La pandemia mundial originada por el COVID-19 se ha convertido en un catalizador para reconstruir y transformar la sociedad europea, fortaleciendo la conexión entre política, ciudadanía, economía y medio ambiente. En este marco, cobra especialmente relevancia la Estrategia de Bioeconomía que aprobara la Unión Europea en 2018, con el principal objetivo de desarrollar un modelo económico circular (no lineal), basado en el principio de “cerrar el ciclo de vida” de materias primas, productos, residuos y energía. Dentro de este marco se han puesto en marcha estrategias alternativas y novedosas que plantean nuevos modelos de producción y consumo. En este ámbito, las microalgas pueden hacer importantes aportaciones.
Las microalgas son microorganismos fotosintéticos con una gran capacidad de producción y una elevada plasticidad metabólica, lo que permite que puedan utilizarse para aplicaciones muy diversas como la producción de nuevos alimentos, la obtención de bioestimulantes y biopesticidas, la fabricación sostenible de piensos para ganado y acuicultura, y también para la biorremediación de aguas residuales. Estas capacidades de las microalgas han sido explotadas con éxito durante décadas, haciéndose realidad en Europa con el Proyecto SABANA, ejecutado con fondos del Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea. En este proyecto se pudo desarrollar en Almería (España) una biorefinería a escala industrial para el tratamiento de aguas residuales (urbanas o provenientes de granjas) empleando microalgas capaces de consumir los contaminantes de estas como si fueran nutrientes de un medio de cultivo (principalmente nitrógeno, fósforo y materia orgánica). En este tratamiento se consigue un doble objetivo, (1) depurar las aguas residuales y generar aguas reutilizables en otros procesos, y (2) producir biomasa de microalgas que puede emplearse para la producción de bioestimulantes, biopesticidas y aditivos para piensos.
Sin embargo, cuando se habla del tratamiento de agua residual con microalgas, se omite que realmente es una interacción biológica la que permite el éxito del proceso, es decir, aparecen unos actores que llevan a cabo la eliminación/recuperación de los “nutrientes” del agua residual. Como si se tratara de una obra de teatro, el protagonismo recae en unas poblaciones de microalgas y bacterias que forma un sofisticado consorcio. Este consorcio se establece gracias al intercambio gaseoso (O2 y CO2) que se produce entre las microalgas y bacterias. Bajo iluminación, las microalgas llevan a cabo la actividad fotosintética por la cual utilizan la luz como fuente de energía y consumen CO2 como fuente de carbono, liberando O2 al medio.
Cuando se habla del tratamiento de agua con microalgas, se omite que es una interacción biológica la que permite el éxito del proceso
Este O2 es aprovechado por las bacterias heterotróficas que degradan la materia orgánica presente en el agua residual, liberando CO2 que puede ser aprovechado a su vez por las microalgas para realizar las fotosíntesis, cerrándose el ciclo. En este proceso se consumen a su vez los macronutrientes como el nitrógeno y el fósforo, junto con los micronutrientes del agua residual para el crecimiento y producción de biomasa, y dando lugar a una adecuada depuración del agua residual.
A pesar de que pueda parecer una relación simple, y que se lleva estudiando desde los años 50, realmente es muy compleja, ya que esta interacción es dinámica, estando sujeta a las condiciones ambientales (como luz y temperatura), y operacionales en las que se encuentre el sistema biológico, por ejemplo, la composición cambiante de las aguas residuales, dando lugar a que durante décadas se haya tratado como una enorme caja negra. Actualmente múltiples investigadores se han centrado en su estudio y optimización, ya que maximizar estas interacciones permite maximizar tanto la depuración de las aguas como la producción de biomasa de valor para la industria. Para llevar a cabo esta optimización, se han planteado diversas herramientas, siendo actualmente uno de los grandes desafíos desarrollar modelos matemáticos predictivos que permitan evaluar la actividad de estos consorcios en función de las condiciones ambientales y operacionales en las que se encuentren, y contribuir de esta forma al desarrollo de un proceso robusto y estable que sin duda tendrá un hueco en el desarrollo económico sostenible de la Europa post-pandemia.
