ES2611501T3 - Métodos y sistemas para la absorción de CO2 y conversión en oxígeno gaseoso por medio de microorganismos - Google Patents

Métodos y sistemas para la absorción de CO2 y conversión en oxígeno gaseoso por medio de microorganismos Download PDF

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Abstract

Se describen métodos y sistemas para purificar aire contaminado que contiene CO

Description

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DESCRIPCIÓN
Métodos y sistemas para la absorción de CO2 y conversión en oxígeno gaseoso por medio de microorganismos
Campo de la Invención.
La presente invención se refiere a métodos y sistemas para la absorción de CO2 y su conversión en oxígeno gaseoso por 5 medio de microorganismos de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 21.
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a métodos y sistemas para la absorción de CO2 y su conversión en oxígeno gaseoso (O2) utilizando para ello determinados microorganismos, tales como ciertas microalgas, esporas y manto. Preferiblemente, el CO2 procede de fuentes industriales, con lo que se consigue el objetivo de reducir la polución atmosférica, generando en
10 contrapartida oxígeno gaseoso beneficioso para el medio ambiente.
La presente invención se basa en la observación del autor de la presente invención en el sentido de que, según diversas publicaciones, ciertos microorganismos, biomasa microalgal, etc, pueden ser utilizados para el doble propósito de absorber CO2 y generar lípidos al mismo tiempo, con sólo el fotoperíodo natural y sustentando toda la invención en el ciclo de Calvin
o la fotosíntesis. En estos casos, el cultivo de biomasa basado en el ciclo natural de la luz solar o fotosintético puede dar
15 cierta garantía de éxito para la producción de lípidos, y un nivel aceptable de absorción real de CO2, lo que está relacionado íntimamente con la capacidad de generar triglicéridos de las propias células, la división celular, y la localización específica de la instalación, que generalmente están basadas en piscinas o piletones abiertos, o tuberías verticales donde se proyecta el CO2 desde la base, en los que después de pocos segundos de su inyección una gran parte de la masa gaseosa se escapa nuevamente a la atmósfera. Sin embargo, si se pudieran promover las condiciones adecuadas para que los
20 microorganismos no perdieran energía generando triglicéridos, sino que la emplearan en reproducirse, dando lugar a una tasa de crecimiento y reproducción incrementadas, la absorción de CO2 y la consecuente producción de O2 por parte de las mismas se vería sustancialmente incrementada.
Así, por ejemplo, en la técnica anterior existen sistemas basados en el cultivo de microalgas para la producción de biocombustibles. Todos ellos utilizan, en su mayoría, una sola especie de microalgas (monocultivo) con un rendimiento muy 25 bajo que no permite cerrar la ecuación económica del proceso y trabajan a temperaturas de entre 22°C y 28°C, acotando su operación a zonas de climas cálidos. Por el contrario, los sistemas y métodos de la presente invención pueden hacerse funcionar a temperaturas inferiores a 18°C, en particular entre 14 y 16 °C, lo que se ha conseguido aclimatando las especies de microalgas utilizadas a estas condiciones climatológicas. Además, en los sistemas y métodos de la invención pueden escogerse las condiciones apropiadas para que la producción de triglicéridos sea minoritaria o inclusive marginal, orientando
30 substancialmente la producción de los microorganismos hacia el O2 gaseoso.
Además, en los sistemas de la técnica anterior, el CO2, y sobre todo el CO2 industrial, que tiene un efecto sobre el cambio climático que es cada día más evidente, viene habitualmente acompañado de otros gases de efecto invernadero que tampoco son tenidos en cuenta en dichos sistemas, y los mismos dañarían severamente cualquier cultivo de biomasa terrestre o acuática irremediablemente, por lo que en la presente invención se ha tenido muy en cuenta su aplicación a
35 escala industrial, eficiente y conscientemente desde las múltiples disciplinas involucradas, y la combinación de sistemas y subsistemas que la hagan técnicamente viable y escalable.
La utilización de microalgas para la absorción de CO2 y su conversión sustancial en O2 es conocida desde hace tiempo. Así, por ejemplo, los documentos de patente US 3,224,143 y US 3,303,608 ya describían la conversión del dióxido de carbono en oxígeno mediante el uso de algas.
40 Más recientemente, los documentos WO 92/00380 y US 5,614,378 describen la conversión de CO2 en O2 por parte de cianobacterias cuando son irradiadas con radiaciones de longitud de onda entre 400 y 700 nm. Sin embargo, los sistemas descritos en estos documentos están diseñados para su uso en corazones artificiales, por lo que no están optimizados para una producción de O2 a escala industrial como los de la presente invención, y carecen de muchas de las características técnicas descritas en la presente invención.
45 También se han descrito métodos y sistemas dirigidos a la conversión de CO2 en O2 en otras publicaciones de patente tales como EP 0 874 043 A1, EP 0 935 991 A1 y WO 2005/001104 A1, en los que se utilizaban como microalgas especies de Spirulina platensis y de Chlorella vulgaris, y JP 2009007178 A, en el que se utilizaban cianobacterias marinas del género Acaryochloris.
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considere necesario o conveniente en cada caso.
En una realización práctica experimental, se comenzó irradiando la biomasa con una irradiación de entre 5 W y 50 W de luz violeta, teniendo la biomasa una concentración de 36 g de biomasa por litro de agua y desplazándose por dentro del tubo a una velocidad de 1 km/h a 10 km/h, de manera que el primer litro de agua que ingresó al tubo retornó por el otro extremo 24 horas más tarde. En este trayecto de 24 horas se sucedieron las distintas frecuencias lumínicas, recorriendo de esta manera el espectro luminoso, comenzando por luz violeta y siguiendo por luz azul, verde, amarilla, naranja y roja, para terminar de nuevo en violeta. Entre el cambio de un color a otro se introdujeron opcionalmente secciones de oscuridad en las que los microorganismos se mantenían en oscuridad por un determinado espacio de tiempo, por ejemplo media hora. De esta manera, la biomasa pasa del estado foto-autotrófico, a estado heterótrofo y a estado mexotrófico. Esta realización práctica se implementó en un circuito de tuberías con diámetros de 40 mm hasta 100 mm que se instalaron en estructuras portátiles metálicas de un volumen aproximado de 2,25 metros de ancho por 2,50 m de alto y 12,5 m de largo, lo que hace este sistema transportable por camión o dentro de contenedores. Además, la estructura metálica portátil admite también la colocación de hasta 4 módulos colocados uno encima del otro, instalándose unos 6 km de tubería. Como resultado del experimento, la biomasa contenida en el cultivo exhibió una capacidad de absorción de entre 2,1 a 2,8 Tm de CO2, produciendo de 0,600 a 0,800 Tm de oxigeno por cada 1000 kg de biomasa.
Asimismo, por cada kilómetro de tubería es posible conectar, a modo de by-pass o circunvalación, y por medio de una T y varias reducciones, un tubo que, en las dimensiones ensayadas, fue de 6 m de alto y de entre 30 y 40 cm de diámetro, donde por la base se inyecta el CO2 más los nutrientes, y por la parte superior continúa el circuito principal absorbiendo y aspirando de estos mezcladores por medio de efecto Venturi el agua, la biomasa, el CO2 y los nutrientes adecuadamente dosificados y diluidos.
En una realización particularmente preferida, por el interior de los tubos del circuito recorren mangueras de LEDs, LEDs orgánicos o fibra óptica, que se mantienen centradas dentro de los mismos por un sistema de aros dobles similar al emblema de Mercedes Benz, por cuyo centro pasa un aro con cerdas de cepillos que sostiene las luminarias, y en su aro exterior hace contacto con las paredes interiores del tubo. Todas están unidas entre sí por un delgado cable de acero, conectado por los extremos de cada tubo, hacia un rodillo giratorio exterior que los recibe a todos, pasando por sendas prensas que no dejan escapar el agua. Una vez al mes el rodillo, que tiene adosado un piñón y un motor eléctrico de bajas revoluciones, enrolla los cables según el rodillo del extremo que se desee, haciendo desplazar hacia él todos los aros, que con sus cepillos limpian de biomasa adherida tanto la línea de las luminarias como el exterior del tubo. En otros tipos de fotobiorreactores de la técnica anterior, al cabo de un tiempo las superficies quedan saturadas de biomasa y manto, y se reduce la eficiencia de los mismos hasta en un 90 %. Al final del circuito se ventea el oxígeno producido.
De acuerdo con otra realización preferida, cada 7 días un cierto porcentaje de la biomasa extraída se retira por cavitación para pasar a los tanques de metanización. En tal caso, se agrega biomasa nueva a los fermentadores en el mismo porcentaje. Todo el circuito de luminarias es preferiblemente de 12V o 24V de tensión, consumiendo menos de 2W por tonelada de oxigeno producido, lo que puede ser fácilmente abastecido por energías alternativas, ya sea eólica, fotovoltaica, metano, mini hidráulica, etc. si las condiciones del lugar lo permiten. Así se mantiene un balance de energía mínimo para un sistema altamente eficiente.
La composición de la biomasa seca resultante dependerá de las características del sistema, de los factores geográficos del lugar de instalación del sistema y de las múltiples especies utilizadas. Una composición tipo por gramo de biomasa con hasta un 4 % máximo de humedad sería la siguiente:
Proteína: 56-71%
Carbohidratos: 10-17%
Lípidos: 6-14%
Ácidos Nucleicos: 1-4%
Betacarotenos y Omegas 3, 6 y 9
5.-Tanque de metanización o desactivación de la biomasa: La biomasa retirada de la etapa anterior es entonces opcionalmente transferida a un tanque o tanques a tal efecto, que pueden implementarse en la forma de las plantas denominadas de biogás con objeto de proceder a la metanización o desactivación de la biomasa. En los sistemas de la técnica anterior conocidos, para desactivar una biomasa dada se requiere un período de 10 a 12 días. Por el contrario, en la presente invención, al utilizar el sistema un disparador del crecimiento de los microorganismos y por ende una más eficiente
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Claims (1)

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ES11817222.0T 2011-06-28 2011-11-24 Métodos y sistemas para la absorción de CO2 y conversión en oxígeno gaseoso por medio de microorganismos Active ES2611501T3 (es)

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