ITMI20091228A1

ITMI20091228A1 - Processo ed impianto per la trasformazione di anidride carbonica atmosferica in energia con l'uso di coltura di microalghe

Info

Publication number: ITMI20091228A1
Application number: IT001228A
Authority: IT
Inventors: Mario Iavarone
Original assignee: Techselesta Italia S R L
Priority date: 2009-07-10
Filing date: 2009-07-10
Publication date: 2011-01-11

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

Nel suo aspetto più generale, la presente invenzione riguarda il settore della generazione di energia, in particolare energia elettrica, da fonti rinnovabili.

In particolare, la presente invenzione riguarda un processo e un impianto per la produzione integrata di alghe.

Più in particolare ancora, la presente invenzione riguarda un processo ed un impianto del tipo suddetto in cui l’anidride carbonica (C02) atmosferica viene trasformata in energia con l’uso di una coltura di microalghe.

La presente invenzione riguarda altresì un processo per la produzione di alghe, in particolare microalghe, e un fotobiorerattore adatto all’impiego in tale processo.

Arte nota

La necessità di ridurre i cambiamenti climatici impone di ridurre le emissioni di gas serra (CHG), ed in particolare della anidride carbonica (C02) . Tale obiettivo viene proposto da tutta una serie di norme e direttive comunitarie collegate al Protocollo di Kyoto.

L’uso di oli vegetali per la generazione di energia, in sostituzione di combustibili fossili, è stato da tempo proposto come strumento efficace per ridurre le emissioni di C02, considerando che l’olio vegetale deriva da una fotosintesi fra C02 ed acqua operata da organismi vegetali, e nella combustione dell’olio vegetale non vi è pertanto creazione di C02 aggiuntiva, ma solo restituzione all’ambiente della C02 usata dairorganismo vegetale per la fotosintesi deirolio vegetale.

Le alghe, ed in particolare certi ceppi di micralgae in coltura idroponica, rientrano fra gli organismi che consentono di produrre olio vegetale con il meccanismo di fotosintesi sopra descritto, con elevata resa e senza alcun impatto sulle colture alimentari e sul prezzo degli oli vegetali da usare per ralimentazione.

L'energia prodotta usando questo combustibile, viene classificata come energia rinnovabile, in quanto che l'olio viene rigenerato usando la C02 prodotta dalla sua combustione. Inoltre la biomassa, che è cresciuta assorbendo C02 può essere usata come ulteriore fonte di energia rinnovabile (ad esempio per produrre biogas con cui produrre ulteriore energia) o per produrre mangimi.

Le rese di olio vegetale e biomassa da microalghe possono essere fino a circa il 50% di olio ed il 50% di biomasssa solida e sono enormemente superiori alle rese di qualsiasi coltura vegetale in campo.

Esistono due principali metodologie di coltura idroponica delle alghe e in particolare di microalghe: “open pond” (vasche all’aperto) o “fotobiotreattori” .

La tecnica in open pond richiede estese superfici ed è esposta a rischi dovuti a sbalzi di temperatura ed all'inquinamento atmosferico e/o da contaminanti esterni.

La tecnica mediante fotobioreattore può prevedere invece la realizzazione della coltura idroponica delle alghe mediante una soluzione circolante in un contenitore trasparente chiuso il quale è irradiato con energia luminosa esterna (solitamente energia solare) e nel quale sono introdotti i nutrienti (in particolare C02) necessari alla crescita delle alghe.

In tal modo si ha il vantaggio di proteggere la coltura idroponica delle alghe da agenti esterni e la possibilità avere un maggior apporto di luce alla soluzione facilitando con ciò la crescita delle alghe.

Sono noti altresì procedimenti e impianti per la produzione integrata di alghe e di energia, in particolare di energia elettrica.

Ad esempio il brevetto US 5,659,977 descrive un processo (e un relativo impianto) nel quale la crescita, raccolta ed essiccazione delle alghe sono integrati con la generazione di energia elettrica mediante motore alimentato con combusitibiìi fossili. In tale processo è previsto che la C02 dei fumi esausti derivanti dalla combustione di un combustibile fossile venga recuperata e riciclata alla coltura delle alghe (che in questo caso è di tipo open pond) per essere utilizzata come nutriente di dette alghe.

Tuttavia, tale processo, oltre a presentare gli inconvenienti sopra indicati derivanti dall’impiego di una coltura open pond, non contempla in alcun modo l’impiego delle alghe per uso energetico. La generazione dell’energia elettrica viene infatti effettuata tramite l’impiego di combistibili fossili mentre le alghe prodotte con tale processo sono essiccate e destinate ad altri impieghi, in particolare nel settore alimentare.

Un processo (ed impianto) per la produzione integrata di alghe e di energia mediante l’uso di alghe è invece mostrato nella figura 13 della domanda WO 2007/ 118223 e sommariamente descritto in tale domanda.

Tale processo prevede la crescita delle alghe in un bioreattore illuminato con energia solare e la generazione di energia elettrica in maniera convenzionale mediante un impianto con turbina. La biomassa prodotta attraverso le alghe viene fermentata così da produrre metano che va ad alimentare l’impianto per la generazione di energia elettrica come combustibile insieme a gas naturale proveniente da una fonte esterna. La C02 proveniente dai gas di combustione viene quindi recuperata, filtrata e riciclata al bioreattore come nutriente per le alghe chiudendo con ciò il ciclo del processo.

Tuttavia, il processo descritto nella domanda WO 2007/ 118223 necessita ancora deH’impiego, in una certa misura, di un combustibile fossile.

Per di più, è da notare che è sempre sentita in questo settore l’esigenza di escogitare soluzioni atte a migliorare l’efficienza e la resa di produzione sia delle alghe, in particolare microalghe, sia dell’energia mediante l’uso di dette alghe per rendere la produzione di alghe come pure la produzione integrata di alghe ed energia conveniente da un punto di vista industriale.

Lo scopo principale della presente invenzione è quindi primariamente quello di mettere a disposizione un processo e un impianto per la produzione di alghe, in particolare microalghe, che superi gli inconvenienti menzionati sopra con riferimento alla tecnica nota e in cui possa essere conseguita una elevata resa ed efficienza di produzione con ridotti consumi energetici.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere un processo e un impianto per la produzione integrata di alghe, in particolare microalghe, ed energia mediante dette alghe {o microalghe} che superi gli inconvenienti menzionati sopra con riferimento alla tecnica nota e che abbia una elevata resa ed efficienza per quanto riguarda in particolare il riciclo della C02 dei gas di combustione come nutriente delle alghe (o microalghe) così da essere conveniente da un punto di vista industriale.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un processo ed impianto integrato come sopra che non comporti l’uso o che comporti un uso estremamente ridotto di combustibili fossili per la produzione di energia.

Sommario dell' invenzione

Tali scopi vengono raggiunti primariamente da un processo per la produzione di alghe ad uso energetico comprendente le fasi di: -miscelare un flusso gassoso comprendente anidride carbonica con un flusso liquido comprendente acqua, così da ottenere una miscela gasliquido,

- trattare detta miscela gas/ liquido in modo da disperdere uniformemente in forma di particelle finemente suddivise la fase gassosa nella fase liquida, ottenendo con ciò una soluzione acquosa nella quale la fase gassosa è sostanzialmente assorbita e/o disciolta nella fase liquida,

- alimentare detta soluzione acquosa ad un fotobioreattore irradiato con energia luminosa e contenente alghe, ottenendo con ciò la crescita di dette alghe.

Tali scopi vengono inoltre raggiunti da un processo per la produzione integrata di alghe ed energia comprendente la preparazione di alghe secondo il processo sopra descritto e comprendente ulteriormente le fasi di:

- sottoporre le alghe prodotte in detto fotobioreattore e/o almeno un prodotto combustibile ottenuto da esse a combustione in una unità di generazione, ottenendo energia e fumi di combustione comprendenti anidride carbonica,

- eventualmente separare un flusso gassoso costituito essenzialmente da anidride carbonica da detti fumi di combustione, - utilizzare detti fumi di combustione tal quali o detto flusso gassoso costituito essenzialmente da anidride carbonica separato da detti fumi di combustione quale flusso gassoso nella fase di miscelazione con detto flusso liquido comprendente acqua.

Preferibilmente, la suddetta fase di trattamento viene effettuata sottoponendo detta miscela gas/ liquido ad accelerazione lungo un primo percorso predefinito per ottenere un moto sostanzialmente turbolento seguita da decelerazione lungo un secondo percorso predefinito fino al raggiungimento di un moto sostanzialmente laminare.

Preferibilmente, detto flusso liquido comprendente acqua è costituito da una soluzione acquosa di riciclo proveniente da detto fotobioreattore.

Grazie al processo secondo la presente invenzione, si ottiene sorprendentemente e vantaggiosamente una miscelazione ottimale e controllata dei gas costituenti i nutrienti delle alghe nella fase liquida contenenti gli stessi da inviare al fotobioreattore migliorando con ciò la loro disponibilità per la crescita delle microalghe. Ciò è dovuto in particolare al fatto che, secondo l’invenzione, le particelle gassose sono disperse in un flusso liquido dinamico e turbolento laddove invece l’arte nota prevede per lo più un semplice gorgogliamento della fase gassosa nella fase liquida che tuttavia comporta un ridotto assorbimento del gas nel liquido.

Ne consegue un sostanziale aumento della resa e dell’efficienza di produzione di alghe come pure una maggiore disponibilità di alghe e/o di prodotti combustibili derivati da esse per l’impiego nella produzione di energia.

Pertanto, il processo secondo l’invenzione può vantaggiosamente operare in un ciclo chiuso senza l’apporto di combustibili dall’estemo, in particolare di combustibili fossili o perlomeno ridurre al minimo l’impiego di tali combustibili ad esempio nella fase di start-up dell’impianto.

Preferibilmente, nel processo secondo l’invenzione dette alghe sono costituite da microalghe adatte per l’uso nella produzione di energia. Preferibilmente, dette microalghe sono scelte, a titolo esemplificativo e non limitativo, fra Chlorella e Dunadiella salina.

In accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione, i suddetti scopi vengono raggiunti da un impianto per la produzione di alghe secondo la rivendicazione 6 o 7, da un impianto per la produzione integrata di alghe e di energia secondo la rivendicazione 8 e da un fotobioreattore secondo la rivendicazione 9 o 10.

Ulteriori caratteristiche e i vantaggi della presente invenzione risulteranno dalla descrizione di seguito riportata di un esempio di realizzazione preferito di un impianto per la produzione integrata di energia e di alghe, dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 rappresenta schematicamente un impianto per la produzione integrata di energia e alghe che attua il procedimento secondo una modalità di realizzazione preferita della presente invenzione,

- la figura 2 mostra schematicamente un particolare deirimpianto di figura 1 relativo all’unità di miscelazione gas/liquido, - la figura 3 mostra schematicamente un fotobioreattore preferito impiegabile nell’impianto di figura 1 ,

- la figura 4 mostra schematicamente un particolare del fotobioreattore di figura 3.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite Con riferimento alla figura 1, viene mostrato schematicamente un impianto per la produzione integrata di energia e alghe, indicato complessivamente con 1 , che attua il procedimento secondo la presente invenzione. L’impianto integrato 1, comprende una sezione 2 per la produzione di alghe e per il loro successivo trattamento e una sezione 3 per la generazione di energia elettrica.

Nel seguito della descrizione per “linea di flusso”, s’intende un qualunque mezzo per mettere in comunicazione di fluido due apparecchiature deirimpianto, quale ad esempio condotti e/o pompe e/o eiettori ecc.

La sezione 2 comprende un fotobioreattore 4 irradiato con energia luminosa 5 (proveniente da energia solare e/o da lampade e convogliata al fotobioreattore 4 con opportuni mezzi di seguito specificati) e nel quale circola in continuo una soluzione acquosa di microalghe la quale è mantenuta a predeterminate condizioni controllate di pH e temperatura a seconda del tipo prescelto di microalghe e come noto al tecnico del ramo. In particolare, il fotobioreattore 4 è inizialmente alimentato con microalghe in un mezzo di coltura acquoso e quindi in continuo con una soluzione acquosa (ottenuta nel modo che verrà spiegato nel seguito della descrizione) attraverso la linea di flusso 6, detta soluzione contenendo gas - in particolare C02 disciolti nella fase liquida - ed essendo utilizzata come nutriente per la crescita delle microalghe airinterno del fotobioreattore 4.

11 mezzo di coltura acquoso è di per se convenzionale e contiene ovviamente acqua, che può essere anche acqua salmastra o marina e può contenere piccole quantità di nutrienti supplementari quali sali inorganici, vitamine e minerali secondo necessità.

Dal fotobioreattore 4 viene estratto in continuo, lungo la linea di flusso 7, un flusso di soluzione di microalghe che viene alimentato ad un accumulatore 8. In tale accumulatore 8, mediante un sistema a sfioro di per sé convenzionale, viene estratto dati fondo un flusso di soluzione povero di microalghe che viene riciclato tramite le linee di flusso 6 e 9 al fotobioreattore 4 previa miscelazione con un flusso gassoso come verrà meglio spiegato nel seguito.

Allo stesso tempo si ottiene una soluzione ricca in microalghe che viene estratta dalla sommità dell’accumulatore e inviata, tramite la linea di flusso 10, ad un estrattore 11.

In tale estrattore 11, viene effettuata l’estrazione di olio vegetale da microalghe secondo procedure di per sé convenzionali, quali ad esempio centrifugazione continua previa aggiunta di flocculanti, e la separazione di biomassa con sistemi anch’essi convenzionali quali sistemi a pressa o estrazione con solvente o ad anidride carbonica liquida {in questo ultimo caso la C02 gassosa ottenuta dopo estrazione può essere vantaggiosamente riciclata al fotobioreattore 4 insieme ai gas di combustione ottenuti nella sezione 3 di generazione dell’energia).

Secondo una variante di realizzazione dell’impianto 1 integrato secondo l’invenzione, in luogo dell’estrattore 11 può essere previsto un fermentatore per ottenere, attraverso la fermentazione delle microalghe, biogas, in particolare metano.

La biomassa fuoriesce dall’estrattore 1 1 lungo la linea di flusso 12 e può essere inviata ad altro impianto per uso energetico o può essere impiegata per altri usi tipici, quali mangimi animali. Nel caso invece si utilizzi un fermentatore in luogo dell’estrattore 11, la linea di flusso 12 è da considerarsi assente in quanto la biomassa non viene sostanzialmente prodotta.

L’olio vegetale e/o biogas viene invece inviato, in accordo con l’invenzione, alla sezione 3 di generazione per l’impiego come combustibile nella generazione di energia elettrica.

Più in particolare, la sezione 3 di generazione comprende un gruppo motore 13, ad esempio un gruppo motore diesel o a microturbina, accoppiato (cioè in comunicazione di fluido) con un alternatore 14 e uno scambiatore 15 di calore secondo i normali meccanismi di cogenerazione.

L’olio vegetale e/o il biogas proveniente dall’estrattore 11 viene alimentato, tramite la linea di flusso 16, al gruppo motore 13 dove esso/i viene/vengono sottoposti a combustione con generazione di calore e gas di combustione.

Il calore sviluppatosi dalla combustione va ad alimentare, tramite la lìnea di flusso 17, l’alternatore 14 dove viene generata energia elettrica che viene inviata tramite la linea di flusso 18 alla destinazione o uso finale, ad esempio ad una rete elettrica.

I fumi di combustione vengono invece alimentati, tramite la linea di flusso 19, allo scambiatore 15 di calore per recuperare il calore residuo portato da tali gas o fumi mediante scambio con fluido di raffreddamento (solitamente acqua) in ingresso nello scambiatore 15 tramite la linea di flusso 20 ed attraversante una camicia di detto scambiatore.

II fluido caldo (solitamente acqua calda o vapore) in uscita dallo scambiatore 15, tramite la linea di flusso 20, può essere utilizzato come fluido di riscaldamento all’interno dell’impianto e/o esternamente ad esso secondo necessità.

Secondo una modalità di realizzazione dell’invenzione, una parte di tale fluido caldo viene impiegata vantaggiosamente per riscaldare la soluzione di ricircolo al fotobioreattore 4 proveniente dall 'accumulatore 8.

Più in particolare, una porzione di detto fluido caldo viene inviato, tramite la linea di flusso 21, ad uno scambiatore 22 disposto lungo la linea di flusso 9 e che intercetta il flusso di soluzione acquosa di riciclo proveniente dall’accumulatore 8.

I fumi di combustione provenienti dal gruppo motore 13 e raffreddati attraverso la scambiatore 15 di calore comprendono C02 e ossidi di azoto i quali sono nutrienti ottimali per la maggior parte di colture di microalghe. Pertanto, tali fumi possono essere riciclati tal quale al fotobioreattore 4, previa miscelazione con la soluzione di riciclo proveniente dall’accumulatore 8 lungo la linea di flusso 9, come indicato dalla linea di flusso 30 mostrata in tratteggio in figura 1 .

In alcuni casi è tuttavia consigliabile alimentare la sola C02 contenuta in tali fumi al fotobioreattore e pertanto rimpianto secondo l'invenzione può prevedere uno scrubber, globalmente indicato con 23, per l’assorbimento di C02 in una appropriata soluzione (ad esempio una soluzione di monoetanolammina) dalla quale la CO2 purificata viene recuperata in una opportuna colonna di rigenerazione.

In tal caso, i fumi raffreddati in uscita dallo scambiatore 14 vengono alimentati allo scrubber 23, tramite la linea di flusso24 ottenendo con ciò un flusso gassoso comprendente sostanzialmente C02 e un flusso gassoso sostanzialmente privo di C02.

Vantaggiosamente, il calore necessario al rilascio della C02 purificata e alla rigenerazione della soluzione di assorbimento della C02 può essere fornito da una porzione del fluido caldo in uscita dallo scambiatore 15 (non mostrata in figura 1).

Il flusso gassoso privo di C02 contenente ossidi di azoto e eventuale particolato viene spurgato dallo scrubber 23 in atmosfera tramite la linea di flusso 25.

Diversamente, il flusso gassoso consistente di C02 viene inviato, tramite la linea di flusso 26, ad un miscelatore 27 così da essere miscelato con il flusso liquido di soluzione di riciclo proveniente dairaccumulatore 8 e dallo scambiatore 22 lungo la linea di flusso 9.

Più in particolare, in accordo con la presente invenzione, tale flusso gassoso consistente di C02 (o alternativamente il flusso gassoso comprendente C02 in uscita dallo scambiatore 15) viene miscelato nel miscelatore 27 al flusso liquido della soluzione di riciclo ottenendo con ciò una miscela gas/ liquido e si provvede altresì a disperdere il gas in maniera uniforme in forma di particelle finemente suddivise nel liquido.

La soluzione risultante nella quale il gas è disciolto e/o assorbito nel liquido in forma di particelle finemente suddivise viene inviata al fotobio re attore 4 tramite la linea di flusso 6 e utilizzata come nutriente per la crescita delle microalghe, completando con ciò il ciclo del processo.

Dal fotobioreattore 4 viene inoltre estratto ossigeno quale sottoprodotto della fotosintesi operata dalla alghe che viene spurgato in atmosfera tramite la linea di flusso 29 o altrimenti destinato ad appropriati usi.

La figura 2 mostra un miscelatore conico particolarmente adatto per l’impiego nell’impianto secondo l’invenzione. Tale miscelatore, indicato globalmente con 27, è di per se già noto e oggetto del brevetto US 5,302,325 incorporato qui per riferimento.

Il miscelatore conico 27 viene inserito in un tronco di tubazione 31 (spool), lungo la linea di flusso 6 relativa al riciclo della soluzione con gas nutrienti al fotobioreattore 4. Il miscelatore 27 comprende un primo cono 33 avente la sua sezione allargata 34 posizionata a valle (rispetto alla direzione di flusso della miscela gas/ liquido), e un secondo cono 35 avente la sua corrispondente sezione allargata 36 posizionata adiacente a quella 34 del primo cono 33.

I coni 33 e 35 sono uniti fra di loro in corrispondenza delle rispettive sezioni allargate 34 e 36 da una porzione intermedia 37 del miscelatore 27.

II primo cono 33 presenta inoltre una prima guida 38 munita di retina 38a per indurre turbolenza alla miscela gas/ liquido diretta verso il primo cono 33 mentre il secondo cono 35 presenta una seconda guida 39 anch’essa munita di corrispondente retina 39 a per stabilizzare il flusso di soluzione con fase gassosa disciolta e/o assorbita nella fase liquida che si allontana dal miscelatore 27.

Vantaggiosamente, le prima guida 38 e la seconda guida 39 con le rispettive retine 38 a e 39 a sono situate in prossimità delle estremità rastremate del primo cono 33 e del secondo cono 35 rispettivamente .

Nel tronco di tubazione 31 vengono alimentati separatamente un flusso liquido 44 di soluzione acquosa di riciclo (proveniente dall’accumulatore 8 lungo la linea di flusso 9) e un flusso gassoso 46 (proveniente dallo scrubber 23 lungo la linea di flusso 26 o dallo scambiatore 15 lungo la linea di flusso 22), ottenendo con ciò un flusso 40 di miscela gas/ liquido.

II flusso 40 di miscela gas/liquido passa inizialmente attraverso la prima guida 33 la cui retina 33a induce un moto turbolento nel liquido e quindi attraverso l’apertura anulare 41 fra il tronco 31 di tubazione e il primo cono 33 dove, a causa del progressivo restringimento della sezione di passaggio, la miscela 40 gas/liquido è sottoposta a forte accelerazione ottenendo con ciò una dispersione uniforme e in forma di particelle finemente suddivise della fase gassosa nella fase liquida e quindi l’assorbimento e/o dissoluzione sostanzialmente completa della fase gassosa nella fase liquida.

A questo punto, la soluzione risultante dall’assorbimento e/o dissoluzione della fase gassosa nella fase liquida è soggetta a decelerazione nell’apertura anulare 47 fra il tronco 31 di tubazione e il secondo cono 35, a causa del progressivo allargamento della sezione di passaggio, ottenendo con ciò una transizione da moto turbolento a moto lineare (numero di Reynolds inferiore a 2500). La seconda guida 39 con la corrispondente retine 39 a provvede infine a stabilizzare il flusso di soluzione con fase gassosa disciolta e/o assorbita nella fase liquida, e tale flusso fuoriesce dal tronco 31 di tubazione (come indicato dal numero di riferimento 42 in figura 2) per essere alimentato al foto bio re attore 4.

Vantaggiosamente, il secondo cono 35 può presentare una o più guide parallele di flusso (non mostrate) estese lungo la direzione di flusso della soluzione acquosa risultante dalla miscelazione per facilitare la transizione di flusso di tale soluzione da turbolento a lineare.

Preferibilmente, tali guide parallele possono essere costituite da scanalature formate sul secondo cono 35 e/ o da alette.

E’ da notare che vantaggiosamente il moto della soluzione acquosa 44 di riciclo è indotto dalla circolazione convettiva conseguente al riscaldamento della colonna di liquido a valle del miscelatore 27, riscaldamento realizzato attraverso lo scambiatore 22 che utilizza parte del calore di cogenerazione disponibile ad esempio come acqua calda a 90-95°C.

Inoltre, è da notare che il funzionamento idraulico dell’eiettore (vale a dire lo spool di miscelazione) avviene vantaggiosamente per effetto di trascinamento del flusso liquido in movimento per moto convettivo tramite il flusso gassoso. A questo riguardo, la quantità di gas da inviare al miscelatore 27 viene controllata a seconda del tipo di microalghe da crescere e in modo da ottenere un assorbimento e/o dissoluzione sostanzialmente completo/ a del gas nel liquido una volta che l’impianto è a regime.

Diversamente, nella fase di start-up dell’impianto, il gas non inviato a miscelazione viene spurgato dall’impianto (ad esempio lungo la linea di flusso 25) mentre l’eventuale gas non assorbito può essere spurgato dalla parte superiore del fotobioreattore 4.

In figura 3 è riportato schematicamente un fotobioreattore secondo l’invenzione impiegabile nell’impianto di figura 1. Tale fotobioreattore è globalmente indicato con il numero di riferimento 4.

il fotobioreattore 4 comprende una pluralità di primi pannelli 50 ad estensione verticale, disposti in successione e in comunicazione di fluido fra di loro, ciascun primo pannello 50 essendo costituito sostanzialmente da due pareti affacciate, formate ad esempio da materiale plastico trasparente , unite fra di loro almeno perimetralmente e fra le quali è definita almeno una camera per la circolazione in continuo di una soluzione acquosa di microalghe. In particolare, detta almeno una camera può essere in forma di sezioni tubolari verticali o orizzontali in comunicazione fra di loro e con un’apertura di ingresso e un’apertura di uscita di detta soluzione di microalghe. Alternativamente, può essere definito fra le pareti affacciate di ciascun pannello 50, un fascio di tubazioni estese orizzontalmente o verticalmente con ciascuna tubazione in comunicazione di fluido con un collettore di ingresso e un collettore di uscita di detta soluzione di microalghe.

La posizione verticale dei pannelli contenenti le sezioni tubolari o fasci di tubazioni consente vantaggiosamente di ottenere elevati volumi di produzione su limitate estensioni di spazio in pianta.

In accordo con la presente invenzione, il fotobioreattore 4 comprende inoltre una pluralità di secondi pannelli 51 ad estensione verticale disposti in maniera alternata ai primi pannelli 50, vale a dire che ciascun secondo pannello 51 è situato fra una coppia di primi pannelli 50 consecutivi. Vantaggiosamente, ciascun secondo pannello 51 è munito di guide luce su entrambe le sue superfici per riflettere energia luminosa proveniente da una sorgente esterna (luce solare e/o lampade), in modo uniforme su tutta la superficie dei primi pannelli 51 ad esso adiacenti.

In tal modo, si ottiene un apporto ottimale e uniforme di energia luminosa alle microalghe favorendone con ciò la crescita e una più elevata resa di produzione. Per di più, la presenza dei secondi pannelli 51 riflettenti consente di ridurre notevolmente lo spazio in pianta fra primi pannelli 50, pur garantendo il necessario apporto di luce agli stessi per la crescita delle microalghe.

Ne consegue quindi la possibilità di aumentare ulteriormente i volumi di produzione a parità di estensione di spazio in pianta del fotobioreattore 4 o alternativamente la possibilità di ridurre ulteriormente l’estensione di spazio in pianta del fotobioreattore 4 a parità di volume di produzione.

Preferibilmente, ciascuna guida d’onda è costituita da un film 52 di materiale ad elevato fattore di riflessione applicato alla rispettiva superficie di un secondo pannello 51, come mostrato in particolare in figura 4.

Preferibilmente, tale film di materiale ad elevato fattore di riflessione è costituito da una pellicola tipo OLF 3M (o prodotti equivalenti) in grado di garantire un coefficiente di riflessione di almeno il 98%.

Nella figura 4 è inoltre mostrato un particolare del fotobioreattore 4 costituito da due secondi pannelli 51 rivestiti sulle superfici tra di loro affacciate con un film 52 di materiale riflettente (ovviamente il rivestimento è presente anche sulle superfici non affacciate) e in cui sono visibili due contrapposte lampade 53 disposte rispettivamente al di sopra e al di sotto dei secondi pannelli associate a corrispondenti riflettori 54 per convogliare l’energia luminosa nello spazio fra i secondi pannelli 51 in cui è anche situato un primo pannello 50 (non mostrato in figura 4).

L’energia luminosa che raggiunge i film 52 viene vantaggiosamente riflessa da tali film verso il primo pannello 50 ottenendo con ciò una distribuzione uniforme su tutta la sua superficie.

Il fotobioreattore 4 può anche comprende, in aggiunta o alternativa ai secondi panneli 51, guide luce, in particolare fibre ottiche aH’interno dei primi pannelli 51 per la distribuzione dell’energia luminosa.

Un esempio non limitativo di attuazione dell’invenzione può prevedere l’impiego di:

Generatore Diesel MAN MWM 6.10 TCA, containerizzatoPotenza termica disponibile: 180kW

Alternatore 300KVA -Potenza elettrica in continuo: 197kW Consumo olio vegetale (0,230Kg/kWh):45 Kg/h (362Ton/anno)

Sistema stoccaggio combustibile olio vegetale: interrato in fossa

Fotobio re attori n.3.600 pannelli verticali (10m2 /cad.) su superficie totale: 5.400 m2

Pannelli riflettenti intercalati con sogenti lumiinose in testata n.3.500

Ovviamente, al processo e all’impianto per la produzione integrata di alghe e di energia sopra descritto, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrà apportare numerose modifiche e varianti, tutte peraltro contenute nell’ambito di protezione della presente invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

LEGENDA

Figura 1:

1 = impianto produzione integrata microalghe ed energia 2= sezione di produzione delle microlaghe

3= sezione di produzione di energia

4= fotobioreattore

8 = accumulatore

11= estrattore o fermentatore

13 = gruppo motore

14= alternatore

15 e 22= scambiatori di calore

23 = scrubber

27 = miscelatore

5, 6, 7,9 10, 12,16, 17 18, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26 e 29 = linee di flusso

Figura 2:

44 = flusso liquido di alimentazione al miscelatore

46 = flusso gassoso di alimentazione al miscelatore 31= tronco tubazione

33 = cono di accelerazione flusso

34 = sezione allargata cono di accelerazione flusso

35= cono di decelerazione flusso

36= sezione allargata cono di decelerazione flusso

37 = porzione intermedia

38= prima guida di flusso

38a = retina prima guida di flusso

39= seconda guida di flusso

39a = retina seconda guida di flusso

40= flusso miscela gas/liquido

4 1 , 47 = aperture anulare

42= flusso soluzione acquosa in uscita

Figure 3 e 4:

50= pannello fotobioreattore

51= pannello riflettente

52= film riflettente 53= lampada 54= riflettore

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Processo per la produzione di alghe ad uso energetico comprendente le fasi di: - miscelare un flusso gassoso comprendente anidride carbonica con un flusso liquido comprendente acqua, così da ottenere una miscela gas-liquido, - trattare detta miscela gas/ liquido in modo da disperdere uniformemente in forma di particelle finemente suddivise la fase gassosa nella fase liquida, ottenendo con ciò una soluzione acquosa nella quale la fase gassosa è sostanzialmente assorbita e/o disciolta nella fase liquida, - alimentare detta soluzione acquosa ad un fotobio re attore irradiato con energia luminosa e contenente alghe, ottenendo con ciò la crescita di dette alghe.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui detta fase di trattamento viene effettuata sottoponendo detta miscela gas/liquido ad accelerazione lungo un primo percorso predefmito per ottenere un moto sostanzialmente turbolento seguita da decelerazione lungo un secondo percorso predefinito fino al raggiungimento di un moto sostanzialmente laminare.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui dette alghe sono costituite da microalghe.
4. Processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto flusso liquido comprendente acqua è costituito da una soluzione acquosa di riciclo proveniente da detto fotobiore attore.
5. Processo per la produzione integrata di alghe ed energia mediante l’uso di dette alghe, il processo comprendendo le fasi di: - preparare alghe utilizzando il processo secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, - sottoporre le alghe prodotte in detto fotobioreattore e/o almeno un prodotto combustibile ottenuto da esse a combustione in una unità di generazione, ottenendo energia e fumi di combustione comprendenti anidride carbonica, - eventualmente separare un flusso gassoso costituito essenzialmente da anidride carbonica da detti fumi di combustione, - utilizzare detti fumi di combustione tal quali o detto flusso gassoso costituito essenzialmente da anidride carbonica separato da detti fumi di combustione quale flusso gassoso nella fase di miscelazione con detto flusso liquido comprendente acqua.
6. Impianto per la produzione di alghe ad uso energetico comprendente - un fotobioreattore (4) per la coltura di alghe, - mezzi per irradiare detto fotobioreattore (4) con energia luminosa, - una sezione (27) di miscelazione in comunicazione di fluido con detto fotobioreattore per miscelare un flusso gassoso comprendente anidride carbonica con un flusso liquido proveniente da detto fotobioreattore, - mezzi (9; 26 o 30) per alimentare detto flusso gassoso comprendente anidride carbonica e per alimentare detto flusso liquido proveniente da detto fotobioreattore (4) a detta sezione (27) di miscelazione, - mezzi (6) di collegamento fra detta sezione di miscelazione (27) e detto fotobioreattore (4) per alimentare una soluzione acquosa da detta sezione di miscelazione (27) a detto fotobioreattore (4), caratterizzato dal fatto che detta sezione di miscelazione comprende un miscelatore conico (27) comprendente un primo cono (33) avente la sua sezione allargata (34) posizionata lungo la corrente di detto flusso liquido e detto fluido gassoso, e un secondo cono (35) unito a detto primo cono (33) ed avente la sua corrispondente sezione allargata (36) posizionata adiacente alla sezione allargata (34) del primo cono (33), dette sezioni allargate (34,36) di detto primo cono (33) e detto secondo cono (35) formando rispettive aperture anulari (41 ;47) con una parete di un tronco di tubazione in cui è inserito detto miscelatore così da avere lungo la corrente di detti flussi un progressivo restringimento della sezione di passaggio seguito da un progressivo allargamento della sezione di passaggio.
7. Impianto secondo la rivendicazione 6, in cui detto fotobioreattore (4) comprende una pluralità di primi pannelli (50) disposti in successione e in comunicazione di fluido fra di loro, ciascun primo pannello (50) comprendendo due pareti affacciate unite fra di loro almeno perimetralmente e fra le quali è definita almeno una camera per la circolazione in continuo di una soluzione acquosa di microalghe, e una pluralità di secondi pannelli (51) disposti in maniera alternata ai primi pannelli (50), ciascun secondo pannello (51) essendo munito di guide luce riflettenti su entrambe le sue superfici per riflettere energia luminosa verso la superficie di primi pannelli (51) ad esso adiacenti.
8. Impianto per la produzione integrata di alghe ed energia comprendente: - una sezione (2) per la produzione di alghe secondo la rivendicazione 6 o 7, - una sezione (3) per la produzione di energia, - mezzi (16) di collegamento fra detta sezione (2) per la produzione di alghe e detta sezione (3) per la produzione di energia per alimentare alghe o almeno un prodotto combustibile ottenuto da esse da detta sezione (2) per la produzione di alghe a detta sezione (3) per la produzione di energia, mezzi (24,26; 25) di collegamento fra detta sezione (2) per la produzione di energia e detta sezione di miscelazione (27) per alimentare un flusso di fumi di combustione o un flusso gassoso costituito essenzialmente da anidride carbonica separata da detti fumi di combustione da detta sezione (2) per la produzione di energia a detta sezione (27) di miscelazione.
9. Fotobioreattore (4) per la produzione di alghe, in particolare microalghe comprendente una pluralità di primi pannelli (50) disposti in successione e in comunicazione di fluido fra di loro, ciascun primo pannello (50) comprendendo due pareti affacciate unite fra di loro almeno perimetralmente e fra le quali è definita almeno una camera per la circolazione in continuo di una soluzione acquosa di microalghe, e una pluralità di secondi pannelli (51) disposti in maniera alternata ai primi pannelli (50), ciascun secondo pannello (51) essendo munito di guide luce riflettenti per riflettere energia luminosa verso la superficie di primi pannelli (51) ad esso adiacenti.
10. Fotobioreattore (4) secondo la rivendicazione 9, in cui dette guide luce riflettenti sono costituite da un film (52) di materiale riflettente applicato su entrambe le superfici di detti secondi pannelli (51).