Bioconversión de CO2 en pigmentos fotosintéticos

Abstract

En los últimos años, las actividades humanas han tenido un impacto negativo significativo en el medioambiente, especialmente a través de la emisión de dióxido de carbono (CO2), lo que ha generado un alarmante calentamiento global. Esta situación resalta la urgente necesidad de adoptar tecnologías sostenibles que contribuyan a mitigar este problema. Una tecnología con un futuro prometedor para tratar las emisiones de CO2 es el uso de los microorganismos fotosintéticos, que fijan este gas de efecto invernadero y, a su vez, pueden sintetizar productos de valor comercial. Este trabajo fin de grado se enfoca en la exploración de un bioproceso fotosintético sostenible para capturar el CO2 por consorcios de microalgas y sintetizar productos de interés industrial, como son los pigmentos naturales (carotenoides, clorofilas y ficocianinas). Para ello, se operó un fotobiorreactor cerrado tipo airlift con un consorcio de microalgas, evaluando el impacto del tipo de luz (blanca y azul) bajo ciclos de iluminación de 12 horas en varios parámetros del cultivo, como son el pH, la concentración y productividad de biomasa microalgal, la tasa de fijación de CO2, entre otros, y en la producción de pigmentos fotosintéticos. Además, se han optimizado las metodologías de extracción de los pigmentos fotosintéticos, en particular, de los carotenoides, las clorofilas y las ficocianinas. Los resultados obtenidos muestran que, las luces azules mejoran el crecimiento de microalgas en comparación a las blancas, alcanzando una concentración máxima biomasa de 1,33 g L-1 y una tasa de fijación máxima de CO2 de 3,3 g m-3 d-1. De esta forma, la producción de clorofilas, carotenoides y ficocianinas se ve mejorada al emplear luces azules frente a las blancas, obteniendo porcentajes (% dcw) máximos de 0,28 ± 0,06, 0,70 ± 0,06 y 0,52 ± 0,01 % dcw, respectivamente.

In recent years, human activities have significantly impacted the environment, particularly through carbon dioxide (CO2) emissions, leading to alarming global warming. This situation highlights the urgent need to adopt sustainable technologies that can help mitigate this problem. A technology with a promising future to treat CO2 emissions is based on the use of photosynthetic microorganisms to capture this greenhouse gas and convert it into products of commercial value. This final degree project focuses on the exploration of a sustainable photosynthetic bioprocess to capture CO2 by a microalgae consortium and synthesize products of industrial interest, such as natural pigments (carotenoids, chlorophylls and phycocyanins).To achieve this, a closed airlift photobioreactor with a microalgae consortium was operated, evaluating the impact of the type of light (white and blue) under lighting cycles of 12 hours on various culture parameters, such as pH, microalgal biomass concentration and productivity, as well as on the CO2 fixation rate and the production of photosynthetic pigments. In addition, the extraction methodologies for the photosynthetic pigments carotenoids, chlorophylls and phycocyanins have been optimized. The results obtained demonstrate that blue lights enhance microalgae growth compared to white ones, reaching a maximum biomass concentration of 1,33 g L-1 and a maximum CO2 fixation rate of 3,3 mg m-3 d-1. Likewise, the production of chlorophylls, carotenoids and phycocyanin was improved when using blue lights compared to white illumination, obtaining maximum percentages (% dcw) of 0,28 ± 0,06, 0,70 ± 0,06 and 0,52 ± 0,01 % dcw, respectively.