IT202000027852A1 - Fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell’aria - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

?Fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria?

La presente invenzione ha per oggetto un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria. In altre parole, la presente invenzione trova applicazione nel settore industriale e nel settore della agro-industria. Pertanto, la presente invenzione trova applicazione in impianti per la digestione anaerobica, impianti di compostaggio, centrali termoelettriche, in ambienti domestici o pubblici quali ad esempio i centri commerciali.

Inoltre, la presente invenzione si inserisce nel settore della purificazione dell?aria contaminata da CO2 e polveri sottili in ambienti chiusi o esterni. Al pari delle serre per le coltivazioni di specie vegetali terrestri, i fotobioreattori nascono dalla necessit? di poter coltivare le pi? svariate specie algali in ambienti con condizioni ambientali diverse da quelle necessarie alla corretta crescita. Un altro aspetto molto importante ? la capacit? di ridurre sensibilmente le possibilit? di incorrere in contaminazioni che possono provenire da parte di specie infestanti o parassiti, in quanto tutto il processo avviene in ambiente controllato e confinato.

La coltivazione delle alghe nasce dalla considerazione che il loro valore commerciale ? di gran lunga superiore a quello della CO?, che le stesse hanno un ritmo di crescita, in media, quattro volte superiore alle colture tradizionali e che sono naturalmente ricche di lipidi di origine vegetale (particolarmente omega 3 e omega 6), proteine, pigmenti e sali minerali. Possono quindi essere sfruttate commercialmente per scopi energetici (biocarburanti), farmacologici (principi attivi), nutraceutici (acidi grassi essenziali, proteine, antiossidanti e sali minerali), industriali (pigmenti), nonch? per la zootecnia e l?itticoltura (mangimi proteici).

Inoltre, le alghe possono essere sfruttate per il trattamento dell?aria ricca di inquinanti all?interno di edifici o aree urbane grazie alla loro funzione di biofiltro.

Le maggiori produzioni mondiali di alghe, attualmente, provengono da coltivazioni in vasche all?aperto (open ponds), generalmente in quei paesi con climi adatti alla coltivazione, questo tipo di produzione per? ha il grosso svantaggio di avere produzioni non omogenee, sia per qualit? che per quantit?, durante l?arco dell?anno, e sono spesso a rischio di inquinamento o contaminazioni. Open ponds pi? evoluti sono costituiti da vasche in serra con riscaldamento a pavimento e movimentazione del liquido mediante pale, non sempre prevedono l?uso della CO? come fonte di carbonio, che viene invece fornito sotto forma di carbonati.

La maggior parte dei fotobioreattori odierni ? costituito da tubi trasparenti, che sfruttano la luce solare diretta o artificiale, nei quali viene fatto circolare un liquido di coltura che funge da substrato di accrescimento per la massa algale. Altri sistemi sono costituiti da fotobioreattori planari (vasche). In generale tutti sono concepiti per isolare il sistema da eventuali contaminazioni esterne e poter monitorare costantemente, e variare all?occorrenza, tutti i parametri vitali delle colture.

Generalmente i fotobioreattori di tipo tubolare trasparenti sono realizzati in modo tale da poter utilizzare la luce solare per permettere la fotosintesi clorofilliana delle alghe e sostenerne la crescita, i loro principali difetti sono legati alla disponibilit? della luce solare diretta, che non ? programmabile e dalla difficolt? di controllare le temperature se non con metodi dispendiosi sia per le risorse idriche che per quelle energetiche.

Altri tipi di fotobioreattori invece utilizzano sistemi nei quali la luce viene fornita da lampade con frequenze luminose prestabilite per poter mantenere costanti i cicli circadiani luce/buio e per limitare le frequenze dello spettro elettromagnetico dannose per lo sviluppo di determinati ceppi algali.

La movimentazione del liquido di coltura viene fatta solitamente tramite pompe basso abrasive, pale ed eliche. Le pompe, ed in alcuni casi le viti senza fine, vengono usate nei fotobioreattori tubolari, pale ed eliche per i fotobioreattori planari. La movimentazione del liquido di coltura ? un altro fattore determinante per la efficienza dei fotobioreattori. La movimentazione del fluido permette alle alghe di avere una buona miscelazione dei nutrienti, mantenere per? sempre attivo il ricircolo del fluido costa in termini energetici e pu? essere causa di danni cellulari per le alghe e quindi fattore inibitore di crescita.

Molti ceppi algali importanti dal punto di vista economico hanno habitat molto ristretti e limitati ad alcune nicchie ecologiche, il loro sfruttamento ? quindi limitato a quelle zone dove il clima e la quantit? di nutrienti sono naturalmente disponibili e ne permettono lo sviluppo e la proliferazione. Molto spesso queste zone sono aree subtropicali ricche di acqua e con temperature miti e costanti durante tutto l?arco dell?anno. La coltivazione delle alghe al di fuori di questi confini geografici non pu? quindi prescindere dai costi di gestione, in termini energetici e di risorse idriche, degli impianti di coltivazione. I fotobioreattori nascono con lo scopo di ricreare le condizioni ottimali di vita dell?alga selezionata affinch? essa possa essere sfruttata economicamente. Spesso i costi di gestione legati al consumo di energia elettrica e acqua ne rendono antieconomico l?utilizzo su scala industriale.

Svantaggiosamente, i fotobioreattori noti presentano costi energetici elevati dovuti alla necessit? di mantenere le temperature nei limiti prefissati. Come tutti gli esseri viventi, le alghe hanno bisogno di un ambiente idoneo per poter vivere, svilupparsi e riprodursi, e pi? questo ? vicino ad una condizione ideale, pi? le produzioni e la qualit? del prodotto sono elevati. Variazioni di temperature, possono portare le colture a vivere condizioni di stress biologico, nelle quali, gli organismi, producono talune sostanze con il compito di difendersi dal fattore di stress. In base alle specie, si possono avere produzioni di proteine, di antiossidanti, ma anche di tossine (epatotossine, neurotossine, cito tossine, endotossine) e altre sostanze non desiderate. Per assicurare la qualit? e le caratteristiche per le quali vengono coltivate, ? quindi fondamentale evitare che le temperature si discostino troppo dai valori desiderati. Nei fotobioreattori tubolari il problema ? dato soprattutto dalle alte temperature estive, quando l?irraggiamento solare fa salire la temperatura del liquido di coltura fino a superare i limiti di resistenza delle colture e farle perire. In questi casi si usa irrorare con acqua i tubi e si sfrutta l?evaporazione per diminuire le temperature. Ne conseguono elevati consumi di risorse idriche ed energetiche che limitano l?uso di questi sistemi. Al contrario, in climi rigidi, si ha il problema opposto, e cio? quello di riscaldare il sistema e mantenerlo tale.

Un ulteriore problematica ? legata alla movimentazione del liquido di coltura in cui i problemi sono legati all?uso di pompe che possono danneggiare le colture. In particolare, i danni alle colture sono dovuti al movimento delle parti meccaniche che possono stressare la coltura o danneggiarla, inibendo o rallentando di fatto la crescita delle stesse.

Svantaggiosamente, la fase di raccolta delle alghe ? molto delicata nonch? complicata e dispendiosa. La raccolta manuale ? da evitare in quanto significherebbe dover aprire il sistema e renderlo cos? vulnerabile a possibili contaminazioni esterne da parte di alghe infestanti o parassiti e perdita di CO? qualora venisse usata nel sistema. Spesso semplici i filtri non sono sufficienti in quanto si incorre velocemente in problemi di intasamento. In alcuni casi si usa la coagulazione a la flocculazione mediante l?uso di appositi componenti chimici, ma questi processi possono inficiare usi quali quelli della nutraceutica, farmaceutica e zootecnia. In altri casi, si evita di movimentare il sistema per diverse ore e si attende che le alghe flocculino da sole o si depositino sul fondo prima di essere raccolte. Questo sistema ? economicamente molto poco sostenibile. In pi?, molti metodi di raccolta limitano la possibilit? di riutilizzo della soluzione ancora ricca di nutrienti ancora utilizzabili e che invece diventano un costo in quanto da destinarsi a smaltimento.

Inoltre, la luce solare diretta pu?, in alcuni casi, inibire o rallentare la crescita ottimale delle alghe. In pi? non ? un fattore direttamente controllabile a causa di eventi atmosferici e variazioni della durata del giorno legati a fattori geografici e climatici.

La luce artificiale d? la possibilit? di essere costante per tutto l?anno, permette di fissare e mantenere costanti parametri come le ore di esposizione, le lunghezze d?onda e l?intensit? luminosa. Con l?introduzione dell?illuminazione LED si ? inoltre diminuito il carico di corrente elettrica assorbita e il calore ceduto al sistema, ma se non ben progettata pu? essere comunque un costo non indifferente.

Svantaggiosamente la crescita ottimale delle alghe ? spesso ostacolata dall?effetto ombrello delle stesse, che schermano la luce e inibiscono la fotosintesi degli individui che si trovano in posizione d?ombra (ad esempio la porzione pi? interna del fotobioreattore). Per questo motivo ? fondamentale il posizionamento delle luci e l?agitazione della coltura.

Inoltre, la formazione di pellicole di biomassa sulle pareti dei fotobioreattori contribuisce al fenomeno dell?effetto schermante e quindi diminuisce l?efficienza dei sistemi di illuminazione, per evitare il fenomeno ? fondamentale la costante agitazione del liquido di coltura per evitare punti di ristagno.

Compito tecnico della presente invenzione ? dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che sia in grado di superare gli inconvenienti emersi dall?arte nota.

Scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che sia in grado di catturare e valorizzare la CO2 in modo energeticamente sostenibile.

Un ulteriore scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che sia in grado di coltivare biomassa algale in qualsiasi tipo di clima, in qualsiasi latitudine ed in qualsiasi periodo dell?anno.

Ulteriore scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che sia in grado di movimentare il liquido di coltura con bassi consumi energetici.

Ulteriore scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che permetta una facile raccolta del prodotto. Ulteriore scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che permetta un utilizzo ridotto di acqua rispetto alle coltivazioni tradizionali.

Ulteriore scopo della presente invenzione risulta dunque quello di mettere a disposizione un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che permetta una facile installazione anche su terreni marginali, capannoni, terreni inquinanti e simili evitando l?uso di suolo vergine o produttivo.

Il compito tecnico specificato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni. Le rivendicazioni dipendenti corrispondono a possibili forme di realizzazione dell?invenzione.

In particolare, il compito tecnico specificati e gli scopi specificati sono raggiunti da un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria comprendente una struttura principale definita da un cilindro interno trasparente e definente un volume di contenimento per alimenti e liquidi di coltura, un cilindro esterno trasparente concentrico al cilindro interno trasparente e configurato per il contenimento dei consumi energetici e degli sbalzi termici ed una struttura di rinforzo interposta tra il cilindro interno ed esterno e comprendente un sistema di illuminazione verticale.

Il fotobioreattore comprende inoltre una porzione di base definente un appoggio per la struttura principale e comprendente una valvola di scarico del liquido contenuto nel cilindro interno, ugelli per l?insufflaggio della CO2 nel volume di contenimento ed un sistema di climatizzazione della struttura principale.

Il fotobioreattore comprende inoltre una struttura superiore per la chiusura ermetica della struttura principale e configurata per il supporto di bulbi illuminanti sviluppantesi lungo il volume di contenimento, un sistema di pulizia per detti bulbi illuminanti e detto cilindro interno, un sistema di espulsione dell?aria, un sistema di raccolta della biomassa ed un condotto di alimentazione del liquido di coltura.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa di una forma di realizzazione di un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria.

Tale descrizione verr? esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali: - La figura 1 ? una rappresentazione schematica di una vista dal basso del fotobioreattore oggetto della presente invenzione;

- La figura 2 ? una rappresentazione schematica di una vista laterale del fotobioreattore oggetto della presente invenzione;

- Le figure 3 e 4 sono rappresentazioni schematiche di componenti del fotobioreattore oggetto della presente invenzione.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 ? stato complessivamente indicato un fotobioreattore per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria che, per semplicit? di descrizione, verr? di seguito indicato come fotobioreattore 1.

Il fotobioreattore 1 comprende una struttura principale 2 definita da un cilindro interno 2a trasparente definente un volume di contenimento per alimenti e liquidi di coltura e da un cilindro esterno 2b trasparente e concentrico al cilindro interno 2a e configurato per il contenimento dei consumi energetici e degli sbalzi termici.

Preferibilmente, il cilindro interno 2a ed il cilindro esterno 2b sono realizzati in materiale plastico. Ancor pi? preferibilmente, i cilindri interno 2a ed esterno 2b sono realizzati in polietilene UHMW o polipropilene.

Il polietilene UHMW non assorbe acqua o liquidi, infatti viene intaccato solamente da acidi ossidanti quali acido nitrico, acido solforico e dagli alogeni. Per le sue propriet? di atossicit? e basso assorbimento d?acqua ? largamente utilizzato nel settore alimentare. Si utilizza normalmente con temperature tra i ? 40?C ed 80?C. Essendo un materiale facilmente saldabile, ? caratterizzato da elevata resistenza all'urto (anche a basse temperature) e basso coefficiente d'attrito con eccellenti propriet? di antiaderenza, il che ne facilit? la pulizia e diminuisce il rischio della formazione di patine.

In alternativa pu? essere utilizzato il polipropilene, che ? altrettanto resistente alle basi e agli acidi ed ? indicato per l?utilizzo con gli alimenti, ma molto meno performante dal punto di vista meccanico, dal punto di vista della rugosit? e della trasparenza.

La struttura principale 2 ? inoltre definita da (ovvero comprende) una struttura di rinforzo 3 interposta tra il cilindro interno 2a ed il cilindro esterno 2b. La struttura di rinforzo 3 comprende un sistema di illuminazione verticale per il volume di contenimento. In altre parole, la struttura di rinforzo 3 comprende luci a LED o altri elementi luminosi analoghi ed utili per la crescita delle biomasse algali.

Preferibilmente, la struttura di rinforzo 3 comprende una pluralit? di sensori crepuscolari per controllare una regolazione del sistema di illuminazione verticale.

I sensori crepuscolari sono configurati pertanto per rilevare una luce esterna ed inviare un segnale di controllo per regolare una intensit? del sistema di illuminazione (se non addirittura spegnerlo) in funzione della luce esterna. In questo modo, ? possibile utilizzare anche la luce naturale andando a risparmiare sulla luce delle lampade.

Tutto il sistema ? irrigidito per resistere alle pressioni esercitate dal liquido e coibentato ridurre le perdite di calore.

In altre parole, il fotobioreattore 1 ? di tipo colonnare a sviluppo verticale e si compone dei due cilindri interno 2a ed esterno 2b in plastica trasparente e tra loro concentrici. Il cilindro interno 2a ? realizzato in materiale adatto a contenere gli alimenti ed ? atto a contenere il liquido di coltura. Inoltre, il cilindro interno 2a ha uno spessore adeguato a resistere alla spinta idrodinamica del contenuto del volume di contenimento. Il cilindro esterno 2b ha il compito di isolare il sistema per contenere i consumi energetici e gli sbalzi termici. Il cilindro interno 2a ed il cilindro esterno 2b sono tra loro distanziati in modo da formare un?intercapedine entro la quale ? contenuto il telaio di rinforzo 3 dotato del sistema di illuminazione verticale. In altre parole, il sistema di illuminazione verticale ? integrato al telaio di rinforzo 3.

Preferibilmente, i due cilindri 2a e 2b sono suddivisi in settori orizzontali che hanno il compito di irrigidire la struttura e permettono di modulare in altezza il fotobioreattore 1 in base alle necessit? del processo produttivo e agli spazi disponibili.

Il fotobioreattore 1 comprende inoltre una porzione di base 4 definente un appoggio per la struttura principale. La porzione di base 4 comprende una valvola di scarico 4a del liquido contenuto nel cilindro interno 2a. In altre parole, la porzione di base 4 comprende un condotto di scarico in comunicazione di fluido con il primo cilindro interno 2a e la valvola di scarico 4a ? configurata per aprirsi o chiudersi in funzione che sia necessario scaricare (ovvero recuperare) il liquido contenuto internamente al fotobioreattore 1.

La porzione di base 4 comprende inoltre ugelli per l?insufflaggio della CO2 nel volume di contenimento ed un sistema di climatizzazione della struttura principale 2. Nelle figure allegate gli ugelli non sono rappresentati ma sono individuabili collocati o collocabili, come ad esempio rappresentato in figura 2, in corrispondenza del piano ?P?.

Preferibilmente, il sistema di climatizzazione della porzione di base comprende uno scambiatore di calore (non rappresentato) ed una pluralit? di serpentine per il raffrescamento o il riscaldamento della struttura principale ovvero dell?aria insufflata tramite gli ugelli. Le serpentine, nelle figure allegate, sono complessivamente indicate con il numero 5 che fa riferimento alla sede ove ? fissata la tubazione all?interno del quale viene fatto passare il liquido per la climatizzazione.

Vantaggiosamente, le serpentine 5 (ovvero la struttura entro la quale sono racchiuse) sono prolungate fino alla base per distribuire il carico del fotobioreattore 1.

In altre parole, le serpentine 5 assolvono alla funzione di raffrescamento e riscaldamento tramite uno scambiatore di calore ad alta efficienza.

Preferibilmente, nei climi pi? freddi ciascuna serpentina 5 ovvero il fondo del fotobioreattore 1 possono avere un angolo maggiore per aumentare la superficie riscaldata. In altre parole, le serpentine 5 possono svilupparsi con una determinata inclinazione in allontanamento dalla porzione centrale del fondo del fotobioreattore 1 in modo da amplificare la superficie con cui scambiare calore.

Pertanto, cambia la convessit? del fondo della vasca in modo da permettere una superficie climatizzata maggiore o minore a seconda dei climi.

Preferibilmente, la porzione di base 4 comprende inoltre un agitatore magnetico (non rappresentato) per la movimentazione del liquido di coltura contenuto entro il volume di contenimento.

La miscelazione viene anche attraverso i moti convettivi generati dal sistema di climatizzazione e dall?immissione della CO? che permette di mantenere in movimento la massa algale.

Il fotobioreattore 1 comprende inoltre una struttura superiore 6 per la chiusura ermetica della struttura principale 2 (ovvero del cilindro interno 2a e del cilindro esterno 2b). In altre parole, la struttura superiore 6 ? una piastra di chiusura ermetica dei due cilindri 2a e 2b.

La struttura superiore 6 ? inoltre configurata per il supporto di bulbi illuminanti 7 sviluppantesi lungo il volume di contenimento (ovvero lungo un?altezza della struttura principale 2), un sistema di pulizia per i bulbi illuminanti 7 e per il cilindro interno 2a, un sistema di espulsione dell?aria, un sistema di raccolta della biomassa 10 ed un condotto di alimentazione del liquido di coltura.

Preferibilmente, sensori crepuscolari sono inoltre configurati per controllare una regolazione dei bulbi illuminanti 7.

Preferibilmente, la struttura superiore 6 comprende un ingranaggio epicicloidale 8 comprendente una corona esterna 8a configurata per mettere in rotazione tergicristalli 9 del sistema di pulizia configurati per la pulizia del cilindro interno 2a, un ingranaggio solare 8b configurato per sostenere un bulbo illuminante 7 centrale ed una pluralit? di ingranaggi satellite 8c ciascuno comprendente strutture di supporto 8d configurate per sostenere rispettivi bulbi illuminanti 7. L?ingranaggio solare 8b e gli ingranaggi satellite 8c sono inoltre configurati per mettere in rotazione rispettivi tergicristalli 9 del sistema di pulizia per i bulbi illuminanti 7.

In altre parole, il sistema di pulizia prevede la presenza di una pluralit? di tergicristalli 9 di cui una parte si sviluppa intorno ed a contatto dei bulbi illuminanti 7 e la restante parte ? posta in contatto al cilindro interno 2a (ovvero alla superficie interna del cilindro interno 2a). L?ingranaggio epicicloidale 8 ? pertanto configurato per mettere in rotazione i tergicristalli 9 e per mettere in rotazione internamente al volume di contenimento i bulbi illuminanti 7.

Preferibilmente, il sistema di pulizia pu? prevedere inoltre un sistema per il lavaggio acido del fotobioreattore 1 azionabile in funzione del tipo di alga coltivata dal fotobioreattore 1.

Preferibilmente, ciascuno dei bulbi illuminanti 7 comprende, in una porzione inferiore del bulbo illuminante 7 stesso rivolta verso la porzione di base 4, valvole di non ritorno 7a per l?insufflaggio di CO2 fredda nel volume di contenimento.

Preferibilmente, ciascun bulbo illuminante 7 pu? essere dotato di un?elica 7b che, mossa dal flusso d?aria che vi passa attraverso, permette di miscelare meglio la CO2 all?interno del sistema.

Preferibilmente, i bulbi illuminanti 7 sono dotati di LED o altre luci analoghe.

Preferibilmente, la struttura superiore 6 comprende uno o pi? sensori per la misurazione di parametri di processo del fotobioreattore 1. I sensori sono selezionabili tra sensori pH, densimetri, sensori di temperatura, sensori di CO2, sensori di resistivit? e sensori di livello dei liquidi.

I sensori PH consentono di ottenere informazioni sull?ambiente vitale all?interno del fotobioreattore 1 e forniscono indicazioni sullo stato dei fertilizzanti.

Il densimetro permette di ottenere informazioni sulla densit? della soluzione e quindi sui fertilizzanti e il numero di organismi presenti nella soluzione in modo anche da poter stabilire il momento della raccolta.

Il sensore di temperature consente la gestione del sistema termico.

Il sensore di resistivit? fornisce anch?esso informazioni sullo stato dei fertilizzanti.

Il sensore di livello fornisce informazioni circa il livello di liquido all?interno del volume di contenimento in modo da regolarne il ripristino.

Preferibilmente, il sistema di raccolta della biomassa 10 comprende un condotto di recupero configurato per svuotare parzialmente il fotobioreattore 1.

Preferibilmente, il sistema di espulsione dell?aria, comprende una elettrovalvola di sfiato per l?allontanamento dell?ossigeno dal volume di contenimento. La valvola di sfiato ? inoltre configurata per mettere in pressione il volume di contenimento in comunione con gli ugelli di insufflaggio (sia della porzione di base 4 che le valvole di non ritorno 7a dei bulbi illuminanti 7).

In altre parole, il sistema di espulsione dell?aria ? configurato per l?allontanamento dell?ossigeno e l?eventuale recupero della CO2.

La valvola di sfiato nella struttura superiore 6 permette di allontanare l?ossigeno che si viene a formare grazie alla fotosintesi perpetrata dalle microalghe in quanto lo stesso ? altamente tossico per la coltivazione algale. La valvola di sfiato potr? impedire la fuoriuscita del gas e creare una sovrappressione all?interno del fotobioreattore 1, questa operazione sar? necessaria nelle fasi di raccolta delle alghe. Prima della valvola ? predisposta una semplice guardia vapore che serve a condensare parte dell?umidit? dell?aria per recuperare l?acqua ed evitare continui reintegri della stessa e cambiamenti della salinit? e del pH all?interno del liquido di coltura. Siccome l?aria in uscita dal fotobioreattore 1 ? ricca in ossigeno, questa pu? essere utilizzata in processi ossidativi come ad esempio il compostaggio aerobico delle biomasse. Su grossi sistemi pu? essere previsto il recupero di Ossigeno e Anidride Carbonica residua. La CO? recuperata potrebbe essere reimmessa nel fotobioreattore 1, mentre ossigeno e idrogeno possono essere recuperati e valorizzati.

La struttura superiore 6 quindi garantisce al sistema di essere isolato e a tenuta, in modo da evitare la fuga di CO2 e l?evaporazione del liquido di coltura che ne modificherebbe la salinit? e il PH.

La struttura superiore 6 evita inoltre le contaminazioni esterne da elementi quali polvere, spore, muffe, alghe, insetti e parassiti.

Vantaggiosamente, la CO? viene immessa nel fotobioreattore 1 sia nella parte porzione di base 4, dove viene in parte riscaldata o raffreddata dalla serpentina 5 del sistema di climatizzazione, ed anche attraverso i bulbi illuminanti 7 in maniera tale che il flusso d?aria raffreddi le lampade e nel contempo si riscaldi, questo processo serve soprattutto se si ha a disposizione CO2 compressa e quindi fredda, in questo caso l?aria viene insufflata dall?alto nei bulbi luminosi 7 e fuoriesce alla base degli stessi dopo essere passata attraverso una o pi? valvole di non ritorno 7a.

Il sistema di raccolta della biomassa 10 ? costituito da una elettrovalvola che chiude ermeticamente il fotobioreattore 1 mentre dal basso viene insufflata la CO2. Si crea quindi una pressione all?interno del sistema che fa s? che il liquido di coltura pieno di massa algale riempia il condotto di raccolta e determini lo svuotamento parziale del fotobioreattore 1. Il liquido che fuoriesce viene convogliato nella vasca di raccolta dove la massa algale viene separata dal liquido di coltura e raccolta.

Il fotobioreattore 1 comprende inoltre un sistema di controllo configurato per controllare il fotobioreattore 1 stesso. Il sistema di controllo ? un controllore logico programmabile configurato per gestire la raccolta del prodotto ed il ripristino delle condizioni ottimali per la crescita della coltura. In altre parole, il sistema di controllo ? in grado di comunicare con i sensori ed i vari componenti del fotobioreattore 1 per avere tutte le informazioni relative allo stato del sistema e per poter intervenire prontamente per mantenere alta la qualit? della coltura.

Vantaggiosamente, l?utilizzo del fotobioreattore 1 permette di aumentare la produttivit? delle coltivazioni di biomassa algale con concentrazioni che possono arrivare fino ai 10 grammi litro (prodotto secco) contro le 0.35 g/l dei metodi tradizionali di coltivazione.

Al contempo, il fotobioreattore 1 permette di raggiungere standard di qualit? e sicurezza della biomassa prodotta non raggiungibili con le metodologie tradizionali, sempre soggette a contaminazioni da muffe, spore, agenti inquinanti, alghe parassite e insetti.

Vantaggiosamente, il fotobioreattore 1 consente produzioni anche in assenza di luce diretta solare, con climi avversi e garantendo la produttivit? durante tutto l?anno.

Vantaggiosamente, il fotobioreattore 1 consente di utilizzare efficientemente la CO2 (oltre l?80% di quella insufflata viene assorbita ed utilizzata dalla biomassa, contro il 35% di quella assorbita nei sistemi aperti come gli open ponds).

Vantaggiosamente, il fotobioreattore consente un?occupazione di suolo ad impatto molto limitato.

Vantaggiosamente l?uso dell?acqua viene drasticamente ridimensionato grazie al sistema di climatizzazione che consente di evitare il consumo di acqua legato all?evaporazione durante le ore pi? calde della giornata, fenomeno che impatta sulla salinit? e sul pH e quindi sulla qualit? del prodotto finale.

La presente invenzione ? in grado di superare gli inconvenienti emersi dall?arte nota in quando il fotobioreattore 1 consente di catturare e valorizzare la CO2 in maniera energeticamente efficiente e sostenibile in qualsiasi tipo di clima e poter coltivare localmente biomassa algale a qualsiasi latitudine e in qualsiasi periodo dell?anno.

La presente invenzione permette di tenere bassi i consumi energetici per la movimentazione del liquido di coltura.

La presente invenzione consente inoltre una facilit? di raccolta del prodotto ed operazioni semplificate di pulizia ordinario del fotobioreattore 1 stesso.

Inoltre, la presente invenzione consente di sfruttare la CO?, derivante da processi industriali, come fonte primaria di carbonio al posto dei pi? comuni carbonati, per migliorare cos? di fatto il fattore crescita delle coltivazioni e al contempo contribuire alla lotta contro i cambiamenti climatici.

Il fotobioreattore 1 ? opportunamente coibentato per minimizzare le dispersioni termiche e pertanto evitare sprechi di acqua ad esempio in estate.

Vantaggiosamente, il fotobioreattore 1 ? modulare e pu? essere montato su pi? livelli per minimizzare l?impronta al suolo.

Inoltre, la fase di raccolta ? stata concepita in maniera tale da non rendere necessaria in nessuna fase l?apertura dei fotobioreattori, questo permette di evitare la contaminazione della colonia di microalghe con altre alghe parassite, muffe o insetti predatori. Una volta raccolta la massa algale, il liquido di coltura pu? essere rigenerato e riutilizzato per diversi cicli di crescita prima di essere smaltito, riducendo di fatto l?uso di fertilizzanti, di risorse idriche e di energia elettrica.

Claims (10)

RIVENDICAZIONI

1. Fotobioreattore (1) per la coltivazione di biomassa algale e/o per la purificazione dell?aria comprendente:

- una struttura principale (2) definita da un cilindro interno (2a) trasparente e definente un volume di contenimento per alimenti e liquidi di coltura, un cilindro esterno (2b) trasparente concentrico a detto cilindro interno trasparente e configurato per il contenimento dei consumi energetici e degli sbalzi termici ed una struttura di rinforzo (3) interposta tra detto cilindro interno (2a) e detto cilindro esterno (2b) e comprendente un sistema di illuminazione verticale;

- una porzione di base (4) definente un appoggio per detta struttura principale (2) e comprendente una valvola di scarico (4a) del liquido contenuto nel cilindro interno (2a), ugelli per l?insufflaggio della CO2 in detto volume di contenimento ed un sistema di climatizzazione della struttura principale (2);

- una struttura superiore (6) per la chiusura ermetica di detta struttura principale (2) e configurata per il supporto di bulbi illuminanti (7) sviluppantesi lungo detto volume di contenimento, un sistema di pulizia per detti bulbi illuminanti (7) e detto cilindro interno (2a), un sistema di espulsione dell?aria, un sistema di raccolta e della biomassa (10) ed un condotto di alimentazione del liquido di coltura.

2, Fotobioreattore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui detta struttura di rinforzo (3) comprende una pluralit? di sensori crepuscolari per controllare una regolazione di detto sistema di illuminazione verticale e di detti bulbi illuminanti (7).

3. Fotobioreattore (1) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto sistema di climatizzazione della porzione di base (4) comprende uno scambiatore di calore ed una pluralit? di serpentine (5) per il raffrescamento o riscaldamento della struttura principale o dell?aria insufflata.

4. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detta porzione di base (4) comprende inoltre un agitatore magnetico per la movimentazione del liquido di coltura contenuto entro il volume di contenimento.

5. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura superiore (6) comprende un ingranaggio epicicloidale (8) comprendente una corona esterna (8a) configurata per mettere in rotazione tergicristalli (9) del sistema di pulizia per detto cilindro interno (2a), un ingranaggio solare (8b) configurato per sostenere un bulbo illuminante (7) centrale ed una pluralit? di ingranaggi satellite (8c) ciascuno configurato per sostenere rispettivi bulbi illuminanti (7), detto ingranaggio solare (8b) e detti ingranaggi satellite (8c) essendo inoltre configurati per mettere in rotazione rispettivi tergicristalli (9) del sistema di pulizia per i bulbi illuminanti (7).

6. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuno di detti bulbi illuminanti (7) comprende, in una porzione inferiore del bulbo illuminante (7) rivolta verso detta porzione di base 84), valvole di non ritorno (7a) per l?insufflaggio di CO2 fredda in detto volume di contenimento, preferibilmente ciascun bulbo illuminante comprendendo inoltre un?elica (7b) per miscelare la CO2 insufflata nel volume di contenimento.

7. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detta struttura superiore (6) comprende uno o pi? sensori per la misurazione di parametri di processo di detto fotobioreattore (1), detti sensori essendo selezionabili tra sensori pH, densimetri, sensori di temperatura, sensori di CO2, sensori di resistivit? e sensori di livello dei liquidi.

8. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di raccolta della biomassa comprende un condotto di recupero configurato per svuotare parzialmente il fotobioreattore (1).

9. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di espulsione dell?aria comprende una elettrovalvola di sfiato per l?allontanamento dell?ossigeno dal volume di contenimento, detta valvola di sfiato essendo inoltre configurata per mettere in pressione detto volume di contenimento in comunione con detti ugelli di insufflaggio della porzione di base (4).

10. Fotobioreattore (1) secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un sistema di controllo configurato per controllare il fotobioreattore (1), detto sistema di controllo essendo un controllore logico programmabile configurato per gestire la raccolta del prodotto ed il ripristino delle condizioni ottimali per la crescita della coltura.