DESCRIZIONE
“Dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche o fotobioreattoriâ€
La presente invenzione riguarda un dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche d’acqua o in fotobioreattori. Con i termini vasche e fotobioreattori si intendono anche bacini, fermentatori, ed altri dispositivi atti alla coltivazione di alghe e microalghe. L’invenzione trova applicazione ad esempio nella coltivazione di alghe, microalghe o simili organismi atti utilizzabili per la produzione di oli, biomasse, biocarburanti, mangimi, ecc.. E’ noto l’impiego di biomasse come fonti energetiche rinnovabili, ad esempio mediante combustione delle stesse per generare energia elettrica, o mediante gassificazione e successiva combustione, o per ricavare oli che possono essere usati per combustione o per la produzione di biocarburanti. Tale le fonti per la produzione di biomasse à ̈ noto ad esempio l’impiego di mais, soia, canola (una varietà di colza), jatropha, nocciolo, palma da olio, ma la resa maggiore in termini di litri di olio prodotto per unità di superficie dedicata alla coltivazione à ̈ ottenibile mediante specifiche varietà note di alghe o microalghe, quali ad esempio la clorella prototecoides (che può crescere sia in modo autotropo che eterotropo), la nannochloropsis, la isochrysis (T-ISO), la tetraselmis suecica, o altre. Le microalghe sono organismi vegetali fotosintetici (cioà ̈ che attuano la fotosintesi) unicellulari ed acquatici, i quali presentano dimensioni generalmente inferiori a 30 Î1⁄4m e, a differenza della maggior parte delle piante verdi, possono convertire l’energia solare o luminosa in carboidrati o in grassi. Le microalghe, come tutti i fotosintetici ossigenici, crescono utilizzando acqua come fonte di elettroni, sali minerali ed anidride carbonica come nutrienti e la radiazione solare come fonte di energia, e presentano una crescita notevolmente più rapida rispetto alle piante terrestri. Tali microalghe risultano pertanto particolarmente idonee per l’assorbimento di C02atmosferica, per la produzione di biocombustibili, per la depurazione di reflui civili e agrozootecnici e per la produzione di biomolecole. Microalghe di varie specie vengono già prodotte a livello commerciale in vari paesi e utilizzate per la produzione di integratori alimentari, mangimi, pigmenti, acidi grassi, ω3, biomasse per acquacoltura e per il trattamento di reflui. Non tutti i ceppi di alghe o microalghe si prestano alla coltura massiva, e quindi l’ottenimento di ceppi idonei alla coltura massiva richiede accurata selezione ed una lunga acclimatazione. Anche alcuni ciano batteri, quali la spirulina e la klamath vengono in genere indicati con il nome di microalghe. Le alghe, dopo la coltivazione e la raccolta, possono essere sottoposte a vari procedimenti quali flocculazione, decantazione e centrifugazione per ottenere una pasta di alghe, dopodiché mediante un processo di estrazione, per spremitura o mediante solventi, à ̈ possibile ottenere un olio, con una resa di circa 15 - 30 tonnellate all’anno per ettaro di terreno occupato dalla coltivazione. Oltre all’olio à ̈ possibile estrarre dalle alghe pannelli dai quali ottenere mangimi, biogas, o altro, in quantitativi nell’ordine di 60 - 90 tonnellate all’anno per ettaro. Per la coltivazione di microalghe à ̈ noto l’impiego di vasche di coltivazione all’aperto, le quali comprendono appunto grosse vasche riempite con acqua nelle quali sono presenti le microalghe da coltivare, le quali sono direttamente esposte alla luce solare. Tali vasche presentano un’elevata estensione superficiale, una profondità contenuta (in quanto la luce penetra difficilmente attraverso lo strato di microalghe che si stanno sviluppando, generalmente non oltre 2 cm dalla superficie), e sono in genere provviste di un un’elica motorizzata disposta in una porzione della vasca per consentire lo spostamento delle microalghe e consentire anche alle microalghe presenti ad una maggiore profondità di avvicinarsi periodicamente alla superficie dell’acqua. Tali vasche note risultano poco costose, ma presentano alcuni inconvenienti, tra i quali vanno annoverati una produttività contenuta, l’occupazione di un’area estesa seppur inferiore a quella occupata da altre specie vegetali, la necessità di essere localizzate in territori climaticamente adatti, la difficoltà di mantenere i parametri di coltivazione prossimi ai valori ottimali, la possibilità di contaminazione, la possibilità di sviluppo di insetti. Una soluzione alternativa nota per la coltivazione di alghe e microalghe consiste nell’impiego di fotobioreattori, cioà ̈ contenitori o circuiti chiusi generalmente tubolari, generalmente a pareti trasparenti, contenenti acqua ed alghe o microalghe che possono essere coltivate in condizioni di sviluppo ottimali e con parametri chimico-fisici e biologici controllati ed ottimali. In questi sistemi di coltura, oltre ad adeguata illuminazione, si provvede al controllo della temperatura, ad assicurare un efficiente trasferimento delle masse di alghe ed a limitare la contaminazione. I fotobioreattori possono essere provvisti di vari dispositivi quali un sistema di controllo automatico, pompe per la circolazione dell’acqua, filtri, ecc.. per consentire il controllo ed il mantenimento dei parametri di coltivazione ottimali. Sono note varie tipologie di fotobioreattori, che possono essere ad esempio del tipo a pannelli piatti, a tubi orizzontali, a tubi inclinati, ad elica, ecc.. Ad esempio i fotobioreattori a pannelli sono costituiti da recipienti di forma rettangolare, disposti verticalmente, di larghezza compresa tra 1 e 5 cm, in vetro o in plexiglass, in cui le alghe sono mantenute in sospensione attraverso un flusso d’aria introdotto generalmente attraverso un apposito tubo posto in basso e sono raccolte dall’alto. I fotobioreattori consentono una produttività maggiore in termini di coltivazione di alghe e microalghe, anche grazie ad una maggiore resa fotosintetica grazie alla maggiore superficie delle alghe esposta alla radiazione solare, la possibilità di un controllo automatico del processo di coltivazione, hanno un minore impatto ambientale, possono essere localizzati in molti più ambienti geografici, ed occupano un’area molto minore rispetto alle vasche all’aperto. Tali fotobioreattori presentano però alcuni inconvenienti, quali costi di realizzazione e di gestione molto più elevati, un maggior consumo energetico ed una manutenzione costosa. Tali fotobioreattori comportano inoltre un accumulo di ossigeno che deve essere rimosso dai fotobioreattori stessi, e sono soggetti ad incrementi di temperatura a causa delle reazioni che avvengono negli stessi, richiedendo pertanto sistemi di raffreddamento (ombreggiamento, spruzzi con acqua nebulizzata, ecc..). Gli elevati costi di mantenimento di questi tipi di colture ne limitano l’utilizzo alle sole colture massive di elevata purezza, necessarie per l’estrazione di biomolecole ad alto valore commerciale o per inoculi di colture in sistemi aperti. E’ noto anche l’impiego di concentratori solari in abbinamento ai fotobioreattori, in modo da concentrare la radiazione solare e farla penetrare maggiormente tra le alghe, ma tali concentratori solari sono complicati e costosi. In questa situazione, uno scopo della presente invenzione à ̈ quello di mettere a disposizione un dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche o fotobioreattori che consenta di risolvere uno o più degli inconvenienti sopra citati. E' inoltre scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che consenta di ridurre l’area necessaria alla coltivazione delle alghe o microalghe. E’ ulteriore scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che consenta di incrementare la produzione di alghe o microalghe. E' inoltre scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che consenta di ridurre il consumo energetico necessario alla coltivazione di alghe o microalghe. E’ ulteriore scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che sia di semplice ed economica manutenzione. E' inoltre scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che presenti un ridotto impatto ambientale. E' inoltre scopo della presente invenzione realizzare un dispositivo agitatore che risulti di semplice ed economica realizzazione, e che consenta di ridurre i costi di coltivazione complessivi delle alghe o microalghe. Questi scopi ed altri ancora, che appariranno maggiormente dalla seguente descrizione, sono sostanzialmente raggiunti da un dispositivo agitatore per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche o fotobioreattori in accordo con quanto espresso in una o più delle unite rivendicazioni, prese da sole o in combinazione tra loro o in combinazione con uno qualsiasi degli ulteriori aspetti o caratteristiche di seguito descritti, presi da soli o in una qualsiasi combinazione tra loro.
L'invenzione riguarda inoltre un dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni di dispositivo annesse, da sole o in combinazione tra loro o con uno qualsiasi degli ulteriori aspetti qui indicati, in cui un modulo fotovoltaico o una pluralità di moduli fotovoltaici sono montati su un sostegno solidale ad un elemento agitatore e mobili unitamente a tale elemento agitatore. L'invenzione riguarda inoltre un dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni di dispositivo annesse, da sole o in combinazione tra loro o con uno qualsiasi degli ulteriori aspetti qui indicati, in cui il dispositivo agitatore comprende inoltre almeno un dispositivo a guida di luce, o un convogliatore solare, atto a raccogliere una radiazione luminosa e convogliarla in corrispondenza di almeno una porzione dell’elemento agitatore e quindi sulle alghe o microalghe. L'invenzione riguarda inoltre un dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni di dispositivo annesse, da sole o in combinazione tra loro o con uno qualsiasi degli ulteriori aspetti qui indicati, in cui l’elemento agitatore à ̈ girevolmente montato ed azionabile in rotazione mediante il motore e/o comprende un albero mediante il quale à ̈ girevolmente montato all’elemento di supporto. L'invenzione riguarda inoltre, in un suo ulteriore aspetto, anche in combinazione con una qualsiasi delle annesse rivendicazioni, un dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche o fotobioreattori, il dispositivo comprendendo almeno un dispositivo attuatore, almeno un elemento di supporto su cui à ̈ montato il dispositivo attuatore, ed almeno un elemento agitatore montato mobilmente o girevolmente sull’elemento di supporto ed azionabile mediante il dispositivo attuatore ed almeno parzialmente inseribile in una vasca d’acqua o in un fotobioreattore per muovere alghe o microalghe contenute nella vasca d’acqua o fotobioreattore. Il dispositivo attuatore può comprendere almeno un modulo fotovoltaico atto ad assorbire una radiazione luminosa per produrre energia elettrica ed almeno un motore alimentato dal modulo fotovoltaico. Il dispositivo attuatore può comprendere una pala eolica e/o un elemento configurato per essere azionabile in rotazione dal vento. Il dispositivo attuatore può comprendere altre tipologie di azionamenti operativamente attivi per muovere l’elemento agitatore. L'invenzione riguarda inoltre un procedimento secondo una o più delle rivendicazioni di procedimento annesse, da sole o in combinazione tra loro o con uno qualsiasi degli ulteriori aspetti qui indicati, comprendente inoltre la fase di rimuovere almeno un dispositivo agitatore danneggiato da una vasca o fotobioreattore e di sostituirlo con un altro dispositivo agitatore funzionante. Viene ora riportata, a titolo esemplificativo e non limitativo, la descrizione dettagliata di una o più forme di esecuzione preferite di un dispositivo secondo l'invenzione iti cui:
la figura 1 Ã ̈ una vista prospettica di un dispositivo agitatore in accordo con una prima forma di realizzazione della presente invenzione;
la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica di un dispositivo agitatore in accordo con una seconda forma di realizzazione della presente invenzione;
la figura 3 à ̈ una vista in sezione longitudinale del dispositivo di figura 2; la figura 4 à ̈ una vista prospettica in esploso del dispositivo di figura 2; la figura 5 à ̈ una vista prospettica di una pluralità di dispositivi agitatori secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, inseriti in una vasca per la coltivazione di microalghe o fotobioreattore. Nel presente testo con il termine vasca si intende un qualsiasi contenitore aperto atto a contenere liquido ed alla coltivazione di alghe, microalghe o simili, e quindi anche bacini e simili, mentre con il termine fotobioreattore si intende un qualsiasi contenitore chiuso atto a alla coltivazione di alghe, microalghe o simili. Con i termini alghe o microalghe si intendono comprese varie forme di vita vegetali atte ad essere coltivate in acqua in vasche o fotobioreattori ed utilizzabili per produrre biomasse, biocarburanti, o simili. Nel corso della seguente descrizione non limitativa di alcune forme di realizzazione dell’invenzione, con il numero di riferimento 1 viene indicato nel suo complesso un dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in vasche 20 d’acqua o fotobioreattori. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere almeno un dispositivo attuatore 2. Il dispositivo agitatore 1 o il dispositivo attuatore 2 possono comprendere almeno un modulo 3 fotovoltaico, ad esempio un pannello fotovoltaico, atto ad assorbire una radiazione luminosa per produrre energia elettrica. Negli esempi illustrati nelle figure sono mostrati due pannelli fotovoltaici per ciascun dispositivo agitatore 1. Il dispositivo agitatore 1 o il dispositivo attuatore 2 possono comprendere almeno un motore 4 che può essere operativamente connesso al modulo 3 fotovoltaico. Il motore 4 può essere ad esempio di tipo elettrico e non à ̈ descritto in maggior dettaglio in quanto può essere di qualsiasi tipologia nota adatta allo scopo. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere almeno un elemento agitatore 5 mobile ed azionabile mediante il dispositivo attuatore 2 o il motore 4 ed almeno parzialmente inseribile in una vasca 20 d’acqua o in un fotobioreattore per muovere alghe o microalghe contenute nella vasca 20 d’acqua o nel fotobioreattore. In una variante non illustrata, il dispositivo attuatore 2 può comprendere una pala eolica e/o un elemento configurato per essere azionabile in rotazione dal vento per muovere l’elemento agitatore 5. Il dispositivo attuatore 2 può comprendere altre tipologie di azionamenti operativamente attivi per muovere l’elemento agitatore 5. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere inoltre almeno un dispositivo luminoso 6, ad esempio di tipo led, destinato ad illuminare le alghe o microalghe. Il dispositivo luminoso 6 può essere operativamente collegato ed alimentato dal modulo 3 fotovoltaico o dal dispositivo attuatore 2. Il dispositivo luminoso 6 o la pluralità di dispositivi luminosi possono essere montati sull’elemento agitatore 5 o all’interno dell’elemento agitatore 5 per muoversi solidalmente all’elemento agitatore 5 ed illuminare le alghe o microalghe. In un’ulteriore variante non illustrata, il dispositivo agitatore 1 può comprendere inoltre almeno un dispositivo a guida di luce, o un convogliatore solare, atto a raccogliere una radiazione luminosa e convogliarla in corrispondenza di almeno una porzione dell’elemento agitatore 5. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere inoltre almeno un elemento di supporto 7 sul quale l’elemento agitatore 5 e/o il dispositivo attuatore 2 e/o il modulo 3 fotovoltaico e/o il motore 4 possono essere mobilmente o girevolmente montati. Il dispositivo attuatore 2 e/o il modulo 3 fotovoltaico e/o il motore 4 possono essere montati sull’elemento di supporto 7 in corrispondenza di una superficie superiore 7a dell’elemento di supporto 7. L’elemento agitatore 5 può essere montato in corrispondenza di una superficie inferiore 7b dell’elemento di supporto 7 contrapposta alla superficie superiore 7a. L’elemento agitatore 5 può essere girevolmente montato ed azionabile in rotazione mediante il dispositivo attuatore 2 o il motore 4. L’elemento agitatore 5 può comprendere un albero 8 di rotazione mediante il quale à ̈ girevolmente montato all’elemento di supporto 7. L’albero 8 di rotazione, come illustrato nelle figure, può essere costituito da più parti assemblate tra loro e può essere montato sull’elemento di supporto 7 mediante convenzionali cuscinetti e mediante qualsiasi altra struttura adatta allo scopo. L’albero 8 può essere internamente cavo e portare al suo interno cavi elettrici di alimentazione per i dispositivi luminosi 6 alloggiati nell’elemento agitatore 5. L’elemento di supporto 7 può essere atto e configurato per galleggiare sull’acqua di una vasca 20 d’acqua o fotobioreattore. L’elemento di supporto 7 può supportare e mantenere almeno il dispositivo attuatore 2 e/o il modulo 3 fotovoltaico e/o il motore 4 al di sopra del pelo libero dell’acqua. Almeno una porzione dell’elemento di supporto 7 può essere realizzata in materiale trasparente, per consentire il passaggio di radiazione luminosa attraverso l’elemento di supporto 7 stesso ed illuminare maggiormente le alghe o microalghe nella vasca 20 o fotobioreattore. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere inoltre un sostegno 9 sul quale almeno il dispositivo attuatore 2 e/o modulo 3 fotovoltaico e/o il motore 4 possono essere montati. Il sostegno 9 può essere montato solidamente all’elemento agitatore 5 e girevolmente montato sull’elemento di supporto 7 per ruotare unitamente all’elemento agitatore 5 in seguito all’azione del motore 4. Il modulo 3 fotovoltaico o una pluralità di moduli fotovoltaici possono essere montati sul sostegno 9 solidale all’elemento agitatore 5 e mobili unitamente a tale elemento agitatore 5. Il motore 4 può essere provvisto di mezzi 10 di azionamento, ad esempio comprendenti una puleggia o una ruota dentata, impegnati con mezzi 11 di impegno, ad esempio una corona dentata fissa, dell’elemento di supporto 7 per muoversi rispetto all’elemento di supporto 7 e muovere almeno l’elemento agitatore 5. Il dispositivo agitatore 1 può comprendere inoltre un elemento di copertura 13 atto a racchiudere, coprire e proteggere ad esempio il motore 4, mezzi 10 di azionamento ed i mezzi 11 di impegno. L’elemento di copertura può essere fissato all’elemento di supporto 7 e può svilupparsi atorno al sostegno 9 per definire un solido chiuso e non consentire l’accesso ad alcune parti del dispositivo agitatore 1. L’elemento agitatore 5 può comprendere una pluralità di elementi sporgenti 12 atti ad agitare le alghe o microalghe. Tali elementi sporgenti 12 possono essere montati sull’albero 8 di rotazione girevolmente montato sull’elemento di supporto 7. Almeno uno di tali elementi sporgenti 12 può essere realizzato in un materiale trasparente, ad esempio plexiglass o altro, e può essere provvisto ad suo interno di almeno un dispositivo luminoso 6, preferibilmente di tipo led, che può essere alimentato del modulo 3 fotovoltaico. Nella forma di realizzazione illustrata nelle figure, ciascun elemento sporgente 12 à ̈ trasparente e provvisto di una pluralità di dispositivi luminosi 6 a led. Ciascun elemento sporgente 12 può essere ad esempio un corpo tubolare cavo e trasparente, nel quale vengono alloggiati i dispositivi luminosi 6 led alimentati ad esempio dal pannello fotovoltaico. Gli elementi sporgenti 12 possono svilupparsi trasversalmente o perpendicolarmente all’asse di rotazione dell’elemento agitatore o all’albero 8. La tipologia di led può essere ata ad emetere radiazioni luminose in frequenze specificamente studiate per incrementare la crescita dei vegetali e delle alghe o microalghe e/o il processo di fotosintesi. Come illustrato nelle unite figure, il dispositivo agitatore 1 può essere realizzato in un modulo unitario, removibilmente inseribile in una vasca 20 d’acqua per la coltivazione di alghe o microalghe o in un fotobioreatore. Il dispositivo agitatore 1 , come illustrato in figura 5, può essere configurato per galleggiare in una vasca 20 d’acqua o fotobioreatore. Le parti strutturali del dispositivo agitatore 1 non illustrate in maggiore detaglio nella presente descrizione sono da intendersi come costituite da elementi di per sé noti e convenzionali. Il dispositivo agitatore 1 può presentare dimensioni complessive inferiori a 5 metri x 5 metri x 5 metri o inferiori a 2 metri x 2 metri x 2 metri o inferiori a 1,5 metri x 1,5 metri x 1,5 metri. Ad esempio le dimensioni complessive possono essere di circa 1 metro x 1 metro x 1 metro. L’invenzione à ̈ relativa inoltre all’uso di un dispositivo agitatore 1 del tipo sopra descritto, almeno parzialmente immerso in una vasca 20 d’acqua o in un fotobioreattore per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe contenute nella vasca 20 e/o per agitare e/o illuminare e/o favorire la coltivazione di alghe unicellulari, ad esempio la clorella prototecoides, o altre. L’invenzione à ̈ relativa inoltre ad una vasca 20, ad un bacino o ad un fotobioreattore, o simile, per la coltivazione di alghe o microalghe comprendente almeno un dispositivo agitatore 1 del tipo sopra descritto. In una forma preferita il dispositivo agitatore 1 può essere mobile liberamente, senza vincoli, nell’acqua contenuta nella vasca 20. L’invenzione à ̈ relativa inoltre ad un procedimento per la realizzazione di una vasca 20 per la coltivazione di alghe o microalghe o di un fotobioreattore comprendente almeno le fasi di inserire alghe o microalghe da coltivare in una vasca 20 o fotobioreattore contenente acqua, inserire removibilmente nella vasca 20 o fotobioreattore almeno un dispositivo agitatore 1 o una pluralità di dispositivi agitatori del tipo sopra descritto. Il procedimento può comprendere inoltre una fase di manutenzione della vasca 20, comprendente la fase di rimuovere almeno un dispositivo agitatore 1 danneggiato dalla vasca 20 o fotobioreattore e di sostituirlo con un altro dispositivo agitatore 1 funzionante. La presente invenzione consente di conseguire almeno uno degli scopi sopra esposti. L’invenzione consente di incrementare la produttività delle coltivazioni di alghe e microalghe e quindi di ridurre in modo significativo l’area necessaria alla coltivazione delle alghe o microalghe. L’invenzione consente inoltre di ridurre il consumo energetico necessario alla coltivazione di alghe o microalghe e presenta un ridotto impatto ambientale. L’invenzione presenta inoltre costi di manutenzione molto ridotti ed una elevata facilità di intervento. L’invenzione consente inoltre di ridurre significativamente i costi di coltivazione complessivi delle alghe o microalghe. L’invenzione consente di ampliare le località geografiche nelle quali à ̈ possibile coltivare alghe o microalghe. L’invenzione consente inoltre di rispettare in modo automatico le pause della fotosintesi, non illuminando le alghe o microalghe in condizioni di oscurità . L’invenzione risulta inoltre di semplice ed economica realizzazione.