ES2395947B1 - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos - Google Patents

Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos Download PDF

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Abstract

Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos.#Permite cultivar microorganismos fotoautótrofos para la producción de biomasa, con eficiencia mejorada y coste reducido. Comprende: un recinto (1) de cultivo adaptado para ser suspendido y que está formado por dos láminas de polietileno, en las que por termosellado están definidas una pluralidad de canales (6) paralelos comunicados entre sí formando un único conducto en zig-zag; un tanque (3) para homogeneización y, alojamiento del cultivo (2); y unos medios de impulsión (10) para impulsar el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1) contra la gravedad. Comprende adicionalmente una estructura formada por elementos (18) poligonales paralelos sobre los que se apoya una barra (8) de la que se suspende el recinto (1).

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del cultivo de microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas o cianobacterias, siendo su propósito la producción de biomasa algal, que se emplee, entre otros fines, para la obtención de biocombustible. En concreto, el objeto de la invención se refiere a un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es posible emplear luz solar y agua rica en nutrientes para el desarrollo masivo de cultivos de microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas, como generadores eficientes de diferentes productos de gran valor industrial.
Existen dos diseños básicos para la producción de microorganismos fotoautotrófos, los sistemas abiertos, en los que el cultivo está permanentemente expuesto a la atmósfera, y los sistemas cerrados, comúnmente denominados fotobiorreactores, en los que el cultivo tiene escaso
o nulo contacto con la atmósfera.
Los sistemas abiertos, también denominados de tipo raceway (circuito), están constituidos por canales de agua poco profundos (15-20 cm) en forma de circuito, en los que el medio de cultivo es impulsado por paletas rotatorias. Generalmente ocupan grandes extensiones de terreno (500-5000 m2), pero tienen como ventaja el bajo costo de producción de biomasa algal en algunas zonas geográficas específicas. Sin embargo, el perfeccionamiento de esta tecnología parece haber alcanzado su límite. Entre sus inconvenientes más importantes, se citan la baja productividad, fácil contaminación, costosa recuperación del producto en medios diluidos y dificultad para el control de la temperatura.
Los antes citados inconvenientes han estimulado el desarrollo de fotobiorreactores cerrados construidos con materiales transparentes, como vidrio y policarbonato, entre otros.
En los sistemas tubulares cerrados, el cultivo circula por tubos de un material rígido, bien sea transparente o bien translúcido. La circulación del cultivo se realiza mediante impulsión, bien con bomba, o bien mediante sistema airlift. El sistema consta de un módulo de captación de luz solar constituido por tubos de metacrilato o vidrio, situados en paralelo y conectados entre sí por medio de piezas en forma de “u" del mismo material o similar, a modo de serpentín.
En los fotobiorreactores planos el cultivo circula en el interior de un compartimento definido entre placas paralelas (tipo sándwich) de material transparente.
Los fotobiorreactores de panel vertical plano con impulsión airlift (flat panel airlift) presentan una cámara de cultivo que comprende una serie de elementos elaborados con policloruro de vinilo o tereftalato de polietileno que forman un recorrido serpenteante para el cultivo. Con ayuda de "mezcladores estáticos", las células de las microalgas son transportadas de la zona oscura del reactor hacia la capa de superficie iluminada, a intervalos fijos. Se pueden encontrar estos fotobiorreactores con distinto tamaño, el menor de 5 litros, ideado para uso en laboratorio, no industrial, intermedio de 33 litros, y el mayor, de 180 litros, creado por Subitec (spin-off del instituto Fraunhofer IGB).
Por otra parte, el fotobiorreactor denominado “ProviAPT vertical flat panel” (de pantalla plana), de la compañía PROVIRON, incluye una pluralidad de paneles paralelos y dispuestos en pila, encerrados en bolsas de agua que regulan la temperatura. Está realizado con polipropileno reciclable en capa fina y no requiere de estructuras adicionales de apoyo. (Buehner et al. 2009)
La compañía Vertigro (USA) posee un fotobiorreactor vertical para la obtención de algas, formado por unos sistemas de canales paralelos entre sí para la circulación del cultivo y en disposición vertical. El fotobiorreactor comprende recipientes a modo de bolsas de polietileno dispuestas en el interior de una estructura metálica de jaula.
La solicitud internacional WO2009/155032 se refiere a un biorreactor con un canal en comunicación fluida con un contenedor para absorber CO2 y con ello hacer crecer las microalgas. El biorreactor comprende dos láminas de material flexible de unos 150 micrómetros de espesor, enfrentadas y termoselladas en sus bordes para definir un recipiente cerrado y también en el interior para definir canales interiores de circulación.
La solicitud internacional WO2008/151376 trata de un fotobiorreactor para el cultivo continuo de organismos fotosintéticos empleando iluminación artificial, que comprende al menos un fotobiorreactor y una fuente de radiación electromagnética, donde dicha fuente es un diodo que comprende una película emisora de naturaleza orgánica o polimérica. Y donde el material está fabricado en material polimérico (preferentemente polietileno). El biorreactor incluye entradas para el agua y medio de cultivo en la parte superior, y salidas en la inferior. El aparato está contenido dentro de una estructura opaca a la luz solar.
Los sistemas de producción de microalgas que se acaban de describir son costosos, encareciendo la producción de la biomasa algal y determinando un nivel de costo que excluye su uso para su transformación en biocombustible
o para la producción de cualesquiera otros productos de bajo valor, por lo que se plantea la necesidad de encontrar nuevos diseños y nuevas alternativas que integren una alta productividad a un coste reducido, puesto que entre el 75% y el 85% de la inversión necesaria para el cultivo de microalgas a la intemperie se deriva del coste del fotobiorreactor.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve el problema técnico y de costes planteado, por medio de un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas y/o cianobacterias, incrementando la eficiencia de cultivo y mejorando el coste de producción respecto de los sistemas conocidos en el estado de la técnica.
El fotobiorreactor de la invención comprende al menos un recinto de cultivo adaptado para ser recorrido por un cultivo de microorganismos fotoautótrofos, permitiendo el acceso del cultivo a la luz, y un tanque conectado a dicho recinto por medio de primeras conducciones por las que circula el cultivo desde el tanque hacia el recinto, así como segundas conducciones por las que retorna el cultivo desde el recinto al tanque, según un circuito cerrado.
El recinto está elaborado a partir de dos láminas de material plástico polimérico flexible, que puede ser transparente o translúcido, cuya fijación entre sí por termosellado define una pluralidad de canales paralelos por los que circula el cultivo, estando dichos canales comunicados entre sí, constituyendo un único conducto en zig-zag. Materiales adecuados para el recinto son, por ejemplo, entre otros, polietileno, tanto de alta densidad como de baja densidad, poliestireno, polipropileno, acetato de polivinilo, y poliuretano, siendo especialmente idóneo el polietileno de baja densidad, debido a su reducido coste.
El recinto está indicado para su disposición a la intemperie, de modo que el cultivo que circula en el interior de dicho recinto está expuesto a la radiación solar. La orientación del recinto será preferentemente la que permita el mejor aprovechamiento de la radiación solar a lo largo del período de funcionamiento. El aprovechamiento de la radiación solar supone un ahorro energético y de costes de operación del fotobiorreactor, puesto que no es necesario disponer equipos de iluminación artificial (lámparas). En cualquier caso, no existe impedimento para que el recinto funcione en interiores y/o sea irradiado mediante lámparas.
En lo sucesivo, denominaremos longitud del recinto a la dimensión en la dirección longitudinal, que es la de los canales que definen el conducto en zigzag.
El recinto está adaptado para ser suspendido, de modo que la dirección de altura de dicho recinto coincide sustancialmente con la dirección vertical, y la dirección longitudinal antes mencionada coincide sustancialmente con una dirección horizontal. De manera preferente, el recinto está adaptado para ser suspendido de una barra horizontal soportada por una estructura soporte.
Cuando los canales se encuentran ocupados por el cultivo configuran preferentemente una sección circular o semicircular.
El espesor del recinto (la dimensión en la dirección mutuamente perpendicular a la altura y la longitud) debe ser preferentemente lo mayor posible, siempre que se garantice la adecuada iluminación de dicho recinto. En este sentido, los canales presentan de manera preferente una anchura comprendida entre 5 y 20 cm.
La altura del recinto está preferentemente limitada a dos metros, debido a consideraciones relacionadas con la resistencia de materiales y con el manejo del recinto. Asimismo, preferentemente se recomienda una relación longitud/altura comprendida entre uno y tres, para maximizar la capacidad del recinto sin incurrir en tensiones excesivas en la parte inferior de dicho recinto.
En la zona que, una vez suspendido el recinto, está destinada a ocupar la parte inferior de dicho recinto, se dispone una primera entrada para introducir a través de dicha primera entrada el cultivo proveniente del tanque; igualmente, en la zona destinada a ocupar la parte superior del recinto, se dispone una primera salida para que el cultivo vuelva al tanque, siguiendo un circuito cerrado.
El diseño del fotobiorreactor de la invención reduce sustancialmente las posibilidades de contaminación, al circular dicho cultivo en un circuito cerrado, y por tanto, se limita la proliferación de otros organismos contaminantes (tales como bacterias y protozoos) que afectan a las propiedades bioquímicas de los microorganismos fotoautótrofos cultivados, pudiendo llegar incluso a amenazar la supervivencia de dichos microorganismos y, en cualquier caso, reduciendo la productividad de los microorganismos cultivados. Otra consecuencia del cultivo en lazo cerrado es el mejor aprovechamiento del CO2 aportado como nutriente para los microorganismos fotoautótrofos cultivados.
Durante la circulación del cultivo en el interior del recinto, los microorganismos fotoautótrofos realizan la fotosíntesis, asimilando nutrientes y liberando oxígeno, que se disuelve en el cultivo. Ha de evitarse la acumulación excesiva de oxígeno disuelto en el cultivo, que puede provocar la reducción de la eficiencia fotosintética y, por tanto, del crecimiento del microorganismo fotoautótrofo en cuestión. Atendiendo a dicha limitación, y debido a que se trata de un cultivo cerrado, se establecen de manera preferente unas limitaciones en el volumen máximo del recinto, para evitar una acumulación excesiva de oxígeno disuelto.
El tanque está destinado al alojamiento y homogeneización del cultivo, así como a la eliminación del exceso de oxígeno disuelto. Está elaborado en material resistente. El tanque comprende una segunda salida y una segunda entrada, a través de las cuales respectivamente se puede enviar cultivo desde el tanque al recinto y recibir dicho cultivo desde el recinto. Comprende asimismo una tercera salida, a través de la cual se envía el cultivo a un elemento de concentración y recogida de la biomasa, para el cosechado de los microorganismos fotoautótrofos cultivados. El tanque no es hermético, y posee al menos un conducto para liberación de gases acumulados al exterior. Unos medios de impulsión, preferentemente una bomba o alternativamente un sistema de aspiración por aire mediante efecto Venturi (airlift), se disponen entre el tanque y el recinto, para impulsar el cultivo desde el tanque hacia el recinto a través de las primeras conducciones.
De manera preferente, el tanque está adaptado para su disposición a la intemperie, si bien también es posible su funcionamiento adecuado en una disposición interior.
El cultivo impulsado desde la parte inferior asciende contra la gravedad a través del conducto en zig-zag definido por los canales. La impulsión en contra de la gravedad garantiza un llenado completo del recinto, con ocupación óptima del mismo y evitación de bolsas o burbujas de gases.
El cultivo es desplazado por los medios de impulsión desde el tanque hacia el recinto a una velocidad que debe ser suficiente para garantizar un flujo turbulento del cultivo a través del recinto, optimizando la exposición del cultivo a la luz y limitando la adherencia de los microorganismos fotoautótrofos a las paredes de los canales, previniendo de esta manera el depósito de los microorganismos en las paredes, lo que obstruiría el paso de la luz y propiciaría la degradación de la biomasa depositada y la eventual proliferación de microorganismos heterótrofos. Asimismo, la velocidad está sujeta a un límite superior, al objeto de evitar situaciones de estrés al microorganismo fotoautótrofo cultivado que provoquen daños celulares a dicho microorganismo.
La capacidad del tanque, así como el volumen de cultivo que el mismo debe contener, son parámetros que dependen de varios factores, esencialmente, el volumen del recinto y la velocidad de flujo del cultivo, debiendo garantizarse, asimismo, que durante la residencia del cultivo en el tanque, se elimine el exceso de oxígeno disuelto.
Aunque el flujo del cultivo promueve que en el tanque se establezca un activo intercambio de gases entre el cultivo, que es un medio líquido, y el aire dispuesto en el tanque por encima del cultivo, que constituye la fase gaseosa, adicionalmente, con el fin de homogeneizar aún más el cultivo, dentro del tanque se disponen unos medios de desorción, para acelerar la desorción del oxígeno disuelto en el cultivo, propiciando el paso de dicho oxígeno disuelto a la atmósfera en forma de oxígeno gaseoso.
Los medios de desorción pueden ser agitadores mecánicos dispuestos en el interior del tanque que, empleando energía cinética, agitan el cultivo, provocando la generación y liberación de burbujas de oxígeno. Sin embargo, más preferentemente podría tratarse de burbujeadores dispuestos en el fondo del tanque, puesto que la eficiencia de desorción de los burbujeadores es más elevada.
El tanque puede incorporar adicionalmente unos primeros medios de control, para mantener la temperatura del cultivo dentro de unos márgenes adecuados al microorganismo fotoautótrofo cultivado. Estos primeros medios de control comprenden preferentemente: un intercambiador de calor para aportar o retirar calor del tanque, al menos una primera sonda de temperatura para captar valores de temperatura del cultivo en sendos puntos del tanque, y una primera unidad de control, adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo desde la primera sonda y comandar el funcionamiento del intercambiador en función de los valores de temperatura recibidos.
Adicionalmente, el tanque incorpora unos medios de alimentación, cuyo propósito es alimentar el tanque con los compuestos necesarios para el cultivo de microorganismos: a este respecto, los medios de alimentación comprenden:
-
una tercera entrada para la introducción en el tanque de medio de cultivo preparado con agua (dulce o salada, según los casos) y nutrientes esenciales disueltos en el agua, así como, en su caso, un inóculo de un microorganismo fotoautótrofo para iniciar un nuevo cultivo, y
-
una válvula, preferentemente de tipo solenoide, dispuesta en la parte inferior del recinto, para introducir CO2 en dicho recinto.
El CO2 es un nutriente esencial para el cultivo, que puede provenir tanto de envases comerciales (bombonas de gas comprimido), como de gases de combustión procedentes de diversas fuentes emisoras de este gas de efecto invernadero. La inyección de CO2 se controla mediante unos segundos medios de control, que comprenden los siguientes elementos:
-
al menos una segunda sonda, de pH, conectada con la válvula de CO2, y
-
una segunda unidad de control, que recibe los valores de pH medidos en el cultivo por la segunda sonda y comanda, en función de dichos valores de pH, el funcionamiento de la válvula.
El fotobiorreactor de la invención puede incorporar opcionalmente de manera adicional unos terceros medios de control para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo. Los terceros medios de control comprenden una tercera sonda de oxígeno, para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo; y una tercera unidad de control (preferentemente, compartida con los primeros medios de control y los segundos medios de control), conectada a los medios de desorción y a la tercera sonda, y adaptada para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda y comandar el funcionamiento de los medios de desorción, en función de los valores de concentración de oxígeno recibidos.
Los distintos elementos de control de temperatura, pH y, eventualmente oxígeno disuelto, pueden estar integrados en una misma unidad o sistema de control de los distintos parámetros, lo que simplifica y abarata el equipo. Esto es equivalente a decir que preferentemente solo existe una unidad de control común a los primeros, segundos y terceros medios de control.
Resulta de especial interés la disposición de una pluralidad de recintos conectados al mismo tanque. De esta manera, se reducen significativamente los costes de la instalación una vez dimensionado el tanque de manera acorde al número de recintos a los que está conectado. El ahorro en costes se refleja entre otros aspectos, en el ahorro de tanques, que adicionalmente implica el correspondiente ahorro de espacio, así como se evita la necesidad de reduplicar las conducciones de entradas y salidas del tanque, y también se produce un ahorro al simplificar los medios de control.
Debido a la mayor eficiencia en la producción de microorganismos fotoautótrofos que, sobre otras alternativas, presenta el fotobiorreactor de la invención, los requisitos de resistencia mecánica de la estructura soporte se hacen sustancialmente más reducidos que en el caso de los reactores descritos en el estado de la técnica. Un ejemplo preferente de estructura soporte comprende dos elementos dispuestos paralelamente, compuestos cada uno por tres perfiles, preferentemente de aluminio. Uno de ellos es un primer perfil destinado a ser dispuesto sobre el suelo, mientras que los otros dos son segundos perfiles destinados a disponerse fijados al primer perfil por encima de dicho primer perfil. A su vez, los segundos perfiles están destinados a ser fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra que soporta el recinto.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos, en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Esquema de la disposición y el funcionamiento del fotobiorreactor de la invención.
Figura 2.- Vista en perspectiva del recinto incorporado en el fotobiorreactor según la invención, suspendido de una estructura soporte que comprende elementos triangulares.
Figura 3.- Vista en perspectiva del recinto incorporado en el fotobiorreactor según la invención, suspendido de una estructura soporte que comprende elementos cuadrangulares.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se aporta una descripción detallada de una realización preferente de la invención, con referencia a las figuras 1 a 3 adjuntas.
La presente invención, tal como se muestra en la figura 1, tiene por objeto un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas y/o cianobacterias, que comprende un recinto (1) de cultivo, adaptado para ser recorrido por un cultivo (2) de microorganismos fotoautótrofos, y que permite el acceso de la luz al cultivo (2), y un tanque (3) conectado a dicho recinto (1) por medio de primeras conducciones (4) adaptadas para conducir el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1), así como segundas conducciones (5), adaptadas para conducir de vuelta al tanque (3) el cultivo (2) desde el recinto (1), según un circuito cerrado.
El recinto (1) se dispone a la intemperie, de modo que el cultivo (2) que circula en el interior del recinto (1) está sometido a la radiación solar. Para ello, el recinto (1) presenta propiedades mecánicas, de transmisión de luz, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie. Dicho recinto (1) está elaborado a partir de dos láminas de polietileno de baja densidad, cuya fijación entre sí por termosellado define una pluralidad de canales (6) paralelos adaptados para alojar el cultivo (2), presentando dichos canales (6) sendas aberturas (7) en extremos alternos, de manera que cada canal (6) está comunicado con el canal (6) o los canales (6) contiguos, constituyendo un único conducto en zig-zag por el que circula el cultivo (2).
En lo sucesivo, denominaremos longitud del recinto (1) a la dimensión en la dirección longitudinal, es decir en la dirección de los canales (6).
Los canales (6) presentan una forma tal que, llenos de cultivo (2), conforman preferentemente una sección circular o semicircular. El espesor de los canales (6) está comprendido entre 5 y 20 cm.
Por motivos de resistencia de materiales y de manejo del recinto (1), la altura del recinto (1) está limitada a dos metros, siendo igualmente recomendable una relación longitud/altura comprendida entre la unidad y el triple de la unidad.
El recinto (1) está suspendido de una barra (8) horizontal soportada por una estructura soporte, (ver figuras 2 y 3) de modo que la dirección de altura de dicho recinto (1) coincide sustancialmente con la dirección vertical, y la dirección longitudinal antes mencionada coincide sustancialmente con una dirección horizontal.
Se desea destacar que es adecuada cualquier estructura soporte adecuada para sostener al menos una barra (8), de la(s) cual(es) barras (8) se pueda suspender una o una pluralidad de recintos (1). Sin embargo, se describirán más adelante algunos ejemplos que meramente ilustran realizaciones preferentes de dicha estructura en base a su elevada sencillez y bajo precio.
En la zona inferior del recinto (1) se dispone una primera entrada (21) adaptada para introducir el cultivo (2) desde el tanque (3); igualmente en la zona superior del recinto (1) se dispone una primera salida (22) adaptada para extraer el cultivo (2) de vuelta hacia el tanque (3), según un circuito cerrado.
El tanque (3), también adaptado en sus características para ser dispuesto a la intemperie, está destinado a alojar y homogeneizar el cultivo (2). Está elaborado en material resistente, tal como PVC u otros materiales, por razón de reducción de costes. Comprende una segunda salida (23) y una segunda entrada (24) a través de las cuales respectivamente se puede enviar cultivo (2) al recinto (1) y recibir dicho cultivo (2) desde el recinto (1). Comprende asimismo una tercera salida (25) para cosechado de los microorganismos fotoautótrofos cultivados. Unos medios de impulsión (10), preferentemente una bomba (10) o alternativamente un sistema de aspiración (no representado) por aire mediante efecto Venturi (airlift), se disponen entre el tanque (3) y el recinto (1), para impulsar el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1) a través de las primeras conducciones (4).
El cultivo (2) es impulsado, por los medios de impulsión (10), desde la parte inferior del recinto (1), ascendiendo contra la gravedad a través del conducto en zig-zag definido por los canales (6).
Con el fin de homogeneizar el cultivo, dentro del tanque (3) se disponen unos medios de desorción (17), para acelerar la desorción del oxígeno disuelto en el cultivo, propiciando el paso de dicho oxígeno disuelto a la atmósfera en forma de oxígeno gaseoso. Los medios de desorción (17) son burbujeadores
(17)
dispuestos en el fondo del tanque (3).
El tanque (3) incorpora adicionalmente unos primeros medios de control (11, 12, 13), para mantener la temperatura del cultivo (2) en el tanque (3) dentro de unos niveles adecuados a la especie de microorganismo fotoautótrofo cultivado. Los primeros medios de control (11, 12, 13) comprenden un intercambiador (11) de calor para aportar o retirar calor del tanque (3), al menos una primera sonda (12) para captar valores de temperatura del cultivo (2) en sendos puntos del tanque (3), y una unidad de control (13) adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo (2) desde la primera sonda (12) y comandar el funcionamiento del intercambiador
(11)
en función de dichos valores de temperatura recibidos.
Adicionalmente, el tanque (3) incorpora unos medios de alimentación (31, 15), adaptados para proporcionar los compuestos necesarios para cultivar los microorganismos fotoautótrofos: dichos medios de alimentación (31, 15) comprenden:
-
una tercera entrada (31) para aportar al tanque (3) agua (dulce o salada, según los casos), macro y micronutrientes, y, en su caso, un inóculo de un microorganismo fotoautótrofo para comenzar el cultivo (2); y
-
una válvula (15) solenoide para aportar CO2 en la parte inferior del recinto (1).
El CO2 puede provenir tanto de envases comerciales (bombonas), como de los humos de combustión, por ejemplo, de empresas que obtienen energía a partir de la combustión de combustibles fósiles. La alimentación de CO2 se controla mediante unos segundos medios de control (13, 14) controlados automáticamente, que comprenden al menos una segunda sonda
(14)
colocada a la salida de la parte superior del recinto (1) y conectada con la válvula (15) de adición de CO2 y con la unidad de control (13); dicha unidad de control (13) está adicionalmente adaptada para recibir los valores de pH medidos en el cultivo (2) por la segunda sonda (14) y comandar el funcionamiento de la válvula (15) de adición de CO2 en función de dichos valores de pH recibidos.
El fotobiorreactor de la invención incorpora de manera adicional unos terceros medios de control (13, 16, 17) para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo (2). Los terceros medios de control (13, 16, 17) comprenden al menos una tercera (16) sonda, dispuesta al menos a la salida de la parte superior del recinto (1), para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo (2); y la unidad de control (13), conectada a los medios de desorción
(17)
y a la tercera sonda (16), dicha unidad de control (13) estará adaptada adicionalmente para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda (16) y comandar el funcionamiento de los medios de desorción (17) en función de dichos valores de concentración de oxígeno recibidos.
Tal como se muestra en las figuras 2 y 3, la estructura soporte comprende preferentemente dos elementos (18, 26) de forma poligonal dispuestos paralelamente, y compuestos cada uno por perfiles (19, 20, 27, 28, 29) de aluminio.
De acuerdo con un primer ejemplo, tal como se muestra en la figura 2, unos primeros elementos (18) triangulares comprenden un primer perfil (19) dispuesto sobre el suelo, así como dos segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer perfil (19). A su vez, los segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8) que soporta el recinto
5 (1).
De acuerdo con otro ejemplo, tal como se muestra en la figura 3, unos segundos elementos (26) cuadrangulares comprenden un tercer perfil (27) dispuesto sobre el suelo, dos cuartos perfiles (28) fijados uno en cada extremo
10 del tercer perfil (27), por encima de dicho tercer perfil, (27) y un quinto perfil
(29) fijado en sus extremos a los cuartos perfiles (28), de modo que sobre el quinto perfil (29) se pueden fijar, mediante unos medios de fijación (30) adecuados, al menos una barra (8), para suspender de dicha barra (8) el recinto (1). Preferentemente se fijan dos barras (8), para aprovechar mejor el
15 espacio.
No existen inconvenientes para emplear elementos (18, 26) poligonales de más de cuatro lados, si bien los de tres y, en mayor medida, los de cuatro lados son preferidos. Asimismo, tampoco existen inconvenientes en disponer
20 más de dos barras (8) en los segundos perfiles (20) y en los quintos perfiles (29). Por otra parte, variantes como disponer patas (no mostradas) en los primeros perfiles (19) o en los terceros perfiles (27) también son posibles.

Claims (18)

  1. R E I V I N D I CA C I O N E S
    1.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, que comprende:
    -
    al menos un recinto (1) de cultivo, adaptado para ser recorrido por un cultivo (2) de microorganismos fotoautótrofos y que permite el acceso de la luz al cultivo (2), que comprende dos láminas de material plástico polimérico flexible, que es ser transparente o translúcido, cuya fijación entre sí por termosellado define una pluralidad de canales (6) paralelos adaptados para alojar el cultivo (2), presentando dichos canales (6) sendas aberturas (7) en extremos alternos, de manera que cada canal (6) está comunicado con el canal (6) o los canales (6) contiguos, constituyendo un único conducto en zigzag para ser recorrido por el cultivo (2), donde el recinto (1) está adaptado para ser suspendido; y
    -
    un tanque (3), para alojar y homogeneizar el cultivo (2); dicho tanque
    (3) está conectado al recinto (1) mediante primeras conducciones (4) adaptadas para conducir el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1), así como dispone también de segundas conducciones (5) adaptadas para conducir de vuelta al tanque (3) el cultivo (2) desde el recinto (1), según un circuito cerrado; caracterizado porque comprende adicionalmente unos medios de impulsión (10), dispuestos entre el tanque (3) y el recinto (1), para impulsar, en contra de la gravedad, el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1) a través de las primeras conducciones (4).
  2. 2.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una pluralidad de recintos (1) conectados a un tanque (3).
  3. 3.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los canales (6) presentan una forma tal que, llenos de cultivo (2), presentan una sección circular o semicircular.
  4. 4.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque los canales (6) presentan una anchura comprendida entre 5 y 20 cm.
  5. 5.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el recinto (1) posee una altura no superior a dos metros.
  6. 6.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el recinto (1) presenta una relación longitud/altura comprendida entre la unidad y el triple de la unidad.
  7. 7.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el recinto (1) presenta propiedades mecánicas, de transmisión de luz, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie.
  8. 8.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 7, caracterizado porque el tanque (3) presenta propiedades mecánicas, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie.
  9. 9.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos primeros medios de control (11, 12, 13), para mantener la temperatura del cultivo (2) en el tanque (3) dentro de unos niveles de temperatura adecuados a la especie de microorganismos fotoautótrofos cultivados.
  10. 10.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque los primeros medios de control (11, 12, 13) comprenden:
    -
    un intercambiador (11) de calor para aportar o retirar calor del tanque (3);
    -
    al menos una primera sonda (12) para captar valores de temperatura del cultivo (2) en sendos puntos del tanque (3); y
    -
    una primera unidad de control (13) adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo (2) desde la sonda de temperatura y comandar el funcionamiento del intercambiador (11) en función de dichos valores de temperatura recibidos.
  11. 11.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos medios de alimentación (31, 15), para proporcionar los compuestos necesarios para cultivar los microorganismos fotoautótrofos, dichos medios de alimentación (31, 15) comprenden:
    -
    una tercera entrada (31) para aportar al tanque (3) agua (dulce o salada, según los casos), macro y micronutrientes, y, en su caso, un inóculo de un microorganismo fotoautótrofo para comenzar el cultivo (2); y
    -
    una válvula (15) solenoide para aportar CO2 en la parte inferior del recinto (1), donde el fotobiorreactor adicionalmente incorpora unos segundos medios de control (13, 14) que comprenden al menos una segunda sonda (14) conectada con la válvula (15) de adición de CO2, y con una segunda unidad de control (13), dicha segunda unidad de control (13) está adaptada para recibir los valores de pH medidos en el cultivo (2) por la segunda sonda (14) y comandar la adición de CO2 desde la válvula (15) en función de dichos valores de pH
    recibidos.
  12. 12.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos terceros medios de control (13, 16, 17) para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo (2), que comprenden al menos una tercera sonda (16), para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo (2); unos medios de desorción (17), adaptados para desorber oxígeno disuelto en el cultivo (2) del tanque (3), provocando la transformación del oxígeno disuelto en burbujas de oxígeno, y una tercera unidad de control (13) conectada a los medios de desorción (17) y a la tercera sonda (16), adaptada para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda (16) y comandar el funcionamiento de los medios de desorción (17) en función de dichos valores de concentración de oxígeno recibidos.
  13. 13.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque los medios de desorción (17) son burbujeadores (17) dispuestos en el fondo del tanque (3).
  14. 14.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con las reivindicaciones 10, 11 y 12, caracterizado porque la unidad de control (13) es común a los primeros medios de control (11, 12, 13), a los segundos medios de control (13, 14) y a los terceros medios de control (13, 16, 17).
  15. 15.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque incorpora adicionalmente una estructura soporte para soportar una barra (8) de la que está suspendido el recinto (1).
    16-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque la estructura soporte comprende dos elementos (18, 26) poligonales dispuestos paralelamente, compuestos cada uno por perfiles (19, 20, 27, 28, 29), donde uno de los perfiles (19, 27) está dispuesto sobre el suelo, mientras que otros perfiles (20, 29) están adaptados para soportar al menos una barra (8)dos son segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer perfil (19), así como los segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8).
  16. 17.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque la estructura soporte comprende unos primeros elementos (18) triangulares que comprenden:
    -
    un primer perfil (19) dispuesto sobre el suelo, y
    -
    dos segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer perfil (19), dichos segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8) que soporta el recinto (1).
  17. 18.-Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 16, caracterizado porque la estructura soporte comprende unos segundos elementos (26) cuadrangulares que comprenden:
    -
    un tercer perfil (27) dispuesto sobre el suelo,
    -
    dos cuartos perfiles (28) fijados uno en cada extremo del tercer perfil (27), por encima de dicho tercer perfil (27), y
    -
    un quinto perfil (29) fijado en sus extremos a los cuartos perfiles (28), de modo que al menos una barra (8) es fijable sobre el quinto perfil (29), mediante unos medios de fijación (30) adecuados, para suspender de dicha barra (8) el recinto (1).
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS
    N.º solicitud: 201131337
    ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 01.08.2011
    Fecha de prioridad:
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    A A A
    ES 2356653 A1 (UNIV CANTABRIA) 12/04/2011, Reivindicaciones y figuras. WO 2008151376 A1 (STROUD ROGER) 18/12/2008, Reivindicaciones y figuras. WO 2009155032 A2 (KERTZ MALCOLM GLEN) 23/12/2009, Reivindicaciones y figuras. 1-18 1-18 1-18
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 17.01.2013
    Examinador I. Abad Gurumeta Página 1/4
    INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Nº de solicitud: 201131337
    CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD C12N1/12 (2006.01)
    C12R1/89 (2006.01) C12R1/00 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)
    C12N, C12R
    Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC, HCAPLUS, BIOSIS, EMBASE, EMBL ALL, WIPI, NPL
    Informe del Estado de la Técnica Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131337
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 17.01.2013
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-18 SI NO
    Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones Reivindicaciones 1-18 SI NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.
    Informe del Estado de la Técnica Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 201131337
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    ES 2356653 A1 (UNIV CANTABRIA) 12.04.2011
    D02
    WO 2008151376 A1 (STROUD ROGER) 18.12.2008
    D03
    WO 2009155032 A2 (KERTZ MALCOLM GLEN) 23.12.2009
  18. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    El objeto de la invención es un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos un recinto de cultivo con un único conducto traslúcido y un tanque para alojar y homogenizar el cultivo conectado en circuito cerrado con el anterior con entrada y salida, que comprende medios de impulsión del tanque al recinto (reivindicación 1), o pluralidad de recintos (reivindicación 2) de sección circular o semicircular (reivindicación 3) y otras características (reivindicaciones 4-6). Además tiene unas propiedades mecánicas para transmitir la luz y termoaislantes entre otras (reivindicaciones 7-8), medios de control de temperatura (reivindicaciones 9-10) y medios de alimentación (11) y dos medios de control más (reivindicaciones 11-14). Además describe las características estructurales concretas del fotobiorreactor (15-18).
    El D01 se refiere a un fotobiorreactor troncocónico translúcido para el cultivo de microorganismos fotótrofos que comprende un depósito con el medio de cultivo y la biomasa.
    El D02 se refiere a un aparato y método para el cultivo continuo de microorganismos fotosintéticos en un fotobiorreactor y con una fuente electromagnética de radiación.
    El D03 se refiere a un método y biorreactor para el crecimiento de algas con absorción de CO2.
    1. NOVEDAD (ART. 6.1 Ley 11/1986) Y ACTIVIDAD INVENTIVA (ART. 8.1 Ley 11/1986)
    Los documentos D01-D03 reflejan el estado de la técnica más cercano. Todos estos documentos, aunque muestran diversos fotobiorreactores para cultivo de microorganismos autótrofos en ninguno de ellos se refiere a uno como el que se reivindican en la invención.
    Por lo tanto, el objeto de las reivindicaciones 1-18 cumplen los requisitos de novedad y actividad inventiva de acuerdo con el Artículo 6.1 y 8.1 de la Ley 11/1986.
    Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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PCT/ES2012/070591 WO2013017723A1 (es) 2011-08-01 2012-07-30 Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos
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