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Este sistema de biorreactores de microalgas atrapa cerca de 360 gramos de CO₂ y produce alrededor de 150 gramos de biomasa seca.  Foto: cortesía

En una de las terrazas de la Sede de Investigación Universitaria —SIU— de la Universidad de Antioquia, colocados estratégicamente para recibir la luz del sol durante la mayor parte del día, se encuentran cuatro grandes cilindros transparentes, llenos de agua burbujeante y verde. Las tonalidades varían según el tipo de microalga que albergan.  

Se trata del sistema de biorreactores de microalgas —organismos unicelulares fotosintéticos, en su mayoría acuáticos, capaces de transformar la energía solar en biomasa— desarrollado por el grupo de investigación Química Orgánica de Productos Naturales de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, con financiación del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación. Una iniciativa que aprovecha el proceso natural de la fotosíntesis para mitigar emisiones contaminantes y, al mismo tiempo, producir biomasa —material biológico renovable— con aplicaciones en sectores como la agricultura, la alimentación e incluso la acuicultura. 

De acuerdo con Natalia Herrera Loaiza, doctora en Biología, docente de la UdeA e investigadora líder del proyecto, el sistema está conformado por cuatro biorreactores, cada uno con una capacidad de 70 litros. En su interior albergan una suspensión de microalgas que, al recibir luz solar y CO₂ —introducido mediante un aireador que actúa como conexión directa con el aire del entorno—, realizan fotosíntesis: un proceso mediante el cual estos microorganismos transforman la energía solar en energía química, capturan dióxido de carbono y liberan oxígeno. 

«Después de cultivadas las microalgas, se espera más o menos 30 días para que haya un crecimiento suficiente. Luego se cosechan, la biomasa se trae al laboratorio y se liofiliza, es decir, se elimina el exceso de agua hasta obtener un polvo verde que es el que se usa en diferentes aplicaciones. A partir de esa biomasa seca —que suele ser de unos 50 gramos por biorreactor— es posible estimar cuántos gramos de dióxido de carbono fueron absorbidos durante el proceso: en promedio, el sistema completo de biorreactores atrapa cerca de 360 gramos de CO₂ en ese periodo», explicó Herrera Loaiza. 

Aunque la cantidad de CO₂ que captura este sistema de biorreactores puede parecer baja en comparación con lo que absorbe un árbol adulto en el mismo periodo, el desarrollo de esta tecnología con sello UdeA evidencia la contribución de la academia a la búsqueda de alternativas sostenibles frente a la crisis climática. Iniciativas como esta, al ser replicadas, podrían beneficiar a ciudades como Medellín —que desde hace años enfrenta una persistente problemática de calidad del aire— y, al mismo tiempo, aportar al objetivo nacional de alcanzar la carbono neutralidad en 2050.

El sistema de biorreactores de la UdeA trabaja con tres microalgas: Chlorella vulgaris, Ankistrodesmus falcatus y Tetradesmus dimorphus; y una cianobacteria: Arthrospira platensis, conocida comercialmente como espirulina. 

Además de ser una estrategia para mitigar emisiones contaminantes, el sistema de biorreactores ha funcionado como un escenario formativo para estudiantes de pregrado, maestría y doctorado, quienes participan en diferentes fases del proyecto: desde el cultivo y monitoreo de las microalgas hasta el procesamiento de la biomasa y su aplicación en investigaciones con enfoque sostenible. 

A partir del material obtenido, se adelantan estudios en torno a sus posibles aplicaciones, como la suplementación de alimentos para peces, la creación de un champú a base de microalgas —debido a sus propiedades de crecimiento celular—, la extracción de un pigmento azul natural con potencial en la industria alimentaria y el aislamiento de fitohormonas —compuestos químicos naturales de las plantas que influyen en su crecimiento— para evaluar su efecto en el desarrollo de distintas especies vegetales. 

«Este sistema de biorreactores funciona como una biorrefinería: no solo absorbe CO₂ del ambiente urbano, sino que además crea biomasa y la transforma en productos útiles con valor agregado», afirmó Herrera Loaiza.

Microalgas para suplementar la alimentación de los peces: una apuesta por la acuicultura sostenible

Una de las investigaciones que se vio beneficiada por el sistema de biorreactores de microalgas fue la de Andrea Llanes Angarita, microbióloga industrial y ambiental, estudiante de la Maestría en Biología de la UdeA e integrante del grupo de investigación Química Orgánica de Productos Naturales, quien aprovechó la biomasa generada para evaluar su uso como suplemento nutricional en la alimentación de peces. 

El estudio se llevó a cabo con alevinos del género Oreochromis —al que pertenecen especies como la tilapia roja— con el objetivo de evaluar el potencial alimenticio de esta biomasa. «Durante períodos de 30 días se usaron las cuatro cepas de microalgas cultivadas en los biorreactores como suplemento en la alimentación de los peces, con el fin de determinar si tenían alguna incidencia en su crecimiento y, de ser así, cuál de ellas aportaba mayores beneficios», explicó Llanes Angarita. 

De acuerdo con la investigadora, durante ese tiempo se suplementó la dieta de los peces con distintas concentraciones de cada cepa y se evaluaron parámetros como el peso y la longitud para establecer diferencias en su desarrollo. 

«Los resultados determinaron que la concentración de suplementación entre el 3 % y el 5 % tuvo un mayor rendimiento. Además, las microalgas que más influyeron en el crecimiento de los peces fueron Arthrospira platensis, seguida de Chlorella vulgaris», afirmó Llanes Angarita, quien agregó que también se observó un aumento en el apetito de los peces, lo que sugiere una buena aceptación del suplemento alimenticio. 

«Los peces también tienen gusto —eso se conoce como palatabilidad—, y esto influyó en la mejor aceptación de la Arthrospira platensis. Al ser una cianobacteria, su pared celular no está compuesta por celulosa, lo que mejora su consistencia y la hace más apetecible. Vimos que con el suplemento comían más y quedaban menos residuos de alimento, lo que también significa una menor pérdida de dinero», argumentó Llanes Angarita. 

Además de su buena aceptación por parte de los peces, las microalgas tienen un alto valor nutricional: son fuentes ricas en proteínas, aminoácidos esenciales, ácidos grasos como omega-3, vitaminas y minerales. Características que, según Llanes Angarita, las convierten en una alternativa sostenible para la elaboración de suplementos en acuicultura, ya que permiten aprovechar la biomasa obtenida a partir de los biorreactores sin recurrir a ingredientes de origen animal o vegetal cuya producción implica mayores costos ambientales. 

Una sinergia verde y sostenible entre ciencia y empresa

Además de sus aplicaciones en acuicultura, la empresa Ecosphaira —compañía colombiana de base biotecnológica, orientada a impulsar el sector agropecuario y ambiental, y aliada de la Universidad de Antioquia en este proyecto— también evaluó la biomasa generada en los biorreactores de microalgas como bioestimulante para cultivos agrícolas. Según explicó Carlos Lopera Agudelo, ingeniero agrónomo, magíster en Ciencias Biológicas y gerente de Ecosphaira, el objetivo fue determinar si esa biomasa podía convertirse en una fuente de carbono orgánico para el suelo, un componente clave para la vida microbiana y el desarrollo vegetal. El estudio se centró en aplicar la biomasa en arroz y fríjol, especies comunes en la alimentación humana. 

De acuerdo con Lopera Agudelo, el análisis evidenció que las microalgas generaron un impacto bioestimulante significativo en las especies evaluadas, mostrando mayores porcentajes de germinación, mejor desarrollo radicular, mayor número de hojas y aumento del peso de las plantas. «Las microalgas sí aportan minerales, pero su gran potencial está en la categoría de acondicionadores orgánicos del suelo, como aditivos orgánicos en la producción agrícola», agregó. 

Según Lopera Agudelo, este tipo de soluciones no solo resultan viables, sino que también pueden escalarse fácilmente. Pueden desarrollarse tanto desde empresas biotecnológicas como implementarse directamente en fincas o empresas agrícolas interesadas en producir su propia biomasa. Al final, el propósito de esta iniciativa es que tecnologías como los biorreactores de microalgas superen el ámbito académico y se conviertan en herramientas efectivas y aplicables. 

«Este es un ejercicio 100 % escalable, 100 % viable. Qué bueno que estas soluciones se implementen de forma masiva en la industria agrícola, porque son pertinentes, necesarias y representan una alternativa frente a los problemas actuales de calidad del suelo y la urgencia de una producción más limpia y sostenible. Estoy seguro de que los costos de producción son bajos en comparación con los beneficios que pueden generar», afirmó Lopera Agudelo. 

El desarrollo de sistemas como este da cuenta del compromiso de la Universidad de Antioquia con aportar a los Objetivos de Desarrollo Sostenible —ODS— desde la academia, así como de su capacidad e interés por generar ciencia aplicada: conocimiento al servicio de la transformación social y ambiental.