Oil accumulation via Chlorella species using carbon sources from waste

Abstract

One of the global issues acquiring significant attention these days is related to energy supply and demand. The irreversible decrease of fossil fuels left to supply energy and the greenhouse gases increase in the atmosphere have led to the utilization of alternate sources of energy, such as oil from microalgae. Oil from microalgae is an economically attractive source of energy because of their high capacity to accumulate lipid. The aim of this study is to optimize the lipid accumulation of Chlorella protothecoides and Chlorella vulgaris by using carbon sources other than glucose as the organic carbon source in heterotrophic and mixotrophic cultures. Carbon source, carbon and nitrogen concentrations, pH level, salinity, and rotational speed are some of the factors controlling the accumulation of oil that are considered in the present study. The heterotrophic and mixotrophic cultures of Chlorella protothecoides grow faster and produce higher biomass concentrations and lipid contents than their autotrophic cultures, without a significant difference between heterotrophic and mixotrophic modes. Mixotrophic Chlorella vulgaris produce higher biomass concentrations than in its autotrophic and heterotrophic cultures, without significant differences between their lipid contents. In addition to the biomass and lipid content advantages of heterotrophic and mixotrophic cultures, the utilization of glycerol and acetate as carbon sources for microalgae fermentation has the potential to reduce the overall costs of biofuels production since these substrates can be obtained from waste, glycerol from biodiesel industry and acetate from biohydrogen production. Chlorella protothecoides grow well on glycerol and sodium acetate and Chlorella vulgaris on sodium acetate, both with high biomass concentrations and high lipid contents.

Uno de los problemas globales que está adquiriendo atención significativa estos días está relacionado al suministro y demanda de energía. El decrecimiento irreversible de los combustibles fósiles y el incremento de gases de invernadero en la atmósfera han impulsado la utilización de fuentes alternas de energía, como lo es el aceite proveniente de las microalgas. El aceite de microalgas es una fuente de energía económicamente atractiva por la alta capacidad de las microalgas para acumular lípidos. El objetivo de este estudio es optimizar la acumulación de lípidos de Chlorella protothecoides y Chlorella vulgaris utilizando fuentes de carbono diferentes a glucosa como la fuente de carbono orgánica en cultivos heterotróficos y mixotróficos. Algunos de los factores controlando la acumulación de aceite y que son considerados en el presente estudio lo son: la fuente de carbono, las concentraciones de carbono y nitrógeno, el nivel de pH, salinidad, y la velocidad rotacional. Los cultivos heterotróficos y mixotróficos de Chlorella protothecoides crecen más rápido y producen mayores concentraciones de biomasa y contenidos de lípidos que en sus cultivos autotróficos, sin una diferencia significativa entre los modos heterotrófico y mixotrófico. Los cultivos mixotróficos de Chlorella vulgaris producen mayores concentraciones de biomasa que en sus cultivos autotróficos y heterotróficos, sin una diferencia significativa entre los contenidos de lípidos. En adición a la ventaja de biomasa y contenido de lípidos de los cultivos heterotróficos y mixotróficos, el uso de glicerol y acetato para la fermentación de las microalgas tiene el potencial de reducir los costos de la producción de biocombustibles ya que estos substratos pueden ser obtenidos de desperdicios, glicerol proveniente de la producción de biodiesel y acetato proveniente de la producción de biohidrógeno. Chlorella protothecoides crece bien en glicerol y acetato de sodio y Chlorella vulgaris en acetato de sodio, ambos con altas concentraciones de biomasa y altos contenidos de lípidos.