IT202100031607A1 - Fotobioreattore. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

?FOTOBIOREATTORE?.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un fotobioreattore particolarmente indicato per la colt ivazione di microrganismi unicellulari per la produzione di att ivi ad altissime performance farmaceutiche e non solo.

Come ? noto, il mondo si sta spostando verso la bioeconomia per soddisfare la crescente domanda di alimenti, materiali , sostanze chimiche, prodotti farmaceutici ed energia pi? sostenibili. La coltivazione di microrganismi rappresenta una risorsa efficace, sostenibile ed illimitata per preziosi processi e prodotti a base biologica.

Fra i microrganismi vi sono le microalge che sono organismi fotosintetici microscopici che vivono nei mari, fiumi e laghi, e sono in grado di produrre una vastissima gamma di composti di grande interesse per vari settori industriali .

L?impiego di ceppi selezionati di microalghe ha aperto la strada a numerosissime applicazioni, che vanno dalla fitodepurazione alla produzione di biofert ilizzanti, prodotti per la nutraceutica e la cosmeceutica, biocombustibili e bioplastiche, e per ques ti scopi devono essere coltivate in condizioni di coltura controllate utilizzando vari tipi di fotobioreattori.

Le microalghe rappresentano fonti di grande interesse per l?estrazione di prodotti particolarmente efficaci nel supporto all?alimentazione umana come oligoelementi , vitamine, carotenoidi e proteine.

In aggiunta a quanto sinora illustrato, le microalghe sono microorganismi unicellulari e la loro fotosintesi ? simile a quella delle piante superiori, ma esse sono generalmente pi? efficienti delle p iante nel convertire l?energia solare. Le microalghe utilizzano in maniera efficiente l?acqua, la CO2 ed i nutrienti e crescono in mezzi acquosi. Le microalghe sono microrganismi fotosintetici in grado di generare rapidamente biomassa dall?energia solare, dall?anidride carbonica e dai nutrienti presenti nell?acqua. In particolare, sono uno dei gruppi di organismi pi? promettenti per la produzione commerciale sostenibile di bioprodotti quali pigmenti naturali e antiossidanti

Le tecniche di coltura massiva de lle microalghe si basano fondamentalmente su due opzioni: Open Ponds (vasche aperte) e fotobioreattori chiusi (PBRs).

Al giorno d?oggi, la produzione mondiale di microalghe viene effettuata, soprattutto, con sistemi di coltura all?aperto (?outdoor?) dove ? possibile abbattere i costi utilizzando la luce solare come sorgente di energia. Spesso per la produzione di alghe su larga scala vengono utilizzate vasche a rimescolamento poco profonde.

In molte regioni gli impianti di colture algali al l?aperto, per?, hanno spesso lo svantaggio di trovarsi in condizioni climatiche avverse o non sempre favorevoli , tali da non permettere cicli di produzioni annuali, obbligando quindi a massimizzare produzione, raccolta e conservazione dell?alga in ristretti periodi dell?a nno (in Olanda, ad esempio, la produzione avviene unicamente tra maggio e settembre). Inoltre, tali sistemi di coltivazione in vasche aperte, anche se apparentemente economici, non assicurano produzioni monoalgali prive di contaminanti dato che le vasche non sono protette.

Nonostante i buoni risultat i ottenuti con i sistemi ?aperti?, il futuro della coltivazione delle alghe sembra essere orientato verso i sistemi ?chiusi?, che costituiscono ambienti altamente selettivi e protett i da potenziali inquinanti ed agenti esterni .

Pi? specificamente, si parla di fotobioreattori chiusi quando ci si riferisce a strutture nelle quali la coltura non entra in contatto con l 'atmosfera o con altri tipi di contaminanti quali polvere, altri microrganismi, ecc..

Come ? noto, i fotobioreattori chiusi (ossigenici ed anossigenici) necessitano di tecnologie avanzate, soprattutto per il controllo di tutti i parametri di processo (pH, temperatura, mass transfer, idrodinamica, concentrazione cellulare, rifornimento di nutrienti , aeraulica, ecc.). Essi sono sempre pi? similari a fermentatori utilizzati per la crescita di organismi eterotrofi, con l 'unica sostanziale differenza che i fotobioreattori necessitano anche di un adeguato rifornimento di energia radiante.

Il concetto di sistema ?chiuso? ? stato, per?, per lungo tempo associato all?alto costo di produzione, quando il suo funzionamento era totalmente dipendente da illuminazione e termoregolazione art ificiali di vecchia generazione.

Infatti, la gestione dell?illuminazione att raverso la pi? economica tecnologia di illuminazione a Led ha spinto gli operatori verso la realizzazione di fotobioreattori: elementi tubolari trasparenti (in vetro o plexiglass) di varie dimensioni, illuminati e riscaldati art ificialmente in cui viene inserito un ceppo algale. Le energie rinnovabili (solare termico e fotovoltaico) associate al processo riescono ad abbattere i costi energetici , ma soprattutto permettono una produzione costante. Si possono cos? riprodurre bio -tecnologicamente tutte le condizioni di crescita possibili, includendo la possibilit? di effettuare cicli luce-buio per beneficiare dell?effetto dei fotoperiodi sulla crescita dei microrganismi.

Il controllo della qualit? e della quantit? di luce emessa , della temperatura e del PH all? interno dei fotobioreattori rende possibile la simulazione di pi? ambienti per la realizzazione delle condizioni ottimali di crescita dei microrganismi fotosintetici. Le lampade a bassissima emissione di calore garantiscono l?assenza di effetti collaterali dovuti al riscaldamento del mezzo di coltivazione, mentre, la configurazione cilindrica del reattore assicura un irraggiamento omogeneo ed omnidirezionale per tutta l?altezza del reattore.

Come accennato, la funzione basilare di un fotobioreattore ? quel la di garantire un processo controllato nel quale sia possibile produrre biomasse microbiche e/o metaboli ti .

In aggiunta a quanto sinora illustrato, i materiali con i quali sono costruiti devono avere grande resistenza e alta trasparenza, non essere tossici, avere stabilit? chimica e, se possibile, avere un costo contenuto. Proprio questo punto, quello economico, ? spesso motivo di sfiducia verso sistemi che usano fotobioreattori per diversi tipi di produzioni, in quanto la possibil it? di un futuro a livel lo industriale passa attraverso una sostenibilit? economica.

I fotobioreattori verticali attualmente presenti in commercio comprendono essenzialmente un cilindro in plexiglass appoggiato su una base di materiale plastico (SMC, PVC o Plexiglass).

L?estremi t? superiore del cilindro in plexiglass ? provvista di un tappo piatto oppure non presenta alcuna copertura.

I fotobioreattori ci tati in precedenza , pur rispondendo a molti requisiti , hanno evidenziato diverse criticit? che riducono drasticamente la loro funzionalit? ed efficacia.

Un primo inconveniente evidenziato emerge a causa del microclima che si crea tra il livello dell?acqua e la parte superiore della parete del cilindro che da origine ad un?elevata carica batterica nella zona superiore del cilindro la quale porta, come conseguenza, una diminuzione di produttivit? in quanto i batteri entrano in antagonismo con gli organismi unicellulari sani prendendo sovente il sopravvento su questi ultimi.

Un secondo inconveniente emerso deriva dal fatto che si ri scontra un considerevole deposito microalgale nella parte inferiore della base del cilindro con formazione di carica batterica e la conseguente diminuzione della produttivit? anche in questo caso per gli stessi motivi illustrati in precedenza. Infatti, le alghe, depositandosi una sopra l?altra, si accorpano a tal punto da premere sino a distruggersi a vicenda.

Un altro inconveniente che crea problemi di gestione del fotobioreattore ? dovuto alla struttura di base che sostiene il cilindro. La struttura, come accennato in precedenza, ? generalmente realizzata in materiale plastico per cui ? soggetta a crepe e rotture che comportano dei fermi impianto per la sua sostituzione per non correre il rischio che collassando faccia cedere e deteriorare il cilindro con conseguente fuoriuscita di materiale algale .

In particolare, la struttura di base , attualmente utilizzata, deve essere realizzata in modo tale da poter garantire dei parametri di tenuta opportuni. In questo tipo di struttura non ? quindi possibile apportare modifiche per adattarla nel corso del tempo a nuove esigenze come, ad esempio, l?inserimento di dispositivi tecnologici di vario genere o apportare migliorie tecniche.

In aggiunta a quanto sinora illustrato, un altro problema si riscontra quando si deve ispezionare o manutenzionare la parte inferiore del cilindro. Questa operazione si pu? effettuare unicamente smontando completamente il fotobioreattore dalla base stessa con ingenti perdite di tempo e che si ripercuotono sulla produzione di microalghe.

Inoltre, quando nel fotobioreattore ? presente una lampada interna la quale viene alloggiata in un tubo in plexiglass, inserito all?interno del cilindro del fotobioreattore in corrispondenza del suo asse verticale ed ancorato alla base stessa , si rilevano al tre problematiche.

Con la disposizione appena illustrata, si ? riscontrato un aumento della carica batterica tra la giunzione della lampada e la base del cilindro con conseguenti cali di produttivit? e successivi fermi impianto per il ripristino delle cor rette condizioni dell?habitat e quindi di funzionamento del fotobioreattore .

Inoltre, vi sono distacchi e rotture del tubo che contiene la lampada dovute alle sollecitazioni a cui i l tubo stesso ? sottoposto per le oscillazioni provocate dal movimento flu ido-dinamico dell?acqua e dei microrganismi che si muovono all?interno del cilindro, comportando ulteriori interruzioni nel funzionamento del fotobioreattore per le necessarie manutenzioni con grani danni economici .

Un?altra esigenza riscontrata ? dovuta al fatto che negli attuali cil indri vi ? la necessit? di svuotare i residui che si accumulano sul fondo del cilindro.

Un sistema per estrarre tali residui prevede un fermo impianto, il suo smontaggio e la pulizia dei residui presenti sul fondo del ci lindro con la conseguenza di un deciso rallentamento della produttivit? dovuta alla variazione delle condizioni prima di poter riportare a regime i l fotobioreattore .

L?operazione appena descritta risulta particolarmente faticosa e fastidiosa date le operazioni da eseguire ed i tempi necessari per far pulizia. Inoltre, pur rimuovendo buona parte dei residui, sul fondo del cilindro si forma una sorta di ?melma? che riduce col tempo la limpidezza del liquido e richiede dei fermi impianto per la sua rimozione dato che inquina l?ambiente di coltura delle microalghe.

Un?esigenza molto sentita dai produttori di microrganismi e microalghe ? quella di poter avere impianti altamente produttivi dettati dal funzionamento continuo degli stessi senza frequenti interruzioni per ripristini e manutenzioni e con una produzione di elevata quali t?.

Scopo della presente invenzione ? sostanzialmente quello di risolvere i problemi della tecnica nota superando le sopra descritte difficolt? mediante un fotobioreattore in grado di risultare ad alta efficienza per la coltura di microalghe o microrganismi senza tempi morti ed interruzioni nel funzionamento dell?impianto , se non quelli programmati , e offrire un notevole incremento di produttivit? .

Un secondo scopo del la presente invenzione ? quello di realizzare un fotobioreattore in grado di eliminare la possibilit? di formazione della carica batterica sia nella parte superiore del cilindro che in quella inferiore.

Un terzo scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un fotobioreattore che consenta di gestire e regolare l?illuminazione e la temperatura all?interno del cil indro.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di avere un fotobioreattore che permetta una veloce e puntuale pulizia ed ispezione nella zona inferiore del cilindro.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un fotobioreattore che non richieda particolari manutenzioni , non presenti la necessit? di sosti tuzioni della struttura di supporto del cilindro e del tubo porta lampada.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? quello di avere un fotobioreattore che sia in grado di contenere i costi di gestione e di manutenzione dello stesso permettendo una maggiore produttivit? . Non ultimo scopo del la presente invenzione ? quello di real izzare un fotobioreattore di semplice realizzazione e di buona funzionalit?.

Questi scopi ed altri ancora, che meglio appariranno nel corso della presente descrizione, vengono sostanzialmente raggiunti da un fotobioreattore , come di seguito rivendicato.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di un fotobioreattore , secondo il presente trovato, fatta qui di seguito con riferimento agli unit i disegni, forniti a solo scopo indicativo e pertanto non limita tivo, nei quali:

- la figura 1 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica anteriore, un fotobioreattore oggetto della presente invenzione; - la figura 2 mostra, in modo schematico ed in vista prospettica parzialmente sezionata, il fotobioreattore di figura 1;

- la figura 3 mostra, in modo schematico, una vista laterale del fotobioreattore di figura 1;

- la figura 4 mostra, in modo schematico ed in vista sezionata frontale, i l fotobioreattore secondo la presente invenzione .

Con riferimento alle figure citate , ed in particolare alla figura 1, con 1 ? stato complessivamente indicato un fotobioreattore , secondo la presente invenzione.

Il fotobioreattore 1 in oggetto ? sostanzialmente composto da una struttura di supporto 2 predisposta per supportare ed impegnar e un cilindro 3 util izzato per la coltura di microalghe ed altri microrganismi unicellulari .

Maggiormente in dettaglio e come mostrato in figura 1 , la struttura di supporto 2 comprende un telaio alla cui sommit? ? presente una piastra 20 al cui centro vi ? un?apertura atta ad accogliere il cil indro 3. La struttura di supporto 2 ? realizzata in acciaio inox .

Il cilindro 3 presenta all?estremit? inferiore un fondello 4 composto da una prima porzione 40 a cilindro prevista per appoggiarsi in corrispondenza del bordo del cilindro 3 e da una seconda porzione a semisfera 41 prevista all?estremit? l ibera della prima porzione. In particolare, sulla superficie semisferica 41 in acciaio sono presenti una pluralit? di fori previsti per impegnare ciascuno un ugello per l?insufflazione del bubbling costituito da miscele gassose che servono per mantenere in sospensione le colture e regolare il PH.

Secondo la presente forma di realizzazione e come mostrato in figura 3, la prima porzione 40 presenta un obl? 42 previsto per poter eseguire ispezioni e la pulizia del fotobioreattore. Inoltre, la seconda porzione 41 presenta un elemento di scarico 410 posto centralmente ed inferiormente e previsto per permettere i l completo svuotamento della materia algale.

In aggiunta a quanto sinora illustrato, la prima 40 e la seconda 41 porzione nella loro conformazione non presentano angoli vivi o a 90? per cui si elimina la possibilit? di avere le condizioni ambientali per la proliferazione di carica batterica in quanto non ci sono ristagni e si eliminano anche i sedimenti algali che normalmente si depositavano all?estremit? inferiore piatta del cilindro.

Inoltre, la prima 40 e la seconda 41 porzione sono realizzate in acciaio alimentare per non avere rilascio di metalli pesanti .

Come in precedenza illustrato, la struttura di supporto 2 ? in acciaio inox per cui ? pi? robusta e stabile per sostenere il cil indro e non si verificano pi? cedimenti , crepe e rotture come negli impianti della tecnica nota. Questa caratteristica permette di ridurre i fermi impianto per le sostituzioni e consente di avere una operativit? e produttivit? continua dell?impianto.

Inoltre, la struttura 2 , essendo in metallo, ? in grado di poter essere modificata adeguandola alle esigenze come l?aggiunta di disposit ivi tecnologici o altro.

In accordo con la presente invenzione e come mostrato in figura 2, ? prevista una flangia inferiore 5 in plexiglass a rinforzo, fissaggio e tenuta del cilindro 3.

All?estremit? opposta del cilindro 3 ? prevista una copertura 6 semisferica, realizzata in acciaio inox ed atta a chiudere i l cilindro 3. Sulla copertura 6 ? presente un foro di ingresso 15 previsto per il carico di inoculo e di acqua ricca di nutrienti i quali sono stati in precedenza sterilizzati mediante una lampada batt ericida.

Maggiormente in dettaglio, ? prevista una flangia superiore 7 in plexiglass prevista per rinforzare, fissare e tenere i l ci lindro 3 come mostrato in figura 1.

Inoltre, la copertura 6 presenta un camino 60 cilindrico in acciaio disposto in asse con il cilindro 3 e predisposto ad accogliere un tubo 8 al cui interno sono presenti luci a led per i llu minare le microalghe nella gestione dei periodi di luce e buio per la loro crescita.

Nella presente forma di realizzazione, il camino 60 ? vincolato mediante una o pi? flange 9 in plexiglass previste per tenere, fissare il camino stesso alla copertura 6.

A differenza dei tubi porta luce degli impianti della tecnica nota che sono ancorati al fondo del cilindro, nel presente fotobioreattore, il tubo 8 ? ancorato in alto al camino ed ?, inferiormente, libero per cui si eliminano i problemi derivanti dai distacchi del tubo stesso dal fondo. Infatti, il tubo 8 contenente le lampade ? inserito nel camino e vincolato ad esso mediante un perno passante trasversa le in grado di controbilanciare ed equilibrare la spinta idrometrica che si ha nel cilindro e che sollecita il tubo.

In particolare, il camino che ? vincolato alla copertura 6 mediante le tre flange 9 forma un tutt?uno con la copertura . Inoltre, le tre flange 9 permettono al tubo 8 di rimanere in asse col cil indro per cui non si verificano movimenti inadeguati e possibili distacchi del tubo stesso e viene contrastata la spinta idrometrica dovuta all?immersione nel fluido.

Come in precedenza illustrato, il tubo 8 contenente la lampada viene alloggiato all?interno del cil indro, ? flangiato all?estremit? e dotato di fori di sfiato per evitare contaminazioni aeree dall?esterno .

Maggiormente in dettaglio, le flange 9 sono provviste di forellini che permettono all?aria di muoversi e fluire verso un sifone laterale di sfiato 10.

Questa fuoriuscita di aria non permette alcun contatto con l?ambiente esterno per il contenuto del cilindro; infatti, non ? possibile far entrare nulla per la differenza di pressione fra int erno ed esterno risultando praticamente un impianto ermetico.

Con la configurazione del fotobioreattore secondo la presente invenzione viene eliminata ogni possibile presenza di carica batterica all?interno sia inferiormente sia superiormente dato che non vi ? presenza di spigoli vivi e quindi di zone di potenziale ristagno . Analogamente, nella zona superiore non vi sono spigoli vivi e zone di creazione di carica batterica anche per il fatto che il fluido riempie completamente il cilindro, la zona sottostante la copertura ed arriva ad un prestabilito livello nel camino. Inoltre, il continuo movimento del fluido per l?aria che risale e fuoriesce inibisce le condizioni per il formarsi di carica batterica.

Secondo la presente forma di realizzazione, il tubo 8 contenente la lampada viene posizionato ad una prestabilita distanza di circa 50 cm dalla base sferica in acciaio. All?estremit? inferiore del tubo 8 ? allocato un trasduttore ad impulsi 11 previsto per generare nel cil indro onde sonore, vibrazioni sonore che ricreano per risonanza le frequenze proprie delle cellule che compongono le microalghe permettendo al fotobioreattore di entrare in biorisonanza con i microrganismi che stanno svolgendo mitosi cellulare, favorendo notevolmente la produzione.

Il fotobioreattore, secondo la presente invenzione, presenta una coibentazione 12 del cilindro posta esternamente al cilindro stesso e opportunamente distanziata da esso, come mostrato in figura 4 . Maggiormente in dettaglio, la coibentazione 12 ? appoggiata all e flange 5 e 7 permettendo una chiusura stagna per cui si viene a creare una camera d?aria 13 in cui la temperatura pu? essere gestita e regolata per avere le ottimali e pi? idonee condizioni di crescita e sviluppo delle microalghe.

Inoltre, la coibentazione presenta internamente un colore bianco di tipo riflettente per consentire la fo to rifrazione della luce. In questo modo si ottiene ed ottimizza tutto lo spettro di luce necessario per la fotosintesi con una consistente riduzione di costi energetici .

In aggiunta, internamente alla coibentazione sono presenti un certo numero di lampade a led previste per garantire una omogenea illuminazione all?interno del fotobioreattore.

Esternamente alla coibentazione 13 sono previsti dei fori gestiti da ventole per dissipare il calore prodotto dalle lampade.

Secondo la presente invenzione, l?habitat creato dalla combinazione delle lampade e dall?assenza di angoli vivi permette al microrganismo un ambiente di crescita ottimale privo di stress inibitori.

Poi, la disposiz ione dell?il luminazione unita alla coibentazione garantisce una omogenea distribuzione della luce all?interno del fotobioreattore che favorisce lo sviluppo delle microalghe.

La presenza del trasduttore permette, sfruttando il concetto della biorisonanza, di aumentare esponenzialmente la mitosi cellulare e quindi la produzione di materia algale.

Il fotobioreattore per la sua configurazione risulta un corpo chiuso ermeticamente per cui non sono possibili contaminazioni di nessun genere dall?esterno permettendo una produzione di microalghe di elevata quali t? .

In aggiunta, con il fotobioreattore in oggetto si ? riscontrata una eccellente distribuzione delle microalghe in quanto crescendo tendono a portarsi verso il fondo nel fondello 4 per cui vengono estratte microalghe di considerevoli dimensioni permettendo , di conseguenza, a quelle piccole di rimanere in sospensione nella zona superiore riuscendo cos? a sfruttare al massimo la fotosintesi clorofilliana.

In particolare, le microalghe che si trovano nel fondell o, essendo al buio, non vengono stressate dal bombardamento di fotoni per cui rimangono in una fase vegetativa stabile mantenendosi in condizioni vital i ed ottimali.

Dopo quanto descritto in senso prevalentemente strutturale, il funzionamento del trovato in oggetto risulta i l seguente.

Il fotobioreattore secondo la presente invenzione ? predisposto ad operare secondo una serie di step in cui, attraverso il foro di ingresso 15 viene inserito nel cilindro una determinata quanti t? di inoculo seguita da prestabil ite quantit? di acqua opportunamente preparata come in precedenza descritto. Questa operazione prosegue sino al completo riempimento del cilindro, sino a toccare la copertura e risalire in parte del camino.

Viene attivato il bubbling facendo entrare dagli ugell i posti sul fondello miscele gassose che favoriscono il movimento dell?acqua e delle microalghe e le bolle risalgono verso l?alto e fuoriescono dal sifone laterale di sfiato 10.

In questo modo l?acqua rimane sempre pulita per cui non si fo rma pi? quel microclima che nei fotobioreattori della tecnica nota dava origine a carica batterica.

Le microalghe iniziano a crescere sfruttando la fotosintesi clorofilliana ossia sfruttando l?energia dei fotoni dello spettro di luce metabolizzando i l carbonio della CO2 ed i sali disciolti nel fluido di coltura.

Grazie all?azione fisica del bubbling si riesce ad avere un rimescolamento continuo ed omogeneo delle microalghe permettendo a queste di prendere in maniera costante i fotoni delle lampade.

Raggiunta la giusta concentrazione cellulare quantificata in grammi per litro si procede all?estrazione di una determinata quantit? di materia algale facendola uscire dall?elemento di scarico 410. Le altre microalghe pi? piccole rimangono in sospensione e proseguono nella loro fase di accrescimento per poi man mano scendere nel fondello ed essere estratte.

Il presente trovato raggiunge cos? gli scopi proposti.

Il fotobioreattore in oggetto risulta ad alta efficienza per la coltura di microalghe o microrganismi senza tempi morti ed interruzioni dell?impianto se non quelli programmati oltre a consentire un notevole incremento di produttivit? .

Vantaggiosamente, i l fotobioreattore elimina qualsiasi possibilit? di formazione della carica batterica sia nella p arte superiore del cilindro che in quella inferiore a differenza di quanto accadeva con gli impianti della tecnica nota.

Inoltre, il fotobioreattore mediante la camera d?aria e la coibentazione del cilindro ? in grado di gestire e regolare la temperatura a l l?interno del cil indro per un ottimale habitat di crescita per le microalghe .

In aggiunta, un altro vantaggio del fotobioreattore in oggetto ? che permette una veloce e puntuale pulizia della zona inferiore del cilindro e la presenza dell?obl? consente di poter ispezionare ed accedere alla zona inferiore del cilindro .

Con la configurazione del fotobioreattore , come illustrata, non sono richieste particolari manutenzioni ed interventi emergenziali come con gli impianti della tecnica nota in cui si verificav ano cedimenti e rotture della base del cilindro e dell?attacco del tubo porta lampada , con conseguente contenimento di costi di manutenzione e gestione dell?impianto oltre a non avere interruzioni non programmate durante le fasi di sviluppo delle microalghe permettendo una maggiore e costante produttivit? che risulta addirittura aumentata di circa dieci volte.

Non ultimo vantaggio della presente invenzione ? che risulta di notevole facilit? d?impiego, di semplice realizzazione e buona funzionalit?.

Naturalmente, alla presente invenzione possono essere apportate numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?ambito del concetto inventivo che la caratterizza.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI

1) Fotobioreattore del t ipo comprendente una struttura di supporto (2) predisposta a supportare ed impegnare un cilindro (3) utilizzato per la coltura di microalghe ed altri microrganismi unicellulari , caratterizzato dal fatto che presenta:

- detta struttura di supporto (2) realizzata in acciaio inox che comprende un telaio alla cui sommit? ? presente una piastra (20) al cui centro vi ? un?apertura atta ad accogliere ed impegnare il cilindro (3), detta struttura di supporto (2) risultando robusta e stabile per sostenere il ci lindro,

- detto cilindro (3) provvisto all?estremit? inferiore di un fondello (4) composto da una prima porzione (40) a cilindro prevista per appoggiarsi in corrispondenza del bordo del cilindro (3) e da una seconda porzione a semisfera (41) prevista all?estremit? libera della prima porzione , in cui la prima porzione (40) presenta un obl? (42) previsto per poter eseguire ispezioni e la pulizia del fotobioreattore e la seconda porzione (41) presenta un elemento di scarico (410) posto centralmente ed inferiormente e previsto per permettere il completo svuotamento della materia algale,

- detto cilindro (3) dotato di una flangia inferiore (5) e di una flangia superiore (7) in plexiglass a rinforzo, fissaggio e tenuta del cil indro stesso,

- una copertura (6) che ? posta all?estremit? superiore del cilindro (3) ed ? prevista per chiuderlo, detta copertura in acciaio inox presenta una conformazione semisferica,

- detta copertura (6) dotata di un foro di ingresso (15) previsto per il carico di inoculo e di acqua ricca di nutrienti i quali sono stati in precedenza steril izzati mediante una lampada battericida,

- detta copertura (6) provvista di un camino (60) cilindrico in acciaio disposto in asse con il cilindro (3) e predisposto ad accogliere un tubo (8) al cui interno sono presenti luci a led per illuminare le microalghe nella gestione dei periodi di luce e buio per la loro crescita, detto tubo (8) viene posizionato ad una prestabili ta distanza dalla superficie interna della seconda porzione (41),

- un trasduttore ad impulsi (11) allocato all?estremit? inferiore del tubo (8) e previsto per generare nel cilindro onde sonore, vibrazioni sonore che ricreano per risonanza le frequenze proprie delle cellule che compongono le microalghe permettendo al fotobioreattore di entrare in biorisonanza con i microrganismi che stanno svolgendo mitosi cellulare, favorendo notevolmente la produzione,

- una configurazione a corpo chiuso ermeticamente per cui non sono possibili contaminazioni di nessun genere dall?esterno permettendo un habitat ideale per la crescita delle microalghe.

2) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che presenta una coibentazione (12) del cilindro posta esternamente al cilindro stesso e opportunamente distanziata da esso, detta coibentazione (12) essendo appoggiata alle flange (5 e 7) permettendo una chiusura stagna per cui si viene a creare una camera d?aria (13) in cui la temperatura pu? essere gestita e regolata per avere le ottimali e pi? idonee condizioni di crescita e sviluppo delle microalghe.

3) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta coibentazione presenta internamente un colore bianco di tipo riflettente per consentire la foto rifrazione della luce per ottenere ed ottimizzare tutto lo spettro di luce necessario per la fotosintesi con una consistente riduzione di consumi energetici ed, internamente a detta coibentazione, sono presenti un certo numero di lampade a led previste per garantire una omogenea illuminazione all?interno del fotobioreattore mentre, esternamente alla coibentazione (13) sono previsti dei fori gestiti da ventole per dissipare il calore prodotto dalle lampade.

4) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto tubo (8) contenente le luci a led ? ancorato in alto al camino ed ?, inferiormente, l ibero, ed ? inserito nel camino e vincolato ad esso mediante un perno passante trasversale in grado di controbilanciare ed equilibrare la spinta idrometrica che si ha nel cilindro e che sollecita il tubo.

5) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che:

- l?habitat creato dalla combinazione delle lampade e dall?assenza di angoli vivi permette al microrganismo un ambiente di crescita ottimale privo di stress inibitori,

- la disposizione dell?illuminazione unita alla coibentazione garantisce una omogenea distr ibuzione della luce all?interno del fotobioreattore che favorisce lo sviluppo delle microalghe, - la presenza del trasduttore permette, sfruttando il concetto della biorisonanza, di aumentare esponenzialmente la mitosi cellulare e quindi la produzione di materia algale.

6) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto camino (60) ? vincolato alla copertura (6) mediante una o pi? flange (9) in plexiglass previste per tenere, fissare il camino stesso alla copertura (6) formando un tutt?uno con la copertura, dette flange (9) permettono al tubo (8) di rimanere in asse col cilindro impedendo movimenti inadeguati e possibili distacchi del tubo stesso e viene contrastata la spinta idrometrica dovuta all?immersione nel fluido, dette flange (9) essendo provviste di forellini che permettono all?aria di muoversi e fluire verso un sifone laterale di sfiato (10).

7) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto tubo (8) ? flangiato all?estremit? e dotato di fori di sfiato per evitare contaminazioni aeree dall?esterno e la fuoriuscita di aria non permette alcun contatto con l?ambiente esterno per i l contenuto del cil indro oltre a non far entrare nulla per la differenza di pressione fra interno ed esterno risul tando praticamente un impianto ermetico.

8) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzat o dal fatto che la sua conformazione favorisce una eccellente distribuzione delle microalghe in quanto crescendo tendono a portarsi verso il fondo nel fondel lo (4) per cui vengono estratte microalghe di considerevoli dimensioni permettendo a quelle piccole di rimanere in sospensione nella zona superiore riuscendo cos? a sfruttare al massimo la fotosintesi clorofill iana, le microalghe che si trovano nel fondell o, essendo al buio, non vengono stressate dal bombardamento di fotoni per cui rimangono in una fase vegetativa stabile mantenendosi in condizioni vitali ed ottimali.

9) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzat o dal fatto che detta seconda porzione a semisfera (41) sulla sua superficie sono presenti una pluralit? di fori previst i per impegnare ciascuno un ugello per l?insufflazione del bubbling costituito da miscele gassose che servono per mantenere in sospensione le colture e regolare il PH.

10) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta struttura (2), essendo in metallo, viene modificata adeguandola alle esigenze come l?aggiunta di dispositivi tecnologici o altro.

11) Fotobioreattore secondo la r ivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la prima (40) e la seconda (41) porzione sono realizzate in acciaio alimentare per non avere rilascio di metalli pesanti.

12) Fotobioreattore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che al suo interno non vi ? presenza di spigoli vivi e quindi di zone di potenziale ristagno per cui con detta configurazione viene eliminata ogni possibile presenza di carica batterica sia inferiormente sia superiormente e, nella zona superiore del cilindro, il fluido riempie completamente il cilindro, la zona sottostante la copertura ed arriva ad un prestabili to livello nel camino ed il continuo movimento del fluido per l?aria che risale e fuoriesce inibisce le condizioni per il formarsi di carica batterica.