos es la productividad de biomasa. Las productividades anuales promedio demostradas a nivel global oscilan los 10 – 15 g · m-2 · d-1. En este sentido, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) estableció una meta de productividad para el año 2022 de 25 g · m-2 · d-1 para que los biocombustibles a partir de microalgas puedan llegar a producirse en forma rentable. De esta manera, resulta necesario profundizar en el estudio y las estrategias en sistemas de cultivos expuestos a condiciones ambientales a fin de optimizar la productividad algal a partir de las tecnologías disponibles actualmente.

En esta tesis doctoral se estudiaron dos aspectos fundamentales de la productividad algal en sistemas de cultivo al aire libre del tipo raceway ponds: selección de cepas y sitios potenciales de cultivo, como así también la relación entre ambos aspectos. Para ello, se realizaron estudios de bioprospección de cepas nativas de la provincia de Jujuy, una de las regiones de mayor irradiación del planeta. Se estableció y caracterizó un banco de 26 cepas nativas, algunas de las cuales presentaron características de interés y potencial biotecnológico. Posteriormente, se evaluó la adecuación genotípica en términos de productividad algal a condiciones ambientales regionales empleando cepas con una gran similitud a nivel genético, bioquímico y fisiológico pero aisladas de dos regiones de Argentina que presentan condiciones climatológicas contrastantes. Los resultados obtenidos evidenciaron que una cepa nativa aclimatada a una región de cultivo “sub-óptima” sería más productiva que cepas naturalmente aclimatadas a zonas de cultivo más benignas, permitiendo un incremento en la productividad de biomasa algal de hasta un 40%. El estudio de este caso desafió la creencia generalizada de la necesidad de contar con cepas nativas para una mayor productividad en una región geográfica dada. Esto permitió conceptualizar y proponer un modelo de cultivo alternativo basado en el uso de cepas oportunistas, nativas de regiones con condiciones climáticas variables y “sub-óptimas” en regiones caracterizadas por variables meteorológicas más estables y permisivas.

Por otro lado, por medio de simulaciones climáticas en fotobiorreactores ambientales (ePBRs), que simulan el cultivo de algas a cielo abierto en sistemas de cultivo del tipo raceway ponds, se construyó un mapa de productividad potencial de biomasa durante todo el año en regiones costeras de Sudamérica para la cepa nativa de Buenos Aires S. obliquus sp. C1S. Se registró un máximo de productividad promedio anual en la región de Fortaleza, Brasil. Asimismo, simulaciones en torno a las condiciones climáticas de dicha región permitieron estudiar el efecto de distintas variables de cultivo tales como la profundidad de los estanques y el suministro de CO2. A partir de la optimización de dichos parámetros se arribó a un modelo semi-empírico que arrojó una productividad anual potencial de 23,01 g · m-2 · d-1 en cultivos de 5 cm de profundidad suplementados con CO2 al 2% (v/v). Este valor tiende a la meta de productividad propuesta por el DOE para facilitar la rentabilidad de la producción de biocombustibles a partir de biomasa algal. También se evaluó el efecto del tiempo de cosecha sobre los perfiles de acumulación de lípidos y su incidencia en la productividad final de los mismos.

En conjunto, los resultados de esta tesis brindan un marco tanto local como regional de las posibilidades concretas del establecimiento de bioprocesos basados en biomasa de microalgas para la producción de biocombustibles y/u otros bioproductos en el contexto de biorrefinerías. Se concluye que tanto los recursos biológicos disponibles (cepas nativas) como climatológicos, especialmente en torno a las latitudes 3 – 5° S, ejemplificadas en esta tesis por las regiones de Fortaleza, Brasil y Paita, Perú, serían las regiones de mayor potencial para el desarrollo e implementación de la tecnología propuesta.

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Trabajos publicados

M. E. Sanz Smachetti, C. D. Coronel, G. L. Salerno, L. Curatti, Sucrose-to-ethanol microalgae-based platform using seawater. Algal Research 45, 101733 (2020).
 
C. D. Coronel., Do Nascimento, M., & Curatti, L. (2019). Effect of matching microalgal strains origin and regional weather condition on biomass productivity in environmental photobioreactors. Bioresource Technology Reports, 5, 104–112. https://doi.org/10.1016/j.biteb.2018.12.006

Sanchez Rizza L,  Coronel CD, Sanz Smachetti ME, et al (2019) A semi-closed loop microalgal biomass production-platform for ethanol from renewable sources of nitrogen and phosphorous. Journal of Cleaner production. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.01.31

M. E. S. Smachetti, L. S. Rizza, C. D. Coronel, M. D. Nascimento, L. Curatti, “Microalgal Biomass as an Alternative Source of Sugars for the Production of Bioethanol” in Principles and Applications of Fermentation Technology, (John Wiley & Sons, Ltd, 2018), pp. 351–386.
 

Transmisión en vivo:

Comenzará el jueves 25 a las 17 hs.

Defensa de Tesis Doctoral Lic. Camila D. Coronel