Algoliner revoluciona el cultivo de microalgas con ayuda de los compuestos de moldeo Plexiglas y una fábrica móvil

Las microalgas se consideran una de las materias primas más importantes del futuro. Su cultivo permite generar enormes cantidades de biomasa, sin competir por el espacio agrícola. La empresa alemana Algoliner ha desarrollado una nueva tecnología pionera para la construcción de reactores de algas: un proceso rápido, rentable y que ahorra recursos en el que los tubos fabricados con compuestos de moldeo Plexiglas se extruyen en una fábrica móvil sobre un camión, lo que reduce enormemente la huella medioambiental del cultivo de algas. De este modo, el polimetacrilato de metilo (PMMA) de la marca Röhm contribuye a las tecnologías respetuosas con el clima.

Llega un camión. Lleva una fábrica móvil en la que se extruyen tubos largos y transparentes de un compuesto de moldeo de Plexiglas. Bajan del camión sobre raíles, listos para su instalación, y se fijan a los soportes con unos sencillos pasos. La granja de microalgas está lista. La empresa alemana Algoliner ha revolucionado la construcción de reactores de algas con este innovador proceso y el polimetacrilato de metilo (PMMA) de la marca Röhm.

"Nuestro sistema de extrusión móvil nos permite instalar fotobiorreactores cerrados rápidamente en casi cualquier lugar, a bajo coste y ahorrando recursos", afirma Hans Väth, fundador y socio gerente de Algoliner. "Utilizamos el compuesto de moldeo Plexiglas 7H para producir tubos de todas las longitudes necesarias. El material es tan ligero que incluso los tubos de 100 metros de longitud pueden ser colocados por una sola persona".

Reactor de ensayo Algoliner de tubos de Plexiglas con iluminación LED integrada.Foto: Algoliner

Las microalgas se consideran una de las materias primas más importantes del futuro. El cultivo de estos organismos de rápido crecimiento permite generar enormes cantidades de biomasa, sin competir por el espacio agrícola. Lo único que necesitan los organismos microscópicos para crecer es luz solar, dióxido de carbono y un poco de agua. Fuente de proteínas de alta calidad para la alimentación humana y animal, también contienen principios activos para la industria farmacéutica y química. La biomasa de algas también puede utilizarse para generar energía o materias primas para la producción de bioplásticos. Plexiglas contribuye así a las tecnologías respetuosas con el clima.

Fascinado por este enorme potencial, Väth lleva mucho tiempo estudiando las microalgas. Tras analizar los tipos habituales de reactores de algas, descubrió que es más sostenible extrudir tubos de plástico estandarizados de la longitud necesaria directamente in situ, en lugar de enviar pesados tubos de vidrio por medio mundo en cajas antes de unirlos en un complejo proceso. “Una fábrica móvil ahorra así energía, CO₂ y, por supuesto, mano de obra”.

Väth no tuvo que buscar mucho para encontrar un plástico adecuado. “Mi pensamiento era: o nuestro sistema funciona con PMMA, o no lo hacemos”, afirma el socio gerente, licenciado en ingeniería y especializado en tecnología de plásticos. Y continúa explicando los motivos que le llevaron a elegir este material: “Plexiglas impresiona por su extraordinaria transparencia, que es crucial para el crecimiento de las algas. Además, es un material sostenible con una vida útil muy larga, e incluso puede reciclarse completamente al final de su vida útil”.

Gracias a que Algoliner ha desarrollado un sistema de colgado patentado -en el que los tubos se cuelgan entre soportes y se les da un perfil especial para poder fijarlos de este modo-, la empresa ha conseguido reducir el grosor de las paredes a sólo un milímetro y el peso del tubo a 250 gramos por metro.

En los experimentos, Väth y su equipo pudieron desmentir las preocupaciones de los escépticos respecto a la dilatación térmica del PMMA y la posibilidad de que se formaran grietas en las bridas. Los perfiles tubulares de Plexiglas demostraron ser lo suficientemente estables y elásticos como para compensar las zonas irregulares y las pequeñas vibraciones. “Se pueden mover casi como una manguera”, describe Väth. Gracias a su forma, los perfiles son rígidos allí donde es necesario. Por tanto, el sistema necesita menos elementos de soporte que los diseños convencionales de fotobiorreactores.

Los tubos se extruyen a partir de la masa de moldeo Plexiglas 7H y las bridas se moldean por inyección a partir de Plexiglas 8N. Los dos elementos se unen con Acrifix de Röhm, un adhesivo especial de polimerización a base de MMA/PMMA. “Con su excelente viscosidad de fusión y temperatura de deflexión térmica, Plexiglas 7H ofrece un perfil equilibrado de propiedades para la extrusión de tubos y perfiles técnicos”, afirma Heinz Schubkegel, director comercial senior de la unidad de negocio Compuestos de moldeo de Röhm GmbH. “Como todos los compuestos de moldeo de Plexiglas transparentes, tiene una transparencia sin igual de hasta el 92 por ciento. Y gracias a su excelente resistencia a los rayos UV y a la intemperie, conserva su transparencia incluso en exteriores, sin amarillear.” Esto proporciona las condiciones ideales para las algas hambrientas de luz, permitiendo al mismo tiempo una vida útil muy larga de los reactores.

Sin embargo, en algunas partes del mundo escasea la luz solar. En regiones como Islandia, con sus largos y oscuros meses de invierno, la luz natural no es suficiente ni siquiera para el crecimiento de las algas. El crecimiento excesivo de algas también es un problema, ya que cuanta más biomasa se genera, más densa y oscura se vuelve el interior de los tubos. Por ello, se utiliza luz artificial controlable para favorecer o frenar el crecimiento de las algas de forma selectiva.

Junto con el Laboratorio de Sistemas de Iluminación Adaptativa y Procesamiento Visual de la Universidad Técnica de Darmstadt (Alemania), Algoliner trabaja actualmente en un concepto de iluminación basado en IA para fotobiorreactores. El Ministerio Federal de Economía y Acción por el Clima apoya el proyecto de investigación “smartPBR“en el marco de su Programa Central de Innovación para las PYME (ZIM).”Un sistema de autoaprendizaje garantiza que todos los parámetros funcionen juntos de la mejor manera posible, de modo que la luz eléctrica pueda utilizarse como fuente de luz adicional”, explica Väth, “por ejemplo, en función del clima o cuando hay electricidad disponible a bajo coste.”

El perfil colgante patentado de Algoliner tiene aquí una segunda función, ya que sirve de canal para las tiras de LED. Esto permite integrar eficazmente la iluminación en el sistema: Un tercio de los haces de luz se dirige directamente hacia el interior del tubo, mientras que un tercio ayuda a iluminar cada uno de los tubos vecinos. “Nuestro tipo de guiado de la luz es entre un 30 y un 50 por ciento más eficaz que la iluminación lateral habitual, que pierde mucho con la dispersión”, afirma Väth. La máxima transparencia de los tubos de Plexiglas contribuye significativamente a la eficacia de la iluminación y, por tanto, a un alto rendimiento de las microalgas.

Como empresa, Algoliner se marca como objetivo reducir la huella medioambiental de los biofotoreactores con un bajo consumo de energía y material y con materiales reciclables y respetuosos con el medio ambiente. “Plexiglas es la solución más sostenible”, afirma convencido Väth. Actualmente está trabajando en un análisis del ciclo de vida (ACV) para demostrarlo.

Todos los componentes del reactor de algas están fabricados con compuestos de moldeo de Plexiglas. Este material triturado puede reutilizarse por completo, ya sea descomponiéndose en sus componentes químicos originales o directamente en procesos termoplásticos. “De este modo, el diseño sostenible del producto mejora significativamente la reciclabilidad, ya que no es necesario separar laboriosamente los plásticos extraños antes del proceso de reciclado”, afirma Sven Schröbel, director de Gestión de Sostenibilidad Global de la unidad de negocio de Compuestos de Moldeo de Röhm GmbH. En Algoliner, los residuos de producción procedentes de la extrusión de tubos ya se reprocesan directamente en bridas mediante procesos termoplásticos, por lo que permanecen en circulación. “El concepto Algoliner es un excelente ejemplo de cómo un diseño de producto ingenioso y la elección de materiales de Plexiglas duraderos pueden hacer que el producto final sea significativamente más sostenible: sostenible por diseño”, continúa Schröbel.

Las conexiones entre los tubos son zonas problemáticas en los biorreactores convencionales, ya que en los huecos se forman depósitos, terreno fértil para gérmenes que pueden contaminar la biomasa. Algoliner ha logrado fabricar con la masa de moldeo Plexiglas bridas transparentes cuya junta se inyecta de tal forma que se abomba hacia dentro, de modo que no se producen zonas muertas de flujo. Esto evita en gran medida la contaminación. Otra ventaja en términos de higiene es la superficie completamente lisa del PMMA, que dificulta la formación de biopelículas en los tubos. A pesar de ello, el sistema necesita una limpieza constante cuando se utiliza para cultivar microalgas destinadas a la producción de alimentos. Unos cepillos en forma de bola se desplazan por el interior de los tubos, dejándolos totalmente intactos gracias a la elevada dureza de la superficie y a la resistencia a los arañazos de Plexiglas.

Algoliner hace avanzar continuamente esta tecnología en múltiples proyectos de investigación. “Recibimos solicitudes de todo el mundo”, afirma el socio gerente Väth. “De Australia, por ejemplo, donde la escasez de agua dificulta la agricultura, y de la India, donde hay interés por producir mucha biomasa en poca superficie. Y la Oficina Federal de Agricultura suiza está utilizando un reactor Algoliner para investigar la opción de reducir las emisiones de metano en la ganadería añadiendo microalgas a los piensos”. Estos minúsculos organismos tienen un enorme potencial para afrontar algunos de los grandes retos del futuro.