Cultivo de Chlorococcum sp. nórdico en efluente de digestión anaerobia: Efectos de la concentración de CO2 y la configuración del reactor

Convertir las aguas residuales en un recurso

A medida que las ciudades crecen, desechamos enormes cantidades de agua sucia que aún contiene nutrientes y carbono que podrían aprovecharse. En lugar de tratar esta agua como un problema, los científicos exploran cómo diminutas algas verdes pueden transformarla en una fuente de agua limpia, productos útiles e incluso ayudar a combatir el cambio climático. Este estudio analiza una resistente microalga nórdica y formula una pregunta práctica: ¿en qué condiciones puede limpiar mejor las aguas residuales, secuestrar dióxido de carbono y producir biomasa valiosa?

Del lodo de depuradora al alimento para algas

Las plantas modernas de tratamiento de aguas suelen emplear digestión anaerobia, un proceso en el que microbios descomponen el lodo para producir biogás. Lo que queda es un líquido rico en nitrógeno y fósforo. Si se libera sin tratar, estos nutrientes pueden desencadenar proliferaciones algales nocivas en lagos y mares. Los investigadores usaron este líquido residual como medio de cultivo para una cepa nórdica de la microalga verde Chlorococcum. Dado que las algas crecen por fotosíntesis, también suministraron dióxido de carbono (CO2), imitando corrientes de gas que podrían proceder de gases de combustión. Al ajustar el nivel de CO2 y el tipo de recipiente de cultivo, evaluaron qué tan bien podían crecer las algas, eliminar nutrientes y transformar carbono en biomasa.

Encontrar el punto óptimo para el dióxido de carbono

El equipo se centró primero en el aire que respiran las algas. Compararon cuatro niveles de CO2: aire ordinario (CO2 muy bajo) y aire enriquecido al 3, 6 o 9 por ciento de CO2. Muy poco CO2 las dejó “hambrientas” y mantuvo el agua a un pH incómodamente alto, lo que produjo un crecimiento pobre. Demasiado CO2 bajó el pH en exceso y también limitó las células. El punto óptimo resultó ser el 6 por ciento de CO2, que produjo casi cinco veces más biomasa que el aire ordinario y la mayor tasa de captura de CO2 por litro de cultivo. Aun así, las algas cultivadas con aire simple eliminaron más amonio y fósforo del agua, en parte porque procesos químicos en el agua alcalina volatilizaron algo del nitrógeno como gas, independientemente de la biología.

Diseñar el hogar adecuado para las algas

A continuación, los científicos investigaron cómo la configuración física del reactor—el “hogar” de las algas—afecta al rendimiento. Usando el 6 por ciento de CO2 óptimo, compararon una simple columna de burbujeo, un reactor airlift con un tubo interior que promueve la circulación, y una columna de burbujeo con soportes plásticos flotantes que ofrecen superficies para la fijación de algas. Los tres diseños mantuvieron el agua en un pH cómodo, casi neutro. El reactor airlift produjo el mayor número de células en el menor tiempo, lo que lo hace atractivo cuando se necesita crecimiento rápido. Sin embargo, la columna de burbujeo simple alcanzó la mayor biomasa final y eliminó más amonio y fósforo, aunque tardó un poco más en lograrlo. La versión con soportes mejoró ligeramente el uso de CO2, pero no aportó una ventaja clara en crecimiento o eliminación de nutrientes para esta cepa algal en particular.

Las algas como plataforma para combustibles futuros

Más allá de limpiar el agua y capturar CO2, las microalgas son interesantes porque sus componentes aceitosos pueden convertirse en biodiésel. Los investigadores midieron proteínas, carbohidratos y diferentes tipos de grasas en la biomasa algal. Los niveles de proteína y azúcar se mantuvieron bastante constantes a través de los niveles de CO2 y los tipos de reactor, lo que muestra que la cepa es metabólicamente estable. En contraste, la fracción lipídica respondió de forma notable al CO2. Con bajo CO2, las algas produjeron relativamente poca grasa y prefirieron moléculas poliinsaturadas asociadas a las membranas celulares. A mayor CO2, acumularon mucha más grasa y se desplazaron hacia moléculas monoinsaturadas, más adecuadas para biodiésel, con perfiles cercanos a los estándares de combustible existentes. Es importante que cambiar el diseño del reactor no alteró esta composición bioquímica, lo que significa que los ingenieros pueden elegir reactores según coste y rendimiento sin sacrificar la calidad del producto.

Qué significa esto para agua más limpia y metas climáticas

Para un observador no especializado, este estudio muestra que una alga nórdica robusta puede convertir una corriente residual problemática de la depuración de aguas en agua más limpia, carbono capturado y, potencialmente, biocombustibles útiles. El trabajo identifica una ventana operativa práctica: un enriquecimiento moderado de CO2 alrededor del 6 por ciento emparejado con reactores airlift de crecimiento rápido o columnas de burbujeo para una limpieza más exhaustiva, dependiendo de si la prioridad es la velocidad o la eliminación de nutrientes. Si bien persisten desafíos como los costes de cosecha y la ingeniería a gran escala, los resultados sugieren que los sistemas basados en microalgas podrían ayudar a las ciudades a cumplir las normativas de agua limpia, reducir la contaminación por nutrientes y apoyar objetivos climáticos y energéticos integrando el tratamiento de residuos con la producción de biomasa.

Cita: Mohammadkhani, G., Mahboubi, A., Funk, C. et al. Cultivation of Nordic Chlorococcum sp. in anaerobic digestion effluent: Effects of CO₂ concentration and reactor configuration. Sci Rep 16, 13625 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51126-5

Palabras clave: tratamiento de aguas residuales con microalgas, captura de dióxido de carbono, efluente de digestión anaerobia, potencial de biocombustible algal, diseño de fotobiorreactor