Por César Eduardo Nájar Almanzor y Danay Carrillo Nieves
Las tortillas, el tequila y el queso son algunos de los productos más emblemáticos de la gastronomía mexicana. Sin embargo, detrás de cada bocado y sorbo, hay un desafío ambiental oculto: la generación de grandes cantidades de aguas residuales durante su producción.
Estas aguas, conocidas como efluentes, pueden tener un impacto significativo en el medio ambiente si no se manejan adecuadamente.
En México, se generan millones de litros de estos residuos cada año, que al ser desechados sin un tratamiento adecuado contaminan ríos, lagos y suelos, afectando al medio ambiente, la biodiversidad, la economía y la calidad de vida de las comunidades.
Este reto representa una oportunidad para la innovación y la sostenibilidad. Inspirados por los principios de la economía circular, en el Tec de Monterrey se desarrollan proyectos en lo que utilizamos las microalgas para tratar aguas residuales, transformándolas en recursos valiosos para diversas industrias.
Este proyecto, impulsado por el Carrillo Biorefinery Lab y respaldado por FODECIJAL, CONAHCYT y el propio Tec de Monterrey, busca mitigar el impacto ambiental y abrir puertas a nuevos productos que beneficien a la sociedad.
Aguas residuales, el problema
La producción alimentaria genera diferentes tipos de aguas residuales o efluentes, como por ejemplo:
La producción de tortillas genera como residuo principal el nejayote, un líquido obtenido después de cocer el maíz con agua y cal para preparar una masa nutritiva y fácil de manejar.
La producción de tequila genera como uno de sus residuos principales las vinazas, el líquido que queda después de destilar contiene todos los residuos del jugo fermentado de agave que no forman parte de esta bebida.
La producción de queso genera como residuo principal el lactosuero, el agua residual que queda después de cuajar la leche. [1]
Cada año, en México se producen enormes cantidades de estos efluentes, que incluyen alrededor de 14,400 millones de litros de nejayote (suficiente para llenar 5,760 piscinas olímpicas), entre 6,400 y 7,800 millones de litros de vinazas (entre 2,560 y 3,120 piscinas olímpicas) y alrededor de 2,875 millones de litros de lactosuero (1,150 piscinas olímpicas) [2]
Estos residuos tienen una excesiva cantidad de nutrientes y materia orgánica que al llegar a ríos y lagos, actúan como alimento para las algas nativas provocando un crecimiento descontrolado que termina cubriendo la superficie de los cuerpos de agua.
Esto bloquea la luz del sol, afecta a las plantas acuáticas de los ecosistemas y reduce el oxígeno en el agua. Sin oxígeno, los peces y otros animales mueren, dañando el equilibrio natural de los ecosistemas. Además, estas aguas contaminadas adquieren un color oscuro y generan malos olores, afectando su uso para consumo humano, recreación o agricultura.
Microalgas, la solución
Las microalgas son organismos microscópicos que viven en ambientes acuáticos. Al igual que las plantas, realizan fotosíntesis, convirtiendo el dióxido de carbono (CO₂) en energía y liberando oxígeno.
Son capaces de limpiar las aguas residuales al alimentarse del exceso de nutrientes que actúan como contaminantes.
Esto elimina la contaminación del agua y permite el crecimiento de microalgas ricas en proteínas, pigmentos, minerales, grasas y otros compuestos valiosos para la industria alimentaria, agrícola y energética.
En colaboración con el Instituto de Investigación en Ciencias de la Alimentación (CIAL) en Madrid y la Technische Universität München en Alemania, en el Tec de Monterrey hemos optimizando el uso de microalgas para tratar estos tres efluentes descritos: nejayote, vinazas y lactosuero.
Este enfoque combina ciencia y tecnología para transformar desechos problemáticos en recursos útiles, siguiendo los principios de la economía circular.
Tratamiento de aguas residuales con microalgas
El proyecto se desarrolla en tres etapas principales, cada una diseñada para abordar el problema de manera integral.
Adaptación. Aunque las microalgas son organismos muy versátiles, necesitan ayuda para adaptarse a crecer en las condiciones extremas de las aguas residuales. Para lograrlo, se usa un proceso llamado mutagénesis UV, en el que las microalgas se exponen a luz ultravioleta para provocar pequeños cambios en su ADN, que les ayuda a resistir ambientes difíciles. Luego, pasan a un proceso de aclimatación en donde se acostumbran poco a poco a crecer en los efluentes; aquí se aumenta gradualmente el contenido de aguas residuales en el cultivo de microalgas hasta que puedan crecer completamente en los residuos.
Limpieza del agua. Una vez adaptadas, las microalgas se cultivan en los efluentes o aguas residuales, donde consumen, para su crecimiento, el exceso de nutrientes responsables de la contaminación. Esto deja el agua tratada con un menor impacto ambiental, lista para ser reutilizada en riego u otros procesos industriales.
Aprovechamiento. Las microalgas obtenidas se separan del agua tratada y se analizan para determinar su contenido de proteínas, nutrientes, minerales, metales, pigmentos, compuestos antioxidantes, grasas y otros compuestos útiles. Estos productos pueden emplearse en la agricultura como biofertilizantes, en la industria alimentaria como aditivos, o en el sector energético como biocombustibles.
Primeros resultados
Con la finalidad de que esta solución pueda ser viable a nivel industrial, hemos probado el cultivo de microalgas en biorreactores (tanques especiales para su crecimiento) y estanques a mayor escala. Esto nos permite evaluar la viabilidad del proceso en industrias reales.
Hasta ahora, los resultados han mostrado que el residuo en el que las microalgas pueden crecer mejor es el nejayote en donde han logrado eliminar entre 85 % y 100% de los contaminantes.
Las vinazas ocupan el segundo lugar donde se ha eliminado entre 58% y 93% de nutrientes. En tanto que el lactosuero, aunque ha sido el efluente más desafiante, ha permitido reducir contaminantes entre 37% y 57%.
Actualmente, se realiza investigación de pretratamientos y postratamientos complementarios, con el objetivo de mejorar estos resultados y ampliar el alcance de esta tecnología. [2]
Este proyecto demuestra que es posible aprovechar microalgas para reducir la contaminación y generar productos con alto valor agregado, promoviendo una economía más circular y sostenible.
Referencias
- Najar-Almanzor, Cesar E., Karla D. Velasco-Iglesias, Regina Nunez-Ramos, Tlalli Uribe-Velázquez, Minerva Solis-Bañuelos, Oscar J. Fuentes-Carrasco, Isaac Chairez, Tomás García-Cayuela, and Danay Carrillo-Nieves. 2023. “Microalgae-Assisted Green Bioremediation of Food-Processing Wastewater: A Sustainable Approach toward a Circular Economy Concept.” Journal of Environmental Management 345 (April).
- Najar-Almanzor, Cesar E., Karla D. Velasco-Iglesias, Minerva Solis-Bañuelos, Rosa Leonor González-Díaz, Santiago Guerrero-Higareda, Oscar J. Fuentes-Carrasco, Tomás García-Cayuela, and Danay Carrillo-Nieves. 2024. “Chlorella Vulgaris-Mediated Bioremediation of Food and Beverage Wastewater from Industries in Mexico: Results and Perspectives towards Sustainability and Circular Economy.” Science of the Total Environment 940 (January).
Autores
César Eduardo Nájar Almanzor. Estudiante del Doctorado en Biotecnología, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias, del Tecnológico de Monterrey.
Danay Carrillo Nieves. Profesora investigadora del Tecnológico de Monterrey, asociada al núcleo Health for People, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias, y líder del Carrillo Biorefinery Lab.
