ES2377619B2

ES2377619B2 - Fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas.

Info

Publication number: ES2377619B2
Application number: ES200950030A
Authority: ES
Inventors: Choul-Gyun Lee; Z-Hun Kim
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Inha Industry Partnership Institute
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Inha Industry Partnership Institute
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-11-28
Publication date: 2013-10-30
Anticipated expiration: 2028-11-28
Also published as: ES2377619A1; JP2010511411A; WO2009069967A3; US20100323436A1; JP5345071B2; WO2009069967A2

Abstract

Un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas. El fotobioreactor incluye una gran variedad de estaciones de fuente de luz superficial utiliza un elemento de diodo emisor de luz (LED), un elemento de diodo emisor de luz orgánico (OLED), o una lámina de LED flexible como fuente de luz. Las estaciones de fuente de luz superficial tienen forma de placa plana o de cilindro, se instalan a intervalos predeterminados en el espacio interior de un tanque de reacción con forma cuboide o cilíndrica, y emiten luz para el cultivo de microalgas de modo que están iluminadas desde el interior. Aquí, las estaciones de fuente de luz superficial se instalan de forma que están alternativamente en contacto con la primera y la segunda pared del tanque de reacción dispuestas en paralelo entre ellas de forma simétrica, y sirven como compartimentos que compartimentan el espacio interior del tanque de reacción y aumentan la distancia de flujo del gas.

Description

Fotobioreactor para el cultivo a gran escala

de microalgas

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la Invención

La presente invención está relacionada, en general, con un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas, y más en particular, con un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas que utiliza una fuente de luz superficial como un elemento de diodo emisor de luz (LEO), un elemento de diodo emisor de luz orgánico (OLED), o un elemento de una lámina de LEO flexible, que posee un espesor fino y gran eficiencia en el consumo de energía, para superar la limitación del escalaje en dos dimensiones debido a la limitación de la transmitancia de la luz en el momento del escalaje.

2. Descripción de la técnica relacionada

Se han hallado en todo el mundo varias sustancia útiles, de gran valor añadido, derivadas de las microalgas. Es ......

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indispensable una gran concentración de cultivo para la o o 00 •

producción a gran escala de estas sustancias. Los sistemas de

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cultivo utilizados actualmente son principalmente cultivos a gran escala que utilizan instalaciones de cultivo externas como un gran estanque, que causan muchos problemas. Estos problemas ..

incluyen, por ejemplo, contaminación, una baja densidad celular que dificulta la separación y la purificación, condiciones climáticas y de luminosidad irregulares, y la necesidad de una amplia área de cultivo, costes salariales, gran cantidad de

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matriz (particularmente, una fuente de nitrógeno), una gran · . .

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calidad del agua, y así sucesivamente.

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Particularmente,: en términos de problemas de

contaminación,: es muy grave la predación provocada por

protozoos,: la depleción de la matriz provocada por los

microorganismos fotosintéticos u otros microorganismos, etc., y requiere de un aparato caro por separado para concentrar los productos. Así, las tecnologías de cultivo estudiadas en cada país del mundo se dirigen principalmente en producir productos en exceso de un rendimiento en caso de utilizar un gran estanque en el aspecto cuantitativo utilizando un fotobioreactor de cultivo de alta densidad de interior de un tamaño relativamente pequeño, y simultáneamente producir un gran calidad de productos en alta concentración.

No obstante, en el caso de un aparato de cultivo de microorganismos de rutina, es posible aumentar cuantitativamente el rendimiento por medio de escalaje tridimensional. Por el contrario, en el caso de un cultivo de alta densidad, ya que siempre existe una limitación asociada con la transmitancia de la luz, es posible aumentar cuantitativamente el rendimiento sólo mediante el escalaje bidimensional. En detalle, en el caso del fotobioreactor, debe mantenerse alta la proporción del área de la superficie de una fuente de luz con el volumen de un espacio de reacción. En cualquier caso, ya que la distancia que atraviesa la luz es limitada, sólo es posible el escalaje bidimensional en una dirección paralela a la superficie de la fuente de luz.

Ejemplos de este fotobioreactor incluye un reactor agitado, un reactor planar, un reactor tubular, un reactor columnar y similares. Estos reactores presentan dificultades en

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el escalaje, por lo que es necesario un reactor más grande para un cultivo a gran escala.

Para poder solucionar este problema, se describe un "fotobioreactor modular utilizado para el cultivo a gran escala de microalgas" en la Publicación de Patente Coreana N° 20030018197. En este documento, tal como se ilustra en las FIGS. 1 y 2, el fotobioreactor 100 incluye una primera cámara de reacción 111 y una segunda cámara de reacción 112, que están separadas entre ellas de forma que estas partes, particularmente las porciones inferiores, se comunican entre ellas. La primera cámara de reacción 111 posee un puerto de inyección de medio 113 que se extiende hacia dentro de la porción superior de una pared lateral de la misma para poder suministrar nutrientes a las microalgas contenidas en ella. La segunda cámara de reacción 112 posee un puerto de descarga de medio 114, que se extiende hacia afuera de la porción superior de una pared lateral de la misma para descargar el medio inyectado a través del puerto de inyección de medio 113. Además, cada una de la primera y segunda cámara de reacción 111 y 112 presentan puertos de infusión de gas 115, que se extienden hacia abajo desde el fondo de las mismas para poder suministrar gas a la correspondiente cámara de reacción. Por el contrario, cada una de la primera y segunda cámara de reacción 111 y 112 presentan un puerto de efusión de gas 116, que se extiende hacia arriba desde la cima de la misma para proporcionar una ruta para evacuar el gas que pasa a través de la correspondiente cámara de reacción hacia el exterior.

Además, para el propósito de un cultivo a gran escala, pueden disponerse una serie de fotobioreactores 100 para que

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estén conectados entre ellos en paralelo. En este punto, los dos fotobioreactores vecinos 100 se conectan entre ellos de tal forma que el puerto de descarga de medio 114 de un 100 se inserta en el puerto de inyección de medio 113 del otro 100.

Como los fotobioreactores 100 están unidos en esta estructura, el medio se inyecta a través del puerto de inyección de medio 113 al primer fotobioreactor 100, los nutrientes se suministran a las microalgas contenidas en la primera y segunda cámaras de reacción, y estos se descargan a través del puerto de descarga de medio 114 del primer fotobioreactor 100. Posteriormente, el medio se inyecta en el segundo fotobioreactor 100 a través del puerto de inyección de medio 113 del segundo fotobioreactor 100. El medio que pasa a través del fotobioreactor de esta manera se descarga hacia el exterior a través del puerto de descarga de medio 114 de último fotobioreactor 100.

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A medida que el gas se inyecta a través de los puertos de •..•..

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influjo de gas 115, el aire se puede utilizar. Cuando es .. . necesario suministrar dióxido de carbono se puede

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utilizar gas mezclado con una cantidad en exceso de dióxido de .......

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carbono (entre 5% y 20%). Por ejemplo, este gas puede utilizar gas de escape de combustión. El gas que pasa a través de los .. fotobioreactores escapa a través del puerto de efusión de gases

116.

Las fuentes de luz 117, como las lámparas fluorescentes, se instalan en un espacio entre la primera cámara de reacción

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111 y la segunda cámara de reacción 112. Las lámparas

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fluorescentes 117 se instalan de esta manera para ajustarse a o •

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las pantallas de luz típicas o simplemente se apilan. El número de fuentes de luz se ajusta para controlar la luminosidad.

No obstante, en el fotobioreactor modular que posee la estructura mencionada anteriormente, para el cultivo a gran escala, se mantiene el área que recibe la luz, pero la expansión de volumen es inevitable. En el caso en que las lámparas fluorescentes se utilicen como fuentes de luz internas, se ha observado de forma variada que la luminosidad se reduce bajo la influencia de un medio de cultivo y una temperatura circundante

(baja temperatura) . Debido al volumen de cada lámpara fluorescente en sí, su aplicación también se reduce.

Además, aunque el gas inyectado se mezcla con la cantidad excesiva de dióxido de carbono (entre 5% y 20%), la distancia en la que pasa la mezcla de gas, que es una distancia de flujo entre el puerto de influjo de gas 115 y el puerto de eflujo de gas 116 de cada cámara de reacción, es limitada, por lo que sólo una cantidad entre alrededor de 10% Y alrededor del 20% del

dióxido: de carbono suministrado para la reacción con las

microalgas: se utiliza en cada cámara de reacción.

Consecuentemente,: el fotobioreactor modular muestra una baja

eficiencia.

RESUMEN: DE LA INVENCIÓN

De acuerdo con esto, la presente invención se ha realizado en un esfuerzo para solucionar los problemas que aparecen en la técnica relacionada, y las realizaciones de la presente invención proporcionan un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas, que supera una limitación de la transmitancia de la luz que permite el escalaje tridimensional,

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que aplica una fuente de luz que emite una gran intensidad de luz y reduce una carga en el volumen para adecuarse al escalaje y aumentar la productividad por unidad de volumen, y que permite al dióxido de carbono suministrado usarse para reaccionar en una

gran: proporción gracias al aumento de la distancia de flujo de

la: mezcla de gas sumin istrado para aumentar también
la

eficiencia.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas, que comprende: un tanque de reacción que contiene microalgas a cultivar que presenta una primera y una segunda pared dispuestas en paralelo entre ellas de forma simétrica, un puerto de influjo de gas en una posición predeterminada de la primera pared, y un puerto de eflujo de gas en un posición predeterminada de la primera o segunda pared situadas lejos del puerto de influjo de gas; y una o más estaciones de fuente de luz superficial instaladas para compartimentar un espacio interior del tanque de reacción de forma que las estaciones de fuente de luz en superficie están dispuestas en el tanque de reacción entre los puertos de influjo de gas y el de eflujo en intervalos predeterminados y están alternativamente en contacto con la primera y segunda pared, emitiendo luz para cultivar las microalgas de modo que están iluminadas desde el interior, y sirven como compartimentos que aumentan la distancia de flujo entre los puertos de influjo de gas y el de eflujo. El fotobioreactor permite el escalaje tridimensional.

El tanque de reacción puede tener un aspecto cuboide ya que la primera y segunda pared sirven como paredes superior e

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inferior: respectivamente. Cada estación de fuente de luz

superficial puede: tener la forma de una placa plana.

Cada: estación de fuente de luz superficial puede estar

dispuesta de: forma inclinada respecto a la vertical en un ángulo

predeterminado.

El: tanque de reacción puede tener la forma de un cuboide

de: forma que la primera y segunda pared sirven como dos paredes

laterales: enfrentadas entre ellas, respectivamente. Cada

estación: de fuente de luz superficial puede tener la forma de

una: placa plana.

Cada: estación de fuente de luz superficial puede estar

dispuesta: de forma inclinada respecto a la horizontal en un

ángulo predeterminado.

El: tanque de reacción puede tener la forma de un cilindro

incluyendo: la primera y segunda pared como paredes circulares

superior: e inferior respectivamente y una pared cilíndrica que

conecta la primera y segunda pared entre fuente de luz superficial puede tener la: ellas. La estación de forma de un cilindro y • o...... o· .... ...· ..

puede: estar dispuesta en el espacio interior del tanque de ....•

reacción: en forma concéntrica a la forma de la pared del ~ ... · ·..·. ·.

cilindro.

El: tanque de reacción puede incluir al menos un puerto de · . ·.·. · · ·.·

influjo: de gas en un borde de la primera pared, y un puerto de .... "

eflujo de gas: en el centro de la primera o segunda pared. · ·." .. · ·..· . · · · ·

El: espacio interior del tanque de reacción que está

compartimentalizado por las estaciones de fuente de luz en superficie puede tener intervalos A, que aumentan gradualmente hacia afuera desde el centro hacia el borde de cada pared.: ..... '".•...·.· , . .....· · · .. ..... · · ·

Cada estación de fuente de luz superficial puede incluir un tablero plano o cilíndrico, una serie de elementos de diodos emisores de luz instalados en una superficie o la opuesta del tablero bajo una regla de disposición predeterminada, y capas protectoras impermeables que cubren las superficies opuestas del tablero sobre las que están instalados la serie de elementos de diodos emisores de luz.

Cada estación de fuente de luz superficial puede incluir un tablero plano o cilíndrico, una serie de elementos de diodos emisores de luz orgánicos instalados en una superficie o la opuesta del tablero bajo una regla de disposición predeterminada, y capas protectoras impermeables que cubren las superficies opuestas del tablero sobre las que están instalados la serie de elementos de diodos emisores de luz orgánicos.

Cada estación de fuente de luz superficial puede incluir un tablero plano o cilíndrico, una serie de elementos de láminas flexibles de diodos emisores de luz instalados en una superficie ......

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o la opuesta del tablero bajo una regla de disposición •

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predeterminada, y capas protectoras impermeables que cubren las

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superficies opuestas del tablero sobre las que están instalados ··....... la serie de elementos de láminas flexibles de diodos emisores de luz. · .... ...

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Oe acuerdo con las realizaciones de la presente invención, · · ......

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el fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas ·.....

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permite el escalaje tridimensional, aplica cada estación de

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fuente de luz superficial utilizando un elemento de diodo emisor . • '10'. de luz (LEO), un elemento de diodo emisor de luz orgánico · . .

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(OLED), o un elemento de una lámina de LEO flexible, que emite

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una gran intensidad de luz y reduce de forma considerable el volumen del mismo, como fuente de luz, por lo que facilita el escalaje y aumenta la productividad por unidad de volumen. Además, el fotobioreactor permite utilizar el dióxido de carbono suministrado para reaccionar en una gran proporción al aumentar la distancia del flujo de la mezcla de gas suministrado, por lo que aumenta la eficiencia. Además, el fotobioreactor puede reducir el consumo de energía y los gastos del proceso. Así, el

fotobioreactor hace posible una mejora sensible de la limitación espacial, mejora la eficiencia, y reduce los gastos del proceso, por lo que puede ser muy adecuado para el cultivo a gran escala de microalgas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

FIG. 1 es una vista en perspectiva que ilustra un fotobioreactor modular convencional que tiene lámparas fluorescentes;

FIG. 2 es una vista transversal de un lado que ilustra el equipo de reacción en que los diferentes fotobioreactores modulares de la FIG. 1 están conectados entre ellos;

FIG. 3 es una vista esquemática en perspectiva que ilustra un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo a una primera realización de la presente invención;

FIG. 4 es una vista transversal del fotobioreactor de la

FIG.: 3;

FIG.: 5 es una vista transversal horizontal del

fotobioreactor de: la FIG. 3;

FIGS.: 6 a 10 son vistas transversales que ilustran la

estructura: transversal de las estaciones de fuente de luz

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superficiales que constituyen un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con la presente invención;

FIG. 11 es una vista transversal vertical que ilustra un 5 fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con una segunda realización de la presente invención;

FIG. 12 es una vista transversal vertical que ilustra un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con una tercera realización de la presente invención; y

10 FIG. 13 es una vista transversal horizontal del fotobioreactor de la FIG. 12.

DESCRIPCIÓN DE LAS REALIZACIONES PREFERIBLES

Se hará ahora referencia en mayor detalle a los ejemplos de realizaciones de la invención en referencia a las figuras 15 acompañantes. Un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con una primera realización de la presente

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invención incluye un tanque de reacción 10 y una serie de . .

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estaciones de fuente de luz superficial 20.

20 Tal como se ilustra en las FIGS. 3 aS, el tanque de reacción 10 es para contener microalgas a cultivar, y presenta la forma de un cuboide. Además, el tanque de reacción 10 incluye un puerto de influjo de gas 5 en la esquina izquierda de una pared inferior 11 del mismo, y un puerto de eflujo de gas 15 en

~ la esquina derecha de una pared superior 13 del mismo situado lejos del puerto de influjo de gas 5. Las estaciones de fuente de luz superficial 20, cada una o • o

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de ellas poseen la forma de una placa plana, están instaladas en • o

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el tanque de reacción 10. Más específicamente, las estaciones de fuente de luz superficial 20 están instaladas de forma que compartimentan un espacio interior del tanque de reacción 10 de tal forma que se disponen entre los puertos de influjo de gas y los de eflujo 5 y 15 del tanque de reacción 10 en intervalos regulares, y están alternativamente en contacto con las paredes superior e inferior 13 y 11 del tanque de reacción 10, y emiten luz para cultivar las microalgas de modo que están iluminadas desde el interior. En detalle, las estaciones de fuente de luz superficial 20 que presentan la forma de una placa plana están en contacto con un total de tres paredes, que incluye las paredes frontales y traseras 17 y 19 del tanque de reacción 10 (que están en contacto común) y la pared superior o inferior 13

o 11 del tanque de reacción 10 (que está alternativamente en contacto). Estas estaciones de fuente de luz superficial 20 están instaladas en el tanque de reacción 10 en una dirección vertical. Si es necesario, las estaciones de fuente de luz

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superficial 20 pueden estar instaladas de forma inclinada en la o

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vertical en un ángulo predeterminado.

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Como las estaciones de fuente de luz superficial 20 están

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instaladas de esta manera, sirven como compartimentos que aumentan considerablemente la distancia de flujo entre el puerto de influjo de gas 5 y el puerto de eflujo de gas 15. Además, el fotobioreactor hace posible un escalaje bidimensional en una

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dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente

de luz superficial 20 así como el escalaje tridimensional en una O" . · ·....

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dirección perpendicular a las superficies de cada estación de o .• .

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fuente de luz superficial 20 además de la dirección paralela a .

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las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20, aumentando así las dimensiones del tanque de reacción, e instalando más estaciones de fuente de luz superficial 20. De esta manera, el fotobioreactor es muy adecuado para el escalaje.

Aunque no se ilustra de forma separada, en el caso en que la última estación de fuente de luz superficial esté instalada para estar en contacto con la pared inferior 11 del tanque de reacción 10 dependiendo de una variación en el número de estaciones de fuente de luz superficial 20, el puerto de eflujo de gas 15 puede estar formado en la esquina frontal derecha de la pared inferior 11 del tanque de reacción 10.

Cada estación de fuente de luz superficial 20 funciona para emitir luz para cultivar las microalgas. Tal como se ilustra en las FIGS. 6 a 10, cada estación de fuente de luz superficial 20 utiliza, como fuente de luz, un elemento de diodo emisor de luz

(LEO) 25, un elemento de diodo emisor de luz orgánico (OLED) 35,

o un elemento de una lámina de LEO flexible 45, que emite una · .

·.....

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fuerte intensidad de luz con un pequeño volumen, por lo que .. reduce considerablemente la carga en el volumen.

En detalle, tal como se ilustra en las FIGS. 6 a 8, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede estar compuesta de un tablero plano 21, una serie de elementos LEO 25 instalados en una superficie o la opuesta del tablero 21 bajo una regla de disposición predeterminada, y capas protectoras impermeables 27

.. .

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que cubren las superficies opuestas del tablero 21 sobre las que están instalados la serie de elementos LEO 25. Tal como se

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ilustra en las FIGS. 6 Y 7, cada estación de fuente de luz . .

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superficial 20 puede configurarse de forma que los elementos LEO

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25 están instalados en todas las superficies opuestas del tablero 21. Tal como se ilustra en la FIG. 8, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede configurarse de forma que los elementos LEO 25 están instalados en una de las superficies opuestas del tablero 21. Además, tal como se ilustra en la FIG. 6, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede configurarse de forma que los elementos LEO 25 están instalados en el tablero 21 espaciados entre ellos en intervalos regulares bajo una regla predeterminada. Tal como se ilustra en la FIG. 7, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede configurarse de forma que los elementos LEO 25 están instalados en el tablero 21 de forma tan densa que cubre todo el tablero 21.

Mientras tanto, tal como se ilustra en la FIG. 9, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede utilizar los elementos OLED 35 en lugar de los elementos LEO 25. Tal como se ilustra en la FIG. 10, cada estación de fuente de luz superficial 20 puede utilizar las láminas de LEO flexibles 45 en lugar de los elementos LEO 25.

El fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con una segunda realización de la presente invención incluye un tanque de reacción 10 y una serie de estaciones de fuente de luz superficial 20, como en la primera realización.

Tal como se ilustra en la FIG. 11, el tanque de reacción 10 contiene microalgas a cultivar, y presenta la forma de un cuboide. No obstante, a diferencia de la primera realización, el tanque de reacción 10 incluye un puerto de influjo de gas 5 en la esquina inferior de una pared derecha 31 del mismo, y un

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puerto de eflujo de gas 15 en la esquina superior de una pared izquierda 33 del mismo situada lejos del puerto de influjo de gas 5.

Las estaciones de fuente de luz superficial 20, cada una de las cuales presenta la forma de una placa plana, están instaladas en el tanque de reacción 10. En detalle, las estaciones de fuente de luz superficial 20 están instaladas de forma que compartimentan un espacio interior del tanque de reacción 10 de forma que se disponen entre los puertos de influjo y eflujo de gas 5 y 15 del tanque de reacción 10 en intervalos regulares, y están alternativamente en contacto con las paredes derecha e izquierda 31 y 33 del tanque de reacción 10, Y emiten luz para cultivar las microalgas de modo que están iluminadas desde el interior. En detalle, las estaciones de fuente de luz superficial 20 que presentan la forma de una placa plana están en contacto con un total de tres paredes, que incluye las paredes frontales y traseras del tanque de reacción 10 que están en contacto común, y las paredes derecha o izquierda 31 o 33 del tanque de reacción 10 que están alternativamente en contacto. Estas estaciones de fuente de luz superficial 20 están instaladas en el tanque de reacción 10 en una dirección horizontal. Si es necesario, las estaciones de fuente de luz superficial 20 pueden estar instaladas de forma inclinada respecto a la horizontal en un ángulo predeterminado.

Como las estaciones de fuente de luz superficial 20 están instaladas de esta manera, sirven como compartimentos que aumentan considerablemente la distancia de flujo entre el puerto de influjo de gas 5 y el puerto de eflujo de gas 15. Además, el

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fotobioreactor hace posible un escalaje bidimensional en una dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20 así como el escalaje tridimensional en una dirección perpendicular a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20 además de la dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20, aumentando así las dimensiones del tanque de reacción, e instalando más estaciones de fuente de luz superficial 20. De esta manera, el fotobioreactor es muy adecuado para el escalaje.

Aunque no se ilustra de forma separada, en el caso en que la última estación de fuente de luz superficial esté instalada para estar en contacto con la pared derecha 31 del tanque de reacción 10 dependiendo de una variación en el número de estaciones de fuente de luz superficial 20, el puerto de eflujo de gas 15 puede estar formado en la esquina superior de la pared derecha 31 del tanque de reacción 10.

De esta manera, el fotobioreactor para el cultivo a gran

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escala de microalgas de acuerdo con la segunda realización se o

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entenderá fácilmente cuando se refiere a una estructura en que

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el fotobioreactor dispuesto transversalmente para el cultivo a o

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gran escala de microalgas de acuerdo con la primera realización se dispone en una dirección longitudinal. El fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas de acuerdo con una tercera realización de la presente

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invención incluye un tanque de reacción 10' y una serie de .... estaciones de fuente de luz superficial 20' como en la primera y

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segunda realizaciones. o o

No obstante, tal como se ilustra en las FIGS. 12 y 13, el

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tanque de reacción 10' presenta la forma de un cilindro. En detalle, el tanque de reacción 10' incluye una pared inferior circular 51, una pared superior circular 53, y una pared cilíndrica 55 que conecta las paredes superior e inferior 51 y 53 entre ellas. Además, el tanque de reacción 10' incluye dos puertos de influjo de gas 65 en los bordes diagonales opuestos de la pared inferior 51 del mismo, y un puerto de eflujo de gas 75 en el centro de la pared inferior 51 situado lejos de los puertos de influjo de gas 65.

Las estaciones de fuente de luz superficial 20' están instaladas en el tanque de reacción 10' en una forma cilíndrica. En otras palabras, las estaciones de fuente de luz superficial 20' están dispuestas en el tanque de reacción 10' en forma concéntrica a la forma de la pared cilíndrica 55. Más específicamente, las estaciones de fuente de luz superficial 20' que poseen diferentes diámetros están instaladas de forma que compartimentan el espacio interior del tanque de reacción 10' de tal forma que tienen el centro en común y están dispuestos desde el borde en el que cada puerto de influjo de gas 65 está localizado hacia el centro donde está localizado el puerto de eflujo de gas 75 a intervalos regulares, y en el que están alternativamente en contacto con las paredes superior e inferior 51 Y 53 del tanque de reacción 10', Y emiten luz para cultivar las microalgas de modo que están iluminadas desde el interior. Consecuentemente, las estaciones de fuente de luz superficial 20' que presentan la forma de un cilindro están alternativamente en contacto con las paredes superior e inferior 51 y 53 del tanque de reacción 10'. En este momento, preferiblemente, cada

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intervalo A del espacio interior del tanque de reacción compartimentalizado por las estaciones de fuente de luz superficial 20', es decir, cada intervalo A entre las estaciones vecinas de fuente de luz superficial 20' aumenta gradualmente hacia afuera desde el centro hacia el borde del tanque de reacción en consideración con una sección transversal del flujo.

Como las estaciones de fuente de luz superficial 20' están instaladas de esta manera, sirven como compartimentos que aumentan considerablemente la distancia de flujo entre cada puerto de influjo de gas 65 y el puerto de eflujo de gas 75. Además, el fotobioreactor hace posible un escalaje bidimensional en una dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20 ' así como el escalaje tridimensional en una dirección perpendicular a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20 además de la dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial 20, aumentando así el diámetro del tanque de

reacción,: e instalando más estaciones de fuente de luz

superficial: 20. De esta manera, el fotobio reactor es muy

adecuado para el escalaje.

Aunque: no se ilustra de forma separada, en el caso de que

se instale la estación de fuente de luz superficial 20' de menos diámetro para que esté en contacto con la pared superior 53 del tanque de reacción lO' dependiendo de una variación en el número de estaciones de fuente de luz superficial 20', el puerto de eflujo de gas 75 puede estar formado en el centro de la pared superior 53 del tanque de reacción lO' .

En comparición con la primera y segunda realizaciones, la

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tercera realización posee la misma configuración excepto que una estructura transversal detallada de cada estación de fuente de luz superficial 20' es una estructura cilíndrica para el tablero 21 en lugar de una estructura de placa plana, y por eso se omite una descripción detallada adicional.

Aunque no se ilustra de forma separada, cada fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas como e ha descrito antes está básicamente equipado con puertos de inyección y de descarga de medio para suministrar nutrientes a las microalgas en posiciones predeterminadas del tanque de reacción, además del puerto de influjo de gas 5 o 65 y el puerto de eflujo de gas 15 o 75.

De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, las estaciones de fuente de luz superficial 20 o 20' del fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas no se limitan a las formas específicas tal como se ilustra en la FIGS. 6 a 10, sino que puede modificarse de forma variada. Por ejemplo, pueden montarse diferentes tipos de elementos OLED 35 en las superficies opuestas del tablero 21 para que emitan luz con diferentes luminosidades o reducir una diferencia entre longitudes de onda. Esta modificación hace posible crear varios ambientes de cultivo. Además, las estaciones de fuente de luz superficial 20 o 20' pueden ajustar de forma variable la luminosidad, si se construyen varios controles de encendido-apagado añadiendo un circuito de control (no mostrado) a una fuente de alimentación para suministrar energía eléctrica. Así, puede cultivarse un mayor número de microalgas en la escala preestablecida. Aunque la densidad de las microalgas aumenta

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durante el periodo de cultivo, la intensidad de la luz se ajusta, y así puede mantenerse una cantidad de luz apropiada. Ya que puede ajustarse la luz a varias intensidades, podemos encontrarnos con varios requisitos de cultivo.

De acuerdo con las realizaciones de la presente invención, el fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas hace posible un escalaje bidimensional en una dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial así como el escalaje tridimensional en una dirección perpendicular a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial además de la dirección paralela a las superficies de cada estación de fuente de luz superficial, por lo que es muy adecuado para el escalaje.

Además, el fotobioreactor utiliza una fuente de luz superficial como un elemento LEO, un elemento OLED, o un elemento flexible LEO de un volumen pequeño y gran eficiencia en el consumo de energía, en comparación con un fotobioreactor

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convencional que utiliza una fuente de luz como una lámpara ..·.. ..

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fluorescente con un gran volumen y una baja eficiencia en el

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consumo de energía, por lo que puede configurar cada estación de

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fuente de luz superficial plana o cilíndrica 20 en un espesor muy fino de pocos milímetros. Como resultado, el fotobioreactor

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no sólo es ventajoso para el escalaje debido a la mejora de las

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limitaciones espaciales, sino que también mejora ....· · considerablemente la productividad por unidad de volumen. ........ .. Además, tal como se ha descrito anteriormente, el

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fotobioreactor permite utilizar el dióxido de carbono contenido · · ·. . ..

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en la mezcla de gas para reaccionar en una gran proporción al ·..

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aumentar la distancia del fluj o de la mezcla de gas en el espacio interior del tanque de reacción, por lo que puede mejorar considerablemente la eficiencia.

Resumiendo, el fotobioreactor para el cultivo a gran

5 escala de microalgas hace posible una mejora considerable de las limitaciones espaciales, mejora la eficiencia asociada con el suministro de gas, y reduce los gastos del proceso en relación con el consumo de energía, y puede abarcar varios requisitos de cultivo para expandir un rango aplicable, por lo que puede ser

10 muy adecuado para el cultivo a gran escala de microalgas.

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REIVINDICACIONES

1. Un fotobioreactor para el cultivo a gran escala de microalgas, que comprende: un tanque de reacción que contiene microalgas a cultivar y

5 que presenta una primera y una segunda pared dispuestas en paralelo entre ellas de forma simétrica, un puerto de influjo de gas en una posición predeterminada de la primera pared, y un puerto de eflujo de gas en una posición predeterminada de la primera o segunda pared situadas lejos del puerto de influjo de

10 gas; y una o más estaciones de fuente de luz superficial, caracterizado por el hecho de que las estaciones de fuente

de luz superficial están instaladas de forma que compartimentan el espacio interior del tanque de reacción de forma que las 15 estaciones de fuente de luz superficial están dispuestas en el tanque de reacción entre los puertos de influjo y de eflujo de gas en intervalos predeterminados y están alternativamente en contacto con la primera y segunda pared, emitiendo luz para cultivar las microalgas de modo que están iluminadas desde el

20 interior, y que sirve como compartimento aumentando la distancia de flujo entre los puertos de influjo y de eflujo de gas, en el que el fotobioreactor permite el escalaje tridimensional, incluyendo cada estación de fuente de luz superficial un

25 tablero plano o cilíndrico, una serie seleccionada de entre un grupo que consta de elementos de diodos emisores de luz, diodos emisores de luz orgánicos y láminas flexibles de diodos emisores

de luz, instalados en una superficie o la opuesta del tablero bajo una regla de disposición predeterminada, y capas protectoras impermeables que cubren las superficies opuestas del tablero sobre las que están instalados la serie de elementos de

5 diodos emisores de luz, los diodos emisores de luz orgánicos y/o láminas flexibles de diodos emisores de luz,

y en el que una característica lumínica de un diodo de emisor de luz montado sobre una superficie de la estación de fuente de luz superficial es diferente de una característica

10 lumínica de un diodo de emisor de luz montado sobre la otra superficie de la estación de fuente de luz superficial.
2. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 1, en el que: el tanque de reacción presenta una forma cuboide de forma 15 que la primera y segunda pared sirven como paredes superior e inferior respectivamente; y

cada estación de fuente de luz superficial presenta una forma de placa plana.
3. El fotobioreactor tal como se indica en la

20 reivindicación 2, en el que cada estación de fuente de luz superficial se dispone de forma inclinada respecto a la vertical en un ángulo predeterminado.
4. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 1, en el que:

25 el tanque de reacción presenta una forma cuboide de forma que la primera y segunda pared sirven como dos paredes laterales enfrentadas entre ellas respectivamente; y

cada estación de fuente de luz superficial presenta una

forma de placa plana.
5. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 4, en el que cada estación de fuente de luz superficial se dispone de forma inclinada respecto a la

5 horizontal en un ángulo predeterminado.
6. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 1, en el que: el tanque de reacción presenta una forma cilíndrica que incluye la primera y segunda pared como paredes circulares 10 superior e inferior respectivamente y una pared cilíndrica que conecta la primera y segunda pared entre ellas; y

las estaciones de fuente de luz superficial presentan una

forma cilíndrica y están dispuestas en el espacio interior del

tanque de reacción en forma concéntrica a la forma de la pared

15 del cilindro.
7. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 6, en el que el tanque de reacción incluye al menos un puerto de influjo de gas en un borde de la primera pared, y un puerto de eflujo de gas en un centro de la primera o

20 segunda pared.
8. El fotobioreactor tal como se indica en la reivindicación 7, en el que el espacio interior del tanque de reacción que está partido por las estaciones de fuente de luz superficial presenta intervalos (A) que aumentan gradualmente

25 hacia afuera desde el centro hacia el borde de cada pared.

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FIGURA 1

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113 112

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FIGURA 2

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