Por Leonardo Farfán, Mariana Franco y José Pérez González
Los lubricantes son materiales de gran importancia práctica ya que permiten reducir la fricción y el desgaste de superficies en movimiento. Desafortunadamente, la mayoría de los lubricantes utilizados en la actualidad son derivados del petróleo y su uso y desecho tienen un impacto ambiental significativo, ya que dañan el medio ambiente, tienen baja degradabilidad y propician daños a la salud.
Por ejemplo, un litro de grasa o aceite derivados del petróleo arrojado directamente al drenaje, lo cual infortunadamente es todavía una práctica común en nuestro país, contamina más de mil litros de agua y puede llegar a formar “tapones” que impiden el flujo de las aguas residuales y provocan daños en las tuberías e inundaciones.
En las últimas décadas se han investigado muchas alternativas para reemplazar los lubricantes derivados del petróleo. Las más prometedoras son aquellas que involucran el uso de aceites extraídos de semillas vegetales como la palma, el ricino, la jojoba y el girasol, entre otros, los cuales pueden biodegradarse tanto en cuerpos de agua como en la tierra. Gracias a estas investigaciones se ha determinado que inclusive estos aceites vegetales mezclados con algunos aditivos pueden ofrecer mejores propiedades lubricantes en comparación con aquellos derivados del petróleo.
Sin embargo, existe un problema grave de sustentabilidad cuando se recurre de manera masiva al uso de estos aceites vegetales para producir lubricantes, ya que en muchos casos estos forman parte de nuestra alimentación básica, creando una competencia entre las necesidades de consumo humano y las industriales, así como por tierras cultivables provocando una posible alza en los precios de dichas materias primas.
Afortunadamente, existe una nueva solución ecológica y sustentable a estos problemas, que consiste en la producción de lubricantes «bio» hechos a base de aceite de microalgas para diversas aplicaciones industriales. Las microalgas son microorganismos fotosintéticos que utilizan la luz del sol como fuente de energía y producen oxígeno de forma natural.
Estos microorganismos tienen la capacidad de crecer sin el uso de tierras cultivables en ambientes marinos y en agua dulce, así como en medios artificiales y aguas residuales, y generar diferentes tipos de biomoléculas de gran utilidad como proteínas, antioxidantes, complementos alimenticios, aceites, entre otros.
Las microalgas pueden ser producidas en diferentes tipos de fotobiorreactores, los cuales son dispositivos capaces de mantener un medio estable (temperatura, pH, baja concentración de O2) y proporcionar los nutrientes y luz necesarios para el crecimiento de algas. Los fotobiorreactores se dividen generalmente en abiertos y cerrados, y pueden operar tanto en interiores como en exteriores. En ambos casos, la agitación y el mezclado son necesarios para homogenizar el cultivo, distribuir los nutrientes y proporcionar las cantidades adecuadas de luz para llevar a cabo de proceso de fotosíntesis. Los fotobiorreactores cerrados usualmente se fabrican con tubos de vidrio o de plástico, los cuales permiten el control de la evaporación del agua y disminuyen los riesgos de contaminación. Ese tipo de reactores ocupan áreas reducidas y se utilizan principalmente para producción a pequeña escala. Sin embargo, los fotobiorreactores abiertos (Figura 1) ocupan extensiones mucho más grandes, pueden localizarse en lagos y estanques, y son usados para producción a gran escala. La desventaja los fotobiorreactores abiertos es su exposición al ambiente, lo que se traduce en pérdidas significativas de agua por evaporación y en riesgo de contaminación por otros microorganismos.
El proceso para la obtención de aceites de microalgas involucra la selección de una especie apropiada de microalga (por ejemplo “Chlorella sp.”), su cultivo en fotobiorreactores bajo condiciones controladas, la cosecha de la biomasa de las microalgas y, finalmente, la extracción y purificación del aceite. Posteriormente, el aceite extraído debe ser modificado mediante tratamientos particulares de conversión química y su formulación se realiza posteriormente empleando aditivos”, lo cual se realiza en función de la aplicación industrial deseada (Figura 2). Algunas de las aplicaciones más importantes para estos aceites en la industria son como lubricantes de motor y transmisión de engranes, como grasas para rodamientos, como fluidos de corte, como aceites para transformador o lubricantes de motosierras, así como fluidos para perforación, entre otras.
En esta investigación se lograron identificar los avances más recientes en el proceso de crecimiento y generación de aceites de microalgas, las especies más prometedoras para la producción de aceites con buenas propiedades lubricantes y los procesos de conversión química más adecuados para formular lubricantes para diversos usos industriales. Utilizando esta información se elaboró una guía de selección, modificación y producción de aceites de microalgas que permitirá desarrollar una nueva clase de biolubricantes biodegradables y sustentables que podrían reemplazar a los lubricantes derivados del petróleo a mediano plazo.
Autores
Leonardo Israel Farfan Cabrera. Es Doctor en Ciencias en Ingeniería Mecánica con Orientación en Tribología, lubricantes, biolubricantes, materiales avanzados y vehículos eléctricos, Profesor Investigador de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Puebla, y líder del Laboratorio de Tribología Automotriz (Electromovilidad). farfanl@tec.mx
Mariana Franco Morgado. Es Doctora en Ingeniería Ambiental. Investigadora Postdoctoral con Orientación en Producción de microalgas en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Puebla. mariana.franco@tec.mx
José Pérez González es Profesor e Investigador en la Escuela Superior de Física y Matemáticas del Instituto Politécnico Nacional. Doctor en Ciencias en Metalurgia y Materiales, con orientación en Reología, Materiales Blandos, Tribología y lubricantes. jperezgo@ipn.mx
Para más información
Farfan-Cabrera, L. I., Franco-Morgado, M., González-Sánchez, A., Pérez-González, J., Marín-Santibáñez, B. M. (2022). Microalgae biomass as a new potential source of sustainable green lubricants. Molecules, 27(4), 1205. https://doi.org/10.3390/molecules27041205
Nowak, P., Kucharska, K., & Kamiński, M. (2019). Ecological and health effects of lubricant oils emitted into the environment. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(16), 3002. https://doi.org/10.3390/ijerph16163002
Shuba, E.S., Kifle, D. (2018). Microalgae to biofuels: ‘Promising’ alternative and renewable energy, review. Renew. Sustain. Energy Rev.2018, 81, 743–755.
Soni, S., Agarwal, M. (2014). Lubricants from renewable energy sources—A review. Green Chemistry Letters and Reviews, 7, 359–382.
