Resumen de Desarrollo de superficies antibioufouling para fotobiorreactores de microalgas
La viabilidad económica y/o energética de un proceso basado en el cultivo de microalgas planctónicas requiere de un sistema eficiente de cultivo. La formación incontrolada de biofouling microalgal sobre la superficie transparente de los fotobiorreactores cerrados (PBR) disminuye la penetración de la radiación solar en los mismos, dificulta las estrategias de control, degrada el cultivo microalgal, es fuente de contaminación, hasta finalmente forzar el colapso del cultivo o la parada prematura del PBR. La consecuencia de este fenómeno es un descenso considerable en la productividad anual de PBRs respecto al esperado según las condiciones medioambientales del lugar. Diseñar superficies de PBRs con los grupos funcionales o recubrimientos apropiados que puedan prevenir la adhesión de las microalgas es esencial para resolver este problema y supondría un importante avance en la biotecnología de microalgas. En este sentido, el objetivo de esta tesis doctoral es estudiar el fenómeno del biofouling de microalgas marinas en los PBRs concluyendo con la selección de superficies de construcción y/o recubrimientos adecuados para evitar o mitigar los efectos indeseables de este fenómeno. Para ello se va a establecer un protocolo que permita chequear de forma fiable diferentes materiales y recubrimientos para la construcción de PBRs que garanticen el funcionamiento de los mismos durante periodos prolongados sin merma de la productividad. Se utilizará la especie planctónica Nannochloropsis gaditana, microalga verde ampliamente empleada en las investigaciones del grupo de Biotecnología de Microalgas Marinas relacionadas principalmente con la producción de biocombustibles y en acuicultura. Para ello se proponen los siguientes objetivos parciales: (1) El estudio de las propiedades físico-químicas (potencial zeta, energía libre superficial y morfología) tanto de la superficie de las microalgas como de las superficies de PBRs; (2) La construcción y puesta a punto de un banco de pruebas, estableciendo un protocolo que permita chequear de forma fiable tanto la densidad de la adhesión celular como la fortaleza de la misma con un diverso grupo de materiales, y recubrimientos, que dará lugar a la selección de recubrimientos y/o superficies óptimas para N. gaditana; (3) Estudio y modelización de las interacciones superficiales célula-célula y sustrato-célula, mediante modelos de termodinámica de superficies que permitan, por un lado, validar los resultados experimentales, por otro lado, diseñar superficies antibiofouling; (4) Las superficies y/o recubrimientos seleccionados se implementarán en los cultivos masivos de microalgas en la planta piloto externa de producción de microalgas marinas.
Los datos experimentales se analizan en base a dos teorías de biocompatibilidad superficial desarrolladas por Baier y Vogler que relacionan la bioadhesión con la energía libre superficial de los materiales. Asimismo, los resultados de la tesis también podrían ser utilizados para seleccionar tipos de superficies que promuevan, justo lo contrario, la formación de biofilms de microalgas (PBRs con algas inmovilizadas), utilizados también para el cultivo de especies bentónicas y en algunas aplicaciones medioambientales, e incluso para diseñar estrategias de biofloculation para el cosechado de las microalgas, que puedan ser más eficientes desde el punto de vista energético.
