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Las microalgas absorben CO₂ del agua para la fotosíntesis y, al hacerlo, elevan el pH. Por su estrecha relación, el control del carbono y del pH se hace de manera conjunta.
El carbono es uno de los factores más esenciales para el crecimiento de las microalgas, ya que es un componente clave de la fotosíntesis. Las microalgas absorben CO₂ del agua de mar que las rodea y luego utilizan la energía lumínica para convertirlo en moléculas orgánicas como los carbohidratos. Por ello, es fundamental proporcionarles abundante carbono para que su crecimiento y su fotosíntesis no se vean limitados.
H2O + CO2 + luz → O2 + (CH2O)Clorofila a
Ecuación general de la fotosíntesis. Fuente: Industrial Plankton.
Sin embargo, la cosa se complica cuando consideramos el segundo factor: el pH. Cuando el CO₂ se disuelve en agua, se disocia en HCO₃⁻ y H⁺. El H⁺ producido acidifica el agua, lo que disminuye su pH.
Esta química puede resultar familiar en el contexto de la acidificación de los océanos. El CO₂ adicional en la atmósfera, proveniente de las actividades humanas, se disuelve en el océano, lo que reduce su pH. Durante la mayor parte del siglo XX, el pH del agua de mar rondaba los 8.2, pero actualmente, en muchos lugares, se registran niveles inferiores a 8 con regularidad.
Cuando las microalgas crecen, ocurre lo contrario a la acidificación: absorben CO₂ del agua circundante, lo que eleva el pH. Esto sucede tanto en agua dulce como en agua salada. El pH del agua dulce es más variable que el del agua de mar, pero suele ser más ácido, con un rango de 6 a 8 (Fondriest Environmental 2013). Superar el rango de pH natural puede reducir el crecimiento de las microalgas o incluso provocar el colapso del cultivo.
Tabla 1. El CO₂ y el pH en el agua y en el cultivo de microalgas
| Situación | Qué ocurre con el CO₂ | Efecto en el pH |
|---|---|---|
| CO₂ que se disuelve en el agua | Se disocia en HCO₃⁻ y H⁺ | El H⁺ acidifica el agua: el pH disminuye |
| Acidificación de los océanos | El CO₂ adicional de la atmósfera, proveniente de las actividades humanas, se disuelve en el océano | De cerca de 8.2 durante la mayor parte del siglo XX a niveles inferiores a 8 en muchos lugares |
| Microalgas en crecimiento | Absorben CO₂ del agua circundante | El pH se eleva, tanto en agua dulce (rango de 6 a 8) como en agua salada |
Elaborado por Panorama Acuícola Magazine con información de Industrial Plankton.
Superar el rango de pH natural puede reducir el crecimiento de las microalgas o incluso provocar el colapso del cultivo.
Opciones para el control del pH y la adición de carbono
El control del carbono y del pH es fundamental para el cultivo de microalgas, ya que, por un lado, el carbono no limita la fotosíntesis y, por otro, el pH se mantiene en un rango óptimo para el crecimiento. Debido a su estrecha relación, es lógico controlarlos conjuntamente. Algunas opciones para el control del pH y la adición de carbono son:
- Agitación o burbujeo con aire: esto aumenta el intercambio de gases entre el cultivo y el aire, lo que incrementa la cantidad de CO₂ (ya que el aire contiene 0.04% de CO₂, según Engineering Toolbox). Sin embargo, este método funciona mejor con cultivos más pequeños y diluidos (por ejemplo, en matraces o garrafones).
- Inyección de CO₂ en el flujo de aire: esto añade una cantidad continua de CO₂, que complementa el CO₂ presente en el aire. En combinación con la monitorización del pH, este método puede resultar eficaz; sin embargo, es fundamental tener en cuenta los cambios en la demanda de CO₂ al utilizarlo.
- Adición de CO₂ basada en la retroalimentación del pH: determine un punto de ajuste de pH adecuado y agregue CO₂ según sea necesario para mantenerlo a medida que las algas crecen. Esta estrategia es más compleja que las dos anteriores, pero es la mejor para mantener un nivel adecuado de CO₂ y un pH estable para el crecimiento de las algas. A continuación se muestra un ejemplo de cómo se ve esto en el PBR 1250L (Fig. 1).
Figura 1. Pantalla de control durante el proceso de escalamiento automatizado del PBR 1250L. Fuente: Industrial Plankton.
La adición de CO₂ basada en la retroalimentación del pH es la mejor para mantener un nivel adecuado de CO₂ y un pH estable para el crecimiento de las algas.
Serie sobre el crecimiento de microalgas
Este artículo es el quinto de nuestra serie sobre el crecimiento de microalgas. Consulta nuestras otras publicaciones de la serie, que incluyen:
- Nutrientes
- Intensidad de la luz
- Espectro de luz
- Descripción general de los parámetros clave.
Para obtener más información sobre el pH y la química de los carbonatos en el agua, consulte este artículo de Fondriest Environmental:
Preguntas frecuentes
¿Por qué el carbono es esencial para el crecimiento de las microalgas?
Porque es un componente clave de la fotosíntesis: las microalgas absorben CO₂ del agua que las rodea y utilizan la energía lumínica para convertirlo en moléculas orgánicas como los carbohidratos. Si el carbono escasea, el crecimiento y la fotosíntesis se ven limitados.
¿Qué relación hay entre el CO₂ y el pH del agua?
Cuando el CO₂ se disuelve en agua, se disocia en HCO₃⁻ y H⁺, y el H⁺ acidifica el agua, lo que disminuye su pH. Cuando las microalgas crecen ocurre lo contrario: absorben CO₂ del agua y el pH se eleva.
¿Cuál es el rango de pH del agua de mar y del agua dulce?
Durante la mayor parte del siglo XX, el pH del agua de mar rondaba los 8.2; actualmente, en muchos lugares, se registran niveles inferiores a 8. El agua dulce es más variable y suele ser más ácida, con un rango de 6 a 8.
¿Qué ocurre si el pH del cultivo supera su rango natural?
Superar el rango de pH natural puede reducir el crecimiento de las microalgas o incluso provocar el colapso del cultivo.
¿Qué opciones hay para controlar el pH y añadir carbono al cultivo?
La agitación o el burbujeo con aire, que funciona mejor en cultivos pequeños y diluidos; la inyección de CO₂ en el flujo de aire, eficaz en combinación con la monitorización del pH; y la adición de CO₂ basada en la retroalimentación del pH, más compleja, pero la mejor para mantener un nivel adecuado de CO₂ y un pH estable.
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