ES2652250T3 - Fotobiorreactor y planta de fotobiorreactores - Google Patents

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Abstract

Fotobiorreactor (101, 201) para cultivar algas, que presenta al menos dos cámaras (105, 108, 205, 208) de cultivo, que están conectadas entre sí mediante una primera conexión (106, 206), caracterizado porque la primera conexión presenta un sitio (107, 207) de rotura controlada, que se abre en el caso de una corriente (222) límite, de modo que un medio de circulación, en particular, agua de mar, fluye (223) a través del sitio de rotura controlada abierto y por consiguiente se reduce una resistencia a la corriente del fotobiorreactor.

Description

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DESCRIPCION
Fotobiorreactor y planta de fotobiorreactores
La invencion se refiere a un fotobiorreactor para cultivar algas que presenta al menos dos camaras de cultivo, que estan conectadas entre si a traves de una primera conexion. Por lo demas, la invencion se refiere a una planta de fotobiorreactores.
Las algas autotroficas y los procariotas se cultivan en denominados fotobiorreactores y tambien se producen en grandes cantidades. Habitualmente, el cultivo, ademas de mediante autotrofia, tambien puede tener lugar mediante mixotrofia y/o heterotrofia.
Basicamente, en el caso de los fotobiorreactores se diferencia entre sistemas de tubos rigidos, por ejemplo, de vidrio, policarbonato o plexiglas, asi como sistemas de laminas flexibles, tales como, por ejemplo, de polietileno u otros materiales de lamina.
A menudo, los sistemas de laminas se utilizan verticalmente como bolsas, por toda la superficie como bolsas de multiples camaras delgadas o tambien de manera rigida como denominados biorreactores de panel plano.
Parametros de produccion importantes para el diseno de fotobiorreactores y para el usuario son una superficie activa, fotosintetica lo mas grande posible del fotobiorreactor, preferiblemente en relacion con una trayectoria de la luz reducida, de modo que pueda garantizarse una alta productividad relativa asi como absoluta. Requisitos adicionales de un fotobiorreactor radican en su escalabilidad a una escala industrial grande, en la relacion precio- rendimiento, la capacidad de uso universal y la capacidad de carga mecanica.
Los fotobiorreactores se utilizan en sitios de produccion en el campo y en denominadas granjas de algas en medios acuaticos naturales. En el caso de las granjas de algas se conocen por ejemplo superficies de 60 km2 para la produccion de macroalgas.
En el caso de la utilizacion de un fotobiorreactor en medios acuaticos naturales (rio, lago, mar) aparecen factores de influencia adicionales. El viento y los movimientos de las corrientes y de las olas pueden tener un efecto negativo, cuando, por ejemplo, el material del fotobiorreactor no resiste la carga mecanica. Siempre que cada fotobiorreactor no este colocado individualmente, los fotobiorreactores suspendidos. por ejemplo. en paralelo se llevan unos hacia otros por la corriente, y de ese modo se dan sombra mutuamente. Ademas, las floraciones de algas naturales, en particular, los denominados cespedes de algas sobre el mar, tienen un efecto negativo, dado que estos pueden conducir igualmente a un sombreado de fotobiorreactores.
Por el documento AU 2009205386 B2 se conoce un fotobiorreactor, que para reducir el problema de la aglomeracion dentro de las camaras de cultivo esta dividido en varios subcompartimentos y en el que la posicion del fotobiorreactor en el agua se ajusta a traves de diferencias de densidad entre el medio de cultivo y el agua circundante.
En el documento WO 2009/094196 A2 se da a conocer un fotobiorreactor para cultivar algas, que esta disenado con capacidad de inmersion mediante medios de flotabilidad.
Ademas, en el documento DE 10 2007 000 815 A1 se dan a conocer biorreactores al aire libre con fuentes de radiacion artificiales, utilizandose como fuentes de radiacion uno o varios del grupo que contiene piezas moldeadas equipadas con LED, conductores de luz, piezas moldeadas luminiscentes, que estan dispuestos en el interior del reactor.
En el estado de la tecnica resulta desventajoso que varios fotobiorreactores colocados en paralelo puedan inclinarse bajo la influencia del movimiento de las corrientes y de las olas, en particular, horizontalmente y tambien verticalmente, de modo que se acercan unos a otros y se dan sombra mutuamente, de modo que se reduce la productividad.
En particular, en el caso de un movimiento intenso de las corrientes y de las olas, existe ademas el peligro de que el material del fotobiorreactor falle, en particular, que los sistemas de laminas se rasguen. De este modo pueden abrirse las camaras de cultivo y liberarse las algas al agua circundante o, en el caso de un desgarro en el sistema de sujecion, puede perderse todo el fotobiorreactor en el mar.
El objetivo de la invencion es mejorar el estado de la tecnica.
El objetivo se alcanza mediante un fotobiorreactor para cultivar algas, que presenta al menos dos camaras de cultivo que estan conectadas entre si mediante una primera conexion, presentando la primera conexion un sitio de rotura controlada, que se abre en el caso de una corriente limite, de modo que un medio de circulacion, en particular, agua de mar, fluye a traves del sitio de rotura controlada abierto y por consiguiente se reduce una resistencia a la
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corriente del fotobiorreactor.
De este modo, la forma de la camara de cultivo del fotobiorreactor se adapta a las condiciones de corrientes y de olas de la region de utilizacion. En el caso de una corriente demasiado intensa, el sitio de rotura controlada se abre, de modo que puede fluir agua a traves del sitio de rotura controlada y alrededor de la camara de cultivo, con lo que se reduce la resistencia a la corriente y resistencia a las olas del fotobiorreactor. Ademas, las camaras de cultivo pueden orientarse de ese modo de manera mas flexible correspondientemente a la corriente. Por consiguiente se evita que el fotobiorreactor se destruya debido a una corriente demasiado intensa, por ejemplo, que en el caso de un reactor de laminas se rasgue la lamina, o se desgarre del sistema de sujecion debido a una carga de corriente demasiado intensa.
En consecuencia, mediante esta solucion puede implementarse una mayor productividad y estabilidad del fotobiorreactor.
Una idea esencial de la invencion se basa en que, a diferencia del estado de la tecnica, las camaras de cultivo de un fotobiorreactor no estan unidas de manera firmemente resistente, sino que la conexion presenta un sitio de rotura controlada, que se abre en el caso de una corriente con fuerzas de cizallamiento intensas, de modo que el agua puede fluir a traves del sitio de rotura controlada abierto y alrededor de las camaras de cultivo. Por consiguiente, se reducen las fuerzas de cizallamiento sobre el fotobiorreactor.
A continuacion se explicara la siguiente terminologia:
En el caso de un “fotobiorreactor” se trata en particular de un biorreactor para cultivar y producir microorganismos y/o macroorganismos, en particular, algas, fuera de su entorno natural y dentro de uno tecnico artificial. El fotobiorreactor presenta, en particular, camaras de cultivo en las que los organismos se cultivan separados del entorno. Un fotobiorreactor sirve en particular para cultivar organismos fototroficos, que aprovechan la luz natural y/o artificial para su propia obtencion de energia. En un fotobiorreactor se cultivan en particular organismos, que aprovechan el proceso de la fotosintesis para formar su propia biomasa a partir de luz y CO2. Por consiguiente, un fotobiorreactor sirve en particular para proporcionar de manera controlada un habitat que ofrezca para el o los organismos relevantes las condiciones de vida optimas en la medida de lo posible. Un fotobiorreactor posibilita en particular tasas de crecimiento y de produccion asi como purezas de los organismos claramente mayores que lo que podria conseguirse en medios acuaticos naturales.
Por “cultivar” se entiende en particular el establecimiento y el mantenimiento de condiciones que garantizan un crecimiento de determinados organismos. Con el “cultivo” esta asociada en particular tambien la proliferacion de organismos.
Las “algas” son en particular organismos vegetales, eucariotas, que viven en el agua, que realizan fotosintesis y/o protistas, es decir, eucariotas de monocelulares a de pocas celulas, tales como algas verdes y rojas, que pueden vivir de manera autotrofica, pero tambien heterotrofica, mixotrofica, aerobia o anaerobia. Ademas, por algas se entienden en particular tambien las cianobacterias (tambien denominadas algas azules), que como bacterias pertenecen a los procariotas. Las cianobacterias realizan en particular fotosintesis oxigenica o anoxigenica, de modo que parcialmente no tiene lugar ninguna fijacion de CO2 en la biomasa. Por algas se entiende en particular tambien el plancton activo por asimilacion, vegetal, que aparece de manera natural en el mar. Las algas pueden adoptar en particular un tamano de < 0,2 pm (femtoplancton), < 2 pm (picoplancton) a > 2 mm (macroplancton) y procariotas en particular un tamano de desde 0,2 pm hasta 700 pm.
Una “conexion” designa en particular una cohesion mecanica entre dos camaras de cultivo. A este respecto, se trata en particular de una conexion firme y/o una conexion que limita la capacidad de movimiento entre las dos camaras de cultivo. La conexion es en particular por adherencia de materiales. Por ejemplo, en el caso de un reactor de laminas sin fin, las conexiones de las camaras de cultivo se han formado mediante soldadura y el material de lamina conecta las dos camaras de cultivo entre los sitios de soldadura.
Por un “sitio de rotura controlada” se entiende en particular un elemento de construccion previsto de manera seleccionada, que, en el caso de un dano y/o de una sobrecarga, falla de manera seleccionada y predecible. En particular, un sitio de rotura controlada se abre en el caso de una corriente limite externa del agua, de modo que el agua fluye a traves del sitio de rotura controlada abierto y alrededor de las camaras de cultivo. Por consiguiente, el sitio de rotura controlada tiene en particular el objetivo de posibilitar una corriente a traves del fotobiorreactor y reducir la resistencia a la corriente del fotobiorreactor en el caso de una fuerza de cizallamiento alta de la corriente. A pesar del sitio de rotura controlada abierto, sigue existiendo en particular la conexion entre las camaras de cultivo.
Por un “medio de circulacion” se entiende en particular el aire que se mueve y/o el agua que se mueve, que incide sobre el fotobiorreactor con una velocidad de corriente. En particular, en el caso del medio de circulacion puede tratarse de agua de mar, sin embargo, tambien es posible que el fotobiorreactor este dispuesto sobre bastidores por encima del nivel del mar, para garantizar una irradiacion intensa. En este caso, el medio de circulacion es en particular aire.
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Por “corriente limite” se entiende en particular la corriente de un medio de circulacion que ejerce una fuerza de cizallamiento sobre el fotobiorreactor tal que el fotobiorreactor se deforma y/o se desvia de su posicion vertical y/u horizontal en el medio acuatico que el fotobiorreactor ha adoptado antes de la aparicion de la corriente limite. La corriente limite puede encontrarse en particular en la transicion de una corriente laminar a una turbulenta. Sin embargo, la corriente limite tambien puede producirse en particular entre otras condiciones de corriente, dado que los movimientos de las corrientes y de las olas, asi como el viento, pueden interaccionar, de modo que pueden existir localmente diferentes circunstancias de carga en el fotobiorreactor. Ademas existe en particular tambien una dependencia de la superficie del fotobiorreactor.
Una “resistencia a la corriente” es en particular un resultado de la fuerza que ejerce la corriente sobre el fotobiorreactor. Sobre la superficie del fotobiorreactor alrededor del que se produce una circulacion, la corriente ejerce un esfuerzo cortante y una presion localmente diferentes. La fuerza resultante puede determinarse mediante la integracion de la presion y los esfuerzos cortantes por toda la superficie. A este respecto, la fuerza de resistencia es la componente de fuerza que existe en la direccion del sentido de incidencia.
En una forma de realizacion adicional del fotobiorreactor, el sitio de rotura controlada esta delimitado por una estructura de delimitacion, en particular, una costura de delimitacion reforzada, en una extension de rotura controlada.
Debido a la estructura de delimitacion, el sitio de rotura controlada puede abrirse como maximo solo tanto como este previsto constructivamente. Por lo demas, mediante la estructura de delimitacion se garantiza que el sitio de rotura controlada, en el caso de cargas de corriente altas, no se abra adicionalmente o incluso se rasgue. Esto puede garantizarse en particular mediante una estructura de delimitacion reforzada.
Por consiguiente, puede utilizarse, por ejemplo, una costura de delimitacion reforzada, pudiendo tratarse de una costura de soldadura y/o tambien de una costura cosida, que puede reforzarse de manera seleccionada mediante el numero de soldaduras y/o de costuras y adaptarse a la carga de las corrientes y de las olas de la region de utilizacion.
Ademas, a traves de la estructura de delimitacion y su grosor se establece cuanto pueden deformarse las camaras de cultivo al incidir una corriente limite.
Una “estructura de delimitacion” es en particular una estructura, que esta disenada de tal manera que la extension del sitio de rotura controlada esta delimitada al inicio y/o al final del sitio de rotura controlada y en particular no se posibilita mas alla de la extension prevista constructivamente una apertura del sitio de rotura controlada. La estructura de delimitacion es en particular una estructura reforzada en el material del fotobiorreactor, para delimitar la extension de rotura controlada. La estructura de delimitacion es en particular una costura de delimitacion reforzada, por ejemplo, una costura de soldadura reforzada y/o una costura convencional.
Por “extension de rotura controlada” se entiende en particular la extension prevista constructivamente del sitio de rotura controlada como dimension maxima.
Para garantizar una apertura fiable del sitio de rotura controlada, el sitio de rotura controlada del fotobiorreactor es una costura de rotura controlada.
Mediante la nueva costura de soldadura desarrollada es posible que costuras de soldadura que discurren por ejemplo verticalmente se abran en el caso de una carga demasiado alta a lo largo de una costura de rotura controlada, pudiendo configurarse la costura de rotura controlada en particular mediante la perforacion del material de lamina entre las costuras de soldadura que delimitan las camaras de cultivo. De este modo, el fotobiorreactor, en el caso de superar una determinada corriente o una fuerza de cizallamiento generada por el movimiento de las olas, se abre a lo largo de la perforacion y permite una corriente a traves de las laminas por el intersticio generado entre las dos camaras de cultivo. La reduccion provocada de ese modo de la superficie de ataque conduce a una descarga significativa del fotobiorreactor.
En cuanto la corriente disminuye de nuevo, se reduce el intersticio entre las dos camaras de cultivo y el fotobiorreactor puede adoptar de nuevo su forma original.
Mediante el sitio de rotura controlada, las camaras de cultivo pueden deformarse en particular en la direccion horizontal y/o vertical. Mediante la variacion de la forma de las camaras de cultivo puede variarse de manera correspondiente tambien su flotabilidad.
Por una “costura de rotura controlada” se entiende en particular una costura prevista constructivamente, que en el caso de una accion de una corriente limite conduce a que se abra el sitio de rotura controlada. Una costura de rotura controlada es en particular una perforacion entre las costuras de soldadura de delimitacion de dos camaras de cultivo y/o una costura convencional, conduciendo los orificios producidos mediante la realizacion de la costura a la
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apertura del sitio de rotura controlada.
En una realizacion adicional del fotobiorreactor, el sitio de rotura controlada es un cierre reutilizable, en particular, un velcro.
Mediante el numero y la posicion de los ganchitos en el cierre reutilizable puede tener lugar de manera seleccionada una adaptacion a la corriente limite, en la que debe producirse una apertura del sitio de rotura controlada, asi como a la region de utilizacion del fotobiorreactor.
Ventajosamente, las ganchitos flexibles del cierre reutilizable pueden volver a conectarse en el caso de una aproximacion como consecuencia de no alcanzar la corriente limite. Tambien puede volver a cerrarse el cierre reutilizable manualmente mediante presion, pudiendo tener lugar esto directamente en la region de utilizacion o en el caso de la extraccion del fotobiorreactor fuera del agua por ejemplo con motivos de mantenimiento o en el caso de variar la region de utilizacion.
Un “cierre reutilizable” es en particular un cierre que puede abrirse de manera reversible y por consiguiente volver a cerrarse. En particular, el cierre reutilizable se abre automaticamente en el caso de existir una determinada corriente limite y se cierra de nuevo en el caso de no alcanzar la corriente limite. En el caso del cierre reutilizable puede tratarse en particular de un velcro que presenta en particular predominantemente un medio de cierre textil que puede desprenderse con la frecuencia deseada, basandose en el principio de los abrojos. Un velcro consta en particular de dos tiras de fibras quimicas seleccionadas, de las que una presenta ganchitos flexibles y la otra, bucles. En particular, en el estado comprimido se obtiene como resultado un cierre rapido con capacidad de carga pero reversible. Las tiras de velcro tejidas pueden consistir en particular en fibras de poliamida, de poliester y de poliolefina y/o poliaramidas. El velcro esta en particular soldado y/o cosido y/o encolado al material del fotobiorreactor.
Para garantizar una corriente alrededor y una deformacion de las camaras de cultivo del fotobiorreactor y no poner en peligro en general la estabilidad del fotobiorreactor, el sitio de rotura controlada presenta una extension de rotura controlada maxima de desde el 5% hasta el 95% de una dimension exterior vertical y/u horizontal y/u oblicua del fotobiorreactor.
Por lo demas, de este modo se garantiza que queda suficiente espacio en el material del fotobiorreactor para disponer unidades de suministro y de evacuacion y/o unidades de sujecion y/o sistemas de anclaje y/o sistemas de lastre en el fotobiorreactor.
Dado que el fotobiorreactor puede utilizarse en un entorno dinamico, en particular, con movimientos de olas elevados, por una dimension vertical y/u horizontal y/u oblicua del fotobiorreactor debe entenderse la orientacion en relacion con la superficie promedio del agua.
En una forma de realizacion adicional del fotobiorreactor, el fotobiorreactor presenta camaras de cultivo adicionales, que estan dispuestas en cada caso con una conexion adicional a una camara de cultivo adyacente.
Partiendo de un tubo flexible de laminas sin fin de habitualmente 1,0 m a 10,0 m de envergadura, mediante la colocacion seleccionada de costuras de soldadura puede producirse un fotobiorreactor con varias camaras de cultivo, estando dispuestas las camaras de cultivo en cada caso con una conexion adicional a una camara de cultivo adyacente.
Para un cultivo optimo y una carga optima del fotobiorreactor, las costuras de soldadura de delimitacion de las camaras de cultivo tienen en particular una distancia de desde 5 cm hasta 50 cm, preferiblemente de desde 10 cm hasta 20 cm.
En el caso de alturas de desde 0,5 m hasta 2,0 m pueden producirse de este modo fotobiorreactores con longitudes de en particular 10 m, pero tambien de hasta 5.000 m.
Mediante la disposicion de varias camaras de cultivo puede crearse una superficie activa, fotosintetica, lo mas grande posible para la produccion. Por consiguiente, la produccion tambien puede aumentarse a escala hasta la escala industrial grande y conseguirse una relacion precio/rendimiento favorable.
Para que en el caso de un fotobiorreactor con mas de dos camaras de cultivo dispuestas se posibilite una apertura de las conexiones adicionales, las conexiones adicionales presentan sitios de rotura controlada adicionales.
En particular en el caso de un fotobiorreactor con un gran numero de camaras de cultivo y por consiguiente una resistencia a la corriente correspondiente, son ventajosos sitios de rotura controlada en las conexiones adicionales, para posibilitar una apertura y una corriente a traves de los sitios de rotura controlada adicionales. De este modo se reduce la carga de corriente igualmente en fotobiorreactores de gran superficie. Por consiguiente, tambien se garantiza una deformabilidad de fotobiorreactores muy largos y/o de gran superficie.
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En una forma de realizacion adicional del fotobiorreactor, uno de los sitios de rotura controlada o varios sitios de rotura controlada esta/estan disenados en vertical y/u horizontal y/u oblicuo, en particular, en paralelo entre si.
Mediante esta orientacion de los sitios de rotura controlada puede retirarse la carga de corriente uniformemente del fotobiorreactor, abriendose simultaneamente los sitios de rotura controlada.
En particular resulta ventajoso que los sitios de rotura controlada esten disenados en vertical y/o en horizontal y/o en oblicuo, pero a la misma distancia en paralelo entre si, dado que con ello se reduce uniformemente la carga del fotobiorreactor.
Ademas, en el caso de una gasificacion simultanea del fotobiorreactor es preferible entonces una orientacion vertical de las camaras de cultivo y de los sitios de rotura controlada en particular cuando debido a la especie de alga y/o al medio de cultivo u otras magnitudes de influencia debe contarse con una sedimentacion o un enriquecimiento selectivo de las algas y/o del medio de cultivo en las camaras de cultivo. Mediante la orientacion vertical y las burbujas de gas ascendentes se evita una sedimentacion y se promueve un mezclado homogeneo. Esto resulta ventajoso, en particular, cuando en el medio acuatico no hay condiciones o solo condiciones reducidas que promueven el mezclado, tales como un movimiento de las olas y una corriente intensos.
Tal como ya se ha expuesto anteriormente, la orientacion vertical y/u horizontal y/u oblicua de los sitios de rotura controlada se refiere a la superficie promedio del agua.
Para posibilitar una fotosintesis de las algas, las camaras de cultivo presentan un material translucido, en particular, un material de lamina de polietileno.
A este respecto, la luz natural y/o artificial puede dejarse pasar a traves del material translucido de manera completa y/o de manera selectiva solo determinados porcentajes de luz.
En regiones de utilizacion con una intensidad luminosa fuerte puede ser en particular una ventaja usar un material translucido, que debilite al mismo tiempo la intensidad luminosa natural, para evitar un estres para las algas.
Igualmente, el material translucido puede presentar adicionalmente una funcion de aislamiento termico, para evitar un calentamiento y/o enfriamiento demasiado intenso en las camaras de cultivo.
Por “material de lamina” se entiende en particular una lamina de plastico, que representa una hoja muy delgada (por ejemplo < 1 mm) de plastico. El material de lamina se fabrica en particular en una banda sin fin, se suelda previamente, asi como se colocan los sitios de rotura controlada, y a continuacion se enrolla. Segun la longitud deseada del fotobiorreactor, la banda sin fin prefabricada se corta y se sueldan ambos lados de corte, de modo que el fotobiorreactor puede utilizarse posteriormente sellado con respecto al medio acuatico. Como material de lamina translucido se utiliza en particular polietileno, pero pueden utilizarse tambien otros materiales de lamina con propiedades translucidas, tal como por ejemplo poliamida, PVC o etileno-tetrafluoroetileno.
En una forma de realizacion adicional del fotobiorreactor, las camaras de cultivo presentan agua de mar como medio de cultivo y/o al menos una valvula de varias vias para el intercambio de gas con el medio circundante, en particular, aire o agua de mar, y/o un tubo flexible de suministro, que esta disenado de tal manera que se suministran nutrientes, en particular, gases y/o agua enriquecida a las camaras de cultivo.
Dado que las camaras de cultivo presentan agua de mar como medio de cultivo, puede usarse directamente el agua de mar circundante como medio de cultivo y no tiene que producirse de manera artificial y costosa un medio de cultivo.
Una valvula de varias vias para el intercambio de gas con el medio circundante es por un lado ventajoso, dado que el fotobiorreactor se gasifica habitualmente con CO2 y/o aire, para aumentar la produccion y para distribuir los nutrientes y las algas homogeneamente en el reactor. Los gases en exceso salen del fotobiorreactor a traves de la valvula de varias vias.
Por otro lado, la valvula de varias vias tambien puede servir para regular la posicion del fotobiorreactor en la columna de agua vertical, dado que a traves de la misma puede ajustarse el contenido de gas y por consiguiente la flotabilidad del fotobiorreactor. En particular, en el caso de un oleaje fuerte y una corriente muy intensa, resulta ventajoso reducir la flotabilidad del fotobiorreactor a traves de la valvula de varias vias, de modo que el fotobiorreactor se hunda por debajo de la superficie del mar y adopte una posicion mas profunda en la columna de agua vertical.
Este ajuste de la flotabilidad resulta en particular ventajoso, cuando debido a una carga de corriente muy alta y/o un oleaje fuerte, la apertura de los sitios de rotura controlada ya no es suficiente para evitar un dano del fotobiorreactor.
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Ademas, mediante el ajuste de la flotabilidad a traves de la valvula de varias vias puede situarse el fotobiorreactor en la columna de agua vertical de tal manera que existen condiciones de crecimiento optimas, en particular, relaciones de luz optimas.
Un “tubo flexible de suministro”, que suministra nutrientes, en particular, gases y/o agua enriquecida, a las camaras de cultivo, sirve para una produccion optima de las algas. En particular resulta ventajoso que el tubo flexible de suministro este dispuesto en el fondo del fotobiorreactor, dado que las burbujas de gas generadas a modo de finas perlas durante la gasificacion se absorben en el medio y adicionalmente ascienden hasta la parte superior del fotobiorreactor para generar una flotabilidad necesaria. En este caso, las camaras de cultivo y las conexiones estan orientadas en vertical con respecto a la superficie promedio del agua. En particular, el tubo flexible de suministro tambien puede ajustarse en profundidad y/o altura. El tubo flexible de suministro puede estar configurado en particular tambien como tubo flexible de recogida.
Tambien es posible, reducir la flotabilidad del fotobiorreactor mediante la reduccion o la desconexion del suministro de gas a traves del tubo flexible de suministro y de ese modo hundirlo por debajo de la superficie del mar.
Un “medio de cultivo” (tambien denominado “medio nutritivo”) sirve en particular para el suministro y el cultivo de organismos, en particular, algas. Como medio de cultivo se utiliza en particular una solucion nutritiva liquida, que se compone preferiblemente de agua, en particular, agua de mar, al menos una fuente de energia aprovechable, tal como compuestos organicos o que contienen azufre, los nutrientes necesarios (fuentes de carbono, nitrogeno, azufre y/o fosfato organicas y/o inorganicas, asi como otros nutrientes esenciales) y elementos traza.
Para orientar el fotobiorreactor en el agua, el fotobiorreactor presenta un elemento de lastre y/o un elemento de anclaje, con lo que se le puede conferir al fotobiorreactor una direccion de orientacion.
Mediante un elemento de lastre y/o un elemento de anclaje puede tener lugar en particular una orientacion del fotobiorreactor en contra de la flotabilidad que actua, de modo que el fotobiorreactor puede mantenerse flotando, hundirse mas hacia el fondo del mar y/o sujetarse en el fondo del mar.
Esto resulta ventajoso en particular, cuando las costuras de rotura controlada ya no son suficientes en el caso de una corriente muy intensa y/o ya no es posible una reduccion de la flotabilidad a traves de la valvula de varias vias y la gasificacion, pero el fotobiorreactor debe llevarse debido a la carga mas profundo a la proximidad del fondo del mar.
Un hundimiento en la direccion del fondo del mar tambien puede resultar ventajoso en el caso de una produccion heterotrofa, que no necesita luz, y/o de una produccion mixotrofica.
Por lo demas, en el caso del aumento de la produccion con una gasificacion aumentada puede compensarse la flotabilidad generada de este modo mediante un elemento de lastre y/o de anclaje y mantenerse el fotobiorreactor flotando.
Un “elemento de lastre” es en particular un elemento, que presenta una densidad, que es mas pesado que el medio de cultivo y/o el agua circundante. En el caso del elemento de lastre puede tratarse en particular de un liquido y/o un solido. Por ejemplo puede tratarse de un lastre de arena y/o de agua. El elemento de lastre puede estar realizado en particular en una camara especial, separada por una costura.
Un “elemento de anclaje” establece en particular una conexion resistente a la traccion entre el fotobiorreactor y el fondo del mar. A este respecto, el elemento de anclaje absorbe en particular la tension de traccion. El elemento de anclaje puede estar fabricado por ejemplo de madera y/o hierro y/o acero. El elemento de anclaje puede estar realizado en particular tambien en relacion con instalaciones en alta mar existentes o planificadas, tales como instalaciones de energia eolica, para aprovechar la sinergia por ejemplo en el anclaje, el aprovechamiento del calor/calor residual, durante el suministro y el mantenimiento.
Para posibilitar una flotabilidad del fotobiorreactor, el fotobiorreactor puede configurarse de tal manera que mediante una desgasificacion y/o gasificacion y/o dilucion y/o concentracion de un medio de cultivo que se encuentra en las camaras de cultivo pueda ajustarse una flotabilidad del fotobiorreactor.
De este modo puede ajustarse adicionalmente la posicion del fotobiorreactor en la columna de agua vertical. En el caso de luz debil o estres por luz deseado puede llevarse de ese modo el fotobiorreactor directamente a la superficie del agua. Por el contrario, en el caso de una intensidad luminosa demasiado intensa puede situarse el fotobiorreactor por debajo de la superficie del agua. Con ello es posible optimizar la posicion del fotobiorreactor en la columna de agua vertical y por ejemplo adaptarla a la evolucion diaria de la luz asi como a los requisitos estacionales y a las relaciones de las olas y del viento.
En un aspecto adicional de la invencion, el objetivo se alcanza mediante una planta de fotobiorreactores, que presenta un fotobiorreactor tal como se describio anteriormente.
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Mediante una planta de fotobiorreactores puede proporcionarse en un espacio mfnimo una superficie activa para la fotosintesis muy grande.
Segmentos de fotobiorreactor, por ejemplo, con una longitud de desde 2 m hasta 12 m, preferiblemente de 3 m a 10 m, pueden colocarse por medio de medios de sujecion, tales como anillos de plastico, poleas, mosquetones y/o dispositivos similares, por ejemplo, en cables de metal tensados o carriles que discurren a lo largo de cadenas para boyas. A este respecto, los segmentos de fotobiorreactor se sujetan en paralelo entre si.
La sujecion tambien puede tener lugar a traves de costuras en el fotobiorreactor, por ejemplo, al configurar mediante varias costuras reforzadas un orificio en el material de lamina y al sujetar un mosqueton. La suspension tambien puede tener lugar a traves de una camara prevista especialmente para ello y separada, del fotobiorreactor.
El fotobiorreactor y/o los segmentos de fotobiorreactor y/o toda la planta de fotobiorreactores pueden suspenderse en vertical y/o en horizontal. En una planta de fotobiorreactores disenada de este modo de en cada caso una superficie de 1.000 m2 a 10.000 m2 se posibilita una produccion de algas correspondiente en medios acuaticos. La planta de fotobiorreactores puede adoptar en particular tambien una superficie de varios kilometros cuadrados, en particular, de 10 km2 a 100 km2.
En plantas de fotobiorreactores con colocacion paralela de varios fotobiorreactores es especialmente importante la apertura de los sitios de rotura controlada en el caso de una carga de corriente alta, dado que de este modo se evita que los fotobiorreactores se acerquen unos a otro y de ese modo se den sombra mutuamente.
Ademas, mediante la orientacion de los sitios de rotura controlada puede conseguirse que los fotobiorreactores individuales se deformen y/u orienten uniformemente en el caso de una carga de corriente.
Para en el caso de plantas de fotobiorreactores largas evitar la configuracion de canales de corriente a traves de los sitios de rotura controlada abiertos, los sitios de rotura controlada tambien pueden estar dispuestos desplazados en los fotobiorreactores individuales.
En particular, en la planta de fotobiorreactores resultan ventajosos una orientacion y/o un anclaje optimizados de toda la planta.
Mediante esta planta de fotobiorreactores es posible un aumento en escala a una escala de produccion industrial grande.
A continuacion se explicara mas detalladamente la invencion mediante ejemplos de realizacion. Muestran
la figura 1 una representacion en corte muy esquematica de un fotobiorreactor con sitios de rotura controlada
en el caso de una carga de corriente reducida y
la figura 2 una representacion en corte muy esquematica de un fotobiorreactor con sitios de rotura controlada
en el caso de superar la corriente limite.
Un fotobiorreactor 101 presenta seis camaras 105, 108 y 112 de cultivo y esta fabricado de una lamina 102 de polietileno sin fin. Las delimitaciones laterales externas del fotobiorreactor 101 no se muestran en la figura 1. Entre la primera y la segunda camara 105 y 108 de cultivo esta dispuesta una primera conexion 106, que presenta una costura 107 de perforacion. Camaras 112 de cultivo adicionales estan conectadas a traves de conexiones 113 adicionales en cada caso con la camara de cultivo anterior.
Los camaras 105, 108 y 112 de cultivo tienen en cada caso una anchura de 20,0 cm. Las conexiones 113 adicionales presentan igualmente costuras 114 de perforacion adicionales. La costura 107 de perforacion y las costuras 114 de perforacion tienen una extension 111 de rotura controlada maxima. La costura 107 de perforacion y las costuras 114 de perforacion estan delimitadas en su extension por costuras 109 de delimitacion, que en cada caso se encuentran en el extremo superior e inferior de la extension 111 de rotura controlada.
El fotobiorreactor 101 esta conectado en una abertura 103 superior con un cable 104 de sujecion y se sostiene a traves del cable 104 de sujecion en el mar a 400 m de la costa. En la parte superior del fotobiorreactor 101 se encuentra una valvula 115 de varias vias.
A traves de una abertura 116 inferior esta dispuesto un tubo 117 flexible de suministro poroso dentro del fotobiorreactor 101, que se gasifica con aire ambiente. Por lo demas, un tubo 118 flexible de recogida esta guiado a traves de la abertura 116 inferior al fotobiorreactor 101. Por debajo del tubo 117 flexible de suministro poroso se encuentra una camara 119 de lastre, en la que esta dispuesto un peso 120 de lastre.
La corriente 122 de agua principal fluye desde atras contra el fotobiorreactor 101. En el presente caso hay un dia
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con viento en calma. No existe ninguna fuerza de cizallamiento de la corriente de agua y las costuras 107 y 114 de perforacion entre las camaras 105, 108 y 112 de cultivo estan cerradas.
Mediante el ajuste de la gasificacion a traves del tubo 117 flexible de suministro poroso, de la valvula 115 de varias vias asi como mediante el peso 120 de lastre se mantiene el fotobiorreactor 101 en el mar 10 cm por debajo de la superficie del agua flotando.
En el presente caso habra ahora una tormenta, de modo que en la direccion 222 de corriente principal se supera la corriente limite. De este modo se abren la costura 207 de perforacion y las costuras 214 de perforacion adicionales, de modo que el agua de mar fluye a traves de la costura 207 de perforacion y las costuras 214 de perforacion adicionales y alrededor de las camaras 205, 208 y 212 de cultivo, con lo que esta reducida la resistencia a la corriente del fotobiorreactor 201. La corriente 223 de agua pasa uniformemente a traves de todas las costuras 207 y
214 de perforacion, de modo que hay una corriente uniforme a traves del fotobiorreactor 201 por toda la altura de la extension 211 de rotura controlada. Al mismo tiempo, las camaras 205, 208 y 212 de cultivo se deforman uniformemente con una ligera flexion en el sentido de la corriente 222 de agua principal.
Al alcanzar el maximo de la tormenta con una corriente 223 principal todavia mas intensa adicionalmente la valvula
215 de varias vias esta mas abierta, de modo que el fotobiorreactor 201 se desgasifica mas intensamente y en consecuencia se reduce la flotabilidad del fotobiorreactor 201. De este modo se situa el fotobiorreactor 201 2,5 m por debajo de la superficie del agua y esta menos expuesto al movimiento de las olas y a la carga de corriente.
Lista de numeros de referencia
101 fotobiorreactor
102 lamina de polietileno
103 abertura superior
104 cable de sujecion
105 primera camara de cultivo
106 primera conexion
107 costura de perforacion
108 segunda camara de cultivo
109 costura de delimitacion
111 extension de rotura controlada
112 camara de cultivo adicional
113 conexion adicional
114 costura de perforacion adicional
115 valvula de varias vias
116 abertura inferior
117 tubo flexible de suministro poroso
118 tubo flexible de recogida
119 camara de lastre
120 peso de lastre
122 corriente de agua principal
201 fotobiorreactor
202 lamina de polietileno
203 abertura superior
204 cable de sujecion
205 primera camara de cultivo
206 primera conexion
207 costura de perforacion
208 segunda camara de cultivo
209 costura de delimitacion
211 extension de rotura controlada
212 camara de cultivo adicional
213 conexion adicional
214 costura de perforacion adicional
215 valvula de varias vias
216 abertura inferior
217 tubo flexible de suministro poroso
218 tubo flexible de recogida
219 camara de lastre
220 peso de lastre
222 corriente de agua principal
223 corriente de agua a traves de costuras de perforacion

Claims (12)

  2. 2.
    10
  3. 3.
    15
  4. 4.
  5. 5.
    20
  6. 6.
    25
  7. 7.
    30 8.
  8. 9.
    35
  9. 10.
    40
  10. 11.
    45
  11. 12.
    50
  12. 13.
    REIVINDICACIONES
    Fotobiorreactor (101, 201) para cultivar algas, que presenta al menos dos camaras (105, 108, 205, 208) de cultivo, que estan conectadas entre si mediante una primera conexion (106, 206), caracterizado porque la primera conexion presenta un sitio (107, 207) de rotura controlada, que se abre en el caso de una corriente (222) limite, de modo que un medio de circulacion, en particular, agua de mar, fluye (223) a traves del sitio de rotura controlada abierto y por consiguiente se reduce una resistencia a la corriente del fotobiorreactor.
    Fotobiorreactor segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el sitio de rotura controlada esta delimitado por una estructura (109, 209) de delimitacion, en particular, una costura de delimitacion reforzada, en una extension de rotura controlada.
    Fotobiorreactor segun la reivindicacion 1 y 2, caracterizado porque el sitio de rotura controlada es una costura de rotura controlada.
    Fotobiorreactor segun la reivindicacion 1 y 2, caracterizado porque el sitio de rotura controlada es un cierre reutilizable, en particular, un velcro.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sitio de rotura controlada presenta una extension (111, 211) de rotura controlada maxima de desde el 5% hasta el 95% de una dimension exterior vertical y/u horizontal y/u oblicua del fotobiorreactor.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fotobiorreactor presenta camaras (112, 212) de cultivo adicionales, que estan dispuestas en cada caso con una conexion (113, 213) adicional a una camara de cultivo adyacente.
    Fotobiorreactor segun la reivindicacion 6, caracterizado porque las conexiones adicionales presentan sitios (114, 214) de rotura controlada adicionales.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque uno de los sitios de rotura controlada o varios sitios de rotura controlada estan disenados en vertical y/o en horizontal y/o en oblicuo, en particular, en paralelo entre si.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las camaras de cultivo presentan un material (102, 202) translucido, en particular, un material de lamina de polietileno.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las camaras de cultivo presentan agua de mar como medio de cultivo y/o al menos una valvula (115, 215) de varias vias para el intercambio de gas con el medio circundante, en particular, aire o agua de mar, y/o un tubo (117, 217) flexible de suministro, que esta disenado de tal manera que se suministran nutrientes, en particular, gases y/o agua enriquecida, a las camaras de cultivo.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por un elemento (120, 220) de lastre y/o un elemento de anclaje, con lo que se le puede conferir al fotobiorreactor una direccion de orientacion.
    Fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fotobiorreactor puede configurarse de tal manera que mediante una desgasificacion y/o gasificacion y/o dilucion y/o concentracion de un medio de cultivo que se encuentra en las camaras de cultivo puede ajustarse una flotabilidad del fotobiorreactor.
    Planta de fotobiorreactores, que presenta un fotobiorreactor segun una de las reivindicaciones anteriores.
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