MX2013014648A - Composiciones,articulos, aparatos, metodos y sistemas relativos a biomasa de algas. - Google Patents

Abstract

Se proporcionan composiciones, artículos, aparatos, métodos y sistemas para el crecimiento de algas inmovilizadas sobre un soporte en un ambiente gaseoso que suministra acceso a fuentes de dióxido de carbono y luz, y para cosecha y procesamiento subsiguientes de la biomasa.

Description

COMPOSICIONES, ARTÍCULOS, APARATOS, MÉTODOS Y SISTEMAS RELATIVOS A BIOMASA DE ALGAS REMISIÓN A SOLICITUDES AFINES Esta solicitud reivindica prioridad a la Solicitud de Patente Provisional U.S. No. 61/496171, presentada el 13 de junio de 2011, y titulada "COMPOSICIONES, ARTÍCULOS, APARATOS, MÉTODOS Y SISTEMAS RELATIVOS A BIOMASA DE ALGAS", cuyo contenido completo se incorpora en esta memoria por referencia para todos los fines.

CAMPO La presente invención se refiere a composiciones, artículos, aparatos, métodos y sistemas relacionados con biomasa de algas y usos de la biomasa de algas.

ANTECEDENTES El aumento de la demanda mundial para aceites fósiles ha dado como resultado dos problemas principales: aumentos de precios e incremento de la contaminación del aire por dióxido de carbono (CO2) , monóxido de carbono (CO) , y otros gases nocivos liberados a la atmósfera. Recientemente, se ha propuesto el crecimiento de algas unicelulares en cultivo húmedo para producir biomasa de algas, que contiene lipidos que pueden transformarse en biodiésel comercialmente útil, o biomasa convertible en alcoholes. Se ha informado que existe un valor medio de 23% para contenido de lipidos de 55 especies de microalgas investigadas. El avance del carbono se mejora cuando se utiliza biodiésel de algas en lugar del aceite fósil, dado que la biomasa de algas consume carbono atmosférico para producir su contenido de lípidos, con la energía natural de la luz solar.

La comercialización de procesos ¦ conocidos para fabricación de combustibles de algas adolece de varios problemas. Los sistemas de producción en estanque abierto pueden ser prácticos en algunas áreas geográficas, pero no en otras. Fotobiorreactores cerrados conocidos con eficiencia de fotosíntesis alta están siendo desarrollados y evaluados, pero parecen estar lejos de la comercialización. Los procesos conocidos de crecimiento y cosecha son intensivos en energía, intensivos en consumo de agua, y caros, haciendo deseable una solución que aborde uno o más de estos inconvenientes que conduzcan a medios escalables efectivos en costes para producción de biomasa de algas y combustibles resultantes.

SUMARIO La presente exposición describe varias realizaciones y aspectos o características de las realizaciones relativas a composiciones, artículos, aparatos, métodos y sistemas relativos a biomasa de algas y usos de la misma.

En un aspecto, la exposición es un método para crecimiento y cosecha de biomasa de algas. El método incluye aplicar células de algas a un sustrato para crecimiento en o sobre el sustrato. El sustrato y las algas pueden encontrarse en ambiente gaseoso que incluye dióxido de carbono y agua para favorecer el crecimiento de las algas con inclusión de la hidratación de las algas. El liquido puede aplicarse al sustrato a fin de hidratar ulteriormente las algas. Puede aplicarse nutriente al sustrato para alimentar las algas. La aplicación del liquido al sustrato puede reducirse durante un periodo de tiempo antes de aplicar el nutriente al sustrato, y puede reducirse durante un periodo de tiempo después de aplicar el nutriente al sustrato. Puede aplicarse luz a las algas y al sustrato a fin de favorecer el crecimiento de las algas.

Otras realizaciones y aspectos o características de las mismas que incluyen estructura, composición, metodología, y medios que lleven a cabo la realización del método arriba descrito. Adicionalmente , si bien se dan a conocer realizaciones múltiples con elementos o aspectos múltiples, todavía otras realizaciones, elementos, y aspectos de la presente invención resultarán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la descripción detallada que sigue, que muestra y describe realizaciones ilustrativas de la invención. De acuerdo con lo anterior, los dibujos y la descripción detallada deben considerarse como de naturaleza ilustrativa y no restrictiva.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es un diagrama esquemático de una realización de un artículo, un aparato, método y sistema de la descripción.

La Figura 2 es una ilustración esquemática de una realización de una mordaza sustrato que proporciona un depósito de líquido.

La Figura 3 es una ilustración esquemática de una realización de un sustrato que tiene orificios a su través.

La Figura 4 es una ilustración esquemática de una realización que utiliza rodillos' de desenrollamiento y enrollamiento .

La Figura 5 es una ilustración esquemática de una realización similar a la realización que se muestra en la Figura 4.

La Figura 6 es una ilustración esquemática de una realización que utiliza un bucle continuo.

La Figura 7 es una ilustración esquemática de una realización similar a las realizaciones que se muestran en las figuras 1 y 6.

La Figura 8 es una ilustración esquemática de una realización similar a las realizaciones que se muestran en las figuras 1, 6 y 7.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Se describen a continuación realizaciones especificas de la presente exposición que incluyen realizaciones de composición, articulo, aparato, método y sistema que son relevantes para el crecimiento y procesamiento de otro modo de células de algas y células de micro-algas (o algas) . Estas realizaciones y sus diversos elementos son sólo ejemplos de las técnicas dadas a conocer actualmente. Debería apreciarse que en el desarrollo de cualesquiera de tales implementaciones actuales, como en cualquier proyecto de ingeniería o diseño, pueden tomarse numerosas decisiones específicas de la implementación para conseguir las metas especificas del explotador, tales como cumplimiento con las restricciones relacionadas con el sistema y relacionadas con el negocio, que pueden variar desde una implementación a otra. Además, debe apreciarse que dicho esfuerzo de desarrollo podría consumir mucho tiempo, pero sería sin embargo una tarea rutinaria de diseño, fabricación y manufactura para aquellas personas que poseen una experiencia ordinaria y que gocen del beneficio de esta exposición.

Cuando se introducen elementos de diversas realizaciones de la presente descripción, los artículos "un", "una" y "el/la" deben entenderse con el significado de que existen uno o más de los elementos. Los términos "que comprende", "que incluye", y "que tiene", deben entenderse como inclusivos y con el significado de que pueden existir elementos adicionales distintos de los elementos indicados, y no se pretende dar a entender que cada uno de los elementos incluidos sea esencial. Adicionalmente, debe entenderse que las referencias a "una sola realización" o "una realización" de la presente exposición no deben interpretarse como excluyentes de la existencia de realizaciones adicionales que incorporen también los elementos indicados.

La Figura 1 ilustra una realización que incluye elementos de suspensión 10, soportes de suspensión 12, un recinto 14 o invernadero que proporcione un ambiente gaseoso, un recipiente de biomasa 15, hojas de sustrato de crecimiento de algas 16 suspendidas en el interior del recinto 14 por los miembros de suspensión 10 y recipientes suspendedores 12, y dispositivos de cosecha 17 para transferir las algas que han crecido sobre el sustrato 16 al recipiente de la biomasa 15. Los miembros de suspensión pueden ser alambres o cables, y los soportes de suspensión pueden ser clips que retienen la hoja en una posición sustancialmente vertical mientras las algas crecen sobre las hojas 16.

Las algas pueden ser microalgas y macroalgas. Ejemplos de microalgas incluyen diatomeas (Bacilarioficeas), algas verdes (Cloroficeas ) , algas rojas (Rodoficeas ) , algas amarillo-verdes (Xantoficeas ) , algas doradas (Crisofíceas ) , algas pardas (Feofíceas), y Euglenoides. Dos microalgas específicas son Scenedesmus obliquus y Chlorella vulgaris.

Como alternativa a los soportes de suspensión 12, un soporte de suspensión simple 18 como se muestra en la Figura 2 puede retener o comprimir una mayor superficie a ambos lados de la hoja 16. Adicionalmente, el soporte 18 puede incluir un depósito interno que puede recibir líquido (v.g. agua y/o una composición nutriente) y proporcionar dicho líquido al sustrato fijo 16 de tal modo que el líquido puede fluir por gravedad hacia abajo del sustrato a fin de mojar las células de las algas, proporcionarles nutrientes, o ambas cosas.

La utilización de uno o más de los enfoques expuestos anteriormente puede, por ejemplo, utilizarse para proporcionar un área superficial de crecimiento para las algas de 80 m2 o más por cada m2 de espacio de suelo de un invernadero 1 . Pueden emplearse grupos o módulos de, por ejemplo, 10 sustratos 16. En un invernadero que deja entrar luz solar natural, los sustratos pueden estar conectados a un dispositivo (no representado) que puede hacer girar las hojas para aumentar la cantidad de luz solar que pone en contacto las algas sobre el sustrato 16.

Pueden utilizarse diversos enfoques para aplicar células de algas al sustrato 16. Un enfoque implica sumergir el sustrato 16 en un recipiente de células de algas (no representado) . Otro enfoque implica pulverizar la suspensión algas/alginato sobre el sustrato 16 (expuesto más adelante en esta memoria) . Las células de algas, una vez aplicadas, pueden suspenderse en un alginato u otro gel, o pueden mojarse con agua u otro liquido de tal modo que las algas se adhieran a y/o se mantengan sobre y/o en el interior del sustrato 16. En lugar de ello, las algas pueden estar secas o relativamente secas cuando se aplican al sustrato 16 y se mojan subsiguientemente una vez sobre o en el interior del sustrato 16.

Pueden añadirse nutrientes, por ejemplo, una, dos, tres o cuatro veces al día utilizando un método de aditivación. Los nutrientes pueden aplicarse al sustrato y/o a las algas con una nebulización o rociado de una composición de nutrientes de base acuosa. En lugar de o además de ello, puede aplicarse una composición de nutrientes al sustrato 16 suspendido haciéndola fluir desde la porción superior de los sustratos suspendidos 10 a la porción inferior aprovechando la gravedad. Antes de y después de la aplicación de los nutrientes, la provisión arriba descrita de agua a las algas puede interrumpirse temporalmente para aumentar la absorción de los nutrientes por las algas.

La cantidad de los macronutrientes y micronutrientes en la solución de alimentación de nutrientes puede aplicarse para hacer posible o incluso optimizar el crecimiento y la división de las células. Algunos de los nutrientes incluyen carbono (C) , nitrógeno (N) , fósforo (P) y potasio (K) . El carbono puede proporcionarse a partir del dióxido de carbono contenido en el aire o disuelto en agua. El nitrógeno puede proporcionarse por medio de sulfato de amonio o nitrato de amonio disponibles comercialmente . El fósforo puede proporcionarse por medio de fosfatos u ortofosfatos disponibles comercialmente. El potasio puede proporcionarse por medio de sulfato de potasio, cloruro de potasio o nitrato de potasio disponibles comercialmente. Estos elementos pueden proporcionarse o prepararse con ratios especificas tales como C:N:P de 200:10:1 o 300:5:2 dependiendo de las condiciones de crecimiento de cada especie. La ratio de N:P:K puede variar también de un grupo de algas a otro grupo. Por ejemplo, la ratio puede ser 4:2:2 o 5:2:1.

Adicionalmente, pueden añadirse elementos tales como cobre, cinc, molibdeno, cobalto, magnesio, manganeso, hierro y otros elementos para adaptarse a la especie de algas seleccionada. La eliminación de nutrientes de la solución de nutrientes añadida puede ir seguida por una monitorización de la fuente de nitrógeno residual que es lixiviada por el sustrato de crecimiento de las microalgas 16.

Como se. indica en esta memoria, los nutrientes pueden proporcionarse intermitentemente, por ejemplo, utilizando un enfoque de impurificación, en lugar de continuamente para beneficiar el proceso de síntesis de lípidos y/o la producción de las células de algas. El tiempo entre la provisión de nutrientes puede ser, por ejemplo, 1 hora, 6 horas, 12 horas o una duración más corta .

Aunque el crecimiento de las algas tiene lugar en el ambiente gaseoso proporcionado en el interior del recinto, las algas pueden proveerse de agua suficiente durante su crecimiento. Además del enfoque arriba descrito que utiliza un . depósito para irrigación del sustrato 16, puede añadirse agua por nebulización o rociado de agua líquida sobre el sustrato 16 o a la porción superior del sustrato 16 de tal modo que la gravedad cause que el agua nebulizada o pulverizada se desplace hasta e irrigue la porción inferior del sustrato 16. En lugar de o además de ello, el ambiente alrededor de las hojas 10 puede tener una humedad relativa alta, tal como 80% o mayor o menor, a fin de mantener o añadir una cantidad deseada de agua a las algas sobre el sustrato 16. La cantidad de agua proporcionada a las algas puede depender de la cantidad de agua perdida por las algas o el invernadero por evaporación. El suministro de agua en fase líquida y el suministro de agua en fase gaseosa pueden coordinarse a fin de proporcionar agua suficiente y, en caso deseado, poca o no más que una cantidad suficiente, lo cual da como resultado una pérdida reducida de agua y/o un bloqueo reducido de la energía luminosa y/o el dióxido de carbono destinados para suministro a las algas. El agua aplicada, pero no utilizada por las algas, tal como agua que escurre de los sustratos 16 o se condensa en el invernadero, puede recuperarse, filtrarse en caso deseado, y reutilizarse .

Durante el crecimiento de las algas, la concentración de dióxido de carbono puede aumentarse hasta por encima de la concentración normal en el aire . Por ejemplo, la concentración de dióxido de carbono puede ser 5, 10 o más veces la concentración de dióxido de carbono en el aire. Adicionalmente , una concentración puede ser 6000 partes por millón durante una porción del periodo de crecimiento en la cual se aplica luz a las algas y se utiliza una concentración menor durante la porción del periodo de crecimiento en la cual se aplica menos o ninguna luz a las algas.

La temperatura dentro del invernadero puede controlarse, es decir, mantenerse sustancialmente constante o modificarse a voluntad, o puede variar con las condiciones en el exterior del invernadero. Utilizando las realizaciones descritas, la temperatura del gas y el líquido que están en contacto o rodean las algas puede aumentarse o reducirse más rápidamente (y con menos energía) que en los enfoques que implican crecimiento de algas en un estanque u otros ambientes de crecimiento líquidos en gran parte. Asimismo, la elección de las algas puede depender de la variación de temperatura (y otras condiciones) del invernadero, por ejemplo, ciertas algas crecen mejor a' temperaturas más altas que otras. La temperatura del ambiente gaseoso y/o los líquidos aplicados puede, por ejemplo, estar comprendida entre 10°C y 35°C. Algunas especies de algas crecen a temperaturas entre 16°C y 27°C. Más específicamente, la temperatura puede estar comprendida en el intervalo de 18-20°C, si bien puede variar .

Un ejemplo de la tempori zación de la adición de agua y nutrientes a las algas consiste en añadir agua dentro de las horas 0-9; no añadir nada dentro de la hora 9-10; aplicar una composición de nutrientes (que puede incluir agua) dentro de la hora 10-11; no añadir nada dentro de la hora 11-12; añadir agua dentro de las horas 12-21; no añadir nada dentro de la hora 21-22; aplicar una composición de nutrientes dentro de la hora 22-23; no añadir nada dentro de la hora 23-24; añadir agua dentro de las horas 24-33; no añadir nada dentro de la hora 33- 34, y así sucesivamente. Esta composición de nutrientes puede - - suministrarse a la población de algas mediante, por ejemplo, una nebulización de aditivos, rociado o flujo de liquido sobre el sustrato 16. Cuando se desea, las algas o una porción de las algas pueden recogerse del sustrato 16 como se expone en detalle en esta memoria.

Una o ambas de luz solar natural y luz artificial pueden utilizarse durante el crecimiento de las algas. Como se ha indicado, los sustratos 16 pueden moverse durante el dia para hacer mejor uso de la luz solar. La luz artificial puede aplicarse continuamente utilizando una o más fuentes de luz artificial 22, o las algas pueden exponerse a uno o más periodos de luz y periodos de oscuridad (menos o ninguna luz) . Un ejemplo de tales periodos es un periodo de luz de 16 horas y un periodo de oscuridad de 8 horas.

Una fuente de luz artificial son lámparas de luz fluorescente, que pueden proporcionar uno o más espectros total, parcial, seleccionado, o de combinación. Puede utilizarse luz incandescente, al igual que pueden utilizarse diodos fotoemisores (LEDs) y lámparas de sodio de alta presión. Algunas fuentes pueden, por ejemplo, emitir longitudes de onda especificas de azul (400 a 500 nm) , verde (500 a 600 nm) , y roja (600 a 780 nm) . Las fuentes de luz artificial pueden ajustarse de una manera que irradie las algas en crecimiento sobre el sustrato 16. La posición de las fuentes puede seleccionarse para dirigir la luz perpendicularmente a la superficie del sustrato 16 sobre el cual están creciendo las algas, o puede seleccionarse para dirigir la luz más hacia el costado del sustrato 16. La luminancia para el crecimiento de las algas puede estar comprendida generalmente dentro del intervalo de 20-400 µ?t??1/?t?2/3, y más específicamente entre 80 y 140 µ??1/??2/3. Como se indica en esta memoria, pueden emplearse periodos de exposición a la luz y periodos sin exposición (o con exposición reducida) a la luz, es decir periodos de luz y periodos de oscuridad, con (o sin) el uso de fuentes de luz artificial. La duración de un ciclo luz-oscuridad puede variar de un grupo de algas a otro grupo de algas. Un ciclo de este tipo puede incluir un periodo de luz de 12 a 14 horas. Otros ciclos pueden incluir, por ejemplo, un periodo de luz más corto de 5 horas o un periodo más largo de 19 horas. El periodo de oscuridad puede ajustarse también para adaptarlo a las algas específicas que están creciendo y/u otros aspectos del proceso de crecimiento que incluyen el uso de energía.

Adicionalmente , puede utilizarse una fuente de luz roja tal como un LED rojo para alcanzar el primer estado de excitación de las clorofilas a y b. Puede utilizarse también una luz azul tal como un LED azul, dado que los fotones de luz azul proporcionan aproximadamente 40% más de energía que los fotones de luz roja. Dado que luz de otras longitudes de onda puede ayudar a la regulación del crecimiento y el metabolismo de las células, pueden emplearse análogamente fuentes de luz de otras longitudes de onda. Las fuentes de luz pueden destellar intermitentemente para simular el ciclo de luz/oscuridad a fin de prevenir o reducir la fotoinhib.ición . Dado que la densidad de flujo y la frecuencia temporal pueden afectar al ritmo de crecimiento de las algas, pueden ajustarse ambas para adaptarse a las algas en crecimiento. Un método especifico puede implicar una luz destellante de corta duración (< 10 is) con intervalos de oscuridad' de duración aproximadamente 10 veces más larga (> 100 µ=) .

Se describen en esta memoria diversos métodos para abordar la eficiencia energética asi como la limitación inherente de disponibilidad de luz para la fotosíntesis debida, por ejemplo, a bloqueo de la luz por capas superiores de algas en recipientes utilizados para cultivo en fase húmeda. Es decir, la fotoinhibición y el estrés por luz baja de la fotosíntesis pueden reducir la producción de biomasa de algas. Adicionalmente , los pigmentos fotosintéticos (clorofilas) pueden exhibir más absorción de luz óptima, v.g., pero sin carácter limitante, a longitudes de onda de aproximadamente 440 y 680 nm. La luz blanca con cobertura espectral completa no puede ser absorbida totalmente pero puede ser adecuada para uso como fuente de luz, si bien en algunos pasos parte de la luz se reflejará o transmitirá como energía desperdiciada. Las fuentes de luz artificial proporcionadas alrededor de estas dos longitudes de onda pueden utilizarse para eficiencia luminosa para el crecimiento de algas que puede utilizarse.

Pueden utilizarse fotosensores 24 para detectar la luz y, pueden encenderse y apagarse por ejemplo con un controlador programable (no representado) , y/o la intensidad y longitud de onda de la luz artificial pueden modificarse dependiendo por ejemplo de la intensidad de luz detectada, longitud de onda, duración de exposición de la luz sobre el' sustrato 16 (o cerca del mismo), y/o la intensidad, longitud de onda y duración deseadas. Este método de control puede utilizarse para proporcionar a la vez la exposición deseada a la luz y el uso más eficiente de la energía utilizando luz natural durante los periodos soleados y luz artificial suplementaria por la noche, los días nublados, o cuando se desean intensidad, longitudes de onda, y duraciones diferentes.

Pueden utilizarse colectores solares en conjunción con las fuentes de luz arriba descritas. Es decir, puede recogerse luz solar natural dentro o fuera del invernadero o recinto y utilizarse para activar directamente las fuentes de luz artificial o para cargar baterías que pueden activar más tarde las fuentes de luz artificial.

Pueden utilizarse una diversidad de materiales y configuraciones para las realizaciones del sustrato 16. El sustrato 16 puede tener una estructura y composición que conduce a la inoculación, crecimiento y cosecha de las algas y para favorecer los usos de los , sustratos 16 descritos en esta memoria. El sustrato 16 puede ser un material simple tal como una sola capa de tela tejida o no tejida, una malla o un sustrato de rejilla. Un ejemplo de un sustrato simple no tejido es poliéster unido por hilado, tal como está disponible de DuPont y otras compañías. Otro ejemplo es polipropileno unido por hilado, tal como está disponible de Johns Mansville y otras compañías. Otros materiales no tejidos pueden ser materiales no tejidos soplados en fusión y materiales no tejidos entrelazados por hilado.

Alternativamente, el sustrato 16 puede ser una combinación de materiales tales como capas de tela múltiples tejidas y no tejidas, una capa de tela no tejida con una capa de film, y una capa tejida o no tejida con una capa de rejilla. Una combinación de capas no tejidas puede ser una primera capa hecha de una tela de propileno o poliéster unida por hilado con una segunda capa hecha de tela soplada en fusión. El material unido por hilado puede proporcionar la resistencia en tanto que la capa soplada en fusión proporciona volumen y una matriz abierta más fina en la cual puedan residir más células de algas. Un material de rejilla podría proporcionar análogamente resistencia a una tela de combinación. La rejilla podría ser una rejilla de nailon con separaciones, por ejemplo, de entre 1 y 10 mm.

En . lugar de o además de las realizaciones arriba descritas de diversos sustratos, el sustrato 16 podría incluir una capa principal sobre o en la cual puedan crecer las algas (tal como se ha descrito arriba) y una capa de cubierta superior delgada tal como una capa delgada no tejida para proporcionar protección o contención de o soporte para las algas en crecimiento. Puede añadirse una capa delgada de fondo para protección, contención o soporte adicionales. Las capas superior o inferior pueden proporcionar también resistencia muy análogamente a la realización descrita anteriormente. Una realización de tres capas de este tipo puede consistir en dos capas de poliéster no tejidas unidas por hilado con una capa de viscosa no tejida entre ambas. La capa de viscosa no tejida puede proporcionar carácter hidrófilo, al igual que pueden hacerlo otros materiales no tejidos con inclusión de materiales no tejidos basados en rayón y otros materiales no tejidos basados en celulosa. Las capas exteriores de poliéster, al ser termoplásticas , pueden unirse térmicamente, tal como unirse por puntos para mantener unida la construcción de tres capas. Otras construcciones pueden proporcionar resultados similares, tales como una construcción que utiliza una capa no tejida soplada en fusión tratada con un agente tensioactivo en lugar de o además de la capa no tejida de viscosa indicada anteriormente. Todavía más, en lugar de sustratos multicapa, otros sustratos pueden ser construcciones monocapa que incluyen tipos y/o composiciones de fibras múltiples, tales como una mixtura de fibras unidas por hilado, fibras sopladas en fusión, fibras termoplásticas , fibras basadas en materiales celulósicos, y otros tipos y composiciones de fibras.

El sustrato 16 puede ser hidrófilo, como se ha indicado arriba, lo cual puede hacer posible una mejor adherencia entre el sustrato 16 y el agua, las algas, y/o la composición de nutrientes. El sustrato puede tener también un pH que favorece el crecimiento de las algas, tal como un rango comprendido entre 4.5 y 11. El sustrato 16 puede seleccionarse para evitar o reducir cualquier toxicidad para las algas .

La composición y/o la estructura de diversas realizaciones del sustrato 16 pueden contribuir a la exposición significativa de luz a las algas. El sustrato 16 puede permitir la transmisión de una cantidad y porcentaje importantes de luz sobre, al interior, y/o a través del sustrato 16 para proporcionar una cantidad de luz - importante a una porción mayor de las algas, sobre o en el interior del sustrato 16. Contribuciones a la exposición a la luz incluyen, por ejemplo, la transparencia o translucidez del material que constituye el sustrato 16 (y, en caso de ser translúcido, el color del sustrato 16 puede ser blanco u otro color claro) , y la apertura del material que constituye el sustrato 16. Un ejemplo es un sustrato que incluye una tela poliéster blanca unida por hilado. Otro ejemplo es un sustrato que incluye una tela poliéster blanca tejida. Si se utiliza una capá de film de polímero con una capa tejida o no tejida, la capa de film de polímero puede permitir la transmisión de la luz por ser transparente o translúcida (y en caso de ser translúcida, el sustrato puede ser blanco o de otro color más claro) .

La composición y/o la estructura de diversas realizaciones del sustrato 16 pueden contribuir a la exposición significativa del dióxido de carbono a las algas. La apertura del sustrato 16, tal como una tela tejida o no tejida, hace posible el paso de gas tal como dióxido de carbono al interior y/o a través del sustrato 16. Como se describe en esta memoria, la concentración de dióxido de carbono en el ambiente que rodea el sustrato 16 y las algas puede aumentarse hasta por encima de la concentración normal en el aire. Aunque no se muestra, dióxido de carbono puro o una mixtura gaseosa que tiene una - - concentración elevada de dióxido de carbono puede hacerse pasar sobre, al interior de, y/o a través del sustrato 16, por ejemplo mediante una o más toberas que están conectadas a un suministro de dióxido de carbono. Además de dióxido de carbono, puede hacerse fluir agua en estado de vapor sobre, al interior de o a través del sustrato 16. Adicionalmente , el gas que se fuerza a través del sustrato 16 o una porción de este gas puede recogerse con un dispositivo de vacio como medio para eliminar el oxigeno exhalado por las algas y como medio para controlar la composición de gases en el invernadero .

El sustrato 16 ¦ puede tener otros aspectos que son conducentes a un aspecto de los métodos arriba descritos, tales como ser conducentes a la inoculación, el crecimiento y/o la cosecha de las algas. Una realización del sustrato 16A se muestra en la Figura 3.

El sustrato 16A es una tela no tejida con orificios pasantes a su través. Los orificios pueden acrecentar el paso de gas, el liquido y luz solar. Una forma de los orificios puede ser una forma de diamante, aunque los orificios pueden ser circulares, ovalados, cuadrados, rectangulares o tener cualquier otra forma. En una realización, cada orificio tiene dimensiones de 10.5 milímetros por 3 milímetros (aunque se muestran de mayor tamaño en la Figura 3) , lo cual equivale a una separación - - de 17.4 milímetros cuadrados. Por ejemplo, una realización incluye 42 orificios de este tamaño en una hoja que tiene un área de 58,500 milímetros cuadrados. Los tamaños, las formas, el espaciado, y otros aspectos de los orificios pueden modificarse en caso deseado.

El líquido para humedecer el sustrato 16 o para utilización en la composición nutriente puede ser agua, tal como agua de la llave, agua filtrada, agua destilada, agua desionizada y/o agua residual. El agua residual puede incluir ciertos efluentes contaminados que permiten o pueden incluso contribuir al crecimiento de las algas, lo cual puede proporcionar dos resultados: mantener las algas suficientemente hidratadas y hacer uso del agua residual. Cualquier agua residual que escurre del sustrato 16 puede encontrarse en una condición menos contaminada como resultado de la absorción de las composiciones en el agua por las algas . Para hacer uso de agua residual rica en nutrientes, los aparatos y sistemas descritos pueden estar localizados cerca de una fuente de dicha agua residual.

El periodo de crecimiento antes de la cosecha de las células del sustrato 16 para procesamiento subsiguiente puede tener diversas duraciones. Por ejemplo, la primera cosecha puede tener lugar 3 días después de la inoculación. Una cosecha subsiguiente y sucesiva puede realizarse cada día, cada dos días o más después de la primera cosecha.

Cada dispositivo de cosecha 17 representado en la Figura 1 está constituido por dos rodillos que desprenden del sustrato 16 por presión una primera porción o cantidad de las algas y dejan una segunda porción o cantidad eficazmente como inoculantes para uno o más periodos de crecimiento subsiguientes. Aunque se muestra un dispositivo de cosecha 17 para cada hoja de sustrato 16, puede utilizarse en su lugar un solo dispositivo de cosecha 17 para cosechar la totalidad o varias de las hojas en un invernadero, y o bien el dispositivo de cosecha 17 puede moverse de una hoja a otra o las hojas pueden transportarse, por ejemplo con un transportador, a un dispositivo de cosecha 17. En lugar de o además de prensar las algas procedentes del sustrato 16, las algas pueden retirarse del sustrato desprendiéndolas del mismo por soplado utilizando una o más toberas o cuchillas de aire (no representadas) que dirigen aire u otro gas o mixtura de gases al sustrato 16.

Diversas realizaciones descritas en esta memoria pueden dar como resultado la producción de una concentración o número significativo de células que alcanza 109 células por centímetro cuadrado de sustrato, 1010 células por centímetro cuadrado de sustrato, o mayor. Adicionalmente , la descripción expuesta en esta memoria indica un uso eficiente del agua para producir algas, uso de efluentes municipales, agrícolas, o residuales por su alto contenido de nitrógeno. Los sistemas, aparatos, métodos, artículos y composiciones descritos pueden utilizarse también en una diversidad de localizaciones que incluyen invernaderos montados sobre tierra infértil, árida, y/o en pendiente.

Los métodos expuestos en esta memoria pueden llevarse a cabo sin tener que separar agua de las algas cosechadas, utilizando por ejemplo una centrífuga. No obstante, las , algas concentradas cosechadas pueden, en caso deseado, concentrarse ulteriormente utilizando una centrífuga y/o secarse de diversas maneras, por ejemplo, disponiendo las algas en un horno de secado o simplemente dejando las algas expuestas a un gas secador y/o a la luz solar para deshidratar las algas. Las algas deshidratadas pueden mantenerse en bolsas, tales como bolsas de polietileno, y almacenarse para uso posterior. El uso posterior puede incluir por ejemplo extracción, fraccionamiento, u otro aislamiento de partes particulares de las algas tales como los lípidos, como se expone con mayor detalle en esta memoria.

Un ejemplo del uso de las estructuras arriba descritas es como sigue. Se utilizó un sustrato no tejido para cultivar una mixtura de dos mícroalgas, Scenedesmus obliquus y Chlorella vulgaris . El área superficial del sustrato era 558 centímetros cuadrados, ' que se inoculó por recubrimiento del sustrato con una solución al 1% de alginato que contenia la mixtura de las dos microalgas . La densidad de las células de algas era 105 células por mililitro. El sustrato se suspendió verticalmente en un invernadero que se mantenía a una temperatura comprendida entre 20 y 26° Celsius y a una humedad relativa entre 90 y 95%. El periodo de luz era 16 horas al día, y el periodo de oscuridad era 8 horas al día. La concentración de dióxido de carbono estaba comprendida entre 500 y 1500 partes por millón. Los nutrientes se suministraron a las algas en una composición nutriente de base acuosa. Las algas se mantuvieron en cultivo durante 35 dias. El crecimiento se monitorizó diariamente por pesada del sustrato. La cosecha, utilizando el método de rodillos de prensado expuesto anteriormente, se llevó a cabo cada tercer día. Se cosecharon entre 20 y 80 gramos de algas cada tercer día por cada metro cuadrado de espacio de suelo cubierto por el sustrato. No se añadió célula alguna de alga después de la inoculación inicial, demostrando que los métodos de inoculación, crecimiento y cosecha proporcionaban un método sostenible para producción de biomasa de algas .

Un ejemplo similar implicó la inoculación y adición de agua y nutrientes al sustrato, y cosecha aproximadamente de la mitad de las algas cuando se estimó que las algas habían alcanzado 4 x 108 células por centímetro cuadrado de - - sustrato, dejando la otra mitad como inoculantes para cosechas subsiguientes. Se llevó a cabo una cosecha subsiguiente cuando se estimó de nuevo que las algas habían alcanzado 4 x 108 células por centímetro cuadrado de sustrato. Este ejemplo y el ejemplo previo podrían haberse modificado para permitir un crecimiento mayor o menor entre cosechas .

Existen una diversidad de otras realizaciones que pueden utilizarse en lugar de o en conjunción con las realizaciones arriba indicadas o de los elementos o aspectos de las realizaciones arriba indicadas. Una realización de este tipo incluye el uso de un sustrato corrugado u ondulado 16A en lugar de un sustrato plano (no representado) . La forma no plana proporciona un medio para aumentar el área superficial del sustrato. Son posibles diversas formas de ondulación.

Otra realización incluye la aplicación de algas, líquidos y/o nutrientes no a ambos lados del sustrato 16, 16A, sino solamente en uno de los lados. Esto puede realizarse con el método de rociado descrito anteriormente.

Otra realización o una descripción ulterior de la primera realización incluye las longitudes de sustrato 16 que se preparan por aplicación de algas a una mayor longitud de material de las maneras descritas en esta memoria. Las longitudes mayores pueden cortarse en las longitudes más cortas representadas en las figuras mencionadas anteriormente.

Otra realización o una descripción ulterior de la realización anterior incluye aplicar las algas, el liquido y/o la composición de nutrientes al sustrato 16 utilizando un rodillo de desenrollamiento y aplicando las estructuras descritas más adelante en esta memoria.

La Figura 4 ilustra una realización de un sistema de crecimiento y cosecha de algas, 110. Esta realización puede utilizar uno o más de los elementos de realizaciones descritas en esta memoria. El sistema 110 puede incluir uno o más de los elementos siguientes . Un recinto del sistema 112 (como un invernadero) incluye una o más partes de un aparato de crecimiento y cosecha 114 y un sustrato 116 sobre el cual pueden cultivarse las algas. En esta realización, el aparato 114 incluye un miembro de desenrollamiento 118, un aplicador de algas 120, un aplicador de liquido 122, un aplicador de nutriente 124, un dispositivo de tratamiento 126, dos miembros de cambio de dirección 128, 130, un dispositivo de cosecha 132 (en este caso una cuchilla mecánica estacionaria) , un transportador de algas 134, un recipiente de algas 136, y un miembro de enrollamiento 138. No se muestran, pero se hace referencia a ellos y se describen en esta memoria las algas, el liquido, y el nutriente.

El recinto del sistema 112 arriba descrito puede proporcionar protección para y contención de la una o más partes del aparato de crecimiento y cosecha 114 así como otras composiciones, artículos, y aparatos. El recinto del sistema 112 puede estar hecho de acero inoxidable u otros metales o materiales que puedan favorecer las condiciones creadas por otros elementos del sistema 110. El recinto del sistema 112 puede contribuir al mantenimiento de un ambiente controlado con respecto a las algas en crecimiento y cosecha. El entorno controlado puede incluir, por ejemplo, una composición y condiciones particulares, tales como aire a la temperatura ambiente, presión atmosférica y humedad relativa de 80%. En lugar de ello, el aire u otra composición gaseosa o gaseosa/líquida podría encontrarse a una temperatura, presión o humedad relativa más alta o más baj a .

Pueden emplearse otras composiciones del gas, tales como una concentración diferente de dióxido de carbono, oxígeno, y/o nitrógeno, y una humedad relativa mayor. Por ejemplo, como se ha descrito anteriormente, la concentración de dióxido de carbono puede ser muchas veces mayor que la concentración normal en el aire, tal como 5 ó 10 veces más o mayor aún. La humedad relativa puede aumentarse hasta por encima de 80% incluso cuando las algas absorben la mayor parte o la totalidad del agua por la vía de la humedad del ambiente, es decir, una absorción menor o nula de agua a partir de algunos medios de suministro de líquidos .

Adicionalmente, el ambiente podría incluir fundamentalmente gas, por ejemplo con inclusión de agua en estado gaseoso, y en segundo lugar líquido en forma de, por ejemplo, una niebla o rociado de líquido, por ejemplo agua. Dependiendo de la cantidad y frecuencia de aplicación de una mixtura, rociado u otra aplicación de líquido, la humedad relativa puede reducirse o dejarse disminuir hasta, por ejemplo, menos de 80%.

Todavía más, la composición y/o las condiciones del ambiente pueden modificarse durante el periodo de crecimiento por ejemplo por variación de uno o más de dióxido de carbono, oxígeno, nitrógeno, y humedad relativa. Por ejemplo, si se emplea un periodo de luz y un periodo de oscuridad en un ciclo de crecimiento, la densidad del dióxido de carbono (C02) puede ajustarse entre 300 y 6000 ppm durante el periodo de luz, y puede ajustarse a entre 300 y 600 ppm durante el periodo de oscuridad.

Los diversos gases pueden proporcionarse por medio de tanques de cada uno, y la humedad relativa puede proporcionarse por un humidificador . Pueden utilizarse medidores de densidad de gas y un medidor de humedad relativa para medir y controlar el ambiente.

Además de mantener la composición deseada del gas, el ambiente controlado puede impedir o reducir el contacto o la interacción con las algas de ciertos materiales que pueden afectar desfavorablemente a las algas, su crecimiento, u otros aspectos de los sistemas, composiciones, artículos, aparatos, o métodos descritos. Por ejemplo, dado que ciertas bacterias pueden reducir el crecimiento de las algas mientras que ciertas otras bacterias pueden favorecer el crecimiento de las algas, la inclusión o exclusión del ambiente de bacterias de invernadero puede controlarse según se desee. La filtración de aire puede incluirse dentro de un proceso de control de las bacterias, asi como otros materiales.

Detalles adicionales concernientes al recinto 12 y los aparatos que pueden incluir o interaccionar con el mismo para controlar el ambiente se describen en esta memoria, tales como la filtración del aire.

El sustrato 116 arriba descrito puede ser un articulo que tenga una estructura y composición que es conducente al crecimiento de algas. Por ejemplo y como se describe en otro lugar de esta memoria, el sustrato puede ser un material simple tal como una capa de tela simple tejida o no tejida, o una combinación de materiales tales como capas de tela múltiples tejidas o no tejidas, una capa de tela no tejida con una capa de film.

- - El miembro de desenrollamiento arriba descrito puede ser un rodillo de desenrollamiento 118 que proporciona medios para suministrar el sustrato 16. El rodillo de desenrollamiento 18 puede estar accionado por un motor eléctrico con velocidad de rotación y/o tensión controladas manualmente o por medio de un controlador programable. La velocidad del rodillo de desenrollamiento 118 puede estar coordinada con la velocidad del rodillo de enrollamiento descrito más adelante en esta memoria. El aplicador de algas descrito anteriormente puede ser un rodillo de aplicación de algas 120 que proporciona medios para aplicar algas al sustrato 116. Como se ha indicado, las células de algas pueden estar suspendidas en un gel u otro portador o pueden aplicarse dentro de un portador. Una vez aplicadas, las algas (descritas más adelante en esta memoria) pueden mantenerse en- la superficie superior del sustrato 116, moverse hacia el interior del sustrato 116, moverse hacia abajo o hacia el fondo del sustrato 16, o cualquier combinación de dichos movimientos. El rodillo de aplicación de las algas 120 puede ser un rodillo de espuma que recoge o recibe las algas procedentes de un suministro de algas y transfiere algunas o la totalidad de dichas algas al sustrato 116. Otros medios para aplicación de las algas pueden incluir uno o más pulverizadores que pulverizan las células de las algas (una vez más con o en el interior de un portador) sobre el sustrato 116. Otro medio consiste en extruir o hacer fluir una cantidad de células de algas sobre el sustrato 116. Como se ha expuesto anteriormente, las células de las algas pueden aplicarse a uno o más lados del sustrato 116.

El aplicador de liquido arriba descrito puede ser un rodillo de liquido o rodillo humidificador 122 que proporciona medios para aplicar un liquido o humedad, por ejemplo, agua al sustrato 116. El rodillo puede incluir una capa hidrófila de espuma que absorbe o recibe liquido procedente de un suministro de liquido y transfiere liquido al sustrato 116. En lugar de o además del rodillo 122, otros medios para aplicación incluyen un dispositivo de nebulización o rociado, que se describen más adelante en esta memoria.

El aplicador de nutrientes arriba descrito puede ser un rodillo de aplicación de nutrientes 124 que proporciona medios para aplicar al sustrato nutriente de crecimiento de algas. El rodillo 124 puede incluir una capa hidrófila de espuma que absorbe o recoge la composición de nutrientes procedente de un suministro de composición de nutrientes y transfiere el mismo al sustrato 116. Otros medios para aplicación del nutriente incluyen los arriba descritos para aplicación de las algas y/o el liquido.

Una velocidad deseada a la cual se transporta el sustrato 116 puede utilizarse para ajustar la distancia entre diversas estructuras del sistema 110, con inclusión de la distancia entre el aplicador de algas, el aplicador de liquido, y el aplicador de nutrientes de tal modo que cada uno de ellos se aplique en el momento deseado. En lugar de o además de ello, las distancias entre diversas estructuras del sistema 110 pueden ajustarse con o sin relación a cualquier ajuste a la velocidad del sustrato 116. Aunque se muestra y se ha descrito arriba un solo aplicador de cada tipo, pueden proporcionarse uno más aplicadores adicionales de cualquier tipo en el sistema 110. Por ejemplo, pueden utilizarse aplicadores adicionales de liquido para controlar la humedad de las células de algas. Asimismo, pueden utilizarse uno o más aplicadores de nutriente si se desean alimentaciones múltiples durante el crecimiento de las algas.

El dispositivo de tratamiento arriba descrito puede ser un recinto de tratamiento 126 que proporciona medios para tratamiento del sustrato 116 o una o más sustancias en el sustrato en la medida en que se deseen uno o más tratamientos. El recinto de tratamiento puede realizar uno o más de una diversidad de tratamientos. Como un ejemplo, el recinto de tratamiento 126 puede prevenir o reducir la incidencia de luz de tal modo que las algas pasen por un periodo de oscuridad. 0 bien el recinto de tratamiento 126 podría proporcionar en lugar de ello una luz mayor que la disponible o que se proporciona fuera del recinto 126. Otro ejemplo es que el ambiente gaseoso o gaseoso-líquido en el interior del recinto de tratamiento 126 es diferente del ambiente fuera del mismo, tal como una concentración diferente de dióxido de carbono u otro gas, la humedad, la temperatura, u otra condición.

Los miembros de cambio de dirección arriba descritos pueden ser rodillos giratorios 128, 130, cada uno de los cuales proporciona medios para hacer girar el sustrato en una dirección diferente. Otras estructuras para giro del sustrato 16 incluyen barras no rotativas u otros miembros no móviles que tienen superficies sobre las cuales puede deslizarse el sustrato 116.

El miembro de cosecha arriba descrito para esta realización puede ser una cuchilla mecánica estacionaria 132 que proporcione medios para cosechar o desprender las algas del sustrato 116. La cuchilla puede ser por ejemplo un miembro estacionario de acero inoxidable con un borde que está posicionado con relación al sustrato 116 de tal modo que corte o desprenda las algas que¦ crecen sobre el sustrato. Otra estructura para cosechar las algas del sustrato 116 es una cuchilla de aire que aplica una corriente de aire suficiente u otro gas sobre las algas - - para desprender las algas del sustrato 116. Como se ha indicado e ilustrado anteriormente en esta memoria, pueden utilizarse rodillos de desprendimiento para cosechar las algas. Otros enfoques son desprender las algas del sustrato por cepillado o aspiración de las algas del sustrato.

El transportador arriba descrito puede ser un transportador 134 que proporciona medios para recibir las algas y transportar las algas a una localización en la cual puedan almacenarse o procesarse ulteriormente. El transportador 134 puede incluir una cinta, rodillos delantero y trasero, asi como un motor eléctrico, y un controlador para impulsar uno o los dos rodillos. Otras estructuras para transportar las algas incluyen un conducto con un caudal suficiente de aire (u otra composición fluida) para desplazar las algas cuando se desea.

El recipiente 136 arriba descrito proporciona medios para retener las algas durante el procesamiento ulterior. Este recipiente puede ser un tubo de plástico o una bolsa de plástico. En vez de ser retenidas en el recipiente 136 representado, las algas cosechadas podrían ser transportadas en su lugar a otro recipiente en otra localización para procesamiento ulterior o inmediatamente a un aparato o paso de procesamiento ulterior, tales como los descritos en esta memoria. Dicho medio de transporte ulterior puede estar proporcionado por un transportador más largo, un transportador adicional, o una conducción con caudal de aire suficiente para transportar las algas.

El miembro de enrollamiento arriba descrito puede ser un rodillo de enrollamiento 138 que proporciona medios para enrollar el sustrato 116 después que una parte o la totalidad de las algas se ha recogido del sustrato 116. El rodillo de enrollamiento 138 está impulsado, por ejemplo, por un motor eléctrico.

Una variación (no representada) de la realización que ¦ se muestra en la Figura 4 es un sistema en el cual la inoculación de las algas sobre el sustrato 116 puede realizarse fuera de la linea de crecimiento de las algas. Por ejemplo, una bobina grande de sustrato 116 puede ser desenrollada por el rodillo de desenrollamiento, las células de las algas pueden inocularse sobre el sustrato 116, y el sustrato 116 puede enrollarse con el rodillo de enrollamiento y dejarse aparte para un proceso de crecimiento posterior. - Las algas pueden mantenerse suficientemente húmedas a fin de evitar o reducir la pérdida de células mientras que la bobina de sustrato inoculado aguarda la porción de crecimiento del proceso. La porción de crecimiento subsiguiente puede implicar cortar el sustrato 116 en longitudes discretas u hojas tal como se muestra en la Figura 1, o puede implicar el mantenimiento de la bobina en dirección y la utilización del método de banda continua representado en la Figuración 4. Como se muestra en la Figura 5, el sistema 200 incluye varios elementos que son similares a la realización representada en la Figura 4. Esto incluye un recinto del sistema 212 que encierra un aparato de crecimiento y cosecha de algas 214. Se proporciona un sustrato 216 por un rodillo de desenrollamiento 218 que retiene una bobina gigante del sustrato 216. Los aplicadores de algas superior e inferior 220A, 220B aplican células de algas a la porción superior y la porción inferior del sustrato 216. Los aplicadores de liquido 222 pulverizan o nebulizan un liquido, tal como agua o una composición que incluye agua sobre el sustrato 216. Los aplicadores de nutriente 224 pulverizan una composición de nutriente al sustrato 216. Los rodillos giratorios 226 están separados verticalmente para aumentar en un grado significativo la distancia recorrida por el sustrato 216. Se muestran fuentes de luz artificial 228 tales como lámparas fluorescentes, dispuestas entre rodillos 226 y los tramos correspondientes del sustrato 216. Pueden utilizarse fuentes adicionales y otras de luz artificial. Puede proporcionarse Luz artificial adicional a los rodillos giratorios 226 que son transparentes y están iluminados (no representado) . Se incluyen dos sub-recintos 230 para mantener apagada (o reducida) la luz a fin de proporcionar periodos de oscuridad para el crecimiento de las algas (y permitir otros cambios de condición tales como composición y temperatura del gas) . Los dispositivos de cosechado 232 están posicionados para retirar o cosechar algas del sustrato, y las algas se muestran recogidas por miembros de succión 234 adyacentes a los dispositivos de cosecha 232. El sustrato 216, después de la cosecha, puede enrollarse sobre el rodillo de enrollamiento 236. Dado que algunas algas pueden quedar sobre el sustrato 216 después de la cosecha, la bobina enrollada del sustrato 216 en el rodillo de enrollamiento 236 puede disponerse en el rodillo de desenrollamiento 218 y reutilizarse o almacenarse para uso posterior. Como puede verse, el posicionamiento de los rodillos 226 puede utilizarse para proporcionar una gran longitud de sustrato sobre la cual puedan dejarse crecer las algas. Uno o más de los rodillos 226 pueden estar calentados o enfriados para aportar o sustraer calor de las algas en el sustrato 216 en caso deseado. Dado que los rodillos 226 están en contacto con ambas superficies del sustrato 216, la presión sobre el sustrato puede controlarse por control de la tensión en el sustrato 216, seleccionando un diámetro deseado de los rodillos 226 y un camino deseado del sustrato, y/o utilizando rodillos 226 que tengan un material de superficie compresible tal como espuma .

La Figura 6 ilustra una realización similar a las realizaciones representadas en las Figuras 4 y 5, excepto que esta realización ilustra un sistema 310 que utiliza un bucle continuo de sustrato 316 en lugar del sustrato 116 y 216 que, como se ha descrito arriba, se desenrollan y se enrollan. Este bucle o transportador continuo 310 se representa con una pluralidad de rodillos de transporte 318, un baño 320, aplicadores de liquido 322, rodillos de cosecha 324, recipiente de biomasa 326, recinto de invernadero 328, y fuentes de luz artificial 330. Pueden incluirse asimismo diversos otros aspectos arriba descritos con respecto a otras realizaciones, tales como el control de luz, el control de humedad, el control de gas y recintos que permiten controlar las condiciones del entorno del sistema 310 y/o porciones del sistema 310.

Este sistema 310 puede hacerse operar de tal modo que el sustrato 316 se pone en marcha, se para, se ralentiza, y se acelera en caso deseado para ajustarse a la inoculación, el crecimiento, y los aspectos de cosecha del sistema 310. Por ejemplo, para inocular el sustrato 316, el baño 320 puede llenarse total o parcialmente con una composición de algas (como se ha descrito arriba) y el sustrato 316 puede transportarse a través del baño 320, y pararse luego de tal modo que las algas puedan exponerse a la luz y el dióxido de carbono gaseoso dentro del recinto 328. Para humedecer - - las algas en caso deseado, el sustrato 316 puede transportarse de nuevo de tal modo que los aplicadores de líquido puedan aplicar (v.g. pulverizar) agua u otro liquido sobre el sustrato 316. Para alimentar las algas en caso deseado, el sustrato 316 puede transportarse de nuevo de tal modo que los aplicadores de líquido 322 puedan aplicar (v.g., pulverizar) una composición de nutrientes sobre el sustrato 316. En lugar de o además de utilizar los aplicadores de líquido 322, la composición de líquido y nutrientes puede añadirse al baño 320 de tal modo que el transporte de sustrato 316 pueda dar como resultado humidificación y alimentación de las algas. Después que el sustrato 316 se transporta para humidificación y alimentación, el sustrato puede pararse de nuevo para exposición ulterior a la luz y el dióxido de carbono en el recinto 328. Los pasos de humidificación , alimentación y crecimiento pueden repetirse en caso deseado. Para cosechar las algas, el sustrato 316 puede transportarse y los rodillos de cosecha 324 pueden ponerse en contacto para desprender una porción de las algas que crecen sobre o en el interior del sustrato 316 que pueden capturarse en el recipiente de biomasa 326 (y retirarse del mismo) . A continuación de la cosecha, el sustrato 316 puede reinocularse, rehumidificarse , o realimentarse , cualquier combinación de ello en la preparación para cosechas subsiguientes.

Una versión más simple de la realización representada en la Figura 6 se muestra en la Figura 7. El sistema 410 de esta realización es similar a la realización representada en la Figura 1, pero con un sustrato móvil, de bucle continuo 416 como el sustrato 316 proporcionado en el sistema 310.· Los rodillos de transporte 418, el baño 420, los aplicadores de liquido 422, los rodillos de cosecha 424 , el recipiente de biomasa 426, el recinto 428, y las fuentes de luz artificial 430 proporcionan medios similares a las estructuras homologas representadas en la Figura 6. En esta realización y otras realizaciones indicadas anteriormente, porciones del recinto 428 que no permiten la entrada de luz solar, tales como el suelo, pueden tener un color claro tal como blanco a fin de reflejar la luz solar que ha entrado en el recinto 428 (y la luz artificial en el interior del recinto 428) hacia el sustrato 416.

La Figura 8 ilustra otra realización, que es similar a las realizaciones ilustradas en las figuras 1, 6 y 7. Este sistema 510 incluye un transportador 512 con marcos colgantes 514 cada uno de los cuales se representa suspendiendo 4 hojas de sustrato 516. El sistema 510 puede utilizarse para transportar el sustrato 516 por una o más razones que incluyen que la exposición de la luz a las hojas de sustrato 516 puede controlarse, las algas pueden aplicarse en una estación a lo largo del ' camino proporcionado por el transportador (v.g., pulverizadas o bañadas sobre las hojas; no representado, pero expuesto anteriormente en esta memoria) , análogamente el agua y las composiciones y nutrientes pueden aplicarse en otras estaciones (no representado pero expuesto anteriormente) , y las algas pueden cosecharse en una o más estaciones distintas (no representado, pero expuesto anteriormente) . Asimismo, el sistema 510 puede estar confinado en un invernadero (no representado) que tiene un ambiente controlado, con inclusión de humedad, temperatura, composición de gas, y análogos como se ha expuesto anteriormente .

Las realizaciones arriba descritas y elementos de las mismas hacen que las algas se expongan a cantidades significativamente mayores de luz y dióxido de carbono que si las algas se dejaran crecer en el interior de una masa de agua o se mantuvieran sumergidas en agua de algún otro modo. Como se ha descrito, un aspecto de esta exposición implica reducir o minimizar el uso de agua para aumentar la luz y el dióxido de carbono disponibles a las algas. Las realizaciones expuestas pueden utilizarse en asociación con un medio de captura de dióxido de carbono, tal como la captura de dióxido de carbono procedente de una combustión, tal como un horno de gas utilizado en una construcción adyacente. Adicionalmente, el uso reducido y enfocado de agua en la descripción permite un uso eficiente de nutrientes, que reduce el coste y puede hacer uso de nutrientes proporcionados por materiales contaminados. Aún más, cierta porción de la electricidad utilizada en el método de bucle y los otros métodos expuestos (tales como los pasos indicados de transporte; aplicación de algas, agua y nutrientes; aplicación de luz; control de temperatura, composición del gas y otras condiciones) puede suministrarse por colectores y baterías solares .

La biomasa de algas contiene 20%-40% de proteínas, 30%-50% de lípidos, 20% de carbohidratos, y 10% de otros compuestos. Dependiendo de los procesos de conversión, puede obtenerse una gama de productos a partir de la biomasa de algas. Si un enfoque del sistema está orientado hacia el procesamiento de biomasa de algas, es posible maximizar la utilización de la biomasa para economía y beneficios ambientales máximos. El biorrefino es un enfoque de un sistema de este tipo. El biorrefino es un concepto derivado del refino de petróleo. Una biorrefinería utiliza biomasa como material de alimentación en oposición a los recursos fósiles utilizados en una biorrefinería de petróleo. La meta del biorrefino es producir una gama amplia de productos tales como combustibles, materias primas, productos químicos, etc., a partir de uno o más recursos biológicos . Dado que la biomasa no es un material de alimentación heterogéneo, se han propuesto varias plataformas de biorrefinería tales como plataformas biológicas y plataformas termoquímicas . Una biorrefinería utiliza una cartera de tecnologías de conversión y refino y puede estar integrada con la producción de material de alimentación de biomasa. Una biorrefinería integrada es capaz de producir corrientes múltiples de productos y por tanto corrientes múltiples de entrada a partir de un material de alimentación de biomasa simple y, por consiguiente, es económicamente más viable que los esquemas de producción basados en un solo producto. El calor y la energía generados pueden utilizarse para hacer el sistema parcialmente autosuficiente en términos de energía.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (41)

REIVINDICACIONES

1. Un método para crecimiento y cosecha de biomasa de algas, que comprende: a) aplicar células de microalgas a al menos una hoja de sustrato suspendida; b) dejar crecer dichas microalgas aplicadas sobre dicha hoja de sustrato en un ambiente gaseoso húmedo y cerrado que incluye dióxido de carbono; c) irrigar el sustrato para humedecer dichos sustrato y microalgas; d) aplicar nutriente al sustrato para alimentar dichas microalgas; e) aplicar luz a dichas microalgas para favorecer el crecimiento de las mismas; y f) cosechar dichas microalgas utilizando al menos un rodillo aplicado a dicha hoja sustrato para desprender por presión al menos una porción de aquéllas.

2. El método de la reivindicación 1, en donde los pasos c) , d) y e) se realizan simultáneamente.

3. El método de la reivindicación 1, en donde los pasos c) , d) y e) se realizan de manera secuencial .

4. El método de la reivindicación 3, en donde dichos pasos c) , d) y e) se realizan en orden secuencial.

5. El método de la reivindicación 3, en donde dichos pasos c) , d) y e) se realizan sin orden secuencial.

6. El método de la reivindicación 1, en donde en el paso f ) , dicha cosecha se realiza entre al menos dos rodillos que prensan al menos una porción de microalgas de dicho sustrato.

7. El método de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde dichas células de microalgas se transportan sobre un transportador durante el crecimiento .

8. El método de la reivindicación 7, en donde dicho transportador comprende una pluralidad de marcos colgantes para suspender una pluralidad de hojas de sustrato, colgando dichas hojas verticalmente del mismo.

9. El método de la reivindicación 7, en donde dicho sustrato comprende una hoja de sustrato unitaria en la forma de una banda suspendida entre rodillos de transporte, formando dicha hoja un transportador para el transporte de dichas células de microalgas durante el crecimiento .

10. El método de la reivindicación 9, en donde en el paso f ) la' cosecha de una porción de las microalgas del sustrato se lleva a cabo mientras el sustrato y las células de microalgas están siendo transportados.

11. El método de la reivindicación 10, en donde la cosecha deja que una porción de las microalgas continúe creciendo para una cosecha subsiguiente.

12. El método de la reivindicación 11, que comprende transportar ulteriormente dicho sustrato después de la cosecha para iniciar otro ciclo de pasos a) a e) .

13. El método de la reivindicación 12, en donde dicho sustrato constituye un bucle continuo.

14. El método de la reivindicación 1 ó 13, en donde la cosecha deja al menos 50% de la biomasa de algas original como inoculo para crecimiento ulterior.

15. El método de la reivindicación 1, en donde dicha irrigación se lleva a cabo por goteo, rociado o nebulización .

16. El método de la reivindicación 1, en donde el sustrato se selecciona de: una matriz tejida y una matriz no tejida.

17. El método de la reivindicación 16, en donde el sustrato comprende propiedades variables de apertura, textura o capilaridad.

18. El método de la reivindicación 16, en donde dicho sustrato está hecho de una combinación de capas .

19. El método de la reivindicación 18, en donde dicho sustrato combina a) una capa hidrófila que proporciona resistencia y dispersión del agua; y b) al menos una capa para favorecer el crecimiento de las algas .

20. El método de la reivindicación 19, en donde dicho sustrato está hecho de una capa central de viscosa unida entre dos capas exteriores de poliéster unido por hilado .

21. El método de la reivindicación 1, en donde en el paso d) la aplicación de luz comprende aplicar luz procedente de fuentes de luz no solar.

22. El método de la reivindicación 21, que comprende adicionalmente reducir la exposición de luz a las algas y el sustrato de tal modo que las algas y el sustrato se expongan a al menos un periodo de luz y al menos un periodo de oscuridad.

23. El método de la reivindicación 1, en donde la densidad del dióxido de carbono gaseoso en el ambiente gaseoso es mayor durante el periodo de luz que durante el periodo de oscuridad.

24. El método de la reivindicación 23, en el cual la densidad del dióxido de carbono gaseoso en el ambiente gaseoso está comprendida entre 300 y 6000 partes por millón durante el periodo de luz y entre 300 y 600 partes por millón durante el periodo de oscuridad.

25. El método de la reivindicación 1, en donde el sustrato proporciona un área superficial de 80 o más metros cuadrados por cada metro cuadrado de espacio de suelo del recinto .

26. El método de la reivindicación 11, en donde la cosecha deja al menos 50% de la biomasa original como inoculo para crecimiento ulterior.

27. El método de la reivindicación 1, que comprende adicionalmente g) secar las microalgas cosechadas.

28. Un aparato para crecimiento de microalgas que comprende : - al menos una hoja de sustrato para crecimiento de microalgas sobre ella; - al menos un miembro de suspensión para suspender dicha al menos una hoja de sustrato; y - un transportador para transportar dicha al menos una hoja de sustrato, estando adaptado dicho transportador para transportar dichas microalgas en crecimiento.

29. El aparato de la reivindicación 28, en donde el transportador se encuentra en forma de una pluralidad de rodillos de transporte que actúan también como miembros de suspensión y están adaptados para transportar dicha al menos una hoja de sustrato.

30. El aparato de la reivindicación 28, en donde dicho al menos un miembro de suspensión se proporciona en la forma de al menos un marco que cuelga del transportador para suspender dicha al menos una hoja de sustrato.

31. El aparato de la reivindicación 30, que comprende una pluralidad de hojas de sustrato en dicho transportador, colgando dichas hojas de sustrato verticalmente del mismo.

32. El aparato de la reivindicación 28, que comprende una hoja de sustrato unitaria que forma una banda transportada entre dichos rodillos de transporte.

33. El aparato de la reivindicación 32, en donde dicha hoja de sustrato unitaria forma un bucle continuo.

34. El aparato de una cualquiera de las rei indicaciones 28 a 33, en donde dicho sustrato se selecciona de: una matriz tejida y una matriz no tejida.

35. El aparato de la reivindicación 34, en donde el sustrato comprende propiedades variables de apertura, textura o capilaridad.

36. El aparato de la reivindicación 35, en donde dicho sustrato es una combinación de capas.

37. El aparato de la reivindicación 36, en donde dicho sustrato combina a) una capa que proporciona resistencia; y b) al menos una capa que favorece el crecimiento de algas.

38. El aparato de la reivindicación 37, en donde dicho sustrato está hecho de una capa central de viscosa unida entre dos capas exteriores de poliéster unido por hilado.

39. Un sistema para crecimiento y cosecha de una biomasa de microalgas, que comprende: el aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 28 a 38 alojado en un recinto, proporcionando dicho recinto contención para un ambiente gaseoso húmedo que incluye dióxido de carbono; - un dispositivo de irrigación para irrigar el sustrato y las microalgas; - un aplicador de nutriente para aplicar nutriente al sustrato a fin de alimentar las microalgas; - un sistema de iluminación para aplicar luz al sustrato a fin de favorecer el crecimiento de las microalgas; y - un dispositivo de cosecha que comprende al menos un rodillo para desprender por presión al menos una porción de dichas algas de dicho sustrato.

40. El sistema de la reivindicación 39, en donde dicho dispositivo de irrigación es un dispositivo de goteo, rociado o nebulización.

41. El sistema de la reivindicación 39, en donde dicho dispositivo de cosecha comprende al menos dos rodillos que desprenden por presión al menos una porción de dichas microalgas de dicho sustrato.