PLANTEAMIENTO PROYECTO
En el presente proyecto se pretende desarrollar un proceso competitivo y sostenible combinando dos tecnologías solares, Desinfección Solar (SODIS) y cultivo de microalgas (HRAP), que permita la reutilización del agua y la recuperación de los nutrientes de efluentes de instalaciones acuícolas marinas.
Para reducir la concentración de los microorganismos del efluente, se empleará un fotorreactor solar con colectores parabólicos compuestos. El aprovechamiento de los nutrientes se realizará mediante un fotobiorreactor de microalgas acoplado a un sistema de membranas. Esta combinación SODIS-HRAP permitirá la obtención de un efluente libre de microorganismos y nutrientes, junto con un subproducto, biomasa algal, valorizable como fuente de ácidos grasos poliinsaturados para piensos de engorde.
La calidad microbiológica del bioproducto estará salvaguardada por la desinfección solar previa que reducirá la carga bacteriana en estos efluentes, evitando desequilibrios microbiológicos en el HRAP.
Aunque hoy en día estas tecnologías, por separado y para otros usos, tienen un grado de madurez tecnológico (TRL) elevado (SODIS TRL6 “Tecnología demostrada en un entorno relevante” y HRAP TRL9 “Sistema final probado en entorno operacional”), su uso combinado en el sector de la acuicultura marina no llega actualmente a TRL2 (“Concepto tecnológico formulado). Con este proyecto se pretende adaptar y desarrollar la aplicación de estas tecnologías en el sector de la acuicultura hasta un nivel de madurez equivalente a un TRL 6.
El proyecto incluye una primera fase de laboratorio, donde se adaptarán estas tecnologías al nuevo escenario y se estudiarán posibles mejoras como la inclusión de TiO2 en la desinfección solar y nanopartículas para el cosechado magnético de microalgas. En una segunda fase, se optimizará el proceso a escala piloto en una instalación de acuicultura la estabilidad estacional de la calidad del efluente y de la biomasa producida.
La utilización de este proceso redundará en la disminución de los costes de producción, tanto por la calidad y caudal de efluente generado (menor canon de vertido) como por la sustitución de la fuente externa de PUFAs (Microalgas de producción propia en lugar de aceite de pescado). La propuesta supone una mejor integración del proceso productivo con su entorno, al reducir el flujo de nutrientes al medio receptor (principal presión ambiental de la acuicultura), mejorar la huella de carbono (tecnología biofijadora de CO2), y reducir la huella hídrica (reutilización de agua de proceso).
La viabilidad de la propuesta está garantizada, dado que cuenta con:
- Un equipo investigador con infraestructura científica y amplia experiencia en el campo del tratamiento de aguas empleando ambos tipos de tecnologías solares, tanto de manera independiente como combinada (UCA), así como con el Centro Tecnológico de Acuicultura de Andalucía (CTAQUA), un referente en I+D+i aplicada al sector acuícola.
- La participación activa de empresas de relevancia nacional e internacional en el sector productivo acuícola, la fabricación de aditivos para piensos (Nutriad Internacional) y la producción comercial de microalgas (Fitoplancton Marino), así como una empresa spin-off de la Universidad de Cádiz (Algades), especializada en biotecnología de microalgas.
OBJETIVOS
El objetivo general del proyecto es desarrollar un proceso competitivo y sostenible aplicado a efluentes de instalaciones acuícolas marinas, que combinando dos tecnologías solares, Desinfección Solar (SODIS) y cultivo de microalgas en reactores HRAP, permita la recuperación de los nutrientes en forma de fuente interna de PUFAs y la reutilización del agua como agua de proceso.
Entre los retos de la sociedad incluidos en la Estrategia Española de Ciencia y Tecnología y de Innovación (2013-2020), se encuentra la “Seguridad, calidad alimentaria; actividad agraria productiva y sostenible; sostenibilidad de los recursos naturales; investigación marina y marítima”, donde se indica que la acuicultura es un ámbito de especial relevancia para la I+D+i de nuestro país, considerándose necesario acelerar una transición tecnológica que promueva su sostenibilidad.
En este proyecto en el que se propone una combinación de fotorreactores solares para la reutilización de los recursos presentes en los efluentes del sector de la acuicultura marina y la valorización del bioproducto que se genera, se pretende desarrollar innovaciones científicas y técnicas que promuevan la sostenibilidad de la acuicultura a través de las siguientes medidas, todas ellas especificadas como aspectos prioritarios en el reto señalado:
I. Conservación y gestión integral, eficiente y sostenible de los sistemas agrogeológicos y de los recursos agroforestales, hídricos y pesqueros, que incluye aspectos relevantes como gestión y tratamiento sostenible de los recursos hídricos, ya que el proyecto está dirigido a reutilizar los efluentes de las instalaciones acuícolas y resolver una de las principales críticas que en la actualidad recibe el sector, la emisión de nutrientes con los consiguientes riesgos de eutrofización y deterioro del litoral costero.
V. Articulación y optimización de la cadena agroalimentaria para avanzar en la sostenibilidad medioambiental, reducción de los residuos y reutilización, aprovechamiento y valorización de subproductos, la eficiencia energética y la huella de carbono y agua, ya que su reducción es objetivo del proyecto, pudiendo resultar factores esenciales aspectos tales como el consumo de CO2 por parte de las microalgas cultivadas y la reutilización del efluente como agua de proceso.
VII. Mejorar la competitividad y sostenibilidad en el sector pesquero y la acuicultura a través de tecnologías de aprovechamiento de algas para la producción de bioproductos, ya que como resultados de la depuración solar del efluente se obtendrá un subproducto, concentrado de microalgas, que atesora el potencial de ser un valioso aditivo para piensos en acuicultura, poniéndose en práctica el concepto y las ventajas de la economía circular.
La consecución de los logros científico-técnicos que se persiguen en la propuesta contribuirá a hacer del sector acuícola más competitivo y sostenible, modificando el modelo basado en producir peces, consumiendo materias primas externas y vertiendo aguas contaminadas, hacia la reincorporación en el proceso productivo de las aguas y los nutrientes contenidos en sus aguas de proceso.
ACTUACIONES PREVISTAS
El proyecto SUNRAS comprende un período de ejecución de 48 meses. Con el fin de cumplir con los objetivos propuestos en el presente proyecto, el plan de trabajo se ha dividido en 11 tareas, las cuales están interconectadas entre sí.
El proyecto se va a desarrollar en tres localizaciones. En una primera fase, a escala de laboratorio, en el Campus Universitario de Puerto Real (Universidad de Cádiz), donde los grupos de investigación de Fotobiodepuración de aguas (Prof. Perales) y de Fotodesinfección de aguas (Prof. Manzano) adaptarán ambas tecnologías (Tareas 1 y 2) de forma coordinada, ya que el efluente de la desinfección solar será la alimentación de los fotobiorreactores de microalgas, y a las condiciones específicas de la instalación de acuicultura de PIMSA, donde se instalará la planta piloto (concentraciones, salinidad, irradiancia, etc…).
Asimismo, estos dos grupos de investigación en colaboración con el grupo de investigación de Física de la Materia Condensada de la Universidad de Cádiz, evaluarán dos posibles mejoras del proceso, la incorporación de fotocatalizadores para mejorar la desinfección y la eliminación solar de compuestos orgánicos (Tarea 3) y de nanopartículas para el cosechado magnético de las microalgas (Tarea 4). Dado que la adaptación de la tecnología de cultivo de microalga (T2) conlleva una selección de la especie a cultivar, ésta se realizará de forma coordinada con la Tarea 5, el análisis del valor nutricional de la biomasa, cuyo responsable es la unidad de investigación en nutrición de CTAQUA.
La segunda fase del proyecto se desarrollará en las instalaciones de una explotación acuícola, donde se construirá e instalará la planta experimental a escala piloto.
En esta instalación se desarrollarán conjuntamente las tareas de optimización de la desinfección solar y de cultivo de microalgas (T6 y T7). Fruto de estas tareas, la instalación producirá biomasa algal a partir de los nutrientes presentes en las aguas de proceso de la instalación acuícola. Esta biomasa será enviada a las instalaciones de CTAQUA donde se va a evaluar la posibilidad de valorizar la biomasa generada como aditivo de pienso de pre-engorde de peces, para ello CTAQUA realizará los análisis de valor nutricional (T5) de esta biomasa. Además, la biomasa será utilizada para realizar ensayos de postcosechado y procesamiento hasta la obtención de un pienso aditivado (T8), pienso que se empleará para realizar los ensayos de preengorde (T9). Como los resultados de estos ensayos de valorización, serán uno de los criterios de optimización del proceso, es preciso una importante labor de coordinación entre ambos grupos de actividades (T6+T7 y T5+T8+T9). Finalmente, se evaluará la posibilidad desde el punto de vista técnico de reutilizar el efluente de la depuración solar como agua de proceso en acuicultura (T10) y, una vez que se ha determinado la viabilidad tecnológica de la totalidad del proceso así como recopilada la información necesaria para evaluar costes, se ha incluido una tarea de evaluación económica y ambiental de las posibles soluciones (T11).
Instituto Universitario de Investigaciones Marinas (Universidad De Cádiz)
Prof. Dr. Jose A. Perales, Prof. Dr. Manuel A. Manzano, Prof. Dr. Carmen Garrido Pérez
Dpto de Física Aplicada (Universidad de Cádiz)
Prof. Dr. Milagrosa Ramírez, Prof. Dr. Rocio Litrán, Prof. Dr. Manuel Domínguez
Fundacion Centro Tecnologico Acuicultura de Andalucia (CTAQUA)
Dña Rocío Robles, Dra. Julia Velez
Pesquerías de Isla Mayor S.A (PIMSA). Finca Veta La Palma (España)
D. Narciso Mazuelos
Alga Development Engineering and Services S.L. (ALGADES)
Dr. Jesus Ruiz
Nutriad Internacional
Mr. Sam Ceulemans
Fitoplancton Marino S.L.
Dña. Lalia Mantecón, D. Carlos Unamunzaga
DATOS DEL COORDINADOR
Jose Antonio Perales Vargas-Machuca
Dpto. Tecnologías del Medio Ambiente
Instituto Universitario de Investigaciones Marinas
Universidad de Cádiz
Manuel A. Manzano Quiñones
Dpto. Tecnologías del Medio Ambiente
Instituto Universitario de Investigaciones Marinas
Universidad de Cádiz