ES2262432A1 - Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias. - Google Patents
Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias.Info
- Publication number
- ES2262432A1 ES2262432A1 ES200501126A ES200501126A ES2262432A1 ES 2262432 A1 ES2262432 A1 ES 2262432A1 ES 200501126 A ES200501126 A ES 200501126A ES 200501126 A ES200501126 A ES 200501126A ES 2262432 A1 ES2262432 A1 ES 2262432A1
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- fixing
- culture
- polysaccharide
- microorganism
- biomass
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
- C12P19/04—Polysaccharides, i.e. compounds containing more than five saccharide radicals attached to each other by glycosidic bonds
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/46—Removing components of defined structure
- B01D53/62—Carbon oxides
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
- B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
- B01D53/84—Biological processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
- C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
- C12M43/04—Bioreactors or fermenters combined with combustion devices or plants, e.g. for carbon dioxide removal
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01D—SEPARATION
- B01D2257/00—Components to be removed
- B01D2257/50—Carbon oxides
- B01D2257/504—Carbon dioxide
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
- Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/151—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions, e.g. CO2
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
Abstract
Procedimiento para fijar dióxido de carbono mediante la utilización de un cultivo de cianobacterias. El objeto de la presente invención es un proceso para fijar dióxido de carbono (CO{sub,2}), mediante el cultivo de cualquier cianobacteria fijadora de nitrógeno, halotolerante, y capaz de producir un exopolisacárido que se excreta al medio. La utilización de dicho procedimiento permite reducir o eliminar emisiones de CO{sub,2} que proceden de procesos industriales, por ejemplo de las centrales de generación eléctrica. Otro objeto de la presente invención lo constituye la utilización como biocombustible de un exopolisacárido producido mediante el cultivo de la cianobacteria Anabaena, que posee un alto poder calorífico. La utilización de dicho exopolisacárido como biocombustible permitiría reducir el consumo de combustibles fósiles en aquellos procesos industriales que los emplean.
Description
Procedimiento para fijar dióxido de carbono
mediante la utilización de un cultivo de cianobacterias.
Medio Ambiente. El objeto de la presente
invención es un proceso para fijar y eliminar dióxido de carbono
(CO_{2}), proveniente de emisiones de procesos industriales,
mediante el cultivo de una cianobacteria fijadora de nitrógeno,
halotolerante y capaz de producir un exopolisacárido (EPS).
El dióxido de carbono o anhídrido carbónico
(CO_{2}), a pesar de ser un gas minoritario en la atmósfera
terrestre (0,03%, v/v), constituye uno de sus componentes más
importantes, ya que es sustrato en la fotosíntesis, por una parte,
y principal producto de la respiración de los seres vivos y de la
combustión de los productos energéticos por otra. Actualmente se
registra un aumento del nivel de CO_{2} en la atmósfera, del que
se hace responsable al incremento en la utilización de combustibles
fósiles (carbón, petróleo, gas natural), que puede conllevar un
sobrecalentamiento de la superficie terrestre (efecto invernadero).
Un importante problema que afecta al desarrollo económico de muchos
países es su elevado nivel de emisiones de CO_{2}, lo que puede
situarlos en una precaria situación en un futuro mercado de
emisiones.
Para resolver estos problemas se hace necesario
desarrollar e implantar nuevas tecnologías que permitan generar
energía con menores niveles de emisión de CO_{2}, así como otras
que permitan eliminar CO_{2}, reduciendo su nivel en los gases de
escape generados industrialmente. El primer aspecto supone una
sustitución tecnológica difícil de abordar a corto plazo por muchos
países. Respecto al segundo aspecto, se están llevando a cabo
diversos estudios que consideran desde la fijación del CO_{2} por
masas forestales a su retención en el mar, bolsas de gas o suelos
petrocálcicos, haciéndose énfasis especial en diversas alternativas
de aprovechamiento de la fijación fotosintética del
CO_{2}.
CO_{2}.
De hecho, entre las diferentes opciones basadas
en favorecer los sumideros naturales de CO_{2}, la fijación
fotosintética de CO_{2} mediante el cultivo de microalgas y
cianobacterias es, en principio, la alternativa más prometedora, ya
que dichos microorganismos son los más efectivos fijadores de
CO_{2} del planeta, con rendimientos más de cinco veces
superiores a las plantaciones de maíz, constituyendo además uno de
los grupos más versátiles de la biosfera. Asimismo, la naturaleza
hidráulica de los cultivos facilita su manipulación, así como la
instalación de los mismos contiguos a la propia fuente emisora de
CO_{2}, mientras que, en general, el resto de los propuestos
sumideros naturales de carbono solo fijan CO_{2} del liberado a
la atmósfera, constituyendo contaminación difusa.
El cultivo de microorganismos fotosintéticos
utiliza el CO_{2} como fuente de carbono, convirtiéndolo en
carbono orgánico fijado en forma de los diferentes compuestos
orgánicos que constituyen la biomasa, así como otros productos
fotosintéticos que pueden liberar las células, tales como los
polisacáridos. Una posible opción para el aprovechamiento de la
biomasa y/u otros productos fotosintéticos generados mediante la
fijación de CO_{2}, es su aprovechamiento como fuente de energía,
al ser materiales con considerable contenido energético o calor de
combustión. Esta reutilización como combustible de los productos
fotosintéticos supone un reciclaje de carbono y conlleva una
paralela reducción en el consumo de combustibles fósiles.
La eficiencia y el éxito de la utilización de
cultivos de microorganismos fotosintéticos para la fijación de
CO_{2} dependen en gran medida del microorganismo seleccionado
(especie, cepa, etc.), así como del sistema de producción empleado
y de la optimización de los parámetros de cultivo. Adicionalmente
han de considerarse las propiedades de los productos fotosintéticos
generados y las posibilidades de su posterior aprovechamiento. Las
emisiones de CO_{2} a la atmósfera constituyen un problema global.
Sería conveniente desarrollar un sistema que elimine o al menos
reduzca las emisiones de CO_{2} en las propias fuentes emisoras
del contaminante, de manera eficiente, barata, sencilla y versátil,
consiguiendo altas tasas de fijación de CO_{2}, y generando al
mismo tiempo productos fotosintéticos con aplicaciones de
interés.
Utilizando el alga verde Chlorococcum
littorale se ha conseguido fijar cerca de 1 g de CO_{2} por
litro y día en recipientes de 20 l de capacidad (Kurano N, Ikemoto
H, Miyashita H, Hasegawa T, Hata H and Miyachi S (1995). Fixation
and utilization of carbon dioxide by microalgal photosynthesis.
Energy Convers. Management 36 (6-9),
689-692). Con la tecnología que aquí se propone
se puede conseguir valores de fijación de CO_{2} comprendidos
entre 2 y 6 g CO_{2} por litro y día.
La patente norteamericana WO0205932
"Photosynthetic carbon dioxide mitigation", utiliza
cianobacterias termófilas (Cyanidium caldarium)
inmovilizadas sobre membranas, empleando un sistema de energía
híbrida para su iluminación (convierten la luz solar en
electricidad mediante placas fotovoltaicas y suministran luz de
400-700 nm de longitud de onda a las células). El
producto de fijación del CO_{2} es la biomasa, sin considerar la
producción de otros compuestos. La biomasa producida debe ser
retirada con asiduidad de las membranas mediante un complejo
sistema de limpieza, lo que redunda negativamente en la economía y
rendimiento del proceso, dificultando asimismo su escalado.
En la presente invención, el principal producto
de la fijación de CO_{2} es un polisacárido que las células
excretan al medio. Dicho exopolisacárido (EPS) posee propiedades
que le confieren interés práctico para una diversidad de
aplicaciones industriales (Bender J, Rodríguez-Eaton
S, Ekanemesang UM and Phillips P (1994). Characterization of
metal-binding bioflocculants produced by the
cyanobacterial component of mixed microbial mats. Appl Environ
Microbiol 60, 2311–2315); De Philippis R and Vicenzini M
(1998). Exocellular polysaccharides from cyanobacteria and their
possible applications. FEMS Microbiology Reviews 22,
151-175; Flaibani A, Olsen Y and Painter TJ (1989).
Polysaccharides in desert reclamation: Compositions of exocellular
proteoglycan complexes produced by filamentous
blue-green edaphic algae. Carbohydr Res 190,
235-248; Sutherland IW (1996). Extracellular
polysaccharides. En: Biotechnology, VCH, Weinheim (Rehm, HJ and
Reed, G eds.) vol 6, 615-657). Este sistema
utiliza directamente luz solar para el desarrollo de la fijación de
CO_{2} y permite su fácil escalado.
Tal como se ha mencionado previamente, sería
conveniente disponer de un procedimiento de fijación de CO_{2}
capaz de reducir la concentración de este gas en la atmósfera,
acoplado a la generación de un producto orgánico susceptible de
aprovechamiento. La presente invención describe un procedimiento
para fijar CO_{2} mediante la utilización de un cultivo de
microorganismos fotosintéticos acoplado a la producción de un
exopolisacárido, que posee considerable calor de combustión y otras
propiedades que le confieren interés práctico.
Por tanto, en un aspecto, la invención se
relaciona con dicho procedimiento para fijar CO_{2} que comprende
las siguientes etapas:
- a-
- cultivar un microorganismo fotosintético en un sistema adecuado.
- b-
- suministrar al cultivo CO_{2} u otra forma inorgánica de carbono derivada de él, tal como bicarbonato (^{-}HCO_{3}) y/o carbonato (^{=}CO_{3}), a concentraciones elevadas, y
- c-
- recoger los productos de la fijación del CO_{2} y de otras formas de carbono inorgánico de él derivadas (bicarbonato, carbonato), generados por dicho cultivo.
El microorganismo cultivado es una cianobacteria
fijadora de N_{2}, halotolerante, que fotosintetiza un
exopolisacarido que excreta al medio. Esta cianobacteria puede ser
cultivada en sistemas abiertos o cerrados. El suministro de CO_{2}
(en concentraciones elevadas, y siempre superiores a las naturales
atmosféricas) puede realizarse directamente en forma de gas o tras
su solubilización en un líquido (como tal CO_{2}, como
bicarbonato o carbonato) que sería empleado como medio de cultivo.
El CO_{2} en concentración elevada puede provenir de plantas de
generación de electricidad, de cementeras o de plantas industriales
que desarrollen procesos generadores de CO_{2}.
Como uno de los productos fotosintéticos
mayoritarios de la fijación de carbono inorgánico (CO_{2},
bicarbonato, carbonato) mediante el cultivo de estas cianobacterias
se obtiene un exopolisacárido (EPS) que se libera al medio.
Dicho polisacárido, dadas sus propiedades
energéticas, puede ser utilizado como biocombustible, bien en la
propia planta que generó el CO_{2} contaminante o bien en otras
instalaciones.
En una realización particular se utiliza la
especie Anabaena, y preferentemente la cepa Anabaena
sp. ATCC 33047, que produce un EPS que posee un calor de combustión
similar al del carbón o la madera, de al menos 14 kJ/g.
El procedimiento de la presente invención
presenta una alta tasa de fijación de CO_{2} y producción de
exopolisacárido, pudiendo, en el caso de Anabaena, generar
al menos 1,3 g de polisacárido además de, al menos, 0,4 g de biomasa
por litro y día y fijar 1,6 kg de CO_{2} por cada kg de
polisacárido producido.
En otro aspecto, la invención se relaciona por
tanto con la utilización de dicho procedimiento para reducir o
eliminar las emisiones de CO_{2} producidas por centrales de
generación eléctrica y una diversidad de procesos industriales,
pero también, por otra parte, el uso de sus productos como
biocombustible posibilita reducir el consumo de combustibles
fósiles.
La invención se relaciona además con la
utilización del polisacárido generado a partir de la fijación de
CO_{2} por Anabaena, como agente emulsificante,
estabilizante o espesante en industria alimentaria, textil, de
pinturas, papelera, cosmética y farmacéutica.
Dicho polisacárido también puede ser utilizado
para la adsorción, concentración, o eliminación de metales
(pesados) en aguas residuales de diversa procedencia (urbanas,
industria pesada, minería, etc.), así como para el acondicionamiento
y recuperación de suelos para uso agrícola. Igualmente, el EPS
puede ser utilizado como agente antiviral, o como sustrato de
procesos fermentativos.
En un aspecto, la invención se relaciona con un
procedimiento para fijar CO_{2} mediante la utilización de un
cultivo de microorganismos fotosintéticos, en adelante
procedimiento de la invención, que comprende las siguientes
etapas:
- a)
- cultivar dicho microorganismo en un sistema adecuado
- b)
- suministrar al cultivo CO_{2} u otra forma inorgánica de carbono derivada de él, tal como bicarbonato (^{-}HCO_{3}) y/o carbonato (^{=}CO_{3}), a concentraciones elevadas, y
- c)
- recoger los productos de la fijación del CO_{2} y de otras formas de carbono inorgánico de él derivadas (bicarbonato, carbonato), generados por dicho cultivo,
siendo el microorganismo cultivado
cualquier cianobacteria fijadora de nitrógeno, halotolerante, y
capaz de producir un exopolisacárido (EPS) que se excreta al
medio.
El procedimiento de la invención contempla que el
cultivo del microorganismo seleccionado pueda realizarse tanto en
sistemas abiertos como cerrados. El cultivo de microorganismos en
sistema abierto es más económico, pero en contrapartida permite
escaso control de parámetros importantes para la adecuada marcha
del proceso. Los sistemas de cultivo cerrado permiten un mejor y
más estricto control de las condiciones de operación del cultivo,
que redunda en productividades superiores y productos de mayor
calidad, pero se trata de sistemas más sofisticados y más caros. En
una realización particular de la invención se utilizó un sistema de
cultivo cerrado, concretamente un fotobiorreactor tubular cerrado,
colocado a la intemperie. En otra realización particular de la
invención se constató la viabilidad del cultivo, a la intemperie,
en estanques abiertos de 1 y 10 m^{2} de superficie.
El aporte de carbono inorgánico a concentraciones
elevadas mencionado en el punto b) del procedimiento de la
invención se efectúa bien directamente en forma de CO_{2} gas o
bien tras su solubilización en un líquido (como tal CO_{2},
bicarbonato y/o carbonato) que posteriormente se utiliza como medio
de cultivo del microorganismo. La concentración de CO_{2} inicial
suministrada al cultivo, en todos los casos es superior a la
atmosférica, 0,03% (v/v). La fuente emisora de dicho CO_{2} puede
seleccionarse entre una planta de generación de electricidad, una
cementera, o una planta de procesos industriales, entre otras.
En una realización particular de la invención se
suministra el CO_{2} en forma de gas, el cual se inyecta a un
fotobiorreactor tubular cerrado a través de sus válvulas de entrada
de gases. En otra realización particular de la invención sería
posible suministrar el CO_{2} fijado en agua de mar que se
utilizaría posteriormente como medio de cultivo. La utilización de
agua de mar no repercutiría negativamente en el crecimiento del
microorganismo puesto que se trata de una cepa halotolerante.
Mediante el procedimiento de la invención y como
consecuencia de la fijación de CO_{2}, se obtienen diversos
productos fotosintéticos, de los que al menos uno es un
exopolisacárido (EPS), pudiendo llegar a constituir este EPS el
producto fotosintético mayoritario.
En una realización particular de la invención, el
microorganismo cultivado pertenece a la especie Anabaena, en
concreto la cepa Anabaena sp. ATCC 33047. Esta estirpe,
Anabaena sp. ATCC 33047, posee elevada tasa de crecimiento,
incluso a elevada densidad de población, tolera amplios intervalos
de pH, temperatura, irradiancia y concentración de sales, presenta
capacidad de fijar nitrógeno (por lo que no necesita aporte de
fertilizante nitrogenado y se reduce el riesgo de contaminaciones),
alta productividad y elevada eficiencia para la fijación de
CO_{2}, siendo de fácil recolección (Moreno J, Vargas MA,
Olivares H, Rivas J and Guerrero MG (1998). Exopolysaccharide
production by the cyanobacterium Anabaena sp. ATCC 33047 in
batch and continuous culture. J Biotechnol 60,
175-182; Moreno J, Vargas MA, Madiedo JM, Muñoz
J, Rivas J and Guerrero MG (2000). Chemical and rheological
properties of an extracellular polysaccharide produced by the
cyanobacterium Anabaena sp. ATCC 33047. Biotechnol Bioeng
67, 283-290). Especialmente destacable es su
elevada tasa de generación de EPS, que es aún mayor en condiciones
de estrés, llegando a mostrar una productividad de EPS al menos 3
veces superior a la de generación de biomasa. Estas características
hacen a esta cianobacteria una candidata idónea para su empleo en la
biofijación efectiva del CO_{2} presente en gases de escape o en
otras fuentes contaminantes emisoras de este gas.
Dicho EPS producido por la especie
Anabaena posee un calor de combustión similar al de la
madera o el carbón. En una realización particular de la invención,
el calor de combustión de dicho EPS es de al menos 14 kJ/g.
El procedimiento de la invención proporciona un
mecanismo eficaz y eficiente de fijación de CO_{2}, acoplado a la
producción de un EPS susceptible de ser aprovechado. En una
realización particular de la invención se obtuvieron al menos 1,3 g
por litro y día de polisacárido además de al menos 0,4 g de biomasa
por litro y día. En otra realización particular se verificó la
fijación de 1,6 kg de CO_{2} por cada kg de polisacárido
producido. En otra realización particular de este procedimiento se
fijaron entre 2 y 6 g de CO_{2} por litro y día.
En otro aspecto, la invención se relaciona con la
utilización del procedimiento para reducir o eliminar emisiones de
CO_{2} que proceden de procesos industriales, preferentemente de
las centrales de generación de electricidad, y para reducir el
consumo de combustibles fósiles en aquellos procesos industriales
que los utilizan, mediante su sustitución por productos de fijación
de CO_{2} obtenidos en dicho procedimiento.
Tanto la biomasa o material celular, como el EPS
generado mediante este proceso, utilizando cultivos de la especie
Anabaena, como la mezcla de biomasa y EPS, pueden ser
utilizados para diversos fines, siendo una de sus posibles
aplicaciones su combustión para la generación de calor o
electricidad, ya que tanto la biomasa como el EPS poseen
considerable calor de combustión (igual o superior a 14 kJ/g). Por
lo tanto, en otro aspecto, la invención se relaciona con la
utilización del EPS obtenido, como biocombustible. En una
realización particular de la invención el EPS obtenido se podría
utilizar como biocombustible en la misma planta generadora de las
emisiones contaminantes de CO_{2}.
Los EPS producidos por los microorganismos pueden
tener aplicaciones en la industria agroalimentaria y/o farmacéutica
(Sutherland IW (1996) Extracellular polysaccharides. En:
Biotechnology VCH, Weinheim (Rehm HJ and Reed G eds.), vol 6,
615-657). Los polisacáridos aniónicos son de
utilidad para la detección, adsorción, concentración y/o
eliminación de iones metálicos de aguas residuales (Bender J,
Rodríguez-Eaton S, Ekanemesang UM and Phillips P
(1994). Characterization of metal-binding
bioflocculants produced by the cyanobacterial component of mixed
microbial mats. Appl Environ Microbiol 60,
2311-2315; Bertocchi C, Navarini L and Cesáro A
(1990). Polysaccharides from cyanobacteria. Carbohydr Polym 12,
127-153). Igualmente, los EPS pueden utilizarse
para inducir la floculación de partículas sólidas en el tratamiento
de aguas residuales urbanas, así como en el acondicionamiento y
recuperación de suelos para uso agrícola (Flaibani A, Olsen Y and
Painter TJ (1989). Polysaccharides in desert reclamation:
Compositions of exocellular proteoglycan complexes produced by
filamentous blue-green edaphic algae. Carbohydr
Res 190, 235-248). Algunos polisacáridos de
microorganismos, especialmente de los de tipo fotoautotrófico
poseen actividad antiviral (Yim JH, Kim SJ, Ahn SH, Lee ChK, Rhie
KT and Lee HK (2004). Antiviral Effects of Sulphated
Exopolysaccharide from the Marine Microalga Gyrodinium
impudicum Strain KG03. Mar Biotechnol 6,
17-25). Por tanto, otro aspecto de la invención
se relaciona con la utilización del EPS generado a partir de los
cultivos de la especie Anabaena como agente emulsificante,
estabilizante o espesante en industria alimentaria, textil, de
pinturas, papelera, cosmética y/o farmacéutica, así como su
utilización para la concentración y/o eliminación de metales en
aguas residuales de diversa procedencia (urbanas, industria pesada,
minería, etc.). Asimismo la invención se relaciona con el empleo de
este EPS en el acondicionamiento y recuperación de suelos para uso
agrícola, como potencial agente antiviral y como sustrato de
procesos fermentativos.
El siguiente ejemplo sirve para ilustrar la
invención y no debe ser considerado con fines limitativos de la
misma.
En esta realización particular de la invención se
ha seleccionado la cianobacteria fijadora de N_{2}
Anabaena sp. ATCC 33047, teniendo en cuenta sus especiales
características de eficiencia fijadora de CO_{2} y su alta
productividad.
El cultivo de Anabaena sp. ATCC 33047 se
llevó a cabo a la intemperie en un fotobiorreactor tubular cerrado,
siendo la fuente de iluminación la luz solar. Dicho sistema consta
de un módulo de captación de luz solar constituido por tubos de
material transparente (plexiglás rígido) de 24 mm de diámetro
interno y 30 mm de diámetro externo y una longitud total de 90 m,
situados horizontalmente en paralelo y conectados entre sí por
medio de piezas en forma de "u" del mismo material, con una
superficie fotosintéticamente activa de 2,2 m^{2} y 55 l de
volumen útil. Dos bolas de caucho de diámetro ligeramente inferior
al diámetro interior de los tubos circulan para evitar el depósito
de células en las paredes de los mismos. Estos tubos se encuentran
sumergidos en agua, que actúa como elemento termostatizador del
cultivo, en un baño de dimensiones 1,8 \times 6,0 \times 0,15
m, provisto de circuito cerrado de circulación con elementos
calefactores y enfriadores. En este sistema de cultivo, la
suspensión celular se agita y se hace circular a través de los
tubos por la impulsión de aire estéril a presión generado por un
compresor (air-lift). El sistema tubular termina en
un cilindro de 52 cm de alto por 26 cm de diámetro externo, situado
a 2,8 m de altura desde la horizontal del reactor. En la tapa de
este cilindro existen varios orificios para: salida de gas
(protegido por un filtro de 0,22 \mum), entrada para llenado
rápido del reactor, entrada de medio fresco para operar en cultivo
continuo y sensor de nivel. En la parte inferior del
cilindro se encuentran además las sondas de pH y temperatura. Estas sondas se conectan con una unidad de control.
cilindro se encuentran además las sondas de pH y temperatura. Estas sondas se conectan con una unidad de control.
Se procedió a la introducción en el sistema de
cultivo de una suspensión de células de Anabaena sp. ATCC
33047 con una concentración de clorofila comprendida entre 5 y 10
mg por litro de cultivo. Dicha suspensión se mantuvo en circulación
a una velocidad comprendida entre 0,2 y 0,4 m s^{-1} por un
periodo de 72 horas, durante el que se mantiene el cultivo en
régimen estanco, con control de temperatura, máxima de 35ºC durante
el día y de 18ºC durante la noche, y sometido a una irradiancia
solar. Transcurridas las 72 horas, el cultivo se somete a régimen
continuo, con adición continuada de medio de cultivo fresco (que
cubre todos los requerimientos nutricionales del microorganismo)
durante el periodo de luz. La suspensión celular se mantiene
circulando por los tubos durante 45 días.
Durante el proceso, el valor del pH se mantiene
entre 8,0 y 8,5 mediante la inyección de CO_{2} a través de una
electroválvula regulada por un controlador de pH. El CO_{2} se
inyecta en la zona horizontal del tubo de retorno de la suspensión
celular hacia el módulo de captación de luz. El consumo
fotosintético de CO_{2} por las células de la cianobacteria
provoca una elevación del pH del medio, que al superar el valor de
8,5 dispara la inyección de una corriente de CO_{2} gas puro, con
lo que se acidifica el medio, deteniéndose la inyección de CO_{2}
una vez que se recupera el valor de pH 8,0.
Manteniendo el cultivo en el sistema y
condiciones anteriormente señaladas, la concentración de
exopolisacárido en el medio alcanzó valores de hasta 8 g por litro,
con una productividad de EPS de hasta 4 g por litro y día. La
recogida de la suspensión enriquecida con el EPS generado y la
biomasa que lo acompaña se realiza de manera continua durante el
periodo de luz a un flujo de aproximadamente 2 litros por hora.
Claims (22)
1. Procedimiento para fijar CO_{2} mediante la
utilización de un cultivo de microorganismos fotosintéticos que
comprende las siguientes etapas:
- a)
- cultivar dicho microorganismo en un sistema adecuado,
- b)
- suministrar al cultivo CO_{2} u otra forma inorgánica de carbono derivada de él, tal como bicarbonato (^{-}HCO_{3}) y/o carbonato (^{=}CO_{3}), a concentraciones elevadas, y
- c)
- recoger los productos de la fijación del CO_{2} y de otras formas de carbono inorgánico de él derivadas (bicarbonato, carbonato), generados por dicho cultivo,
caracterizado porque el
microorganismo cultivado en a) es cualquier cianobacteria fijadora
de nitrógeno, halotolerante y capaz de producir un exopolisacárido
que se excreta al
medio.
2. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 1 caracterizado porque dicho cultivo de
microorganismos se realiza en un sistema cerrado, preferentemente en
un fotobiorreactor tubular cerrado.
3. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 1 caracterizado porque dicho cultivo de
microorganismos se realiza en un sistema abierto.
4. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3
caracterizado porque el CO_{2} a concentración elevada se
suministra al cultivo en forma gaseosa, preferentemente
suministrando dicho gas directamente desde la fuente emisora de
CO_{2}.
5. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 3
caracterizado porque el CO_{2} en concentraciones elevadas
se suministra al cultivo fijado en medio líquido, utilizándose
posteriormente dicho medio líquido como medio de cultivo del
microorganismo.
6. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 5 caracterizado porque dicho medio líquido
donde se fija el CO_{2} y se cultiva el microorganismo, es agua
salada, preferentemente agua de mar
7. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones 4, 5 y 6 caracterizado
porque la fuente emisora de CO_{2} es una planta de generación de
electricidad, una cementera, o una planta de procesos
industriales.
8. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones de la 4 a la 7
caracterizado porque la concentración de CO_{2}
suministrado es superior al 0,03% (v/v).
9. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 8
caracterizado porque el producto mayoritario de la fijación
de CO_{2} generado por el cultivo del microorganismo, es un
polisacárido que se libera al medio.
10. Procedimiento para fijar CO_{2} según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 9
caracterizado porque dicho cultivo de microorganismos es un
cultivo de la especie Anabaena, preferentemente la estirpe
Anabaena sp. ATCC 33047.
11. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 10 caracterizado porque fija al menos 1,6 kg
de CO_{2} por cada kg de polisacárido producido.
12. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 10 caracterizado porque mediante el cultivo
de microorganismos produce al menos 1,3 g de polisacárido y 0,4 g de
biomasa por litro y día.
13. Procedimiento para fijar CO_{2} según la
reivindicación 10 caracterizado porque mediante el cultivo
de microorganismos fija entre 2 y 6 g de CO_{2} por litro y
día.
14. Utilización de un procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 13, para reducir o
eliminar emisiones de CO_{2} que proceden de procesos
industriales, preferentemente de las centrales de generación
eléc-
trica.
trica.
15. Utilización de un procedimiento según
cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 13 para reducir el
consumo de combustibles fósiles en aquellos procesos industriales
que los emplean, mediante su sustitución por productos de fijación
de CO_{2} obtenidos en dicho procedimiento.
16. Utilización de un polisacárido (sólo o
mezclado con biomasa) obtenido según el procedimiento descrito en
la reivindicación 10, como biocombustible.
17. Utilización de un polisacárido (sólo o
mezclado con biomasa) según la reivindicación 16 como
biocombustible en la misma planta generadora del gas con alto
contenido en CO_{2}.
18. Utilización de un polisacárido obtenido según
el procedimiento descrito en la reivindicación 10, como agente
emulsificante, estabilizante o espesante en la industria
alimentaria, textil, de pinturas, papelera, cosmética y
farmacéutica.
19. Utilización de un polisacárido obtenido según
el procedimiento descrito en la reivindicación 10, para la
concentración o eliminación de metales en aguas residuales de
diversa procedencia (urbanas, industria pesada, minería, etc.)
20. Utilización de un polisacárido obtenido según
el procedimiento descrito en la reivindicación 10, para el
acondicionamiento y recuperación de suelos para uso agrícola.
21. Utilización de un polisacárido obtenido según
el procedimiento descrito en la reivindicación 10, como agente
antiviral.
22. Utilización de un polisacárido obtenido según
el procedimiento descrito en la reivindicación 10, sólo o en
combinación con la biomasa, como sustrato de procesos
fermentativos.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501126A ES2262432B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias. |
| PCT/ES2006/070056 WO2006120278A1 (es) | 2005-05-11 | 2006-05-11 | Procedimiento para fijar dióxido de carbono mediante la utilización de un cultivo de cianobacterias |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501126A ES2262432B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2262432A1 true ES2262432A1 (es) | 2006-11-16 |
| ES2262432B1 ES2262432B1 (es) | 2007-11-16 |
Family
ID=37396212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200501126A Expired - Fee Related ES2262432B1 (es) | 2005-05-11 | 2005-05-11 | Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2262432B1 (es) |
| WO (1) | WO2006120278A1 (es) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2258463A1 (en) * | 2008-03-14 | 2010-12-08 | Endesa Generación, S.A. | Liquid-phase gas collection |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2915404B1 (fr) * | 2007-04-30 | 2009-07-24 | Centre Nat Rech Scient | Procede de reduction de dioxyde de carbone |
| BE1019198A3 (fr) * | 2010-02-22 | 2012-04-03 | Agc Glass Europe | Procede d'epuration de gaz comprenant du co2 et dispositif correspondant. |
| FR2966842A1 (fr) * | 2010-10-28 | 2012-05-04 | IFP Energies Nouvelles | Procede integre de production de calcite et de biomasse par des cyanobacteries. |
| FR3044935A1 (fr) * | 2015-12-14 | 2017-06-16 | Geoconsulting | Microcentrale de traitement du co2 et stockage liquide |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09131175A (ja) * | 1995-11-13 | 1997-05-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ポリ−β−ヒドロキシ酪酸を生産するシアノバクテリア |
| JP2000060585A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-02-29 | Japan Science & Technology Corp | Ｃｏ２ の培養バイオマス変換によるエタノールの生産方 法 |
| JP2001354407A (ja) * | 2000-06-08 | 2001-12-25 | Rikogaku Shinkokai | 藍色細菌による二酸化炭素の除去・回収方法 |
| US20020072109A1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-06-13 | Bayless David J. | Enhanced practical photosynthetic CO2 mitigation |
-
2005
- 2005-05-11 ES ES200501126A patent/ES2262432B1/es not_active Expired - Fee Related
-
2006
- 2006-05-11 WO PCT/ES2006/070056 patent/WO2006120278A1/es active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09131175A (ja) * | 1995-11-13 | 1997-05-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ポリ−β−ヒドロキシ酪酸を生産するシアノバクテリア |
| JP2000060585A (ja) * | 1998-08-19 | 2000-02-29 | Japan Science & Technology Corp | Ｃｏ２ の培養バイオマス変換によるエタノールの生産方 法 |
| JP2001354407A (ja) * | 2000-06-08 | 2001-12-25 | Rikogaku Shinkokai | 藍色細菌による二酸化炭素の除去・回収方法 |
| US20020072109A1 (en) * | 2000-07-18 | 2002-06-13 | Bayless David J. | Enhanced practical photosynthetic CO2 mitigation |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| MORENO, J. et al. Chemical and rheological properties of an extracellular polysaccharide produced by the cyanobacterium Anabaena sp. ATCC 33047. Biotechnology and Bioengineering, 2000, vol. 67 (3) paginas 283-290. * |
| MORENO, J. et al. Chemical and rheological properties of an extracellular polysaccharide produced by the cyanobacterium Anabaena sp. ATCC 33047. Biotechnology and Bioengineering, 2000, vol. 67 (3) páginas 283-290. * |
| PHILLIPS, R.D. et al. Exopolysaccharide-producing cyanobacteria and their possible exploitation: a review. Journal of applied phycology, 2001, vol 13 (4), paginas 293-299. * |
| PHILLIPS, R.D. et al. Exopolysaccharide-producing cyanobacteria and their possible exploitation: a review. Journal of applied phycology, 2001, vol 13 (4), páginas 293-299. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2258463A1 (en) * | 2008-03-14 | 2010-12-08 | Endesa Generación, S.A. | Liquid-phase gas collection |
| EP2258463A4 (en) * | 2008-03-14 | 2011-06-01 | Endesa Generacion S A | GAS CAPTURE IN LIQUID PHASE |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2262432B1 (es) | 2007-11-16 |
| WO2006120278A1 (es) | 2006-11-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Kong et al. | Review on carbon dioxide fixation coupled with nutrients removal from wastewater by microalgae | |
| Hall et al. | The potential applications of cyanobacterial photosynthesis for clean technologies | |
| Tandon et al. | Microalgae culture enhancement through key microbial approaches | |
| AU2017291820B2 (en) | Culture medium sterilized for microalgae high density culture, and the air compression, air cooling, carbon dioxide automatically supplied, sealed vertical photobioreactor, harvesting, drying apparatus and characterized in that to provide a carbon dioxide biomass conversion fixed, air and water purification method using the same | |
| Abd Rahaman et al. | A review of carbon dioxide capture and utilization by membrane integrated microalgal cultivation processes | |
| Zhu et al. | Large-scale cultivation of Spirulina for biological CO2 mitigation in open raceway ponds using purified CO2 from a coal chemical flue gas | |
| ES2326296B1 (es) | Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtencion de biocombustibles. | |
| ES2643165T3 (es) | Métodos y sistemas para la absorción de co2 y conversión en oxígeno gaseoso por medio de microorganismos | |
| AU2007336141B2 (en) | Electromagnetic bioaccelerator | |
| ES2308912B2 (es) | Procedimiento acelerado de conversion energetica del dioxido de carbono. | |
| US20130319059A1 (en) | Integrated carbon capture and algae culture | |
| Karube et al. | Biotechnological reduction of CO 2 emissions | |
| US20240109028A1 (en) | Device and Method for the Sequestration of Atmospheric Carbon Dioxide | |
| ES2262432B1 (es) | Procedimiento para fijar dioxido de carbono mediante la utilizacion deun cultivo de cianobacterias. | |
| de Morais et al. | Biological CO 2 mitigation by microalgae: technological trends, future prospects and challenges | |
| ES2665270T3 (es) | Instalación solar-gas con varios modos de funcionamiento | |
| Mohapatra et al. | Bio-inspired CO2 capture and utilization by microalgae for bioenergy feedstock production: A greener approach for environmental protection | |
| CN101466824A (zh) | 用于获得生物燃料的能量光转换器 | |
| Thomas Kiran et al. | A new novel solution to grow diatom algae in large natural water bodies and its impact on CO2 capture and nutrient removal | |
| Suryata et al. | Geothermal CO2 bio-mitigation techniques by utilizing microalgae at the Blue Lagoon, Iceland | |
| CN101280273A (zh) | 一种光合自氧微生物的工业化培养的方法和装置 | |
| WO2015004300A1 (es) | Instalación para la obtención de biomasa mediante el cultivo de algas y la obtención de biorefino para la producción de bioaceite y bioproductos y procedimiento para su obtención | |
| Yu et al. | Novel effective bioprocess for optimal CO2 fixation via microalgae-based biomineralization under semi-continuous culture | |
| Umar | The screening, fabrication and production of microalgae biocomposites for carbon capture and utilisation | |
| CN107475100A (zh) | 一种微藻养殖系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20061116 Kind code of ref document: A1 |
|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2262432B1 Country of ref document: ES |
|
| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20211119 |