TFM PLANTA DE PRODUCCIÃ_N DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS

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Proyecto Fin de Máster 
Máster en Ingeniería Ambiental 
 
Proyecto Fin de Máster 
Máster en Ingeniería Ambiental 
 
Planta de producción de biodiesel a partir de 
microalgas 
Autor: Víctor Manuel Muriana Vargas 
Tutora: Emilia Otal Salaverri 
Dep. Ingeniería Química Ambiental 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
 Sevilla, 2016 
 
 
Proyecto Fin de Máster 
Máster en Ingeniería Ambiental 
 
 
 
 
 
Planta de producción de biodiesel a partir de 
microalgas 
 
 
Autor: 
Víctor Manuel Muriana Vargas 
 
 
Tutora: 
Emilia Otal Salaverri 
Profesor Titular de Universidad 
 
 
 
Dep. de Ingeniería Química Ambiental 
Escuela Técnica Superior de Ingeniería 
Universidad de Sevilla 
Sevilla, 2016 
Proyecto Fin de Máster: Planta de producción de biodiesel a partir de microalgas 
 
 
 
 
 
Autor: Víctor Manuel Muriana Vargas 
Tutora: Emilia Otal Salaverri 
 
 
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: 
Presidente: 
 
 
 
Vocales: 
 
 
 
 
Secretario: 
 
 
 
 
Acuerdan otorgarle la calificación de: 
 
Sevilla, 2016 
 
 
 
El Secretario del Tribunal
i 
 
RESUMEN 
Actualmente, entre los principales problemas que enfrenta la humanidad, destacan el 
deterioro ambiental y la crisis energética. Una de las principales causas de la 
contaminación del aire es la quema de combustibles fósiles, ya que la combustión de 
los mismos produce grandes cantidades de gases de efecto invernadero: dióxido de 
carbono, óxidos de nitrógeno, óxidos de azufre, hidrocarburos no quemados y cenizas 
finas. Además, estos recursos naturales son una fuente energética no renovable cuyas 
reservas se irán agotando progresivamente. Por esta razón la sustitución de los 
combustibles denominados fósiles o tradicionales, derivados del petróleo, por otros, 
de origen biológico, representa uno de los grandes retos que enfrenta la humanidad 
actualmente. Una de las alternativas más factibles para reemplazar los derivados del 
petróleo es la producción de biocombustibles. 
Los biocombustibles son principalmente alcoholes, éteres, ésteres y otros productos 
químicos que provienen de compuestos orgánicos de base celulósica (biomasa). El 
término biocombustible se aplica tanto a los combustibles destinados a producir 
electricidad como a los que se utilizarán en los medios de transporte. 
Estos pueden ser sólidos, gaseosos o líquidos y para que los biocombustibles de origen 
agrícola sean una alternativa energética real, se necesita que estos productos, 
compartan características equivalentes a los de procedencia fósil. 
En este proyecto se va a estudiar concretamente el biodiesel, el estado del arte de su 
producción y las técnicas más actuales para su obtención a partir de microalgas y libre 
de glicerol. 
El biodiesel es un biocombustible líquido que se obtiene a partir de lípidos naturales 
como aceites vegetales o grasas animales; limpias o usadas, mediante procesos 
industriales de transesterificación. 
Éste es un combustible renovable derivado de aceites vegetales (comestibles o no 
comestibles; nuevos o usados) y grasas animales que posee propiedades similares a las 
del petróleo. Además, se ha encontrado que con el uso de biodiesel se logran reducir 
ii 
 
las emisiones de monóxido de carbono, azufre, hidrocarburos aromáticos y partículas 
sólidas. La manera convencional de sintetizar biodiesel es mediante la 
transesterificación de aceites vegetales con metanol y catálisis homogénea básica. Sin 
embargo, se están desarrollando nuevos métodos de obtención de biodiesel para 
solucionar los problemas derivados de la producción convencional que son el exceso 
de subproductos, más concretamente glicerol. Para ello se están utilizando tecnologías 
de procesos libres de glicerol con fluidos supercríticos que se expondrán en el presente 
trabajo. Además, se estudiarán los factores más importantes que intervienen en la 
producción de este biocombustible a través de planteamiento de diseño experimental. 
 
 
 
iii 
 
ÍNDICE 
 
RESUMEN ....................................................................................................................................... i 
ÍNDICE ........................................................................................................................................... iii 
ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... v 
INDICE DE FIGURAS .......................................................................................................................vi 
1. INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTOS DEL PROYECTO .......................................................... 1 
2. OBJETIVO Y ALCANCE ............................................................................................................ 3 
3. ESTADO DEL ARTE DE LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Y MICROALGAS ............................... 4 
3.1. CARACTERISTICAS DEL BIODIESEL ...................................................................................... 4 
3.2. MÉTODOS CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL ........................................ 8 
3.2.1. USO DIRECTO Y MEZCLA DE ACEITES VEGETALES CON GASOIL .................................. 8 
3.2.2. MICROEMULSIONES .................................................................................................... 8 
3.2.3. PIRÓLISIS ...................................................................................................................... 9 
3.2.4. TRANSESTERIFICACIÓN ............................................................................................... 9 
3.2.4.1. TIPOS DE TRANSESTERIFICACIÓN ....................................................................... 11 
3.2.4.2. PROBLEMÁTICA DEL GLICEROL .......................................................................... 16 
3.3. MÉTODOS NO CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL ................................ 18 
3.3.1. FLUIDOS SUPERCRÍTICOS .................................................................................... 18 
3.3.2. TECNOLOGÍA DE PROCESOS LIBRES DE GLICEROL CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS ... 21 
3.3.2.1. REACCIONES DE UN SOLO PASO ........................................................................ 21 
3.3.2.2. REACCIONES DE DOS PASOS .............................................................................. 25 
3.4. MICROALGAS .................................................................................................................... 28 
3.4.1. DEFINICIÓN Y GENERALIDADES DE LAS MICROALGAS ............................................. 28 
3.4.2. PARÁMETROS QUE AFECTAN AL CRECIMIENTO DE LAS MICROALGAS .................... 32 
3.4.3. TIPOS DE SISTEMAS PARA PRODUCCIÓN DE MICROALGAS ...................................... 39 
3.4.3.1. SISTEMAS ABIERTOS ........................................................................................... 40 
iv 
 
3.4.3.2. SISTEMAS CERRADOS ......................................................................................... 42 
3.4.3.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DEL TIPO DE FOTOBIORREACTOR .................... 46 
3.4.4. APLICACIONES DE LOS CULTIVOS DE MICROALGAS .................................................. 46 
3.4.5. PRODUCCIÓN DE BIODIESEL A PARTIR DE MICROALGAS .......................................... 48 
4. MATERIALES Y MÉTODOS .................................................................................................... 50 
4.1. MATERIA PRIMA. ELECCIÓN DE ESPECIE A CULTIVAR ...................................................... 50 
4.2. PLANTA PILOTO ................................................................................................................ 52 
4.2.1. LOCALIZACIÓN ...........................................................................................................52 
4.2.2. DESCRIPCIÓN ............................................................................................................. 52 
4.3. DISEÑO DE EXPERIMENTOS .............................................................................................. 61 
5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN .................................................................................................. 63 
6. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 69 
7. BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................................... 71 
 
 
 
 
v 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 3.1. Comparación de las propiedades físico-químicas del diésel y biodiesel .............. 5 
Tabla 3.2. Principales métodos de producción de biodiesel ................................................ 17 
Tabla 3.3. Propiedades físicas medias de gases, fluidos supercríticos y líquidos ................. 20 
Tabla 3.4. Propiedades físicas y termodinámicas del carbonato de dimetilo ....................... 22 
Tabla 3.5. Ventajas e inconvenientes de los distintos tipos de PBRs .................................... 46 
Tabla 4.1. Contenido lipídico de algunas microalgas ............................................................ 50 
Tabla 4.2. Factores y niveles de experimentación ................................................................ 62 
Tabla 5.1. Perfil de ácidos grasos (%) del microalga Chlorella sp, obtenido mediante 
cromatografía de gases ......................................................................................................... 63 
Tabla 5.2. Estructura de alias para un experimento 25‐1 ....................................................... 64 
Tabla 5.3. Matriz de diseño factorial 25-1 .............................................................................. 65 
 
vi 
 
INDICE DE FIGURAS 
Figura 3.1. Reacción de alcohólisis de un triglicérido ........................................................... 10 
Figura 3.2. Reacción de saponificación ................................................................................. 12 
Figura 3.3. Reacción de neutralización ................................................................................. 12 
Figura 3.4. Transesterificación en medio ácido .................................................................... 13 
Figura 3.5. Superficie PTV de una sustancia pura ................................................................. 19 
Figura 3.6. Diagrama P-T de una sustancia ........................................................................... 20 
Figura 3.7. Esquema del proceso de producción de biodiésel con carbonato de dimetilo (DMC)
 ............................................................................................................................................... 23 
Figura 3.8. Reacción estequiométrica de transesterificación entre triglicéridos y acetato de 
metilo .................................................................................................................................... 24 
Figura 3.9. Esquema del proceso en dos pasos utilizando carbonato de dimetilo supercrítico
 ............................................................................................................................................... 27 
Figura 3.10. Pediastrum ........................................................................................................ 31 
Figura 3.11. Scenedesmus ..................................................................................................... 31 
Figura 3.12. Chlorella ............................................................................................................ 31 
Figura 3.13. Diatomea ........................................................................................................... 31 
Figura 3.14. Esquema de la fotosíntesis ................................................................................ 32 
Figura 3.15. Relación típica entre la tasa de fotosíntesis (P) y la intensidad de luz (I) ......... 33 
Figura 3.16. Modelo de temperatura calibrado para A. Formosa ........................................ 35 
Figura 3.17. Esquema simplificado de la asimilación del nitrógeno inorgánico ................... 36 
Figura 3.18. Sistema abierto tipo raceway para el cultivo de microalgas ............................. 41 
Figura 3.19. Fotobiorreactor tipo airlift ................................................................................ 43 
Figura 3.20. Esquemas de airlift de bucle interno y bucle externo ....................................... 44 
Figura 3.21. Fotobiorreactor de placa plana (planta piloto del grupo CALAGUA en la EDAR de la 
cuenca del Carraixet) ............................................................................................................. 45 
Figura 3.22. Etapas de la cadena de valores del biodiesel a partir de microalgas ................ 49 
Figura 4.1. Diagrama de flujo y lazos de control ................................................................... 54 
Figura 4.2. Intercambiador de doble tubo ............................................................................ 55 
Figura 4.3. Intercambiador de carcasa y tubos ..................................................................... 56 
Figura 4.4. Intercambiador de placas empaquetadas ........................................................... 57 
Figura 5.1. Diagrama de Pareto para % FAME ...................................................................... 67 
Figura 5.2. Efectos principales de cada factor para el % conversión promedio de FAME .... 68 
1 
 
1. INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTOS DEL PROYECTO 
El estudio realizado en este proyecto se ha desarrollado con la idea de analizar, 
resumir y aportar nuevas bases para la investigación de la producción de biodiesel con 
las técnicas más avanzadas actualmente. 
Comenzando por el análisis de la producción convencional de biodiesel, que es una 
tecnología madura y bien estudiada; surgen algunos hándicaps derivados como la 
competitividad entre la producción de aceites comestibles y aceites para producir 
biodiesel o la síntesis de subproductos como el glicerol que no tiene un valor 
económico añadido en el mercado actual. 
Por estos motivos, el estudio de la producción de este biocombustible se ha ido 
desarrollando durante los últimos años para tratar de que sea más eficiente y 
competitiva. 
Se han desarrollado proyectos sobre la producción de biodiesel a partir de microalgas, 
como materia prima alternativa a las convencionales, aprovechando además su 
utilización en estaciones depuradoras de aguas residuales y aportando así un valor 
añadido a su uso. Es importante conocer los parámetros que afectan al crecimiento de 
microalgas así como los tipos de sistemas para su producción, ya que van a condicionar 
la calidad de la materia prima y los costes asociados al proceso global. 
En cuanto al proceso de producción de biodiesel, en los últimos años se está 
investigando y trabajando a pequeña escala los procesos libres de glicerol con fluidos 
supercríticos. Con esta tecnología se pretende evitar la producción de glicerol, cuyo 
mercado está saturado en la actualidad, y obtener además un mayor rendimiento que 
los procesos convencionales. Los recientes estudios revelan que esta tecnología tiene 
un gran potencial, sin embargo, hay que comparar globalmente el proceso de 
producción ya que los costes de instalación y operación son superiores a otras 
técnicas. 
Por todo lo anterior y con el objetivo de contextualizar el alcance, las hipótesis y los 
objetivos del trabajo, se presenta a continuación la estructura del proyecto. 
2 
 
Así, los Objetivos y alcances del conocimiento que se generan mediante el presente 
estudio técnico se exponen en el capítulo 2, resaltando que dichos objetivosaluden a 
una contribución al conocimiento en una situación concreta, particular y temporal. 
 Así, en el capítulo 3, Estado del arte de la producción de biodiesel y microalgas, se 
abordan tanto las características del biodiesel como los diferentes métodos de 
producción; y por otro lado las generalidades de las microalgas, los parámetros que 
afectan a su crecimiento y sus tipos de sistema de producción. En este capítulo se 
engloba el marco teórico del proyecto, siendo la base fundamental para el estudio de 
los diferentes factores que determinan los resultados de este proyecto. 
Para alcanzar los objetivos del apartado anterior, en el capítulo 4, Materiales y 
métodos, se expone la metodología y la estrategia experimental. Se analiza la materia 
prima a utilizar y mediante el planteamiento de un diseño experimental se obtienen 
los factores más importantes a la hora de producir el biodiesel. En este apartado se 
incluye, además, el diseño y las características de las distintas plantas piloto empleadas 
en la investigación. 
En el capítulo 5, Resultados, discusión y conclusiones, se exponen y discuten los 
resultados obtenidos para satisfacer los objetivos y las hipótesis planteadas. Además, 
se incluyen recomendaciones para futuros trabajos de investigación que se iniciarán a 
partir de este estudio. 
Posteriormente se presenta la Bibliografía consultada. 
 
 
 
 
3 
 
2. OBJETIVO Y ALCANCE 
Este proyecto pretende ser una aportación para encontrar soluciones en la 
investigación y desarrollo de la producción de biodiesel a partir de microalgas sin 
originar glicerol como producto secundario. Un proceso que se encuentra en vías de 
desarrollo pero que puede resultar muy beneficioso ambientalmente. 
Es objetivo de este proyecto el análisis y estudio del estado del arte de las técnicas 
actuales de obtención de biodiesel, comparando las ventajas y desventajas de cada 
una de ellas; además la revisión de las técnicas que están en vías de desarrollo como la 
obtención de biodiesel mediante vía supercrítica utilizando reactivos, los cuales no 
originan la formación de glicerol como producto secundario de reacción. Por otro lado, 
se realizará un análisis y evaluación de la obtención de biodiesel a partir de microalgas, 
estudiando los diversos tipos de cultivo y diferentes métodos de extracción. 
 
La misión de este proyecto es la determinación de las variables más importantes en la 
producción del biodiesel, mediante el desarrollo de un diseño de experimentos 
(basado en un sistema factorial fraccionado) que nos ayudará a obtener los valores 
óptimos de los parámetros operacionales; con el fin de definir las mejores condiciones 
para el proceso de obtención de biodiesel a partir de microalgas libre de glicerol. 
No es alcance del proyecto el diseño de la planta de obtención de biodiesel, ni el resto 
de equipos de la instalación. 
4 
 
3. ESTADO DEL ARTE DE LA PRODUCCIÓN DE BIODIESEL Y MICROALGAS 
Para el desarrollo del presente proyecto es imprescindible conocer la situación actual 
de la producción de biodiesel, conociendo desde los métodos convencionales hasta los 
más novedosos. Asimismo, también es necesario resumir los parámetros principales 
que afectan al desarrollo de las microalgas y sus métodos de producción, para poder 
determinar cuáles son las mejores opciones en términos ambientales y económicos. A 
lo largo de este capítulo se detalla de forma más pormenorizada el marco teórico que 
sirve como base de este proyecto. 
3.1. CARACTERISTICAS DEL BIODIESEL 
Atendiendo a su composición química, el biodiesel se puede definir como ésteres 
monoalquílicos de ácidos grasos de cadena larga derivados de aceites vegetales o 
grasas animales (biomasa renovable) y que es técnicamente capaz de sustituir al diésel 
derivado de petróleo como combustible. 
Las características del biodiesel son las siguientes: 
 Combustible limpio. 
 Es biodegradable. 
 No tóxico. 
 Alto índice de lubricidad. 
 Libre de azufre y aromáticos. 
El biodiesel tiene mejores propiedades lubricantes y mucho mayor índice de cetano 
que el diésel de poco azufre. Este último concepto guarda relación con el tiempo que 
transcurre entre la inyección del carburante y el comienzo de su combustión, 
denominado “Intervalo de encendido”. Cuanto más elevado es el número de cetano, 
menor es el retraso de la ignición y mejor es la calidad de combustión. Dichas 
propiedades lubricantes reducen el desgaste del motor. 
Es líquido a temperatura ambiente y su color varía entre dorado y marrón oscuro en 
función del tipo de materia prima usada. Es inmiscible con el agua, tiene un punto de 
ebullición alto y baja presión de vapor. Es un material seguro para su transporte, 
5 
 
almacenamiento y manejo debido a su baja volatilidad y elevado punto de inflamación 
(100 - 170°C), que es mucho mayor que el del diésel (60-80 °C) o la gasolina (40 °C). 
Tiene una densidad de aproximadamente 0,88 g/cm3, menos que el agua. 
Como se puede observar en la Tabla 3.1, el biodiesel es un combustible oxigenado, por 
eso tiene una combustión completa en comparación al diésel derivado del petróleo y 
produce menos gases contaminantes. [1] 
Tabla 3.1. Comparación de las propiedades físico-químicas del diésel y biodiesel. 
 
Estas propiedades pueden variar según la materia prima a partir de la cual se le obtuvo 
(aceites vegetales nuevos o usados de distinto origen o grasas animales). Es por ello, 
que las normas D6751 de American Society for Testing and Materials (ATSM) sobre 
estandarización internacional para el biodiesel indican un rango admisible en el valor 
de las propiedades para obtener una calidad uniforme de los combustibles. 
El biodiesel puede utilizar la infraestructura actual de almacenamiento y distribución 
para el diesel de petróleo. Asimismo, debido a la similitud de las propiedades físicas y 
químicas del diesel fósil con las del biocombustible, su uso no requiere de modificación 
alguna en los motores diesel convencionales, por lo que puede ser empleado en éste 
ya sea directamente (B100) o en mezclas biodiésel-petrodiésel B5, B30 o B50. 
En cuanto a la sostenibilidad de producir biodiésel hay diversos factores que hacen que 
esto sea un hándicap a superar. La eficiencia de los cultivos para producir aceite es 
6 
 
bastante baja, lo que provoca la necesidad de usar elevadas superficies para conseguir 
una producción significativa, generándose riesgo de deforestación. Además, hay que 
añadir la competitividad entre la producción de aceites comestibles y aceites para 
producir biodiésel. Esta competitividad provoca un aumento de precios que origina 
una subida en el precio del biodiésel y hace que este no sea competitivo en el 
mercado. Desde el punto de vista alimenticio, también supone una subida del precio 
del aceite, lo que hace que el biodiésel no tenga buena aceptación pública. 
Para solucionar este problema se están desarrollando nuevas técnicas de cultivo que 
los haga más eficientes y así reducir la superficie de tierra necesaria. En cuanto al 
problema de la competitividad con los aceites comestibles, se está experimentando 
con cultivos cuyo aceite no tenga un fin alimenticio y crezcan en tierras no aptas para 
el cultivar los anteriores o usando aceites usados previamente tratados. 
VENTAJAS E INCONVENIENTES EN LA UTILIZACIÓN DE BIODIESEL COMO COMBUSTIBLE 
En comparación con el petrodiésel, el uso de biodiésel ofrece algunas ventajas como, 
por ejemplo: 
 Es una fuente de energía renovable y biodegradable, degradándose cuatro 
veces más rápido que el diésel fósil. 
 El biodiésel es un combustible oxigenado, por eso tiene una combustión 
completa en comparación al diésel derivado del petróleo, además, su 
combustión no contribuye al efecto invernadero. 
 Ensayos demuestran que el biodiésel durante su combustión produce menos 
emisiones indeseables (hidrocarburos volátiles, monóxido de carbono ypartículas en suspensión) son menores que con el petrodiésel, pero los óxidos 
de nitrógeno fueron algo más altos, salvo en el caso del biodiésel de 
microalgas, donde las emisiones de NOx son menores. 
 Las emisiones del monóxido de carbono del Biodiésel son, en promedio, 44% 
más bajas que las generadas por el diésel. 
 Las emisiones de las partículas en suspensión del Biodiésel son, en promedio, 
40% más bajas que las generadas por el diésel. Se demostró que respirar dichas 
7 
 
partículas supone un grave riesgo para la salud, ya que pueden ser 
cancerígenas. 
 Las emisiones de los hidrocarburos totales sin quemar son, en promedio, 68% 
más bajas que las generadas por el diésel. Reducir este tipo de emisiones es 
importante, ya que es un factor que contribuye a la formación del “smog”. 
 Las emisiones de óxidos de nitrógeno aumentan, de media un 6% en 
comparación a las hechas por el diésel, salvo para el biodiésel de microalgas, 
donde las emisiones son menores. 
 Su empleo como combustible, ya sea directamente (B100) o en mezclas 
biodiésel-petrodiésel B5, B30 o B50, reduce la dependencia del petróleo. 
 La longevidad de los propulsores se puede ver incrementada bajo el empleo de 
biodiésel. Este biocombustible presenta mayores características de lubricación 
que el diésel de base fósil, siendo asimismo el único biocarburante capaz de 
operar bajo cualquier porcentaje en combinación con su homólogo derivado 
del petróleo. 
Por otro lado, los inconvenientes que presenta son: 
 Detrimento en un 3% de su potencia energética, no siendo muy relevante ya 
que su índice de cetano se ve en aumento, generando una combustión tardía 
con menor relación de compresión. 
 Puede presentar problemas de cristalización a bajas temperaturas (menores a 
0ºC). 
 Otro problema que presenta, se refiere al área de la logística de 
almacenamiento, ya que es un producto hidrófilo y degradable, por lo que es 
necesario la planificación exacta de su producción y expedición. De no ser así el 
producto se degrada notoriamente más rápido que el petrodiésel. 
 El proceso productivo global del biodiésel tiene mayores costes que los 
asumidos en el diésel de origen petrolífero, por lo que diversos países permiten 
la deducción cero de impuestos en este biocombustible, con la única intención 
de que su precio de venta al consumidor disminuya. 
8 
 
3.2. MÉTODOS CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN DE BIODIESEL 
Existen principalmente cuatro métodos desarrollados en profundidad para la 
producción de biodiésel. Son los siguientes: 
 Uso directo y mezcla de aceites vegetales con gasoil 
 Microemulsión 
 Craqueo térmico (Pirólisis) 
 Transesterificación 
3.2.1. USO DIRECTO Y MEZCLA DE ACEITES VEGETALES CON GASOIL 
Esta técnica consiste en usar directamente aceites vegetales como combustible o bien 
diluirlos con diésel mineral. [2] 
Esta técnica presenta como ventajas la gran disponibilidad mundial y un alto poder 
calorífico, además de ser un recurso renovable. 
Por otro lado, el uso directo de aceite vegetal como combustible presenta problemas, 
debido a su elevada viscosidad. Esto produce una acumulación de depósitos de carbón 
en los motores, contaminación del aceite lubricante y disminución, por tanto, de la 
vida de los motores. 
Para evitar estos problemas se opta por la mezcla de aceite vegetal y diésel, pero 
según los resultados obtenidos no es recomendable su uso para largos períodos de 
operación en motores diésel de inyección directa, ya que los problemas vuelven a 
aparecer a largo plazo: depósitos de carbón, contaminación del aceite lubricante del 
motor y formación de goma debido a la oxidación y polimerización durante el 
almacenamiento y combustión. 
3.2.2. MICROEMULSIONES 
Para solucionar el problema de la alta viscosidad de aceites vegetales, se han 
estudiado las microemulsiones de aceites con disolventes como el metanol, etanol y 
butanol al que se le añade un agente surfactante. Los tensioactivos o surfactantes son 
9 
 
sustancias que influyen por medio de la tensión superficial en la superficie de contacto 
entre dos fases, (p.ej. dos líquidos insolubles uno en otro). 
Una microemulsión está definida como una dispersión de equilibrio coloidal de fluidos 
inmiscibles que contienen microestructuras. Las microemulsiones pueden ser iónicas o 
no-iónicas según el surfactante empleado. 
El alcohol utilizado en esta técnica preferentemente es el metanol por su 
disponibilidad y ventaja económica con respecto a otros alcoholes. Se observó que 
esta microemulsión obtenida producía un menor desgaste del motor que el diésel 
convencional, pero provocaba, entre otros aspectos desfavorables grandes depósitos 
de carbón, una combustión incompleta y muchas veces la viscosidad de dicha 
microemulsión no cumplía los límites exigidos. [3] 
3.2.3. PIRÓLISIS 
Otro proceso que se puede aplicar a los aceites vegetales para mejorar sus cualidades 
como combustible es la pirólisis química. Este método, consiste en la conversión de 
una sustancia en otra por aplicación de calor en ausencia de oxígeno. 
Utilizado en los años 40 para producir productos combustibles a partir de grasas y 
aceites, ha sido estudiado en aceites de palma, soja y colza. Como productos de 
pirólisis se obtienen olefinas, parafinas, una mezcla de esteres insaturados, CO, CO2 y 
H2. [4] Se obtienen productos que son químicamente similares a la gasolina derivada 
del petróleo, sin embargo, este método presenta los inconvenientes de que el 
equipamiento es caro y de que se producen productos secundarios de escaso valor, 
además este método al tratarse de un combustible en ausencia de oxígeno afecta 
negativamente al medio ambiente en mayor medida que el uso de un combustible 
oxigenado. 
3.2.4. TRANSESTERIFICACIÓN 
La manera más común de producir biodiésel es mediante transesterificación, que se 
refiere a una reacción química catalizada en la que interviene aceite vegetal y un 
alcohol para producir ésteres de alquilo de ácidos grasos (biodiésel) y glicerina. 
10 
 
Los alcoholes utilizados en este proceso son monohídricos y tienen entre 1 y 8 átomos 
de carbono. Entre los alcoholes que pueden ser usados en la transesterificación se 
encuentran el metanol, etanol, propanol y butanol. El metanol y etanol son usados con 
mayor frecuencia, sobre todo el metanol debido a su bajo coste y ventajas físicas y 
químicas. En general se usan excesos del alcohol para disminuir la reversibilidad de la 
reacción y favorecer el equilibrio termodinámico de la ecuación hacia los productos. 
Las reacciones de transesterificación (también llamada alcohólisis) pueden ser llevadas 
a cabo por medio de la adición de diferentes tipos de catalizadores, homogéneos 
(alcalinos y ácidos) o heterogéneos (por enzimas). 
La reacción de alcohólisis de un triglicérido se muestra en la Figura 3.1: 
 
R1 = Radical alquílico 
Figura 3.1. Reacción de alcohólisis de un triglicérido 
Los dos primeros tipos se han estudiado más extensamente, mientras que los sistemas 
catalizados por enzimas requieren más investigación por los tiempos tan elevados de 
reacción. 
Los triglicéridos, que son el componente principal del aceite vegetal, consisten en tres 
cadenas largas de ácidos grasos esterificadas a un esqueleto. Cuando los triglicéridos 
reaccionan con un alcohol (como el metanol) las tres cadenas de ácidos grasos se 
separan del esqueleto y se combinan con el alcohol para dar esteres de alquilo de los 
ácidos grasos. La estructura restante se queda como un producto secundario 
(glicerina). 
11 
 
Se ha desarrollado un proceso alternativo al catalítico que realiza la transesterificación 
con metanol supercrítico, en ausencia de catalizador y con una mínima producción de 
efluentes. En estas condiciones, los triglicéridos de naturaleza no polar se pueden 
disolver con el metanol, formando una única fase mezcla de aceite y alcohol. Los 
ésteres formados son básicamentelos mismos que se producen en el método 
convencional con un catalizador básico o ácido, pero el rendimiento es aún mayor. 
La velocidad de conversión de los triglicéridos aumenta drásticamente en estado 
supercrítico, y los ácidos grasos presentes en los aceites o grasas de partida también 
son convertidos eficientemente en ésteres metílicos. Además, al ser el proceso no-
catalítico, la purificación de los productos tras la transesterificación es más sencilla y 
más tolerante con el ambiente que otros procesos convencionales en los que el 
catalizador y los productos saponificados deben ser separados posteriormente. 
Este proceso se ha empleado altamente para reducir la viscosidad de los triglicéridos, y 
de este modo, mejorar las propiedades físicas de los combustibles renovables para 
aumentar el rendimiento de los motores. Por tanto, los ésteres metílicos de los ácidos 
grasos obtenidos por transesterificación pueden ser usados como un fuel alternativo 
para los motores diésel. Además de una disminución significativa de las viscosidades 
de los aceites, se produce una mejora en el proceso de inyección y asegura una 
correcta atomización del fuel en la cámara de combustión. Además, el efecto de la 
posible reacción de polimerización es también disminuido. 
3.2.4.1. TIPOS DE TRANSESTERIFICACIÓN 
A continuación, se comentan las características generales de los tipos de 
transesterificación enumerados anteriormente y sus correspondientes ventajas e 
inconvenientes. 
Transesterificación en medio básico 
Los catalizadores utilizados en la transesterificación básico son generalmente 
hidróxidos alcalinos y alcóxidos alcalinos. 
12 
 
En general, la transesterificación catalizada por álcalis es mucho más rápida que la 
catalizada por ácidos y es la que se suele utilizar a escala comercial. Sin embargo, la 
utilización de álcalis implica que los glicéridos y el alcohol deben ser sustancialmente 
anhidros, ya que el agua hace que la reacción cambie parcialmente hacia una 
saponificación, la cual produce jabones. Además, para la utilización de álcalis se 
requiere que los triglicéridos tengan una baja proporción de ácidos grasos libres y se 
evite así su neutralización que conduce también a la formación de jabones, por lo que 
será necesaria una unidad de pretratamiento para la reducción de los ácidos grasos 
libres. 
La formación de jabones consume parcialmente el catalizador y disminuye 
sensiblemente el rendimiento del proceso. La reacción de saponificación se muestra en 
la Figura 3.2. 
 
Figura 3.2. Reacción de saponificación 
La reacción de neutralización se muestra en la Figura 3.3. 
 
Figura 3.3. Reacción de neutralización 
Transesterificación en medio ácido 
Los ácidos usados como catalizadores en este tipo de transesterificación son el 
sulfúrico, fosfórico, clorhídrico y ácidos orgánicos sulfónicos (Figura 3.4). Aunque la 
transesterificación por catálisis ácida es mucho más lenta que por catálisis básica, es 
13 
 
más aconsejable para aceites que tienen un alto contenido en ácidos grasos libres y 
mayor contenido en humedad, por lo que el pretratamiento requerido en el proceso 
alcalino no será necesario en este caso. [5]. 
Por otro lado, esta técnica tiene como desventaja la necesidad de utilización de acero 
inoxidable en las unidades de equipo y, por tanto, mayor inversión en materiales de 
construcción. 
 
Figura 3.4. Transesterificación en medio ácido 
Transesterificación enzimática. Inmovilización de lipasas. 
Las enzimas son catalizadores con mucha proyección de futuro dadas sus condiciones 
de proceso (presión, temperatura, tiempo), su buena conversión y su selectividad. 
La aplicación conveniente de los biocatalizadores normalmente impone su utilización 
después de ser inmovilizados en un soporte trasladándolos al campo de la catálisis 
heterogénea. 
La enzima inmovilizada permite incrementar la estabilidad, la reutilización, la 
operación continua, y la posibilidad de mejorar el control de las reacciones. Por lo 
tanto, se pueden esperar factores económicos favorables. Las lipasas han sido 
inmovilizadas por diferentes métodos: adsorción, entrecruzamiento, unión covalente y 
atrapamiento físico utilizando como soporte diferentes materiales orgánicos e 
inorgánicos. Los productos obtenidos mediante catálisis enzimática tienden a ser más 
puros que los que se obtienen por medios químicos alternativos, dado que la catálisis 
química tiende a ser no específica y por lo tanto genera varios subproductos. Por lo 
tanto, el uso de lipasas para realizar la esterificación alivia la necesidad de una 
variedad amplia de procesos complejos de separación en la post-reacción y conlleva a 
una disminución de costos totales de operación. Sin embargo, las reacciones 
14 
 
catalizadas por lipasas tienen una inconveniencia asociada importante: las 
conversiones son relativamente bajas en comparación con procesos químicos 
tradicionales, si se emplean las preparaciones enzimáticas comerciales crudas. Estas 
bajas productividades volumétricas pueden conducir a productos menos puros que los 
obtenidos por síntesis química y tal desventaja se puede entonces juntar con la 
inhibición del catalizador biológico por los productos y/o los sustratos y de la 
desactivación térmica del biocatalizador. 
Es por ello, por lo que es necesario un estudio más amplio y profundo de la materia, 
antes de empezar a producir biodiésel utilizando dicha técnica. 
Transesterificación con metanol supercrítico 
Existe un tipo especial de transesterificación llevada a cabo por medio de fluidos en 
condiciones supercríticas. Esta tecnología consiste en llevar a cabo una alcohólisis sin 
la presencia de catalizador, utilizando metanol supercrítico. La relación molar 
necesaria para que la reacción entre metanol y aceite sea óptima es de 42:1. 
Se presuriza el aceite hasta 45MPa y se trata varios minutos con metanol supercrítico a 
ésta misma presión, obteniéndose así ésteres metílicos. En estas condiciones, los 
triglicéridos de naturaleza no polar se pueden disolver con el metanol, formando una 
única fase mezcla de aceite y alcohol. El rendimiento con este proceso es mayor que 
con un proceso convencional. 
La velocidad de conversión de los triglicéridos aumenta drásticamente en estado 
supercrítico, y los ácidos grasos presentes en los aceites iniciales son convertidos 
eficientemente en ésteres metílicos. Además, al ser el proceso no-catalítico, la 
purificación de los productos tras la transesterificación es más sencilla. 
Entre estos métodos, la transesterificación con alcohol supercrítico sin catálisis ha 
encontrado numerosas ventajas: es más simple, tiene mayor rendimiento en un corto 
período de tiempo y su purificación es más sencilla. 
Es bien sabido que los procesos de metanol supercrítico tienen gran velocidad de 
reacción lo que hace que la reacción se complete en un corto período de tiempo. Es 
15 
 
también más simple en la separación de los productos y en el proceso de purificación, 
ya que no hay catalizador en el sistema. Utilizando la reacción supercrítica, la 
existencia de muchos ácidos grasos libres (FFA) y el agua contenido en los 
aceites/grasas no afecta al rendimiento o conversión. Por el contrario, se ha 
descubierto que esto mejora la formación de metil ésteres ya que los FFA son también 
convertidos a metil ésteres. En consecuencia, los restos de aceites de cocina que 
contienen normalmente gran porcentaje de FFA y agua podrían ser empleados en el 
método de transesterificación supercrítica sin ningún tipo de pretratamiento. Este 
descubrimiento muestra la superioridad de la tecnología con alcoholes supercríticos en 
comparación con los métodos de producción convencional, que requieren 
pretratamiento de los aceites para reducir el contenido de agua. [6] 
A modo de resumen se muestran en la Tabla 3.2. las definiciones, ventajas y 
desventajas de los principales métodos de producciónde biodiesel convencionales. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
Tabla 3.2. Principales métodos de producción de biodiésel. [7] 
 
3.2.4.2. PROBLEMÁTICA DEL GLICEROL 
Este poliol, de gran aplicación industrial, se puede obtener preferentemente por las 
siguientes vías: 
1. Saponificación de grasas animales, como subproducto en la industria de fabricación 
de jabones. 
17 
 
2. A partir de alcohol alílico por dos procesos principales: 
a) clorohidrinación seguida de la hidrólisis básica del intermedio (epiclorhidrina) 
b) hidroxilación con peróxido de hidrógeno 
Ambos procesos han constituido el modo tradicional de obtención de glicerol durante 
muchos años. Resultan costosos e implican dificultades en el refinado de glicerol para 
obtener un producto de calidad comercial. Por estas razones, las aplicaciones del 
glicerol en el pasado se limitaron al desarrollo de productos de alto valor añadido, 
principalmente dirigidos a industrias como la farmacéutica, alimentaria, o cosmética. 
A raíz del impulso sufrido por la industria de biocombustibles, en particular de 
biodiésel, fomentado en gran parte por la adopción de medidas reguladoras para 
controlar las emisiones de CO2, el glicerol ha experimentado también un crecimiento 
exponencial en los últimos años. De media, por cada 100 toneladas de biodiésel que se 
producen se generan 10 de glicerol, consecuencia de la reacción de transesterificación 
de los triglicéridos contenidos en aceites vegetales para formar los correspondientes 
ésteres metílicos (biodiésel). De esta forma, la producción de glicerol se ha triplicado 
en la década 1996-2006, lo que ha provocado una caída de precios desde 1500 €/t 
hasta 330 €/t al final de este periodo. 
La tendencia alcista en la producción de biodiésel indica que los excedentes de glicerol 
seguirán aumentando en la próxima década. De hecho, la Directiva Europea 2003/30 
sobre el fomento del uso de biocombustibles supone un claro empuje hacia la 
producción de biodiésel y, a su vez de glicerol. Esta directiva ha sido modificada, e 
incluso derogada por la Directiva de la Energía Renovable 2009/28/EC (de 23 de abril 
de 2009), también conocida como “RED”, la cual establece un valor objetivo de 
producción de energía renovable equivalente al 10% de la utilizada en el sector del 
transporte. Se pretende que los biocombustibles contribuyan de forma considerable a 
la energía renovable utilizada en el sector del transporte. Así, cada Estado Miembro 
tiene fijado un objetivo relativo a la cuota de energía obtenida de fuentes renovables 
en el consumo final bruto de energía para el año 2020. 
18 
 
Este objetivo se ajusta al “20-20-20” de la Comunidad Europea. La directiva tiene en 
cuenta la energía generada a partir de biocarburantes y biolíquidos. 
Para que estos últimos puedan ser tomados en consideración, deberán contribuir a 
reducir al menos en un 35% las emisiones de gases de efecto invernadero. A partir del 
1 de enero de 2017, su contribución a la reducción de emisiones deberá alcanzar el 
50%. 
Atrás quedaron los tiempos en que el glicerol se producía a partir de derivados del 
petróleo como el propileno, a través de la epiclorhidrina. Estas plantas han sido 
sustituidas por otras en las que se revierte parte del proceso y la materia prima para 
obtención de epiclorhidrina es el propio glicerol. 
El glicerol obtenido como subproducto de la industria del biodiésel es relativamente 
barato debido, por una parte, a que se ha saturado su mercado tradicional, y, por otra, 
a las impurezas que contiene, derivadas del propio proceso productivo de biodiésel 
(sales inorgánicas del catalizador principalmente). El refinado del glicerol consiste en 
sucesivas etapas de filtración, tratamiento químico y destilación a vacío, obteniéndose 
así distintos niveles de pureza. Además, si el glicerol se destina para uso alimentario, 
cosmético o para formulaciones farmacéuticas, es necesario realizar tratamientos 
adicionales de blanqueamiento, desodorización y eliminación de compuestos traza 
mediante técnicas de intercambio iónico. Estas limitaciones contribuyen a que el 
excedente de glicerol generado en la industria del biodiésel no se aproveche 
adecuadamente y constituya, en muchos casos, un residuo sin un fin concreto. [8] 
3.3. MÉTODOS NO CONVENCIONALES DE PRODUCCIÓN DE BIODIÉSEL 
 
3.3.1. FLUIDOS SUPERCRÍTICOS 
En 1869, Thomas Andrew (1813-1885) realizó un estudio sistemático del equilibrio de 
fases del dióxido de carbono. Sus experimentos demostraron que la zona de equilibrio 
líquido-vapor disminuye a medida que aumenta la presión hasta que ambas se 
encuentran en un punto característico de cada sustancia, denominado punto crítico. 
19 
 
 
Figura 3.5. Superficie PTV de una sustancia pura. [9] 
La Figura 3.5 es la representación gráfica de todos los estados de equilibrio posibles de 
una sustancia pura. En ella se distinguen zonas de una única fase –sólida, liquida y 
gaseosa– zonas donde coexisten dos fases en equilibrio y la línea triple donde las tres 
fases se encuentran en equilibrio a una única presión y temperatura. El punto crítico es 
definido por su temperatura Tc, presión Pc y volumen específico Vc. 
Los fluidos que se encuentran en estados por encima del punto crítico tienen 
comportamientos y propiedades físicas diferentes de aquellos que se encuentran en 
estado sólido, líquido o gas y se denominan supercríticos (SCFs), es decir un fluido puro 
se considera en estado supercrítico cuando su presión y su temperatura son superiores 
a los respectivos valores en su punto crítico y su densidad aproximada o mayor que su 
densidad crítica. Tan sólo hay un punto de coexistencia de tres fases, llamado punto 
triple. Como es sabido, el cambio de fase se asocia a un cambio brusco de entalpía y 
densidad; sin embargo, por encima del punto crítico este cambio no se produce. Por 
tanto, se puede definir a este punto como aquel por encima del cual no se produce 
licuefacción al presurizar, ni gasificación al calentar. 
20 
 
 
Figura 3.6. Diagrama P-T de una sustancia. [9] 
Los fluidos supercríticos exhiben propiedades intermedias entre las propiedades de los 
gases y de los líquidos. Densidades similares a la de los líquidos y las propiedades de 
transporte se aproximan más a las de los gases. 
En la Tabla 3.3 se muestran las propiedades físicas medias de gases, fluidos 
supercríticos y líquidos. 
Tabla 3.3. Propiedades físicas medias de gases, fluidos supercríticos y líquidos. [9] 
 
La densidad de los fluidos supercríticos varía enormemente con la presión y la 
temperatura, pudiéndose alcanzar valores de densidad muy cercanos a las de los 
líquidos. Así pues, la característica más importante de este tipo de fluidos es el amplio 
rango de altas densidades que pueden adoptar dependiendo de las condiciones de 
21 
 
presión y/o temperatura (a diferencia de los líquidos que son prácticamente 
incompresibles y de los gases que poseen bajos valores de densidad). La densidad 
aumenta si lo hace la presión a temperatura constante y si disminuye la temperatura a 
presión constante. En cuanto a la viscosidad de los FSC, es mucho más baja que la de 
los líquidos, lo que les confiere propiedades hidrodinámicas muy favorables. Por otro 
lado, presentan mayores coeficientes de difusión (difusividad) que los líquidos por lo 
que la transferencia de materia es más favorable. A esto hay que añadir una bajísima 
tensión superficial, la cual permite una alta penetrabilidad a través de sólidos porosos 
y lechos empaquetados. Puesto que existe una relación directa entre la densidad de un 
fluido y su poder solvatante, resulta que los fluidos supercríticos pueden variar 
enormemente su capacidad de solvatación (proceso de asociación de moléculas de un 
disolvente con moléculas o iones de un soluto) mediante pequeñas variaciones en la 
presión y o temperatura. [9] 
3.3.2. TECNOLOGÍA DE PROCESOS LIBRES DEGLICEROL CON FLUIDOS SUPERCRÍTICOS 
Esta tecnología se divide básicamente en dos métodos: el de un paso de reacción y el 
de dos pasos. En la transesterificación de un solo paso, la reacción solo se da una vez, 
cuando se ha calentado el reactivo a las condiciones de presión y temperatura 
determinadas, directamente sobre los TG. En la transesterificación de dos pasos, los 
TG son primero transformados en FFA (ácidos grasos libres) y posteriormente, los FFA 
obtenidos sufren la reacción de transesterificación y producen FAME (esteres metílicos 
de ácidos grasos) en condiciones supercríticas. En este método, las condiciones de 
reacción son relativamente más suaves, con una menor presión y temperatura de 
operación. 
3.3.2.1. REACCIONES DE UN SOLO PASO 
Se sabe que la reacción de transesterificación en condiciones supercríticas requieren 
altas temperaturas, por encima de la temperatura crítica del reactivo. El carbonato de 
dimetilo (DMC) y el acetato de metilo (MA) son los reactivos más usados en los 
procesos de un solo paso. La presión crítica y temperatura crítica para el DMC son 
4,63MPa y 274,9 ºC respectivamente. Y 4,69 MPa y 233,7 ºC para el MA. Aparte del 
22 
 
MA, se han utilizado otros ésteres carboxilados para la producción de biodiésel, et al. 
Goimbra [10]. 
A- Carbonato de dimetilo (DMC) como reactivo 
Se ha utilizado carbonato de dimetilo (DMC) como reactivo con la intención de 
revalorizar el glicerol mediante carbonato de glicerol (CG), que es mucho más utilizado 
en numerosas aplicaciones relacionadas con la producción de polímeros. El DMC es un 
reactivo versátil, que no es tóxico y es biodegradable que puede ser sintetizado 
mediante procesos respetuosos con el medio ambiente. 
Tabla 3.4. Propiedades físicas y termodinámicas del carbonato de dimetilo. [11] 
 
Ilhan y Saka concluyeron que los TG podrían convertirse en FAME si reaccionaban con 
DMC. En su estudio, todos los experimentos se llevaron a cabo en unos recipientes 
“Inconel 625” de 5 mL. En la reacción de transesterificación, los TG de aceite de colza 
fueron tratados con DMC, en una relación molar DMC/Aceite 42:1 mol/mol a 350 °C y 
20 MPa (condiciones supercríticas) durante un período de 3-15 min. Después, el 
recipiente de reacción se introdujo en un baño de agua para detener la reacción. La 
mezcla de reacción se separó en porciones superiores e inferiores tras la evaporación 
del DMC. Se concluyó que la reacción de transesterificación va a través de tres pasos 
de reacción. Al principio, TG reacciona con una molécula de DMC para producir 
diglicéridos carbonato de metilo (MCDG). Después, el MCDG reaccionará con otra 
molécula de DMC para producir un monoglicérido de carbonato de dimetilo (DMCMG). 
Y finalmente, DMCMG reacciona con otra molécula de DMC para producir FAME con 
GC y ácido citramálico como subproductos. Se puede observar la reacción general de la 
23 
 
transesterificación entre TG y DMC en la ecuación (1). Después de 12 minutos de 
reacción, el aceite de colza con relación molar DMC/Aceite 42:1 mol/mol operando a 
350 °C y 20 MPa se convirtió en FAME, GC y ácido citramálico con un rendimiento de 
FAME del 94%. 
Triglicéridos + 3DMC ←→ 3FAME + GC + Ácido citramálico (1) 
 
Figura 3.7. Esquema del proceso de producción de biodiésel con carbonato de dimetilo (DMC). 
[11] 
B- Ésteres de carboxilato como reactivos 
Aparte de DMC, se ha utilizado un éster de carboxilato como el acetato de metilo (MA) 
en la reacción de transesterificación libre de glicerol. La interesterificación es una 
reacción de intercambio de grupo acilo entre dos compuestos de éster diferentes; en 
contraste con transesterficación que consiste en el intercambio de grupo acilo entre el 
ácido graso con alcohol. Se descubrió que la reacción de interesterificación entre 
aceite de colza con MA sin catalizador puede producir FAME y triacetina (TAG). La 
reacción de interesterificación supercrítica se realizó en un rango de temperaturas de 
270-380 °C y 20 MPa de presión con tiempos de reacción de 10 a 120 min., fijando la 
relación molar en 42:1 mol/mol (MA/Aceite de colza). Se dedujo que la 
interesterificación se produce a través de tres reacciones reversibles secuenciales. 
24 
 
Primero, TG y una molécula de MA reaccionan, generando una molécula de 
monoacetilglicérido (MAG) y FAME. De la misma forma, diacetilglicérido (DAG) y FAME 
son formados de MAG y MA. Finalmente, TAG y FAME son generados de DAG y MA. Se 
puede observar la reacción general con 3 moléculas de MA en la Figura 3.8. 
 
 
Figura 3.8. Reacción estequiométrica de transesterificación entre triglicéridos y acetato de 
metilo. 
Puede llegar a alcanzarse un 97% de rendimiento de FAME, reaccionando a 350°C 
durante 45 min. Sin embargo, cuando el período de reacción se eleva, el rendimiento 
disminuye. Por otra parte, la mezcla de FAME y TAG podría emplearse como 
combustible biodiésel (BDF). En la transesterificación convencional alcohol-base, los 
ésteres metílicos son los únicos productos combustibles, puesto que el glicerol no lo 
es. Como la relación molar FAME/TAG en la mezcla del producto es 3:1 mol/mol, que 
es equivalente a 4:1 en relación de masa (w/w). El peso teórico de biodiésel 
(FAME+TAG) es del 125%, en vez del 100% que se da en transesterificación supercrítica 
con metanol. Se alcanzó un rendimiento de BDF de 105%, mayor que el máximo 
rendimiento que podría conseguirse teóricamente con FAME solamente. En otras 
palabras, se puede producir más BDF a partir de una unidad de aceite de colza. [12] 
Otros ésteres carboxilados (metil propanato, etil acetato, propil acetato, etc.) han sido 
utilizados como reactivos con triglicéridos para obtener alquil esteres de ácidos grasos. 
Siendo utilizado el aceite de colza como materia prima de TG. Los TG se convirtieron 
en alquil ésteres de ácidos grasos (FAAE) y triacina por interesterificación supercrítica, 
ecuación 2. 
 
25 
 
El mayor rendimiento alcanzado fue del 97,7% (FAME y TAG), alcanzándose por SCMA 
a 350 °C y 17,8 MPa de presión. Para el resto de ésteres carboxilados, el rendimiento 
de FAME fue significativamente bajo comparado con el del acetato. Esto es debido a 
las largas cadenas de grupos alquilos en los otros ésteres que reducen la reactividad 
entre los TG con los ésteres. 
Triglicéridos + 3 Ésteres carboxilados ←→ 3 FAAE + Triacina (2) 
La reacción con SCMA necesita mayor tiempo de reacción para dar un rendimiento 
ligeramente inferior al obtenido con SCM y SCDMC. Esto es porque el acetato de 
metilo es un disolvente polar débil, de ahí la baja reactividad y la necesidad de 
mayores tiempos de reacción comparados con otros reactivos como metanol y dimetil 
carbonato. Con mayores tiempos de reacción, puede darse un mayor grado de 
descomposición de FAME, disminuyendo, por lo tanto, el rendimiento de la reacción 
con SCMA. Sin embargo, la presencia de triacinas en FAAE mejora algunas propiedades 
importantes del combustible como el punto de fluidez y el punto de obstrucción del 
filtro en frío. 
Esto hace indicar que el SCMA puede ser una posible alternativa en la producción de 
biodiésel, aunque aún hay que estudiar el desarrollo de métodos que incrementen la 
reactividad del SCMA. 
3.3.2.2. REACCIONES DE DOS PASOS 
Para trabajar con unos parámetros más suaves en la transesterificación con líquidos 
supercríticos, Saka et al. [13] plantearon una producción con metanol dividida en dos 
pasos. Se utilizó ácido acético como reactivo en un primer paso de hidrólisis subcrítica. 
La presión y temperatura críticas del ácido acético son 5,8 MPa y 317 °C 
respectivamente. En su investigación, la reacción de hidrólisis de TG es inducida con 
ácido acético subcrítico para obtener ácidos grasos y TAG, ecuación 3. 
 
 
26 
 
Los ácidos grasos obtenidos se someten después a la reacción esterificación con 
metanol supercrítico para producir FAME, ecuación 4. Las condicionesdel proceso 
subcrítico fueron 300 °C/20 MPa, obteniendo un rendimiento del 91% de ácidos 
grasos y 85% de TAG después de 30 min. Mientras que la esterificación supercrítica se 
desarrolló a 270 °C/17 MPa en el segundo paso, obteniendo un rendimiento del 97% 
de biodiésel después de 15 min. de reacción. 
Triglicéridos + 3 Ácido acético ←→ 3 Ácidos grasos + Triacetina (3) 
Ácidos grasos + Metanol ←→ FAME + Agua (4) 
La reacción de hidrólisis entre ácido acético y TG consta de 3 fases secuenciales. 
Primero, TG reacciona con una molécula de ácido acético para generar una molécula 
de monoacetil diglicérido (MADG) y un ácido graso. Similarmente, el diacetil 
monoglicérido (DAMG) y otro ácido graso se forman a partir de MADG y ácido acético. 
Finalmente, TAG y un ácido graso se obtienen de DAMG y ácido acético. Por otro lado, 
se comparó el desarrollo de la reacción de transesterificación utilizando metanol y MA 
con ácido acético. La reactividad del ácido acético fue mayor que las del metanol y MA. 
Esto es porque el exceso de ácido acético y su acidez actúan como catalizador en el 
primer paso de la transesterificación. Por esto, la velocidad de reacción para el ácido 
acético subcrítico con TG es mayor que la de metanol y MA con TG. 
Por otro lado, Ilham and Saka también han estudiado la reacción con DMC y con aceite 
de jatrofa en dos pasos. En el primer paso, la hidrólisis de TG se llevó a cabo en agua 
subcrítica. Los TG se hidrolizaron en agua subcrítica, ecuación 5, para producir ácidos 
grasos y glicerol a altas temperaturas, 270°C, y presiones, 27 MPa. Los ácidos grasos se 
separaron de la parte superior de la mezcla mientras que la parte inferior contenía el 
agua y el glicerol. Posteriormente, los ácidos grasos se esterificaron en DMC 
supercrítico, ecuación 6, a 300 °C, 9 MPa y 15 min, obteniendo un 97% de FAME. Como 
en la primera reacción, los productos se separaron en dos estratos donde los FAME 
fueron extraídos del estrato superior mientras que el agua y el glioxal se mantuvieron 
en la inferior. En total, los FAME fueron el producto principal mientras que el glicerol y 
glioxal se consideraron subproductos. 
27 
 
El segundo paso de la esterificación podría ser modificado utilizando metanol 
supercrítico (270 °C/17 MPa), donde el producto obtenido sería FAME y agua. No 
obstante, su estudio plantea la posibilidad de producir glioxal el cual tiene una 
aplicación comercial en perfumería, farmacia e industria agroquímica. 
Triglicéridos + 3 Agua ←→ 3 Ácidos grasos + Glicerol (5) 
Ácidos grasos + DMC ←→ FAME + Glioxal (6) 
En la Figura 3.9 se puede observar el esquema del proceso en dos pasos utilizando 
carbonato de dimetilo supercrítico. 
 
Figura 3.9. Esquema del proceso en dos pasos utilizando carbonato de dimetilo supercrítico. 
[14] 
La presencia de gran número de ácidos grasos libres en aceites de semillas no 
comestibles es común debido a la manipulación y el almacenamiento, por lo cual no 
son aptos para la producción convencional de biodiésel. Sin embargo, en este proceso 
de dos pasos, puede obtenerse biodiésel de alta calidad a partir de materias primas 
con gran contenido de ácidos grasos libres, como el aceite de J. curcas. 
A través de las experiencias ensayadas, este estudio concluye que el proceso tiene 
buen rendimiento, mejor en este tipo de procesos supercríticos no catalíticos que con 
los métodos de producción convencional. [14] 
 
 
28 
 
3.4. MICROALGAS 
 
3.4.1. DEFINICIÓN Y GENERALIDADES DE LAS MICROALGAS 
El término microalga engloba un grupo muy diverso de microorganismos fotosintéticos 
unicelulares, procariotas (cianobacterias) y eucariotas, que se localizan en hábitats 
diversos tales como aguas marinas, dulces, salobres, residuales o en ambientes 
húmedos, bajo un amplio rango de temperaturas, pH y disponibilidad de nutrientes. 
Algunos autores sostienen que existen unas 40.000 especies de microalgas, mientras 
que otros hablan de 100.000 tipologías, de las cuales se desconoce su composición 
bioquímica y metabolismo. Como referencia, indicar que aproximadamente el 80% de 
la producción industrial actual de microalgas, está basada en el cultivo de únicamente 
3-5 cepas. Las microalgas se clasifican en base a diversos parámetros, tales como 
pigmentación, ciclo de vida, morfología y estructura celular. 
En términos generales, se considera alga a cualquier organismo con clorofila a (Chl-a) y 
que posee un talo en el que no se diferencian raíces, tallo u hojas. 
En ficología aplicada, el término microalgas se refiere a las algas microscópicas en 
sentido estricto, y a las bacterias que realizan la fotosíntesis oxigénica, es decir, las 
cianobacterias (antiguamente conocidas como cianofíceas), que son los únicos 
organismos procariotas que pueden llevar a cabo la fotosíntesis. 
Las microalgas son en general organismos fotoautótrofos, es decir, obtienen la energía 
de la luz proveniente del sol y se desarrollan a partir de materia inorgánica. Sin 
embargo, algunas especies son capaces de crecer empleando materia orgánica como 
fuente de energía o de carbono. Según esto, las microalgas se clasifican en: 
• Fotoautótrofa: las algas obtienen la energía del sol y el carbono de compuestos 
inorgánicos (sales). 
• Fotoheterótrofa: obtienen la energía del sol y emplean compuestos orgánicos como 
fuente de carbono. 
29 
 
• Mixotrófica: muchas algas son capaces de crecer bajo procesos tanto autótrofos 
como heterótrofos, de manera que la fuente de energía es tanto la luz como la materia 
orgánica. El carbono lo obtienen por tanto de compuestos orgánicos y de CO2. Algún 
ejemplo de microalgas mixotróficas son la Spirulina platensis o la Chlamydomonas 
reinhardtii. 
• Heterótrofa: los compuestos orgánicos proporcionan tanto la energía como la fuente 
de carbono, es decir, que pueden desarrollarse en ausencia de luz, como por ejemplo 
la especie Chlorella protothecoides. 
En cuanto a la composición de las microalgas (contenido en lípidos, carbohidratos y 
proteínas) es variable, y puede ser manipulada mediante varios parámetros durante el 
proceso de su cultivo. Depende obviamente también de la especie considerada. En 
general, las cianobacterias tienen un contenido de hasta 20% en lípidos, mientras que 
el contenido lipídico de las algas eucariotas oscila entre un 20 y 50% en peso seco. La 
relación C:N para las microalgas varía entre 6 y 9 dependiendo de las especies. Como 
fórmula molecular de las microalgas, se puede emplear a modo general la siguiente 
C106H181O45N16P, propuesta por Grobbelaar [15]. Además, el tamaño de las algas 
eucariotas varía entre 0,5-30 μm [16], mientras que las cianobacterias pueden llegar a 
medir hasta 200 μm. 
Existen registradas más de 250000 especies de microalgas distintas. A continuación, se 
describen las especies más comunes que podemos encontrar tanto en los entornos 
naturales como a nivel comercial: 
a) Cianobacterias: 
Las cianobacterias son un grupo extenso perteneciente al reino de las eubacterias. Son 
las únicas procariotas (no presentan un núcleo diferenciado sino que su material 
celular se concentra en una región del citoplasma denominada nucleoide) que son 
capaces de llevar a cabo la fotosíntesis, por ello también son conocidas como 
oxifotobacterias. 
30 
 
Las cianobacterias son organismos planctónicos sin motilidad propia, con diferencias 
morfológicas entre sí, y su presencia es común en medios extremos. Se desarrollan 
tanto en aguas dulces como salobres o salinas, y son capaces de producir grandes 
florecimientos conocidos como blooms cuando el medio presenta elevadas 
concentraciones de nutrientes. Estos blooms de cianobacterias son indicadores de 
medios eutrofizados. 
En general, como en el resto de microalgas, el hábitat y las necesidades ecológicas 
dependen del género o incluso de la cepa estudiada. 
Las cianobacterias han sido tradicionalmenteconocidas como algas verde-azuladas, 
debido a que además de la clorofila, contienen dos pigmentos accesorios (ficocianina y 
ficoeritrina) que le confieren su aspecto azul-verdoso. 
Spirulina platensis es sin duda el género de cianobacteria más estudiado, por su 
importancia en alimentación y la producción de metabolitos. Otros géneros son 
Anabaena, Anabaenopsis, Aphanizomenon, Nadularia, Oscilatoria, Phormidium, 
Nostoc, Nostochpsis y Scytonema. 
b) Algas eucariotas: 
Las clorofitas o algas verdes son un grupo importante de microalgas, que deben su 
color a la clorofila (sobre todo clorofila a y b), carotenoides y xantofilas presentes en su 
estructura. Al igual que las cianobacterias, son también capaces de provocar 
florecimientos o blooms. La clase más destacada de clorofitas son las clorofíceas, entre 
las que a su vez destacan las órdenes de las volvocales (organismos de agua dulce 
provistos de flagelos) y las clorococales (microorganismos desprovistos de flagelos). 
Algunas de las especies más importantes dentro de las clorofíceas son: 
- Pediastrum: clorofícea clorococal colonial con morfología muy característica (ver 
Figura 3.10). 
- Scenedesmus: clorofícea clorococal. Es un alga colonial, donde 2, 4 u 8 células 
alargadas se unen. A menudo presentan espinas en los extremos. Es común en aguas 
31 
 
dulces y salobres en condiciones de nutrientes medio-altas. La relación óptima de 
nutrientes N:P para este alga es 16:1 (ver Figura 3.11). 
- Chlorella: clorofícea clorococal especialmente conocida por su capacidad de eliminar 
nutrientes del agua. Se desarrolla por tanto en medios ricos en nutrientes. Es conocida 
por ser una de las microalgas de más rápido crecimiento. Es esférica y su diámetro 
oscila normalmente entre las 2 y 10 μm. Contiene clorofila a y b (ver Figura 3.12). 
Por otro lado, las crisofitas o algas doradas deben su color al enmascaramiento de la 
clorofila por parte del alto contenido en carotenos. Las diatomeas (ver Figura 3.13), 
algas que presentan una estructura silícea, pertenecen a este grupo. Entre sus 
pigmentos fotosintéticos destacan la clorofila a y c y la fucoxantina (un carotenoide). 
Las rodofitas o algas rojas son representativas del medio marino, encontrándose pocas 
en aguas dulces. Sus pigmentos fotosintéticos incluyen tres tipos de ficobilinas que les 
confieren su color característico. 
 
 
Figuras: Imágenes al microscopio: (3.10) Pediastrum, (3.11) Scenedesmus, (3.12) Chlorella, 
(3.13) Diatomea 
32 
 
El proceso de fotosíntesis 
La fotosíntesis representa un proceso biológico en el que los organismos 
fotoautótrofos (incluyendo microalgas y cianobacterias) generan compuestos 
orgánicos a partir de compuestos inorgánicos utilizando la energía de la luz. El proceso 
de fotosíntesis se desarrolla en dos fases: fase lumínica, en las que las reacciones sólo 
ocurren en presencia de luz, y fase oscura, que corresponde a las reacciones de fijación 
de carbono y que no requieren de luz. 
En la fase lumínica, que tiene lugar en las membranas fotosintéticas, la energía de la 
luz es convertida en energía química proporcionando el reductor bioquímico (NADPH2) 
y un compuesto de alta energía (ATP). En la fase oscura, que se desarrolla en los 
estromas, el NADPH2 y el ATP son utilizados para reducir el CO2 en carbohidratos, 
proceso conocido como Ciclo de Calvin (Figura 3.14). 
 
Figura 3.14. Esquema de la fotosíntesis [17] 
3.4.2. PARÁMETROS QUE AFECTAN AL CRECIMIENTO DE LAS MICROALGAS 
Existen multitud de parámetros que pueden influir fuertemente en el crecimiento de la 
biomasa algal, acelerándolo o ralentizándolo de manera significativa, pudiendo incluso 
llegar a inhibir el proceso. A continuación, se describen los parámetros más 
importantes que afectan al crecimiento de las microalgas. 
LUZ 
Los organismos fotosintéticos sólo emplean la fracción del espectro de la luz solar que 
es fotosintéticamente activa, es decir, longitudes de onda entre 350 y 700 nm. Esta 
fracción fotosintéticamente activa o photosynthetically active radiation (PAR) supone 
un 40% de la radiación total del sol. En el caso de las microalgas, se han registrado 
33 
 
eficiencias de conversión luz-biomasa entre 1 y 4% en sistemas abiertos y aún mayores 
en fotobiorreactores cerrados. [18] 
El crecimiento de los microorganismos fotosintéticos es proporcional a la intensidad de 
la luz recibida siempre que ésta se sitúe por debajo de un cierto valor máximo 
(fotolimitación). A partir de este valor, los sistemas fotosintéticos receptores se ven 
dañados y la fotosíntesis se ve inhibida (ver Figura 3.15). A este fenómeno se le 
denomina fotoinhibición. Las algas adaptadas a bajos niveles de luminosidad tienen 
una respuesta más rápida a cambios en la intensidad luminosa que las que se 
encuentran adaptadas a intensidades altas de luz [19]. Las algas se adaptan a los 
cambios de luz variando el contenido de clorofila a de sus células, de modo que las 
algas adaptadas a bajas intensidades lumínicas tienen más clorofila. 
 
Figura 3.15. Relación típica entre la tasa de fotosíntesis (P) y la intensidad de luz (I) [20] 
Un parámetro importante en el diseño de un fotobiorreactor es la distancia de 
penetración de la luz, que depende de la intensidad de la radiación incidente, la 
dispersión de la luz en la superficie del reactor y la atenuación en el medio de cultivo. 
La dispersión en la superficie debe ser minimizada para maximizar la luz que entra al 
reactor, y la atenuación depende de la densidad del cultivo y de la longitud de onda de 
la radiación, provocando un gradiente de intensidad de luz en su dirección de 
penetración. Se puede generalizar diciendo que es necesario encontrar, para cada 
especie, la densidad óptima de cultivo para cada configuración de reactor, de modo 
34 
 
que la intensidad de luz incidente y transmitida en el cultivo permita el crecimiento de 
las microalgas e impida su inhibición. 
La iluminación artificial puede contribuir a una producción continua, pero obviamente 
a mayor coste económico y energético. Ante la necesidad de elección de luz artificial, 
es importante conocer el espectro de absorción de las algas cultivadas, que depende 
de los pigmentos mayoritarios presentes en ellas. Un estudio de Kommareddy & 
Anderson [21] que incluía lámparas fluorescentes, incandescentes, halógenas, y LEDs 
(emitiendo en 643 nm) determinó que estos últimos son la fuente más eficiente y 
económica ya que emiten más del 98% de su luz entre 600 y 700 nm. 
Según Richmond [22], la proporción óptima entre zona iluminada de un reactor y zona 
oscura es 85:15, es decir, un 85% del reactor correspondería a zona fótica mientras 
que un 15% de las algas estarían en oscuridad. El problema del control de la luz como 
factor de gran influencia en el crecimiento de las algas es la imposibilidad de definirlo 
mediante un único parámetro, ya que entran en juego intensidades, frecuencia de 
cambio luz-oscuridad, proporción de duración de los ciclos, hidrodinámica, 
configuración del reactor o estanque, etc. 
TEMPERATURA 
El efecto de la temperatura en las reacciones bioquímicas que tienen lugar en la 
fotosíntesis hace de éste uno de los parámetros que más influencia tienen en el 
crecimiento de las microalgas. Además, dada la naturaleza de este factor ambiental 
(fundamentalmente generado por la radiación recibida), en sistemas outdoor su efecto 
se encuentra muy relacionado con el régimen de luz solar recibida. 
Al igual que ocurría con la luz, las microalgas son capaces de desarrollarse en un 
amplio rango de temperaturas, fuera del cual el crecimiento se ve inhibido y 
observándose una temperatura óptima en la cual el crecimiento es máximo. Así, por 
ejemplo, Butterwick et al. [23] estudiaron y modelaron el comportamiento de A. 
Formosa, y vieron que dicha especie podía crecer entre 5 y 30 °C, observando una 
temperatura óptima de 20 °C (ver Figura 3.16). 
35Figura 3.16. Modelo de temperatura calibrado para A. Formosa [23] 
También existen otros estudios en los que se comprueba que algunas especies de 
microalgas son capaces de soportar temperaturas elevadas, como el de Bernard (1995) 
que estudiaron el comportamiento de D.tertiolecta, observando que una temperatura 
óptima de 32,6 °C. [24] 
En sistemas de cultivo abiertos un incremento de temperatura se ve compensado con 
la evaporación del agua, regulándose de este modo la temperatura máxima que se 
alcanza. En cambio, en los sistemas cerrados es necesaria la refrigeración adicional en 
zonas cálidas, donde la relación entre nivel de luz y temperatura puede afectar a la 
biomasa en gran medida. 
NUTRIENTES 
Como se ha mencionado anteriormente, las algas pueden ser autótrofas, heterótrofas, 
o mixotróficas. Para las microalgas autótrofas, los principales nutrientes minerales que 
éstas toman del medio y necesitan para su desarrollo son los siguientes: 
a) Carbono: 
Las microalgas pueden emplear como fuente de carbono el CO2 presente en la 
atmósfera (fijación de carbono), así como los iones bicarbonato (HCO3
-) con la ayuda 
de una enzima llamada anhidrasa carbónica. En promedio, son capaces de tolerar 
36 
 
hasta unas 150000 ppmv de CO2 en aire, aunque hay especies, como Chlorella, que 
han mostrado que toleran hasta 400000 ppmv. 
El consumo normal de las microalgas se sitúa entre 200 y 600 mg CO2·L-1·d-1, aunque se 
han recogido datos de consumo de 800 y 1000 mg CO2·L-1·d-1 en cultivos de Chlorella 
sp., interesantes sobre todo en aplicaciones de mitigación del efecto invernadero de 
los gases de escape de diversas industrias. 
El suministro de carbono (en forma normalmente de CO2) y la eliminación de oxígeno 
generado en la fotosíntesis son, después de la distribución de luz, la cuestión de mayor 
importancia en un fotobiorreactor. 
b) Nitrógeno: 
El nitrógeno es el principal nutriente que requieren las microalgas para su crecimiento. 
El nitrógeno en las microalgas, puede encontrarse en multitud de sus componentes 
biológicos (péptidos, proteínas, enzimas, clorofila, etc.). [25] 
El nitrógeno orgánico generado por el crecimiento de las microalgas puede proceder 
de distintas fuentes de nitrógeno inorgánico incluyendo nitrato (NO3
-), nitrito (NO2
-), 
amonio (NH4
+) y nitrógeno gas (N2). Las microalgas juegan un papel importante en la 
transformación de nitrógeno inorgánico en orgánico, proceso conocido como 
asimilación de nitrógeno (ver Figura 3.17). Además, las cianobacterias son capaces de 
fijar nitrógeno atmosférico transformándolo en amonio. 
 
Figura 3.17. Esquema simplificado de la asimilación del nitrógeno inorgánico [26] 
37 
 
La asimilación del nitrógeno, que es desarrollada por todas las algas eucariotas, sólo 
puede llevarse a cabo a partir de amonio, nitrito o nitrato. El amonio es la forma de 
nitrógeno preferida por las microalgas ya que no necesita ninguna reacción de 
reducción para ser asimilado, lo que supone menos gasto de energía para éstas, 
seguido en orden de preferencia por el nitrito y luego el nitrato. Algunos estudios han 
mostrado que el consumo de nitrato no sucede mientras existe algo de amonio en el 
medio (Maestrini et al., 1986). Por tanto, aguas residuales con alto contenido de 
amonio suponen un sustrato idóneo para los cultivos de microalgas. Sin embargo, se 
ha podido comprobar en varias especies de microalgas que contenidos muy altos de 
amonio también pueden limitar el proceso de crecimiento, estando el intervalo de 
tolerancia de amonio entre los 0,35 y 14 mg N-NH4·L-1. [27] 
c) Fósforo: 
El fósforo es otro factor clave en el metabolismo de las microalgas, pudiéndose 
encontrar en los ácidos nucleicos, lípidos, proteínas, etc. 
Los fosfatos inorgánicos juegan un papel importante en el metabolismo y el 
crecimiento celular, tomados preferiblemente en forma de H2PO4
- y HPO4
2-. 
En general, aunque los ortofosfatos son el nutriente limitante en los sistemas de agua 
natural, muchos casos de eutrofización se dan por corrientes incontroladas de agua 
residual con alto contenido de fósforo. 
Diversos autores han concluido que la relación N:P en el medio de cultivo influye en la 
toma de nutrientes por parte de las microalgas, de modo que cuanto más próxima esté 
a la composición de los microorganismos, mayor crecimiento y toma de nutrientes 
tendrá lugar. Por ejemplo, para el género Chlorella la relación óptima es de 8:1 según 
Aslan & Kapdan [28]. Sin embargo, las microalgas son capaces de adaptarse al medio 
de cultivo y tomar uno de los nutrientes en una proporción mayor que la presente, en 
principio, en su composición celular. 
Además, las microalgas son capaces de almacenar internamente una fuente de fósforo 
soluble (principalmente ortofosfatos) en forma de polifosfatos. [29] 
38 
 
pH 
El pH en la mayoría de cultivos de microalgas se encuentra entre 7 y 9, con un óptimo 
entre 8,2 y 8,7. En los sistemas cerrados de cultivo de microalgas el control de pH se 
consigue mediante aireación o adición de CO2. 
El proceso fotosintético de fijación de CO2 provoca un aumento gradual de pH en el 
medio debido a la acumulación de OH-, lo que puede promover la eliminación de 
nitrógeno en forma de amoniaco por stripping a la atmósfera y eliminación de fósforo 
por precipitación de ortofosfatos. 
OXÍGENO DISUELTO 
El nivel de oxígeno disuelto en los cultivos de microalgas debe estar controlado, ya que 
altas concentraciones pueden inhibir la fijación de carbono por parte del enzima 
RuBisCo que se da en el Ciclo de Calvin. Esta inhibición se ve favorecida por alta 
radiación y temperatura, así como en el caso de déficit de CO2. Además, la producción 
fotosintética de oxígeno en cultivos de alta densidad puede alcanzar hasta 40 mg O2·L-
1, de modo que mediante la radiación adecuada pueden llegar a desarrollarse radicales 
de oxígeno. Estos radicales libres serían tóxicos para las células y causarían daños en 
sus membranas. La presión parcial del oxígeno en el cultivo puede disminuirse 
mediante aumento de la turbulencia y stripping con aire. 
AGITACIÓN 
La agitación, además de facilitar la eficiencia en el transporte, homogeneizar el pH e 
impedir la sedimentación de las algas y su adherencia a las paredes del reactor, 
asegura la distribución de los gases y optimiza el régimen de luz en todo el cultivo. Una 
correcta agitación es capaz de someter a las algas a ciclos rápidos de mezclado, en los 
que en cuestión de milisegundos pasan de una zona oscura a una zona iluminada. 
Como norma general, los fotobiorreactores con alta densidad de cultivo han de ser en 
general delgados y disponer de mezclado rápido, para que la eficiencia de conversión 
de la luz solar se vea incrementada. Sin embargo, tanto la construcción como la 
39 
 
operación de reactores delgados no hacen fácil su escalabilidad de modo rentable, 
debido a las necesidades de terreno. 
Sin embargo, no todas las especies toleran una agitación fuerte que provea al reactor 
de un buen mezclado, ya que son sensibles al estrés hidrodinámico. La fragilidad de las 
células de las microalgas frente al estrés hidrodinámico es uno de los factores clave a 
estudiar en la producción masiva de microalgas en fotobiorreactores cerrados. [30] 
3.4.3. TIPOS DE SISTEMAS PARA PRODUCCIÓN DE MICROALGAS 
El gran auge que está viviendo la tecnología del cultivo de microalgas hace que cada 
vez sea más importante el estudio de los sistemas de producción a gran escala de 
forma que se pueda optimizar el tamaño o volumen de los fotobiorreactores, los 
costes de construcción y explotación (energía demandada), así como el mantenimiento 
y la vida útil. 
Los fotobiorreactores (PBR, del inglés photobioreactors) son reactores en los que se 
cultivan las microalgas, de tal forma que éstas pueden llevar a cabo sus procesos 
fotobiológicos. Por tanto, incluso los sistemas abiertos como los estanques poco 
profundos