ITMI20121627A1 - Dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in un fotobioreattore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“Dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in un fotobioreattoreâ€

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 µm 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 CO2atmosferica, 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, etc.. 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 e alla possibilità di un controllo automatico del processo di coltivazione; inoltre, 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 un fotobioreattore 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 un fotobioreattore 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.

In un suo aspetto, preso da solo o in combinazione con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli aspetti di seguito indicati, l'invenzione riguarda inoltre un dispositivo agitatore di fluidi per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in un fotobioreattore, secondo una qualsiasi delle annesse rivendicazioni o degli aspetti indicati, comprendente almeno un dispositivo attuatore, avente almeno un motore, e comprendente inoltre almeno un elemento agitatore, mobile ed azionabile mediante detto motore, l’elemento agitatore essendo destinato ad essere almeno parzialmente inserito, rimovibilmente, in un contenitore contenente acqua in modo tale da chiudere tale contenitore e realizzare un fotobioreattore chiuso, detto elemento agitatore essendo configurato per muovere alghe o microalghe contenute in detto contenitore.

Secondo ulteriori aspetti dell’invenzione, ciascuno dei quali può essere preso da solo o in combinazione con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli altri aspetti di seguito indicati, l'invenzione può riguardare inoltre un dispositivo agitatore in cui:

- il dispositivo agitatore comprende almeno un dispositivo luminoso o almeno un dispositivo luminoso di tipo led atto e destinato ad illuminare dette alghe o microalghe e/o operativamente collegato e/o alimentato da detto dispositivo attuatore o da una fonte di alimentazione esterna;

- il dispositivo luminoso o la pluralità di detti dispositivi luminosi sono montati su detto elemento agitatore o all’interno di detto elemento agitatore per muoversi solidalmente a detto elemento agitatore ed illuminare dette alghe o microalghe in detto contenitore;

- il dispositivo agitatore comprende almeno un elemento di supporto sul quale detto elemento agitatore e/o detto dispositivo attuatore e/o detto motore sono mobilmente o girevolmente montati;

- il dispositivo attuatore e/o il motore sono montati in corrispondenza di una superficie superiore di detto elemento di supporto e l’elemento agitatore à ̈ montato in corrispondenza di una superficie inferiore di detto elemento di supporto contrapposta a detta superficie superiore;

- detto elemento di supporto à ̈ destinato a fungere da tappo per chiudere rimovibilmente, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, un’apertura del contenitore attraverso la quale il dispositivo agitatore à ̈ inserito, almeno parzialmente, all’interno del contenitore stesso;

- almeno una porzione di detto elemento di supporto à ̈ realizzata in materiale trasparente;

- detto motore à ̈ provvisto di mezzi di azionamento impegnati con mezzi di impegno di detto elemento di supporto per muoversi rispetto a detto elemento di supporto e muovere almeno detto elemento agitatore;

- detto dispositivo attuatore comprende almeno un modulo fotovoltaico atto ad assorbire una radiazione luminosa per produrre energia elettrica ed alimentare detto almeno un motore e/o detto almeno un dispositivo luminoso;

- detto modulo fotovoltaico à ̈ montato in corrispondenza della superficie superiore di detto elemento di supporto;

- detto elemento agitatore comprende una pluralità di dischi atti a mescolare e/o agitare dette alghe o microalghe e/o montati su un albero di rotazione girevolmente montato su detto elemento di supporto;

- uno o più di detti dischi à ̈ montato a detto albero ortogonalmente ad un asse longitudinale di detto albero;

- almeno uno di detti dischi à ̈ realizzato in materiale trasparente ed à ̈ provvisto ad suo interno di almeno un dispositivo luminoso o di almeno un dispositivo luminoso di tipo led, preferibilmente alimentato da detto dispositivo attuatore o da una fonte di alimentazione esterna;

- almeno uno di detti dischi comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore rosso, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del rosso e/o compresa tra 620 e 750 nm, e/o comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore blu, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del blu e/o compresa tra 450 e 475 nm;

- ciascun disco comprende una faccia superiore e una faccia inferiore, tra loro contrapposte e preferibilmente parallele tra loro;

- almeno uno di detti dischi, preferibilmente tutti detti dischi, ha la rispettiva faccia superiore trasparente o traslucida e la rispettiva faccia inferiore riflettente; - almeno uno di detti dischi, preferibilmente tutti detti dischi, comprende un rispettivo specchio in corrispondenza di, o coincidente con, detta faccia inferiore, detto specchio ricoprendo, parzialmente o completamente, una superficie di detta faccia inferiore;

- almeno uno di detti dischi comprende al suo interno una rispettiva scheda elettronica configurata e predisposta per comandare il funzionamento di detto almeno un dispositivo luminoso o detta pluralità di dispositivi luminosi o detta pluralità di dispositivi luminosi di tipo led contenuti all’interno del disco stesso; - detta scheda elettronica à ̈ configurata e predisposta per generare una predeterminata serie di impulsi di accensione di detta pluralità di dispositivi luminosi di tipo led in modo tale da comandarne l’accensione e lo spegnimento; - detta serie di impulsi di accensione comprende impulsi aventi una durata compresa tra 1 e 100 microsecondi ad una frequenza compresa tra 1 e 100 kHz; - detta serie di impulsi di accensione definisce un ciclo di lavoro utile o “duty cycle†compreso tra 1/1000 e 1/10.

In un suo ulteriore aspetto, preso da solo o in combinazione con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli aspetti di seguito indicati, l'invenzione riguarda inoltre un uso di un dispositivo agitatore di fluidi, secondo una qualsiasi delle annesse rivendicazioni o degli aspetti indicati, almeno parzialmente immerso in un contenitore di un fotobioreattore per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe contenute in detto contenitore e/o per agitare e/o illuminare e/o favorire la coltivazione di alghe unicellulari, ad esempio clorella prototecoides, o altre.

Secondo ulteriori aspetti dell’invenzione, ciascuno dei quali può essere preso da solo o in combinazione con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli altri aspetti di seguito indicati, l'invenzione può riguardare inoltre un fotobioreattore in cui: - il fotobioreattore comprende almeno un contenitore, provvisto di un’apertura e di uno spazio interno di contenimento destinato a contenere una quantità di acqua e una rispettiva quantità di alghe e/o microalghe, e comprende almeno un dispositivo agitatore inserito rimovibilmente, tramite detta apertura, in detto contenitore, in modo tale che detto almeno un elemento agitatore del dispositivo agitatore risulti all’interno di detto spazio interno e detto elemento di supporto chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, detta apertura del contenitore;

- detto contenitore à ̈ almeno parzialmente trasparente o traslucido, e/o in cui detto contenitore comprende una parete di fondo, opposta a detta apertura, e una o più pareti laterali interposte tra detta apertura e detta parete di fondo;

- detto contenitore à ̈ in vetro o in plastica;

- detto contenitore à ̈ un recipiente becher;

- detto contenitore ha una capacità superiore a 5l e/o superiore a 10l e/o superiore a 15l e/o superiore a 30l e/o superiore a 100l;

- detto contenitore comprende un elemento riflettente, o uno specchio, ricoprente parzialmente o completamente detta parete di fondo e/o detta parete laterale.

In un suo ulteriore aspetto, preso da solo o in combinazione con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli aspetti di seguito indicati, l'invenzione riguarda inoltre un procedimento per la realizzazione di un fotobioreattore per la coltivazione di alghe o microalghe comprendente almeno le fasi di: inserire alghe e/o microalghe da coltivare in un contenitore contenente acqua; inserire removibilmente in detto contenitore almeno un dispositivo agitatore in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni o degli aspetti, in modo tale che detto almeno un dispositivo agitatore chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, tale contenitore e realizzi un fotobioreattore chiuso.

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 un 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 fotobioreattore secondo l'invenzione in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista in sezione longitudinale di un fotobioreattore in accordo con una prima forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 2 Ã ̈ una vista prospettica schematica di un disco facente parte di un elemento agitatore del fotobioreattore di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una vista prospettica di un fotobioreattore in accordo con una seconda forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 4 Ã ̈ una vista prospettica di un fotobioreattore in accordo con una terza forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 5 Ã ̈ una vista in sezione longitudinale del dispositivo di figura 4.

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 un fotobioreattore 50.

Il dispositivo 1 comprende almeno un dispositivo attuatore 2, avente almeno un motore 4, e almeno un elemento agitatore 5, mobile ed azionabile mediante il motore 4. L’elemento agitatore à ̈ destinato ad essere almeno parzialmente inserito, preferibilmente in modo rimovibile, in un contenitore 20 contenente acqua, in modo tale da chiudere tale contenitore e realizzare un fotobioreattore 50 chiuso; l’elemento agitatore à ̈ configurato per muovere le alghe o microalghe contenute nel contenitore. 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 comprendente inoltre almeno un dispositivo luminoso 6 o almeno un dispositivo luminoso 6 di tipo led atto e destinato ad illuminare le alghe o microalghe e/o operativamente collegato e/o alimentato dal dispositivo attuatore 2 o da una fonte di alimentazione esterna (ad esempio mediante un cavo di alimentazione collegabile alla rete elettrica). Il dispositivo luminoso 6 o la pluralità di dispositivi luminosi sono montati sull’elemento agitatore 5 o all’interno dell’elemento agitatore 5 per muoversi solidalmente ad esso ed illuminare le alghe o microalghe all’interno del contenitore 20.

Il dispositivo comprendente almeno un elemento di supporto 7 (o “coperchio†) sul quale l’elemento agitatore 5 e il dispositivo attuatore 2 e il motore 4 sono mobilmente o girevolmente montati. Preferibilmente il dispositivo attuatore 2 e il motore 4 sono montati in corrispondenza di una superficie superiore 7a dell’elemento di supporto 7 e l’elemento agitatore 5 à ̈ mobilmente montato in corrispondenza di una superficie inferiore 7b dell’elemento di supporto 7 contrapposta alla superficie superiore 7a. L’elemento di supporto 7 funge da “tappo†che chiude, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, un’apertura 21 del contenitore attraverso la quale il dispositivo agitatore à ̈ inserito, almeno parzialmente, all’interno del contenitore stesso. Preferibilmente l’elemento di supporto à ̈ associabile al contenitore in modo rimovibile: in tal modo à ̈ possibile aprire e chiudere a piacere il fotobioreattore, ad esempio per riempirlo di acqua e/o di alghe o microalghe e/o per estrarre da esso acqua e/o alghe o microalghe. 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. 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 nel contenitore 20 del fotobioreattore.

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.

Con particolare riferimento alla prima forma realizzativa mostrata esemplarmente in figura 1, l’elemento agitatore 5 comprende una pluralità di dischi 30, configurati per mescolare e/o agitare le alghe o microalghe, montati sull’albero 8 di rotazione girevolmente montato sull’elemento di supporto 7. Preferibilmente uno o più di tali dischi à ̈ montato all’albero 8 ortogonalmente ad un asse longitudinale dell’albero stesso. Preferibilmente almeno uno dei suddetti dischi à ̈ realizzato in materiale trasparente, ad esempio plexiglass o altro, ed à ̈ provvisto ad suo interno di almeno un dispositivo luminoso 6 o di almeno un dispositivo luminoso 6 di tipo led, preferibilmente alimentato dal dispositivo attuatore 2 o da una fonte di alimentazione esterna.

Preferibilmente, almeno uno dei dischi 30 comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore rosso 31, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del rosso e/o compresa tra 620 e 750 nm, e/o comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore blu 32, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del blu e/o compresa tra 450 e 475 nm. La Richiedente ha verificato che i suddetti dispositivi luminosi di tipo led di colore blu e di colore rosso sono particolarmente adatti a generare la radiazione luminosa necessaria alle alghe per la loro fotosintesi clorofilliana. La tipologia di led impiegati nella presente invenzione può essere selezionata al fine di emettere radiazioni luminose in frequenze specificamente studiate per incrementare la crescita dei vegetali e delle alghe o microalghe e/o il processo di fotosintesi.

Preferibilmente, uno o più di detti dischi può comprendere un numero di dispositivi luminosi a led maggiore di 10 e/o maggiore di 20 e/o maggiore di 50 e/o maggiore di 100 e/o maggiore di 200. Ad esempio, uno o più di detti dischi può comprendere 70 dispositivi luminosi di tipo led di colore blu e 70 dispositivi luminosi di tipo led di colore rosso, come sopra definiti, variamente posizionati all’interno del disco.

Preferibilmente ciascun disco 30 comprende una faccia superiore 33 e una faccia inferiore 34, tra loro contrapposte e preferibilmente parallele tra loro. Preferibilmente almeno uno dei dischi, o tutti i dischi, ha la rispettiva faccia superiore trasparente o traslucida e la rispettiva faccia inferiore riflettente. Preferibilmente uno o più dei dischi 30, più preferibilmente tutti i dischi, comprende un rispettivo specchio in corrispondenza della, o coincidente con la, faccia inferiore, tale specchio ricoprendo, parzialmente o completamente, una superficie della faccia inferiore. In sostanza, ciascun disco à ̈ configurato per emettere una radiazione luminosa, generata dai dispositivi luminosi al suo interno, almeno o esclusivamente dalla faccia superiore.

La presenza di superfici riflettenti all’interno del contenitore, e in particolare tra ciascuno dei dischi, consente di ottenere il massimo di sfruttamento della luce emessa dai dispositivi luminosi. Infatti, considerando una serie di dischi impilati come mostrato in figura 1, la presenza di uno specchio nella faccia inferiore di ciascun disco consente la riflessione, da parte di ciascun disco, della luce emessa dal disco sottostante; in tal modo si ottiene una illuminazione elevata e/o uniforme all’interno del contenitore.

Preferibilmente almeno uno dei dischi comprende al suo interno una scheda elettronica in grado di comandare il funzionamento del dispositivo luminoso 6 o della pluralità di dispositivi luminosi 6 di tipo led contenuti all’interno del disco stesso o di altri dischi. Preferibilmente ciascun disco à ̈ singolarmente dotato di una propria scheda elettronica. Preferibilmente la scheda elettronica à ̈ configurata e predisposta per generare una predeterminata serie di impulsi di accensione della pluralità di dispositivi luminosi (6) di tipo led in modo tale da comandarne l’accensione e lo spegnimento. Preferibilmente tale serie di impulsi di accensione comprende impulsi aventi una durata compresa tra 1 e 100 microsecondi ad una frequenza compresa tra 1 e 100 kHz. Esemplarmente gli impulsi di accensione hanno una durata di 10 microsecondi a 10 kHz. Gli impulsi di accensione possono essere caratterizzati da una corrente adatta ad un dispositivo luminoso di tipo led, ad esempio dell’ordine dei 100-200 mA, o superiore.

Preferibilmente la serie di impulsi di accensione definisce un ciclo di lavoro utile o “duty cycle†compreso tra 1/1000 e 1/10, e selezionabile in funzione della tipologia di dispositivo luminoso impiegato. Con l’espressione “duty cycle†(o ciclo di lavoro) si intende, nel campo dell’elettronica, la frazione di tempo che un'entità (in questo caso un segnale elettrico) passa in uno stato attivo in proporzione al tempo totale considerato. Ad esempio, in presenza di un segnale sotto forma di onda rettangolare, il ciclo di lavoro à ̈ il rapporto tra la durata del segnale "alto" e il periodo totale del segnale, e serve a esprimere per quanta porzione di periodo il segnale à ̈ a livello “alto†, intendendo con “alto†il livello "attivo". Nel presente caso, il segnale di attivazione à ̈ a livello alto per un intervallo di tempo molto breve rispetto al successivo intervallo di tempo nel quale il segnale di attivazione à ̈ a livello basso. Ad esempio, considerando un ciclo di attivazione/disattivazione del segnale che comanda i dispositivi luminosi che si ripete periodicamente ad una frequenza di 10 kHz, il segnale à ̈ attivo per 10 microsecondi ogni ciclo. In tal modo, la luce à ̈ emessa a impulsi molto brevi e ciò consente di emettere una intensità luminosa alcune volte superiore alla massima intensità ottenibile in funzionamento continuo. In aggiunta, una luce “intermittente†ad alta frequenza, con picchi elevati di intensità luminosa, consente di stimolare maggiormente le alghe o microalghe del fotobioreattore rispetto ad una illuminazione costante ma di minore intensità. Inoltre, la luce intermittente può provocare nelle alghe o microalghe un fenomeno di “permanenza†, ovvero le alghe o microalghe ricevono la radiazione luminosa quando il segnale di accensione à ̈ attivo e, quando quest’ultimo si disattiva, continuano a percepire uno stato di illuminazione sebbene il dispositivo luminoso sia disattivato; prima che tale “memoria†dell’illuminazione si esaurisca (o decada), sopraggiunge il successivo impulso di illuminazione, il quale viene nuovamente percepito dalle alghe o microalghe; tale susseguirsi di stati di effettiva illuminazione e stati di “ricordo†dell’illuminazione si ripetono in continuazione e periodicamente. Tale funzionamento “intermittente†e ad alta frequenza dei dispositivi luminosi consente vantaggiosamente di migliorare le prestazioni del fotobioreattore.

Uno o più dei dischi 30 può comprendere un rispettivo supporto 35, preferibilmente interno al disco stesso e compreso tra la faccia superiore 33 e la faccia inferiore 34, sul quale sono montati i dispositivi luminosi 6. La figura 2 mostra schematicamente un supporto 35, di forma circolare, di un disco 30, tale supporto portando una pluralità di luci led. Esemplarmente tali luci led sono disposte a raggiera e/o su cerchi concentrici. Ciascun disco 30, così come il relativo supporto, può comprendere un foro centrale attraverso il quale passa l’albero 8 di rotazione dell’elemento agitatore 5. Preferibilmente, la scheda elettronica del disco à ̈ montata al supporto 35 del disco stesso.

Ciascuno di detti dischi 30 può avere un diametro maggiore di 100mm o maggiore di 500mm o maggiore di 1000mm; esemplarmente il diametro à ̈ pari a circa 200mm.

Preferibilmente il dispositivo 1 à ̈ realizzato in un modulo unitario, removibilmente inseribile in un contenitore 20 d’acqua per un fotobioreattore 50 per la coltivazione di alghe o microalghe.

Come mostrato nelle due forme realizzative rispettivamente di figura 3 e di figura 4 e 5, il dispositivo agitatore 1 o il dispositivo attuatore 2 possono comprendere, inoltre, 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 motore 4 può essere operativamente connesso al modulo 3 fotovoltaico. In una variante non illustrata, il dispositivo attuatore può comprendere una pala eolica e/o un elemento configurato per essere azionabile in rotazione dal vento per muovere l’elemento agitatore. Il dispositivo attuatore può comprendere altre tipologie di azionamenti operativamente attivi per muovere l’elemento agitatore. In un’ulteriore variante non illustrata, il dispositivo agitatore 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. Con riferimento alle forme realizzative esemplari di figura 3 e 4-5, 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. Come mostrato esemplarmente nelle figure 4 e 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 attorno al sostegno 9 per definire un solido chiuso e non consentire l’accesso ad alcune parti del dispositivo agitatore 1.

Con particolare riferimento alle forme realizzative esemplari di figura 3 e 4-5, 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. Come mostrato esemplarmente nelle figure 3, 4 e 5, 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 atta ad emettere radiazioni luminose in frequenze specificamente studiate per incrementare la crescita dei vegetali e delle alghe o microalghe e/o il processo di fotosintesi.

Le parti strutturali del dispositivo agitatore 1 non illustrate in maggiore dettaglio 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 ad un fotobioreattore 50 completo e di tipo chiuso, per la coltivazione di alghe o microalghe, e comprendente almeno un dispositivo agitatore 1 del tipo sopra descritto.

Più in dettaglio, il fotobioreattore 50 comprende almeno un contenitore 20, provvisto di un’apertura 21 e di uno spazio interno di contenimento 22 in grado di contenere una quantità di acqua e una rispettiva quantità di alghe e/o microalghe, e comprende almeno un dispositivo agitatore 1 del tipo sopra descritto. Il dispositivo 1 à ̈ inserito, tramite l’apertura 21, nel contenitore 20, in modo tale che il suo elemento agitatore 5 risulti all’interno dello spazio interno 21 e l’elemento di supporto 7 chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, l’apertura 21 del contenitore.

Preferibilmente il contenitore à ̈ almeno parzialmente trasparente o traslucido, e comprende una parete di fondo 22, preferibilmente opposta all’apertura 21, e una o più pareti laterali 23 interposte tra l’apertura e la parete di fondo. Il contenitore può essere realizzato in qualsiasi materiale adatto allo scopo, preferibilmente à ̈ realizzato in vetro o in plastica. Esemplarmente il contenitore può essere un recipiente di tipo becher. Il contenitore in vetro (ad esempio detto becher) consente vantaggiosamente una semplice sterilizzazione. Preferibilmente il contenitore ha una capacità superiore a 1l e/o superiore a 2l e/o superiore a 5l e/o superiore a 10l e/o superiore a 15l e/o superiore a 30l e/o superiore a 100l. Il contenitore 20 può comprendere uno o più elementi riflettenti, o specchi, che ricoprono parzialmente o completamente la parete di fondo e/o la parete laterale. In tal modo à ̈ possibile riflettere parte della radiazione luminosa emessa dai dispositivi luminosi 6 dei dischi 30, convogliandola nuovamente verso l’interno del contenitore ed evitando che si disperda all’esterno del contenitore. Nelle forme esemplari di figura 1 e 3 il contenitore à ̈ di tipo cilindrico, con parete di fondo piana e apertura circolare superiore; la forma esemplare di figura 4 mostra un contenitore di forma parallelepipeda, con parete di fondo piana e apertura superiore rettangolare; à ̈ possibile variare la forma del contenitore e la disposizione dell’apertura in base alla tipologia di fotobioreattore.

L’invenzione à ̈ relativa inoltre ad un procedimento per la realizzazione di un fotobioreattore 50 per la coltivazione di alghe o microalghe comprendente almeno le fasi di inserire alghe e/o microalghe da coltivare in un contenitore 20 contenente acqua, ed inserire removibilmente in tale contenitore almeno un dispositivo agitatore 1 del tipo sopra descritto, in modo tale che esso chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, il contenitore e realizzi in tal modo un fotobioreattore chiuso.

Il procedimento può comprendere inoltre una fase di manutenzione del fotobioreattore 50, comprendente la fase di rimuovere almeno un dispositivo agitatore 1 danneggiato dalla contenitore 20 e di sostituirlo con un altro dispositivo agitatore 1 funzionante, oppure la fase di sostituire il contenitore 20 con un altro, ad esempio di forma e/o dimensioni e/o caratteristiche diverse o perché il precedente à ̈ danneggiato o usurato.

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.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo agitatore di fluidi (1) per favorire lo sviluppo di alghe o microalghe in un fotobioreattore (50), il dispositivo comprendendo almeno un dispositivo attuatore (2), avente almeno un motore (4), e comprendendo inoltre almeno un elemento agitatore (5), mobile ed azionabile mediante detto motore (4), il dispositivo agitatore essendo destinato ad essere almeno parzialmente inserito, rimovibilmente, in un contenitore (20) contenente acqua in modo tale da chiudere tale contenitore e realizzare un fotobioreattore (50) chiuso, detto elemento agitatore essendo configurato per muovere alghe o microalghe contenute in detto contenitore.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 comprendente inoltre almeno un dispositivo luminoso (6) o almeno un dispositivo luminoso (6) di tipo led atto e destinato ad illuminare dette alghe o microalghe e/o operativamente collegato e/o alimentato da detto dispositivo attuatore (2) o da una fonte di alimentazione esterna, e/o in cui il dispositivo luminoso (6) o la pluralità di detti dispositivi luminosi sono montati su detto elemento agitatore (5) o all’interno di detto elemento agitatore (5) per muoversi solidalmente a detto elemento agitatore (5) ed illuminare dette alghe o microalghe in detto contenitore (20).
3. 3. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente almeno un elemento di supporto (7) sul quale detto elemento agitatore (5) e/o detto dispositivo attuatore (2) e/o detto motore (4) sono mobilmente o girevolmente montati e/o in cui detto dispositivo attuatore (2) e/o detto motore (4) sono montati in corrispondenza di una superficie superiore (7a) di detto elemento di supporto (7) e detto elemento agitatore (5) à ̈ montato in corrispondenza di una superficie inferiore (7b) di detto elemento di supporto (7) contrapposta a detta superficie superiore (7a), e/o in cui detto elemento di supporto à ̈ destinato a fungere da tappo per chiudere rimovibilmente, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, un’apertura del contenitore attraverso la quale il dispositivo agitatore à ̈ inserito, almeno parzialmente, all’interno del contenitore stesso, e/o in cui almeno una porzione di detto elemento di supporto (7) à ̈ realizzata in materiale trasparente.
4. 4. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto motore (4) à ̈ provvisto di mezzi (10) di azionamento impegnati con mezzi (11) di impegno di detto elemento di supporto (7) per muoversi rispetto a detto elemento di supporto (7) e muovere almeno detto elemento agitatore (5) e/o in cui detto dispositivo attuatore (2) comprende almeno un modulo (3) fotovoltaico atto ad assorbire una radiazione luminosa per produrre energia elettrica ed alimentare detto almeno un motore (4) e/o detto almeno un dispositivo luminoso (6), e/o in cui detto modulo (3) fotovoltaico à ̈ montato in corrispondenza della superficie superiore (7a) di detto elemento di supporto (7).
5. 5. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto elemento agitatore (5) comprende una pluralità di dischi (30) configurati per mescolare e/o agitare dette alghe o microalghe e/o montati su un albero (8) di rotazione girevolmente montato su detto elemento di supporto (7), e/o in cui uno o più di detti dischi à ̈ montato a detto albero (8) ortogonalmente ad un asse longitudinale di detto albero, e/o in cui almeno uno di detti dischi à ̈ realizzato in materiale trasparente ed à ̈ provvisto ad suo interno di almeno un dispositivo luminoso (6) o di almeno un dispositivo luminoso (6) di tipo led, preferibilmente alimentato da detto dispositivo attuatore (2) o da una fonte di alimentazione esterna, e/o in cui almeno uno di detti dischi comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore rosso, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del rosso e/o compresa tra 620 e 750 nm, e/o comprende al suo interno una pluralità di dispositivi luminosi di tipo led di colore blu, configurati per emettere onde luminose aventi una lunghezza d’onda appartenente all’intervallo di lunghezze d’onda del blu e/o compresa tra 450 e 475 nm.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione precedente, in cui ciascun disco comprende una faccia superiore e una faccia inferiore, tra loro contrapposte e preferibilmente parallele tra loro, e/o in cui almeno uno di detti dischi, preferibilmente tutti detti dischi, ha la rispettiva faccia superiore trasparente o traslucida e la rispettiva faccia inferiore riflettente, e/o in cui almeno uno di detti dischi, preferibilmente tutti detti dischi, comprende un rispettivo specchio in corrispondenza di, o coincidente con, detta faccia inferiore, detto specchio ricoprendo, parzialmente o completamente, una superficie di detta faccia inferiore.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui almeno uno di detti dischi comprende al suo interno una rispettiva scheda elettronica configurata e predisposta per comandare il funzionamento di detto almeno un dispositivo luminoso (6) o detta pluralità di dispositivi luminosi o detta pluralità di dispositivi luminosi (6) di tipo led contenuti all’interno del disco stesso, e/o in cui detta scheda elettronica à ̈ configurata e predisposta per generare una predeterminata serie di impulsi di accensione di detta pluralità di dispositivi luminosi (6) di tipo led in modo tale da comandarne l’accensione e lo spegnimento, e/o in cui detta serie di impulsi di accensione comprende impulsi aventi una durata compresa tra 1 e 100 microsecondi ad una frequenza compresa tra 1 e 100 kHz, e/o in cui detta serie di impulsi di accensione definisce un ciclo di lavoro utile o “duty cycle†compreso tra 1/1000 e 1/10.
8. 8. Fotobioreattore (50) per la coltivazione di alghe o microalghe comprendente almeno un contenitore (20), provvisto di un’apertura e di uno spazio interno di contenimento destinato a contenere una quantità di acqua e una rispettiva quantità di alghe e/o microalghe, e comprendente almeno un dispositivo agitatore in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti inserito rimovibilmente, tramite detta apertura, in detto contenitore, in modo tale che detto almeno un elemento agitatore (5) del dispositivo agitatore (1) risulti all’interno di detto spazio interno e detto elemento di supporto (7) chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, detta apertura del contenitore.
9. 9. Fotobioreattore secondo la rivendicazione precedente, in cui detto contenitore à ̈ almeno parzialmente trasparente o traslucido, e/o in cui detto contenitore comprende una parete di fondo, opposta a detta apertura, e una o più pareti laterali interposte tra detta apertura e detta parete di fondo, e/o in cui detto contenitore à ̈ in vetro o in plastica e/o in cui detto contenitore à ̈ un recipiente becher e/o in cui detto contenitore ha una capacità superiore a 5l e/o superiore a 10l e/o superiore a 15l e/o superiore a 30l e/o superiore a 100l, e/o in cui detto contenitore comprende un elemento riflettente, o uno specchio, ricoprente parzialmente o completamente detta parete di fondo e/o detta parete laterale.
10. 10. Procedimento per la realizzazione di un fotobioreattore (50) per la coltivazione di alghe o microalghe comprendente almeno le fasi di: - inserire alghe e/o microalghe da coltivare in un contenitore (20) contenente acqua, - inserire removibilmente in detto contenitore (20) almeno un dispositivo agitatore (1) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in modo tale che detto almeno un dispositivo agitatore (1) chiuda, preferibilmente a tenuta d’aria e/o d’acqua, tale contenitore e realizzi un fotobioreattore chiuso.