ES2925374T3 - Proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica - Google Patents

Proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica Download PDF

Info

Publication number
ES2925374T3
ES2925374T3 ES14758665T ES14758665T ES2925374T3 ES 2925374 T3 ES2925374 T3 ES 2925374T3 ES 14758665 T ES14758665 T ES 14758665T ES 14758665 T ES14758665 T ES 14758665T ES 2925374 T3 ES2925374 T3 ES 2925374T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
lsc
solar concentrator
luminescent solar
cultivation
area
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES14758665T
Other languages
English (en)
Inventor
Roberta Miglio
Stefano Palmery
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eni SpA
Original Assignee
Eni SpA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eni SpA filed Critical Eni SpA
Application granted granted Critical
Publication of ES2925374T3 publication Critical patent/ES2925374T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M43/00—Combinations of bioreactors or fermenters with other apparatus
    • C12M43/08—Bioreactors or fermenters combined with devices or plants for production of electricity
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00—Botany in general
    • A01G7/04—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045—Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249—Lighting means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/02—Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02S—GENERATION OF ELECTRIC POWER BY CONVERSION OF INFRARED RADIATION, VISIBLE LIGHT OR ULTRAVIOLET LIGHT, e.g. USING PHOTOVOLTAIC [PV] MODULES
    • H02S40/00—Components or accessories in combination with PV modules, not provided for in groups H02S10/00 - H02S30/00
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B47/00—Circuit arrangements for operating light sources in general, i.e. where the type of light source is not relevant
    • H05B47/10—Controlling the light source
    • H05B47/105—Controlling the light source in response to determined parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/59—Biological synthesis; Biological purification

Abstract

Un sistema integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica, que comprende: - al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que al menos una celda fotovoltaica (o celda solar) está colocada en al menos una de sus lados; - al menos una zona de cultivo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica
La presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica.
También se describe en el presente documento un sistema integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica que comprende:
- al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) está posicionada en al menos uno de sus lados exteriores;
al menos un área de cultivo.
La presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de algas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 2.
La presente invención también se refiere a un proceso integrado para el cultivo de plantas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 1.
Las algas, en particular, las microalgas, se cultivan actualmente para la producción de compuestos valiosos tales como, por ejemplo, ácidos grasos poliinsaturados [por ejemplo, ácido eicosapentaenoico (EPA), ácido docosahexaenoico (DHA) y similares], vitaminas (por ejemplo, p-caroteno y similares) y agentes gelificantes que caen dentro de los campos nutricional, farmacéutico y cosmético.
El cultivo de microalgas para los sectores anteriores se caracteriza por las capacidades de producción relativamente limitadas (del orden de cientos de miles de toneladas al año) y por el alto valor añadido de los compuestos obtenidos (cientos de miles de euros por kilogramo). Por esta razón, se pueden tolerar sistemas de producción complejos y costosos, que deben cumplir estrictas normas de carácter sanitario y nutricional, propias de los campos mencionados.
El paso desde los campos anteriormente mencionados, en los que tradicionalmente se utilizan microalgas, al campo de la energía, en particular, a la producción de biocombustibles, requiere el desarrollo de tecnologías que conduzcan a aumentos significativos de la capacidad de producción y a una considerable reducción de los costes de producción debido al escaso valor añadido de los compuestos destinados al campo energético (cientos de euros por tonelada).
De hecho, las microalgas pueden utilizarse para la producción de lípidos, que a su vez pueden utilizarse para la producción de biodiésel o diésel verde, o directamente para la producción de bioaceite o "biocrudo".
Las enormes cantidades de tierra, agua y energía eléctrica requeridas hacen crítica la sostenibilidad económica y ambiental del cultivo de microalgas para la producción de biocombustibles. La cantidad de energía eléctrica (servicios) necesaria en el proceso de cultivo de microalgas, no solo es una carga desde el punto de vista económico, sino que contribuye a no respetar los parámetros de sostenibilidad ambiental. Uno de los elementos clave para la sostenibilidad ambiental es, de hecho, reducir la cantidad de energía eléctrica derivada de una fuente fósil.
El proceso de cultivo de microalgas, de hecho, requiere energía eléctrica, por ejemplo, para la gestión de estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores (FBR), en particular, para agitar la suspensión de biomasa algal que se forma durante el crecimiento, para la distribución de líquidos y gases, y para el funcionamiento de los equipos de recogida, concentración y conversión de las microalgas en precursores de biocombustibles, ya sea química o termoquímicamente.
Debe considerarse, por ejemplo, que la energía necesaria para agitar un estanque abierto (OP), que asegura: una velocidad lineal del orden de 20 cm/s (considerándose dicha velocidad óptima para mantener la suspensión de biomasa algal formada, homogénea), una distribución efectiva de dióxido de carbono (CO2), una liberación efectiva de oxígeno (O2) y superficie de reemplazo para el intercambio de calor, es del orden de 0,21 W/m2. La energía global necesaria para toda la sección de cultivo, en el caso más favorable, es del orden de 0,6 kWh/kg de biomasa algal producida, que frente a una productividad típica de 73 t/ha/año equivale a un consumo de energía igual a 1,2 W/m2 de superficie de estanque abierto (OP) y, por lo tanto, un consumo energético elevado, teniendo en cuenta que esto se da en los casos más favorables. Cuando el cultivo de microalgas se realiza para la producción de sustancias de alto valor añadido, con una configuración energéticamente desfavorable, también es económicamente sostenible consumir 20 kWh/kg de biomasa algal producida, que, en relación con la misma productividad típica mencionada anteriormente, corresponde a un consumo de energía igual a 40 W/m2 de superficie de estanque abierto (OP).
Al igual que las plantas, las microalgas aprovechan la energía solar para la fotosíntesis y, en consecuencia, para su crecimiento: se sabe, sin embargo, que solo una parte de la energía solar es aprovechada para dicha fotosíntesis. En la técnica se describen procesos para convertir radiaciones de energía solar no aprovechadas en fotosíntesis en radiaciones aprovechables por la misma, con el consiguiente aumento del crecimiento de microalgas y plantas.
Antal T. et al., por ejemplo, en “ International Journal of Hydrogen Energy” (2003), vol. 37, páginas 8859-8863, describen un estudio que demuestra que el proceso conocido como "conversión ascendente", que tiene lugar cuando un compuesto absorbe radiaciones con longitudes de onda más largas respecto a las radiaciones a las que emite, puede transformar las radiaciones del infrarrojo cercano (NIR) en radiaciones que son útiles para la fotosíntesis. Dicho estudio, sin embargo, señala que queda mucho trabajo por hacer antes de que el proceso de conversión ascendente pueda ser explotado de manera práctica para obtener un aumento de la fotosíntesis en cianobacterias, algas o plantas.
En "Desalination" (2007), Vol. 209, páginas 244-250, Hamman M. et al., describen un estudio relativo a la evaluación de películas delgadas fluorescentes de polimetilmetacrilato impregnadas con un colorante fluorescente comercial, es decir, MACROLEX Fluorescent Red G, capaces de concentrar la luz solar y emitirla en correspondencia con la banda de absorción de la clorofila, es decir, 650 nm - 680 nm. En dicho estudio se dice que estas películas fluorescentes se pueden utilizar para mejorar la fotosíntesis tanto de plantas cultivadas en invernaderos como de algas rojas.
La solicitud de patente americana US 2011/0281295 describe un equipo para el cultivo de algas en presencia de luz natural que comprende: un área con un medio de cultivo y algas que deben crecer (por ejemplo, un tanque de cultivo); y un sustrato frente a dicha área apto para recibir radiación solar para fotoconvertir dicha radiación solar, comprendiendo dicho sustrato al menos un compuesto luminiscente capaz de reemitir radiaciones cuyo espectro está adaptado para optimizar la formación de un compuesto químico específico de la fotosíntesis de dichas algas.
El documento US 2012/0034679 se refiere a un método para cultivar algas o cianobacterias en presencia de un material luminoso que convierte la luz que tiene una primera longitud de onda en luz que tiene una segunda longitud de onda más adecuada para usarse en la fotosíntesis de las algas o cianobacterias y a un aparato para implementar dicho método.
Sin embargo, en los documentos anteriores no se menciona la posibilidad de aprovechar la radiación solar no solo para aumentar la fotosíntesis, sino también para la producción simultánea de energía eléctrica.
En este sentido, se conoce un invernadero fotovoltaico, que incorpora uno o más paneles de vidrio fotovoltaico de película delgada de silicio transparente denominado "Polysolar", capaz de permitir la fotosíntesis en las plantas y la producción simultánea de energía eléctrica. Se pueden encontrar más detalles relacionados con este invernadero fotovoltaico en el sitio de Internet http://www.solarpvgreenhouse.com. Sin embargo, como se indica en dicho sitio, el color bronce de dichos paneles de vidrio fotovoltaico es capaz de permitir el paso de solo el 20 % de la luz visible con un impacto negativo en la fotosíntesis de las plantas que, siempre en dicho sitio, se dice que se minimiza por el hecho de que las radiaciones más cercanas al rojo, es decir, las más útiles para la fotosíntesis, atraviesan dicho panel de vidrio fotovoltaico en un porcentaje superior, en torno al 40 %.
Por lo tanto, el solicitante se ha planteado el problema de encontrar un sistema integrado que permita el cultivo de algas o plantas y la producción simultánea de energía eléctrica sin interferir negativamente en el crecimiento de las mismas.
El solicitante ha descubierto ahora que el cultivo de algas o plantas y la producción simultánea de energía eléctrica se pueden realizar ventajosamente utilizando un sistema que comprende al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) se coloca en al menos uno de sus lados exteriores, y al menos un área de cultivo. Dicho sistema no solo permite un buen crecimiento de algas o plantas, sino que también protege a las mismas de una exposición excesiva a las radiaciones ultravioleta (radiaciones UV). Además, en el caso del cultivo de algas, dicho sistema permite cultivar algas con una intensidad lumínica baja y con un alto rendimiento de fotosíntesis (es decir, con un rendimiento en biomasa algal igual al que se obtiene con un cultivo de algas con una alta intensidad de luz). Además, la sustracción de una parte de la energía solar para la producción de energía eléctrica reduce la cantidad de energía que llega al medio de cultivo líquido en el que crecen las algas y, en consecuencia, se produce un menor aumento de la temperatura de dicho medio de cultivo provocado por las radiaciones producidas por dicha energía solar: esto repercute positivamente en el crecimiento de las algas, en particular, de las microalgas verdes, que se ve obstaculizado por temperaturas superiores a los 38 °C.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de plantas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 1.
Por lo tanto, otro objeto de la presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de algas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 2.
Aquí se describe un sistema integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica que comprende:
- al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que al menos una célula fotovoltaica (o célula solar) está posicionada en al menos uno de sus lados exteriores;
- al menos un área de cultivo.
Para el objetivo de la presente descripción y de las siguientes reivindicaciones, las definiciones de los intervalos numéricos siempre comprenden los extremos, a menos que se especifique lo contrario.
Para los fines de la presente descripción y de las siguientes reivindicaciones, el término "que comprende" también incluye los términos "que consiste esencialmente en" o "que consiste en".
Según una realización preferida de la presente invención, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) puede interponerse entre dicha área de cultivo y la luz solar.
Preferentemente, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) puede interponerse entre dicha área de cultivo y la luz solar para cubrir total o parcialmente dicha área de cultivo.
Según otra realización preferida de la presente invención, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) puede ser una parte integral de dicha área de cultivo y luz solar.
En el proceso de la reivindicación 2, dicha área de cultivo se selecciona entre estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores (FBR), o combinaciones de los mismos.
En la invención de la reivindicación 1, dicha área de cultivo es un invernadero.
Preferiblemente, en el proceso de la reivindicación 1, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) puede formar al menos parcial o totalmente el techo o al menos parcial o totalmente las paredes de dicho invernadero.
Dicho concentrador solar luminiscente comprende al menos un compuesto fotoluminiscente que tiene un intervalo de absorción dentro del intervalo de las radiaciones solares, capaz de activar la fotosíntesis (Radiaciones activas fotosintéticamente - PAR.s: 400 nm - 700 nm) y un intervalo de emisión capaz de activar la célula fotovoltaica (o célula solar). Dicho intervalo de emisión se puede superponer con respecto al área de máxima eficiencia cuántica de la célula fotovoltaica (o célula solar).
Cabe señalar que el intervalo de radiaciones capaces de activar la fotosíntesis (Radiaciones activas fotosintéticamente - PAR.s: 400 nm - 700 nm) se aprovecha de diferentes formas dependiendo del tipo de alga o planta a cultivar. En el caso de cultivos de algas verdes, por ejemplo, la fotosíntesis se activa mediante radiaciones solares que van desde 400 nm a 500 nm (luz azul) y 600 nm - 700 nm (luz rojo-naranja), mientras que las radiaciones solares dentro del intervalo de 500 nm - 600 nm (luz verde) no se utilizan igualmente para la fotosíntesis: en este caso, se seleccionará un compuesto fotoluminiscente que sea capaz de absorber las radiaciones solares en el intervalo de 500 nm - 600 nm (luz verde).
Los compuestos fotoluminiscentes que se utilizan para el objetivo de la presente invención son, por ejemplo, compuestos de aceno [por ejemplo, 9,10-difenilantraceno (DPA)] descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional WO 2011/048458 a nombre del solicitante; compuestos de benzotiadiazol [por ejemplo, 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB)] descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente italiana ITMI20091796 o en la solicitud de patente internacional WO 2012/007834, ambos a nombre del solicitante; compuestos de benzoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente italiana ITMI20130605 a nombre del solicitante; compuestos de naftoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente italiana ITMI20130606 a nombre del solicitante; compuestos de naftotiadiazol disustituidos con grupos tiofeno descritos, por ejemplo, en la solicitud de patente italiana ITMI20111520 a nombre del solicitante; compuestos de perileno conocidos con el nombre comercial de Lumogen® de Basf (por ejemplo, Lumogen® F Red 305).
Dicho concentrador solar luminiscente (LSC) comprende una matriz de material transparente que se selecciona, por ejemplo, entre: polímeros transparentes tales como, por ejemplo, polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC), poliisobutilmetacrilato, polietilmetacrilato, carbonato de polialildiglicol, polimetacrilimida, éter de policarbonato, estireno acrilonitrilo, poliestireno, copolímeros de estireno de metacrilato de metilo, poliéter sulfona, polisulfona, triacetato de celulosa o mezclas de los mismos; vidrio transparente tal como, por ejemplo, sílice, cuarzo, alúmina, titania o mezclas de los mismos. Se prefiere polimetilmetacrilato (PMMA).
Dicho compuesto fotoluminiscente está presente en dicho concentrador solar luminiscente (LSC) en una cantidad que oscila entre 0,1 g por unidad de superficie y 5 g por unidad de superficie, preferentemente entre 1 g por unidad de superficie y 3 g por unidad de superficie, refiriéndose dicha unidad de superficie referida a la superficie de la matriz de material transparente expresada como m2.
Dichos concentradores solares luminiscentes (LSC) pueden obtenerse mediante procesos conocidos en la técnica.
Si, por ejemplo, la matriz transparente es de tipo polimérico, dicho al menos un compuesto fotoluminiscente se puede dispersar en el polímero de dicha matriz transparente mediante, por ejemplo, dispersión en estado fundido, o aditivación en masa, con la formación posterior de una lámina que comprende dicho polímero y dicho al menos un compuesto fotoluminiscente, operando, por ejemplo, según la denominada técnica de colada. Alternativamente, dicho al menos un compuesto fotoluminiscente y el polímero de dicha matriz transparente pueden disolverse en al menos un solvente adecuado, obteniendo una solución que se deposita sobre una lámina de dicho polímero, formando una película que comprende dicho al menos un compuesto fotoluminiscente y dicho polímero, operando, por ejemplo, con el uso de un filmógrafo del tipo cuchilla doctor: luego se deja evaporar dicho solvente. Dicho solvente puede seleccionarse, por ejemplo, entre: hidrocarburos tales como, por ejemplo, 1,2-diclorometano, tolueno, hexano; cetonas tales como, por ejemplo, acetona, acetilacetona; o mezclas de los mismos.
Si la matriz transparente es de tipo vítreo, dicho al menos un compuesto fotoluminiscente puede disolverse en al menos un solvente adecuado (que puede seleccionarse entre los indicados anteriormente) obteniendo una solución que se deposita sobre una lámina de dicha matriz transparente de tipo vítreo, formando una película que comprende dicho al menos un compuesto fotoluminiscente operando, por ejemplo, con el uso de un filmógrafo de tipo cuchilla doctor: se deja luego evaporar dicho solvente.
Alternativamente, una lámina que comprenda dicho al menos un compuesto fotoluminiscente y dicho polímero obtenido como se ha descrito anteriormente, por dispersión en estado fundido, o por aditivación en masa, y posterior colada, puede encerrarse entre dos láminas de dicha matriz transparente de tipo vítreo (sándwich) operando según la técnica de laminación conocida.
Preferentemente, dicho concentrador solar luminiscente (LSC) puede fabricarse en forma de lámina mediante aditivación en masa y posterior colada, tal como se ha descrito anteriormente. Dichas láminas se acoplan posteriormente a las células fotovoltaicas (o células solares).
Como se indicó anteriormente, la presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de algas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 2.
Dicha alga se puede seleccionar entre microalgas (algas unicelulares). Las microalgas que se pueden utilizar ventajosamente para el objetivo de la presente invención se pueden seleccionar de las siguientes especies: Nannochloropsis, Chlorella, Oocystis, Scenedesmus, Ankistrodesmus, Phaedactylum, Amphipleura, Amphora, Chaetoceros, Cyclotella, Cymbella, Fragilaria, Navicula, Nitzschia, Achnantes, Dulaniella, Oscillatoria, Porphiridium, Traustochytrium, Spirulina, o sus asociaciones.
El agua utilizada para el cultivo de dicha alga se puede seleccionar de agua dulce (por ejemplo, agua de río); agua salada (por ejemplo, agua de mar); aguas residuales procedentes de plantas de tratamiento de aguas civiles, o plantas de tratamiento de aguas industriales tal como, por ejemplo, plantas petrolíferas o refinerías.
El cultivo de dicha alga se puede realizar bajo condiciones fototróficas, o bajo condiciones mixotróficas.
El cultivo de dicha alga se realiza convenientemente en sistemas de cultivo conocidos en el estado de la técnica tales como, por ejemplo, estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores (FBR), o combinaciones de los mismos.
La recuperación de la biomasa algal a partir de la suspensión acuosa de biomasa algal puede realizarse mediante diversos procesos tales como, por ejemplo:
- separación gravitacional mediante decantadores y/o espesadores, típicamente utilizados en plantas de tratamiento de agua;
- flotación;
- separación gravimétrica mediante ciclones o espirales;
- centrifugación;
- filtración mediante membranas para ultrafiltración, microfiltración o filtración al vacío;
- tratamiento mediante prensas de filtro o prensas de banda.
Al final de los tratamientos anteriores, se obtiene una suspensión acuosa concentrada de biomasa algal y agua.
Para facilitar la concentración de la biomasa algal, dicha suspensión acuosa de biomasa algal puede someterse a floculación. Dicha floculación puede llevarse a cabo mediante diversos procesos, tal como, por ejemplo:
- biofloculación (por ejemplo, cultivando algas en medios de cultivo con bajas concentraciones de nitrógeno); - adición de al menos un agente floculante a dicha suspensión acuosa de biomasa algal.
La concentración de cepas algales de agua dulce tales como, por ejemplo, la cepa Scenedesmus sp., puede facilitarse particularmente mediante el uso de polielectrolitos catiónicos, preferiblemente poliacrilamidas, usados en una proporción de 2 ppm - 10 ppm.
El agua liberada por la concentración de dicha suspensión acuosa de biomasa algal puede recuperarse y reutilizarse en gran medida en el proceso anterior como agua en la producción de dicha suspensión acuosa de biomasa algal (es decir, como agua de cultivo de algas).
Dicha suspensión acuosa concentrada de biomasa algal se puede utilizar ventajosamente en la producción de bioaceite o biocrudo. Dicho bioaceite o biocrudo se puede obtener, por ejemplo, sometiendo la suspensión acuosa concentrada de biomasa algal a tratamientos de licuefacción, o sometiendo a pirólisis dicha suspensión acuosa concentrada de biomasa algal, previamente desecada. Dicho bioaceite o biocrudo se puede utilizar ventajosamente en la producción de biocombustibles que se pueden utilizar como tales, o en mezcla con otros combustibles, para el transporte. O bien, dicho bioaceite o biocrudo se puede utilizar como tal (biocombustible), o en mezcla con combustibles fósiles (aceite combustible, lignito, etc.), para la generación de energía eléctrica o calor.
Alternativamente, dicha suspensión acuosa concentrada de biomasa algal se puede utilizar ventajosamente en la producción de lípidos. Dicha extracción puede llevarse a cabo mediante procesos conocidos en la técnica tales como, por ejemplo, sometiendo dicha suspensión acuosa concentrada de biomasa algal, opcionalmente previamente secada, a extracción mecánica; o a la extracción en presencia de dióxido de carbono, o en presencia de solventes orgánicos (por ejemplo, hidrocarburos C3-C8 , alcoholes o mezclas de los mismos), operando en fase líquida, u operando en condiciones supercríticas (por ejemplo, en presencia de dióxido de carbono, propano o mezclas de los mismos, etc.). Cabe señalar que la fase oleosa obtenida al final de dicha extracción puede comprender, además de lípidos, otros compuestos, tales como, por ejemplo, hidratos de carbono, proteínas, generalmente contenidos en la membrana celular de las algas. Dicha fase oleosa se puede someter a hidrogenación en presencia de hidrógeno y de un catalizador para producir "diésel verde". Los procesos de hidrogenación son conocidos en la técnica y se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente europea EP 1.728.844.
Alternativamente, dicha suspensión acuosa concentrada de biomasa algal puede utilizarse ventajosamente para la producción de energía, por ejemplo, sometiendo la suspensión acuosa concentrada de biomasa algal, opcionalmente previamente secada, a tratamientos térmicos tales como, por ejemplo, combustión, gasificación u oxidación parcial.
La energía eléctrica recuperada mediante dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se utiliza en el proceso mencionado anteriormente para el cultivo de algas, por ejemplo, para la gestión de estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores ( FBR), en particular, para agitar la suspensión de la biomasa algal formada durante el crecimiento, para la distribución de líquidos y gases, y para el funcionamiento de los equipos de recogida, concentración y conversión de microalgas en precursores de biocombustibles, ya sea química o termoquímicamente.
La presente invención se refiere a un proceso integrado para el cultivo de plantas y la producción de energía eléctrica como se define en la reivindicación 1.
Dichas plantas se pueden seleccionar de plantas ornamentales, plantas frutales, vegetales.
La energía eléctrica recuperada a través de dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se utiliza en el proceso mencionado anteriormente para el cultivo de plantas, por ejemplo, en la gestión de invernaderos, en particular, para la ventilación o calentamiento de los mismos.
Se proporcionan algunos ejemplos ilustrativos y no limitativos para una mejor comprensión de la presente invención y para su realización.
En los siguientes ejemplos:
- el 4,7-di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB) se sintetizó como se describe en el ejemplo 1 de la solicitud de patente internacional WO 2012/007834 a nombre del solicitante citado anteriormente;
- el 9,10-difenilantraceno (DPA) es de Sigma-Aldrich.
EJEMPLO 1
Preparación de un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo" con células fotovoltaicas
88 células fotovoltaicas IXYS-KXOB22-12, teniendo cada una de dichas células fotovoltaicas una superficie de 1,2 cm2, se colocaron en las cuatro caras exteriores de una lámina de polimetilmetacrilato (PMMA) de Altuglas (dimensiones 500 x 500 x 6 mm), obtenida por aditivación en masa de 100 ppm de Lumogen® F Red 305 de Basf, y posterior colada.
El rendimiento fotovoltaico de dichas células fotovoltaicas se midió en condiciones de iluminación estándar (1,5 AM, 1000 W/m2) y las características corriente-tensión se obtuvieron aplicando una tensión externa a cada una de dichas células y midiendo la fotocorriente generada con un multímetro digital “Keithley 2602A” (3 A CC, 10 A Pulso) obteniendo el siguiente resultado:
- potencia máxima (Pmax) = 14,8 W/m2.
EJEMPLO 2
Preparación de un concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo" con células fotovoltaicas
88 células fotovoltaicas IXYS-KXOB22-12, teniendo cada una de dichas células fotovoltaicas una superficie de 1,2 cm2, se colocaron en las cuatro caras exteriores de una lámina de polimetilmetacrilato (PMMA) de Altuglas (dimensiones 500 x 500 x 6 mm), obtenida por la aditivación en masa de 100 ppm de 9,10-difenilantraceno (DPA) y 100 ppm de 4,7 -di-2-tienil-2,1,3-benzotiadiazol (DTB), y posterior colada.
El rendimiento fotovoltaico de dichas células fotovoltaicas se midió en condiciones de iluminación estándar (1,5 AM, 1000 W/m2) y las características corriente-tensión se obtuvieron aplicando una tensión externa a cada una de dichas células y midiendo la fotocorriente generada con un multímetro digital “Keithley 2602A” (3 A CC, 10 A Pulso) obteniendo el siguiente resultado:
- potencia máxima (Pmax) = 12,0 W/m2.
EJEMPLO 3
Cultivo de fresas
Se tomaron y posicionaron dos plántulas de fresa equivalentes del tipo SELVA/Thelma y Louise con refloración de 4 estaciones, una expuesta directamente a la radiación solar y la otra a través del concentrador solar luminiscente (LSC) “rojo” obtenido como se describe en el Ejemplo 1.
Durante el período de exposición (20 días), la radiación solar promedio, medida a las 12.00 horas, resultó ser de 700 W/m2. En el primer día de prueba, una radiación solar de 1.000 W/m2 se registró a las 12.00 horas. De esta radiación solar, la fracción que va de 400 nm a 700 nm define la fracción fotosintéticamente activa ("Radiaciones activas fotosintéticamente" - PARs), que es igual a 400 W/m2, equivalente a 1840 jE /m 2/segundo.
Bajo estas condiciones, la fresa expuesta directamente a la luz solar recibe 1840 jE /m 2/seg, mientras que la fresa colocada bajo el concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo" mencionado anteriormente, recibe 681 jE /m 2/segundo.
Los parámetros de fotosíntesis de las dos plántulas también se midieron al comienzo del período de exposición y después de 20 días. Los resultados obtenidos se reportan en las figuras 1 y 2, en las cuales los rendimientos de la fotosíntesis ["Rendimiento" -(%)] se reportan en ordenadas, y las intensidades de luz violeta emitida a 440 nm, en |jE/m2/seg ["Intensidad de la luz" - (jE /m 2/s)], se reportan en abscisas. Para estas mediciones se usó un MULTICOLOR-PAM “Analizador de Fluorescencia de Clorofila de Longitud de Onda de Excitación Múltiple” de Walz.
Como puede deducirse a partir de las figuras 1 y 2 anteriores, las tendencias del rendimiento de la fotosíntesis ("Rendimiento") para las dos plántulas se superponen tanto al comienzo como al final de la prueba, mostrando el mismo buen estado vegetativo, con y sin el concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo".
EJEMPLO 4
Preparación del inoculo algal
Se utilizó la cepa algal de la colección interna Nanocloropsis salina, que normalmente crece en agua de mar. El proceso de cultivo adoptado se describe a continuación.
Una muestra de 50 ml de cultivo de Nanocloropsis salina, con una concentración de biomasa algal seca de 0,8 g/l, previamente mantenida a -85 °C en una solución al 10 % de glicerina, se descongeló dejándola a temperatura ambiente, y luego se sometió a centrifugación para eliminar el sobrenadante, obteniendo una pasta celular.
La pasta celular así obtenida se inoculó en un fotobiorreactor de vidrio (FBR) de las siguientes dimensiones: 11 cm (longitud de la base), 5,5 cm (ancho de la base) y 18,5 cm (altura), con un volumen útil igual a 750 ml, abierta en la superficie (no estéril), que contiene 350 ml de agua de mar a la que se le han añadido nutrientes (medio de cultivo indicado a continuación), obteniendo un cultivo algal.
El medio de cultivo utilizado fue el siguiente: agua de mar (350 ml) con una conductividad igual a 50 mS/cm - 55 mS/cm, a la que se le habían añadido únicamente los nutrientes nitrato, fosfato y hierro (III) en las siguientes cantidades:
NaNOa : 0,5 g/l;
KH2PO4 : 0,045 g/l;
FeCla : 0,006 g/l.
El fotobiorreactor anterior se iluminó desde el exterior con una lámpara fluorescente caracterizada por un espectro solar, (del tipo OSRAM Dulux D/E, 26W/840, "Lumilux cool white", temperatura (T) = 4000 K, G24q-3), colocado, con respecto a dicho fotobiorreactor, a una distancia tal que produzca una intensidad luminosa medida en la superficie exterior igual a 250 |jE/m2/s, en continuo, las 24 horas del día. La luz se suministró en un solo lado del fotobiorreactor y las radiaciones fotosintéticamente activas ["Radiaciones activas fotosintéticamente" -(P.A.R.s): 400 nm - 700 nm] se midieron con un radiómetro QSL-2201 ("Radiómetro escalar cuántico" - QSL) de Biospherical Instruments Inc., equipado con un sensor de irradiancia escalar.
Dicho cultivo de algas se hizo crecer a una temperatura constante, igual a 23 °C, y la temperatura deseada se obtuvo con un baño termostático y un serpentín sumergido, en presencia de dióxido de carbono (CO2) diluido en nitrógeno (N2), que se alimentó a dicho reactor por burbujeo, con un flujo tal que mantuviera el pH dentro del intervalo de 6,5 a 7,5.
Después de aproximadamente una semana, el cultivo algal había alcanzado una concentración de biomasa algal seca de 0,5 g/l. Dicho inóculo se utilizó para las posteriores pruebas de cultivo.
EJEMPLO 5
Cultivos de algas con y sin concentradores solares luminiscentes (LSC)
Los cultivos algales se realizaron por parejas en fotobiorreactores (FBR) de 750 ml, los mismos que se utilizaron para el cultivo del inóculo del Ejemplo 4, evaluando el crecimiento en luz tras la aplicación del concentrador solar luminiscente “rojo” (LSC) obtenido como se describe en el Ejemplo 1 o del concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo" obtenido como se describe en el Ejemplo 2, con respecto a una referencia puesta en las mismas condiciones de crecimiento, pero sin concentrador solar luminiscente (LSC). Los cultivos algales se realizaron por lotes partiendo del mismo medio de cultivo utilizado para la preparación del inóculo descrito en el Ejemplo 4 e inoculando los fotobiorreactores (FBR) para tener inicialmente 50 ppm de biomasa algal.
Las medidas de crecimiento se integraron con medidas de la capacidad fotosintética para permitir una mejor caracterización del efecto de la luz sobre el estado vegetativo de las microalgas.
Se utilizaron los siguientes concentradores solares luminiscentes (LSC) para el propósito:
- concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo" que absorbe luz azul (A < 500 nm) dentro del intervalo de radiaciones fotosintéticamente activas;
- concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo" que absorbe luz verde (500 nm < A < 600 nm) dentro del intervalo de radiaciones fotosintéticamente activas. Se realizaron los siguientes pares de cultivos algales:
- K141 [sin concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"] y K140 [con concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: con la misma intensidad luminosa de 250 |jE/m2/s medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) (valor típico de crecimiento limitante de la luz) y una temperatura igual a 23 °C; en el caso de LSC "rojo", la intensidad de luz de 250 pE/m2/s, medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) se obtuvo iluminando dicho LSC "rojo" con una intensidad de luz de 712 pE/m2/s;
- K143 [sin concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"] y K142 [con concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: con la misma intensidad de luz emitida por la fuente, correspondiente a 865 pE/m2/s, medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) sin LSC y correspondiente a 409 pE/m2/s medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) después de pasar por dicho lSc "rojo" (valor típico de fotoinhibición) y una temperatura igual a 23 °C;
- K145 [sin concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"] y K144 [con concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: con la misma intensidad de luz emitida por la fuente, correspondiente a 616 pE/m2/s, medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) sin LSC y correspondiente a 317 pE/m2/s medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR) después de pasar por dicho LSC "rojo" (valor típico de crecimiento limitante de la luz) y una temperatura igual a 31 °C;
- K131 [sin concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo"] y K130 [con concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo"]: con la misma intensidad luminosa de 250 pE/m2/s medida en la superficie del fotobiorreactor (FBR), (valor típico de crecimiento limitante de la luz) y una temperatura igual a 23 °C.
Las fases de crecimiento exponencial, con una duración que varía de 60 horas a 100 horas, se monitorizaron para cada par de pruebas, realizando una/dos extracciones diarias de cultivo de algas de cada fotobiorreactor (FBR).
Cada extracción se sometió a la medición de la densidad óptica, a una longitud de onda igual a 610 nm, utilizando un fotómetro multiparámetro Hanna serie 83099, para poder seguir la tendencia de crecimiento de la biomasa algal. Se correlacionó la medida de la densidad óptica con la medida de la concentración de biomasa algal, calibrando la señal obtenida con dicha medida de densidad óptica con la medida del peso seco de biomasa algal: en consecuencia, se recalculó la concentración de biomasa algal a partir de la medida directa de la densidad óptica.
El crecimiento específico (^), asociado a la luz y a la temperatura de cada fase de crecimiento exponencial, se recalculó interpolando las medidas de concentración de biomasa algal con el tiempo según la siguiente ecuación (I):
C(t) ^ C(t ° ) * e x p ( | i * t ) ( I)
en la que:
- C(t) = concentración de biomasa algal en el momento (t) de la extracción (expresada en horas) (g/m3); - C(t°) = concentración de biomasa algal en el tiempo (t°) al inicio del cultivo (expresada en horas) (g/m3); - ^ = crecimiento específico (s-1)
obteniendo los siguientes resultados:
- K141 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,020 s-1;
- K140 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,020 s-1;
- K143 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,017 s-1;
- K142 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,019 s-1;
- K145 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,022 s-1;
- K144 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: ^ = 0,026 s-1;
- K131 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo"]: ^ = 0,020 s-1;
- K130 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "amarillo"]: no se observa crecimiento.
A partir de los datos indicados anteriormente se deduce que no existen diferencias significativas de comportamiento con una misma energía luminosa que llega al fotobiorreactor (FBR) dentro del espectro útil para la fotosíntesis (rojo azul). La luz verde no tiene ningún efecto, incluso si se envía al cultivo, no se utiliza.
Datos de fotosíntesis
Las mediciones de fluorescencia se realizaron con un fluorómetro WATER-PAM de Heinz Walz GmbH y el análisis utilizando el software Phyto-Win Rapid Light Curve de Phyto Win, más la recuperación del rendimiento de la fotosíntesis [Rendimiento -(%)] por readaptación a la oscuridad siguiendo el protocolo del software Phyto Win. El protocolo prevé el uso de luz fotosintéticamente activa con una intensidad creciente hasta aproximadamente 2500 ^E/m2/s. Cada etapa duraba 10 segundos, se programaban ocho etapas y al final de cada etapa se enviaba un pulso de saturación de unos pocos milisegundos.
La muestra para analizar se tomó del fotobiorreactor (FBR) y se diluyó con agua desmineralizada para adecuarla al instrumento de medida (Water PAM) que requiere una fluorescencia básica de la muestra dentro de un intervalo establecido.
Con respecto a las pruebas K143 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"] y K142 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: con la misma intensidad de luz emitida por la fuente de luz, correspondiente hasta 865 ^E/m2/s, valor típico de la fotoinhibición, la caracterización mediante fluorometría Water PAM muestra valores de extinción no fotoquímica (NPQ) tendencialmente más altos, para el ensayo sin concentrador solar luminiscente (LSC): esto significa que este cultivo tiene una mayor tendencia para protegerse de la fotoinhibición y dispone de la energía extra como calor, esta energía disponible no aumenta el rendimiento de la fotosíntesis.
Con respecto a las pruebas K145 [sin un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"] y K144 [con un concentrador solar luminiscente (LSC) "rojo"]: con la misma intensidad de luz emitida por la fuente de luz, correspondiente hasta 616 ^E/m2/s, no existen diferencias significativas de comportamiento con la misma energía luminosa que llega al fotobiorreactor (FBR) dentro del espectro útil para la fotosíntesis (rojo azul).

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso integrado para el cultivo de plantas y la producción de energía eléctrica, que comprende:
- cultivar dichas plantas en un área de cultivo que comprende al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que se coloca al menos una célula fotovoltaica en al menos uno de sus lados exteriores, obteniendo plantas y energía eléctrica;
- recuperar dichas plantas;
- recuperar dicha energía eléctrica;
en el que dicha área de cultivo es un invernadero; y
la energía eléctrica recuperada a través de dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se utiliza en el proceso mencionado anteriormente para el cultivo de plantas, por ejemplo, en la gestión de invernaderos, en particular, para la ventilación o calentamiento de los
en el que dicho concentrador solar luminiscente comprende al menos un compuesto fotoluminiscente que tiene un intervalo de absorción dentro del intervalo de la radiación solar, capaz de activar la fotosíntesis (Radiaciones activas fotosintéticamente - PAR.s: 400 nm - 700 nm) y un intervalo de emisión capaz de activar la célula fotovoltaica, en el que dicho intervalo de emisión es superponible con respecto al área de máxima eficiencia cuántica de la célula fotovoltaica;
en el que dicho compuesto fotoluminiscente se selecciona de: compuestos de aceno; compuestos de benzotiadiazol; compuestos de benzoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno; compuestos de naftoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno; compuestos de naftotiadiazol disustituidos con grupos tiofeno; compuestos de perileno conocidos bajo el nombre comercial de Lumogen® de Basf;
en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) comprende una matriz hecha de material transparente seleccionado de: polímeros transparentes tales como polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC) poliisobutil metacrilato, polietil metacrilato, polialil diglicol carbonato, polimetacrilimida, policarbonato éter, estireno acrilonitrilo, poliestireno, copolímeros de estireno de metacrilato de metilo, poliéter sulfona, polisulfona, triacetato de celulosa o mezclas de los mismos; vidrio transparente tal como sílice, cuarzo, alúmina, titania o mezclas de los mismos; en el que dicho compuesto fotoluminiscente está presente en dicho concentrador solar luminiscente (LSC) en una cantidad que oscila entre 0,1 g por unidad de superficie y 5 g por unidad de superficie, refiriéndose dicha unidad de superficie a la superficie de la matriz de material transparente expresada como m2.
2. Un proceso integrado para el cultivo de algas y la producción de energía eléctrica, que comprende:
- cultivar al menos un alga en presencia de un medio de cultivo acuoso en un área de cultivo que comprende al menos un concentrador solar luminiscente (LSC) en el que se coloca al menos una célula fotovoltaica en al menos uno de sus lados exteriores, obteniendo una suspensión acuosa de biomasa algal y energía eléctrica;
- recuperar dicha biomasa algal de dicha suspensión acuosa de biomasa algal;
- recuperar dicha energía eléctrica;
en el que dicha área de cultivo se selecciona de: estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores (FBR) o combinaciones de los mismos; y
la energía eléctrica recuperada mediante dicho concentrador solar luminiscente (LSC) se utiliza en el proceso mencionado anteriormente para el cultivo de algas, por ejemplo, para la gestión de estanques abiertos (OP), fotorreactores (FR), fotobiorreactores ( FBR), en particular, para agitar la suspensión de la biomasa algal formada durante el crecimiento, para la distribución de líquidos y gases, para el funcionamiento de los equipos de recogida, concentración y conversión de las microalgas en precursores de biocombustible, ya sea química o termoquímicamente,
en el que dicho concentrador solar luminiscente comprende al menos un compuesto fotoluminiscente que tiene un intervalo de absorción dentro del intervalo de la radiación solar, capaz de activar la fotosíntesis (Radiaciones activas fotosintéticamente - PAR.s: 400 nm - 700 nm) y un intervalo de emisión capaz de activar la célula fotovoltaica, en el que dicho intervalo de emisión es superponible con respecto al área de máxima eficiencia cuántica de la célula fotovoltaica;
en el que dicho compuesto fotoluminiscente se selecciona de: compuestos de aceno; compuestos de benzotiadiazol; compuestos de benzoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno; compuestos de naftoheterodiazol disustituidos con grupos benzoditiofeno; compuestos de naftotiadiazol disustituidos con grupos tiofeno; compuestos de perileno conocidos bajo el nombre comercial de Lumogen® de Basf;
en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) comprende una matriz hecha de material transparente seleccionado de: polímeros transparentes tales como polimetilmetacrilato (PMMA), policarbonato (PC) poliisobutil metacrilato, polietil metacrilato, polialil diglicol carbonato, polimetacrilimida, policarbonato éter, estireno acrilonitrilo, poliestireno, copolímeros de estireno de metacrilato de metilo, poliéter sulfona, polisulfona, triacetato de celulosa o mezclas de los mismos; vidrio transparente tal como sílice, cuarzo, alúmina, titania o mezclas de los mismos; en el que dicho compuesto fotoluminiscente está presente en dicho concentrador solar luminiscente (LSC) en una cantidad que oscila entre 0,1 g por unidad de superficie y 5 g por unidad de superficie, refiriéndose dicha unidad de superficie a la superficie de la matriz de material transparente expresada como m2.
3. El proceso integrado según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) está interpuesto entre dicha área de cultivo y la luz solar.
4. El proceso integrado según la reivindicación 3, en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) está interpuesto entre dicha área de cultivo y la luz solar para cubrir total o parcialmente dicha área de cultivo.
5. El proceso integrado según la reivindicación 1 o 2, en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) es parte integral de dicha área de cultivo.
6. El proceso integrado según la reivindicación 1, en el que dicho concentrador solar luminiscente (LSC) forma al menos parcial o totalmente el techo o al menos parcial o totalmente las paredes de dicho invernadero.
ES14758665T 2013-08-02 2014-07-24 Proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica Active ES2925374T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT001325A ITMI20131325A1 (it) 2013-08-02 2013-08-02 Sistema integrato per la coltivazione di alghe o di piante e produzione di energia elettrica
PCT/IB2014/063368 WO2015015372A1 (en) 2013-08-02 2014-07-24 Integrated system for the cultivation of algae or plants and the production of electric energy

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2925374T3 true ES2925374T3 (es) 2022-10-17

Family

ID=49304131

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES14758665T Active ES2925374T3 (es) 2013-08-02 2014-07-24 Proceso integrado para el cultivo de algas o plantas y la producción de energía eléctrica

Country Status (8)

Country Link
US (2) US20160168530A1 (es)
EP (1) EP3027725B1 (es)
CN (2) CN105431518A (es)
DK (1) DK3027725T3 (es)
ES (1) ES2925374T3 (es)
IT (1) ITMI20131325A1 (es)
PL (1) PL3027725T3 (es)
WO (1) WO2015015372A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MX2019005264A (es) * 2019-05-03 2019-09-11 Greenfluidics S A S De C V Biopanel para generacion de energia electrica basado en fotosintesis y nanofluidos.
US20220032578A1 (en) * 2020-07-31 2022-02-03 Asterios Saios Multilayer plastic film for agricultural use

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1341707A (zh) * 2001-09-18 2002-03-27 中国科学院生态环境研究中心 太阳能集热器在微细藻类培养中的应用技术
WO2005068605A1 (en) * 2004-01-16 2005-07-28 Wageningen University Reactor and process for the cultivation of phototrophic micro organisms
US20060264684A1 (en) 2005-05-19 2006-11-23 Petri John A Production of diesel fuel from biorenewable feedstocks
WO2010086310A2 (fr) 2009-01-27 2010-08-05 Photofuel Sas Procede et dispositif pour la culture d'algues
US8551769B2 (en) * 2009-01-30 2013-10-08 Zero Discharge Pty Ltd. Method and apparatus for cultivation of algae and cyanobacteria
CN101514324B (zh) * 2009-03-30 2011-08-31 新奥科技发展有限公司 收集微藻的方法与装置
IT1396026B1 (it) * 2009-10-19 2012-11-09 Eni Spa Composizioni fotoluminescenti per convertitori di spettro a migliorata efficienza
CN101709262B (zh) * 2009-12-10 2012-05-23 中国科学院广州能源研究所 高密度培养微藻的太阳能分光光合生物反应器系统
US20110236958A1 (en) * 2010-03-23 2011-09-29 Lan Wong Multistory Bioreaction System for Enhancing Photosynthesis
IT1401129B1 (it) 2010-07-16 2013-07-12 Eni Spa Processo per la sintesi di composti benzotiadiazolici
WO2012063651A1 (ja) * 2010-11-11 2012-05-18 シャープ株式会社 太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置
US20120199763A1 (en) * 2011-02-03 2012-08-09 Lind Randall F Mesofluidic shape memory alloy valve
ITMI20111520A1 (it) 2011-08-08 2013-02-09 Eni Spa Concentratore solare luminescente comprendente composti benzotiadiazolici disostituiti
CA2862860A1 (en) * 2012-02-03 2013-08-08 Sue A. Carter Luminescent electricity-generating window for plant growth
ITMI20130606A1 (it) 2013-04-12 2014-10-13 Eni Spa Composti naftoeterodiazolici disostituiti
ITMI20130605A1 (it) 2013-04-12 2014-10-13 Eni Spa Procedimento per la preparazione di composti benzoeterodiazolici disostituiti con gruppi benzoditiofenici

Also Published As

Publication number Publication date
US20160168530A1 (en) 2016-06-16
DK3027725T3 (da) 2022-08-22
CN105431518A (zh) 2016-03-23
US20200224148A1 (en) 2020-07-16
EP3027725A1 (en) 2016-06-08
WO2015015372A1 (en) 2015-02-05
CN110628647A (zh) 2019-12-31
PL3027725T3 (pl) 2022-11-14
EP3027725B1 (en) 2022-07-13
ITMI20131325A1 (it) 2015-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Mohsenpour et al. Spectral conversion of light for enhanced microalgae growth rates and photosynthetic pigment production
Yan et al. The effects of various LED (light emitting diode) lighting strategies on simultaneous biogas upgrading and biogas slurry nutrient reduction by using of microalgae Chlorella sp.
Daneshvar et al. Insights into upstream processing of microalgae: A review
Hosikian et al. Chlorophyll extraction from microalgae: A review on the process engineering aspects
Yan et al. Performance of mixed LED light wavelengths on biogas upgrade and biogas fluid removal by microalga Chlorella sp.
Zhao et al. Effects of various LED light wavelengths and intensities on microalgae-based simultaneous biogas upgrading and digestate nutrient reduction process
Aravantinou et al. Selection of microalgae for wastewater treatment and potential lipids production
Saeid et al. Toward production of microalgae in photobioreactors under temperate climate
Kumar et al. Synergistic dynamics of light, photoperiod and chemical stimulants influences biomass and lipid productivity in Chlorella singularis (UUIND5) for biodiesel production
Yan et al. Influence of influent methane concentration on biogas upgrading and biogas slurry purification under various LED (light-emitting diode) light wavelengths using Chlorella sp.
US20200224148A1 (en) Integrated system for the cultivation of algae or plants and the production of electric energy
Markou et al. Growing Spirulina (Arthrospira platensis) in seawater supplemented with digestate: Trade-offs between increased salinity, nutrient and light availability
Khoobkar et al. Performance assessment of a novel pyramid photobioreactor for cultivation of microalgae using external and internal light sources
Ajayan et al. Performance of reflector coated LED Bio-box on the augmentation of growth and lipid production in aerophytic trebouxiophyceaen algae Coccomyxa sp.
Pattanaik et al. Effect of LED lights on the growth of microalgae
Velichkova et al. Biomass production and wastewater treatment from aquaculture with Chlorella vulgaris under different carbon sources.
Pozza et al. A novel photobioreactor with internal illumination using Plexiglas rods to spread the light and LED as a source of light for wastewater treatment using microalgae
Kumari et al. Adaptation of microalgae to temperature and light stress
Dhanasekar et al. Bioenergy potential of Chlorella vulgaris under the influence of different light conditions in a bubble column photobioreactor.
CA2852815C (en) Method and system for the culture of microalgae
JP3181237B2 (ja) 微細藻クロレラ及び微細藻クロレラを用いたｃｏ２固定化法
KR20160068541A (ko) 인공 광합성 기능을 갖는 가로등
Zhou et al. Frequent antibiotic exposure stabilized the associated bacterial community while altering physiological and biochemical characteristics of the coccolithophore Chrysotila roscoffensis
ES2831600T3 (es) Fotobiorreactor anaeróbico y método de cultivo de biomasa
CJ2M 19, United States i, Patent Application Publication to, Pub. No.: US 2016/0168530 A1