ES2449365A1 - Dispositivo de captura de energía solar mediante bloques de vidrio moldeado modulares translucidos integrables en edificios, estructuras y elementos urbanos, con función de fotobiorreactores de algas - Google Patents

Abstract

Fotobiorreactor realizado en vidrio moldeado modular, con propiedades estructurales como envolvente arquitectónica. Los módulos de vidrio translúcido permiten el paso en su interior de fluidos con microalgas y otras substancias, que reciben luz a través del vidrio, posibilitando la fotosíntesis de estas microalgas, y por tanto la producción de biomasa. Los módulos son ensamblables entre sí, formando paños de dimensiones arbitrarias, con resistencias estructurales que les permiten actuar como envolventes de edificios tales como fachadas, cubiertas y pavimentos y otras estructuras urbanas.

Description

FOTOBIORREACTORPARA PRODUCCIÓN DE MICROALGAS COMO ENVOLVENTE ARQUITECTONICA ESTRUCTURAL DE CIRCUITO CERRADO REALIZADA EN VIDRIO MOLDEADO MODULAR

SECTORES TÉCNICOS A LOS QUE SE REFIERE LA INVENCIÓN

F otobiorreactores de algas

Producción de algas en arquitectura.

Acumuladores de energía.

Energías renovables.

Edificación sostenible.

Arquitectura bioclimática.

Mcdio ambiente

OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un fotobiorreactor formado por un sistema modular de bloques de vidrio moldeado, ensamblables e integrables como envolventes en la arquitectura, que permiten el flujo de fluidos en su interior caracterizados por su contenido en micro-algas y el crecimiento de éstas al absorber la luz transmitida por las caras translúcidas de los bloques de vidrio moldeado para realizar su función fotosintética y consecuentemente así la producción de biomasa, biofuel y otros productos de alto valor añadido.

En esta invención se combinan por pnmera vez elementos constructivos integrados en edificios y elementos urbanos, con la producción de biomasa y biofuel a través de las algas, al conseguir la doble función de fotobiorreactor y elementos constructivos.

PROBLEMA TÉCNICO PLANTEADO La producción de algas de manera continua e integrada en estructuras y elementos de edificación y estructuras urbanas, como por ejemplo, envolventes de edificios. En la actualidad la producción de algas en fotobioreactores de circuito cerrado emplea sistemas tubulares en serpentín, de material plástico, metacrilato y otros, o sistemas de láminas también en material sin propiedades estructurales, sistemas no integrables estructuralmente en fachadas y cubiertas de edificios o pavimentos interiores o exteriores urbanos. Es preciso señalar que hay también cultivos de algas en sistemas abiertos tipo piscina o lagos, pero no

entran en el rango de esta invención que aquí se reivindica. Este problema de

fotobiorreactores con propíedades estructurales nO está hasta la fecha ni planteado ni resuelto

en la industria o en la literatura, siendo las aplicaciones descritas en la literatura científica o

quizás algunas construidas solamente aditivos no estructurales sobre fachadas o cubiertas

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tradicionales de edificios.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

ESTADO DE LA TÉCNICA

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El objeto de la presente invención es conseguir que las superficies de los edificios y ciudades

adquieran una función adicional a las tradicionales constructivas, y referida a los problemas

energéticos: Absorber la luz del sol y convertir parte de su energía en biomasa mediante

fotosíntesis de micro-algas, permitiendo la círculación de fluidos con algas por esas

superficies para formar un nuevo tipo de fotobiorreactor.

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Los fotobiorreactores tubulares, o de láminas, pueden ser descritos como contenedores

cerrados, transparentes o translúcidos, en donde se cultiva y produce biomasa bajo control

estricto de las condiciones de cultivo, por fotosíntesis de microalgas.

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Los fotobiorreactores de ciclo cerrado han sido hasta ahora normalmente tubos

cilíndricos contínuos de vidrio, pyrex o templado, o metacrilato, ensamblados en serpentin,

con entradas para agua con algas, nutrientes y C02. No tienen mayor sofisticación ni

complicación mecánica y son de tipo industrial.

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Estos fotobiorreactores tradicionales para el cultivo de microalgas se disponen de

forma índustrial ocupando suelo que no tiene otra función que la de acoger los sistemas de

tuberías transparentes y/o translúcidas.

En la literatura científica aparecen esporádicamente algunas noticias sobre el cultivo de algas

3 O

en edificios: (http://www.hok.com/thought -leadership/algae-powers-process-zero-concept

building/), en el que se describe un posible edificio propuesto por HOK / Vanderweil, en el

que se utilizan reactores tubulares a lo largo de las fachadas. El edificio propuesto por

Splitterwerk Architects en Alemania usa paneles superpuestos al edificio, pero nO elementos

estructurales dotados de resistencia mecánica. De la mIsma manera

3 5

(http://www.algaeobserver.com/photobioreaktor-fassade-algenfassade ) el edificio diseñado

por Pola Dietrich en la Universidad de Stuttgart propone membranas sín resistencia mecánica

incluidas en las fachadas de los edificios.

5

En (http://peakenergy.blogspotcom.es/2009/09/algae-covered-buildings-to-boost.html ) se proponen también edificios con envolventes que cultiven algas, pero sin aportar solución mecánica ni constructiva. En (http://smartgeometry.org/index.php?option=com _ content&view=article&id= 154) se proponen persianas (paneles verticales) para cultivo de algas, de nuevo sin resistencia mecánica ni estructural.

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Una revisión de las patentes concedidas en España para fotobiorreactores muestra que existen las siguientes:

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a) 2238275, CI2MIIOO. Fotobiorreactor con entrada de luz mejorada mediante ampliación de la superficie, desplazador de longitudes de onda o transporte de luz. Este fotobiorreactor es esencialmente una cámara de paredes de vidrio con incremento de superficie del mismo pero sin posibilidad de ser incorporado como elemento estructural en edificios.

2 O

b) La patente ES-23 19376 _Al, que es una invención de un reactor en circuito abierto a medio camino entre los estanques someros a cielo abierto y los serpentines tubulares, con nula aplicación como elemento estructural en arquitectura.

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c) ES-2347515_Al, que es una invención de un reactor especialmente indicado para absorber gases de emisión de alto contenido en C02, con recirculación contínua de líquido a través de láminas de tejido, construido en forma de panel sin propiedades de resistencia estructural y por tanto inválida para el problema que con la presente invención se quiere resolver.

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d) ES-2353830, Fotorreactor, que emplea elementos luminosos alimentados mediante electricidad que enciende LEOs (Light Emitting Diodes) cuya luz produce la fotosíntesis de algas. No tiene propiedades estructurales, y no es adecuado para el objetivo pretendido en esta invención que es la captura de la luz solar, y no de la luz eléctrica.

e) ES-2370583_BI, un fotobiorreactor formado por tubos dispuestos en abiertos, organizados en cámaras de cultivo, sin propiedades estructurales.

posición vertical

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f) ES-2377619_Al, fotobiorreactor para el cultivo de algas a gran escala, donde la fotosíntesis se realiza a partir de luz eléctrica proporcionada por LEOs, sin propiedades estructurales.

Por lo que se ha estudiado y se presenta más arriba, no existen en el mercado reactores funcional y estéticamente capaces de ser integrados con la rigidez y resistencia mecánicas necesarias en los edificios y pavimentos, incorporándose como elementos constructivos en ellos sin rotura de la estética arquitectónica, como los que aquí se presentan.

Los inventores llevan algunos años trabajando sobre la posibilidad de incorporar fotobiorreactores para la producción de biomasa con microalgas a los edificios de las ciudades, no como meros aditivos o elementos cortina, sino como elementos estructurales de los mismos, lo que presenta ventajas industriales y constructivas, y significa una solución rupturista en el diseño arquitectónico.

Como hemos visto, una revisión exhaustiva de la literatura científica y tecnológica no produce ningún resultado en el cual los reactores para cultivo de algas sobre envolventes de edificios estén dotados de la resistencia mecánica necesaria para ser utilizados como elementos estructurales en los mismos, lo que sin embargo es el núcleo de la invención, objeto de esta patente.

El estudio detallado del problema y las posibles soluciones han llevado a la presente invención en la que se utilizan, para formar un fotobiorreactor con propiedades estructurales para formar envolventes de edificios y otras estructuras arquitectónicas y urbanas, vidrios moldeados de alta resistencia con canales para el flujo de líquidos, que pueden ser construidos de forma estandarizada, y que permiten un flujo continuo de líquidos en su interior, una vez ensamblados en líneas de flujo de extensión arbitraria, capaces de formar fachadas, cubiertas, pavimentos de viales o de plazas.

CAMPO DE INVENCIÓN El campo en el que se encuadra la invención es el de la construcción sostenible y energías renovables mediante la captura de energía de la luz por medio de micro-algas y su conversión en biomasa, utilizando estructuras integradas en edificios y otras construcciones arquitectónicas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un sistema modular de vidrio hueco moldeado de doble cara y translúcido al menos en una de ellas de alta resistencia mecánica formando un sistema de conductos de circuito cerrado por donde circulan líquidos con micro-algas, nutrientes y C02, integrado en la arquitectura. Al ser de alta resistencia mecánica puede conformar las envolventes de los edificios, fachadas, paramentos verticales, techos y cubiertas, y pavimentos horizontales o inclinados.

Los elementos modulares, una vez enlazados entre sí mediante sus cierres bayoneta u otros que garanticen su conexión como circuito y su estanqueidad, se fijan entre sí mediante hormigón y armado de acero consiguiendo de este modo la resistencia mecánica del paño completo capaz de funcionar como envolvente de un edificio o como pavimento.

La ventaja de la invención con respecto al estado de la técnica anterior es que con esta invención, sus cualidades estéticas y su resistencia mecánica, es posible que por primera vez los propios elementos arquitectónicos conformantes de fachadas, techos y pavimentos se conviertan en fotobiorreactores para la obtención de biomasa a partir de las microalgas.

Dependiendo de sus dimensiones, los módulos conforman unos conductos simples o, mediante láminas interiores de vidrio o plástico que separan su interior en dos o más cámaras, conductos múltiples, y están diseñados de forma que permiten primero la circulación del fluido sin generar puntos de estancamiento y segundo el acoplo modular de unos con otros mediante cierres de bayoneta u otros que garanticen su conexión y su estanqueidad.

De esta manera permiten el paso, a través de aquellos conductos, de líquido puro, de una solución de algas, o detergente para su limpieza, así como la entrada de nutrientes y del gas carbónico esencial para la fotosíntesis, permitiendo la salida de los líquidos con algas y el oxígeno que en los fotobiorreactores es un producto de desecho.

EXPOSICIÓN DETALLADA DE UN MODO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

La realización específica que a continuación se considera es una de entre las muchas que la presente invención puede adoptar. En las figuras puede observarse cómo el sistema está formado por módulos de vidrio moldeado acoplables entre sí según la siguiente exposición detallada, una entre las muchas posibles.

Descripción de un módulo Descripción de las paredes interiores de un módulo. Sistema de encaje de módulos Sistema constructivo de envolventes. Sistemas de entrada y salida de líquido y C02

Descripción de un módulo

El módulo del fotobiorreactor integrado en el sistema arquitectónico es un paralelepípedo

de vidrio moldeado al menos en una de sus caras para permitir el paso de luz y el proceso de

5

fotosíntesis de las algas, de doble lámina con hueco interior, pudiendo ser el vidrio moldeado

de cualquiera de los tipos existentes, de bastoncillo, cruzado, u otros acabados del vidrio

según lo requieran las necesidades técnicas, o de metacrilato u otros plásticos rigidos con

propiedades estructurales. Admite diversas medidas y formas geométricas. La resistencia del

vidrio moldeado a esfuerzos de compresión es alta para proporcionar resistencia estructural, y

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de la misma manera es elevada su transmisividad lumínica para permitir la fotosíntesis. Los

bordes de los módulos están biselados o redondeados o matados como se señala en la

explicación de los gráficos. Los módulos están huecos.

Descripción de las paredes interiores

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Los módulos están diseñados para que por su interior pase un fluido con microalgas. El flujo

en el interior del cada módulo debe ser laminar, sin turbulencias ni puntos de estancamiento.

Para ello se disponen las paredes interiores de cada módulo con forma recta o curva del

vidrio, en las direcciones del flujo según convenga para garantizar movimientos suaves sin

ángulos.

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Descripción del sistema de encaje de módulos

Cada módulo dispone, en dos de sus caras laterales, de unas aberturas que permiten enlazarlo

con otros en un circuito continuo y estanco.

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Sistema de alimentación

En el paño de envolvente arquitectónica construido mediante los sistemas de vidrio moldeado

modular objeto de esta invención, uno de los módulos se conecta con un sistema estándar de

alimentación de un fluido, generalmente agua, que contiene micro-algas, nutrientes y gas

carbónico procedente de un mezclador que no es objeto de la invención. La alimentación se

3 O

realiza por una de las aberturas. De manera estrictamente similar se retiran las micro-algas

producidas en el paño de módulos de vidrio moldeado objeto de esta invención por la apertura

del módulo final del circuito del paño envolvente arquitectónico, y se conduce a los centros

de proceso y utilización de la biomasa.

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El sistema modular objeto de esta invención puede constituir una fachada vertical

completa de un edificio, recibiendo luz directa y difusa, puede ser muro arquitectónico

interior recibiendo luz difusa, un pavimento urbano, como por ejemplo una acera o el firme de

una plaza, y puede formar un plano inclinado de cubierta o de cualquier otro elemento arquitectónico que se considere.

La organización o diseño definitivo será variable en función de los condicionantes del espacio disponible, y dado su carácter modular, adaptándose a toda clase y tamaño de superficies, con la única limitación las de los condicionantes del lugar y las del propio módulo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención que aquí se presenta, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y ni exhaustivo ni limitativo, se ha representado 10 siguiente:

Figura 1-Módulo de vidrio moldeado, para conexión lateral. Se aprecian los siguientes

elementos: 1) Pared exterior de vidrio del módulo. 2) Conducto interíor del módulo que permite el paso de fluidos. 3) Tabique central de vidrio del módulo. 4) Boca de acoplo para conexión con otro módulo manteniendo la dirección del

flujo. 5) Boca de acoplo para conexión al siguiente módulo cambiando 90° la dirección del flujo. 6) Tabique curvo para conseguir el movimiento laminar de líquido en los cambios de dirección del flujo y evitar puntos de estagnación.

Figura 2.-Módulo de vidrio moldeado para conexión unidireccional manteniendo el flujo la

misma dirección.

Figura 3.-Módulo de vidrio moldeado para cambio de sentido del flujo.

Figura 4.-Tres módulos de vidrio moldeado acoplados.

Figura 5.-Tres módulos de vidrio moldeado acoplados. Visión 3-D.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   5 1. F otobiorreactor para producción de microalgas como parte integrante de la edificación, caracterizado por ser un sistema modular de bloques de vidrio moldeado, ensamblables e integrables en la arquitectura, que permite de forma estanca el flujo de fluidos en su interior con un contenido en micro-algas, y que permite el crecimiento de éstas al absorber la luz transmitida por las caras translúcidas de los bloques de vidrio moldeado para realizar su

   10 función fotosintética, estando los bloques construidos con hueco interior y con piezas de paso (4), (5) entre dos de sus caras y conexionado estanco entre módulos, pudiendo conformar
   fachadas, paramentos, cubiertas de diversa Índole y pavimentos.

   
   15

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