WO2012176021A1 - Sistema para la obtención de biomasa - Google Patents

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WO2012176021A1 PCT/IB2011/052798 IB2011052798W WO2012176021A1 WO 2012176021 A1 WO2012176021 A1 WO 2012176021A1 IB 2011052798 W IB2011052798 W IB 2011052798W WO 2012176021 A1 WO2012176021 A1 WO 2012176021A1
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transparent
nutrient
photobioreactor
inoculum
inlet
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Juan Carlos NAVIERO SANCHEZ
Christian Nelson CRUZAT HERNANDEZ
Andrea Pilar IRARRÁZAVAL OLAVARRÍA
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Clean Energy Esb S.A
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    • C12P7/64—Fats; Fatty oils; Ester-type waxes; Higher fatty acids, i.e. having at least seven carbon atoms in an unbroken chain bound to a carboxyl group; Oxidised oils or fats

Definitions

  • the present invention is related to the biotechnology industry, and in particular with a system that includes a photobioreactor for obtaining biomass from photosynthetic microorganisms.
  • the microorganism culture study defines optimal conditions for the successful obtaining of biomass, such as pH, viscosity, temperature, type of turbulence or agitation to optimize residence times and mixing of a microorganism in a reactor with recirculation of the medium of culture.
  • biomass concentration Depending on the biomass concentration and the intensity of radiation, it is often said that light must penetrate 10% of the thickness of a reactor for an optimum biomass concentration.
  • photobioreactors for biomass production that use various light sources are known.
  • a photobioreactor for the cultivation of algae comprising a disposable element for containing the culture medium, a structural component in the form of a cage to support the disposable element and an aeration system.
  • the disposable element is translucent or transparent and preferably consists of a plastic bag;
  • the structural component form is a wire lattice that holds the disposable element forming a flat panel, and the aeration system comprises an aeration tube at the bottom of said plastic bag.
  • said structural component must be sufficiently stable to withstand the pressure of the culture medium liquid, the aeration and accessories of a heat exchanger, and must allow sufficient light to enter said culture medium for the photoculture of the algae .
  • Said heat exchanger comprises pressurized pipes in contact with the culture medium with a heating liquid or a cooling liquid. It is observed that the solution proposed in this document involves a complex assembly of a trellis to support a flexible element and force to keep a flat and vertical shape, it implies a recirculation circuit for the heat exchanger that demands an additional energy expenditure and its system of aeration by means of a distribution tube inside the plastic bag contained by said lattice which does not allow to optimize or control the agitation generated in the culture medium, being able to generate excessive turbulence in certain areas and lack of agitation in other areas, with the consequent agglomeration and precipitation of microorganisms in the plastic bag where the culture medium is located.
  • Said photobioreactor includes a plurality of surface assemblies of light sources with light emitting diode (LED) elements, organic light emitting diode (OLED) elements or a LED sheet as a light source.
  • the light source surface assemblies have a panel or cylindrical shape, and are installed at predetermined intervals in the interior space of a cube or cylindrical reaction tank and emits light for the cultivation of photosynthesizing microorganisms. Further, These light source surface assemblies are arranged in parallel and serve to divide the interior space of the reaction tank and increase the gas path.
  • the solution proposed in this document implies an important energy expenditure for the generation of light by means of the luminous surfaces included within the reactors.
  • the solution described in said document is focused on solving a spatial limitation so that by providing an internal light source as a partition of the internal space of the reactors, several reactors can be stacked together and increase biomass production per surface area of land used
  • this solution to a space limitation implies a high energy consumption and operating cost, so in an open system with an environment without spatial limitation it is very inefficient compared to a photobioreactor that uses natural light.
  • the present invention addresses the technical problems of the prior art not yet solved, such as energy efficiency for the large-scale economic feasibility of a system for obtaining photosynthetic microorganism biomass based on a photobioreactor that meets optimal internal agitation, optimal travel. of light and optimization of biomass production by land area used.
  • a system for obtaining biomass from photosynthetic microorganisms based on a photobioreactor comprising a transparent panel formed by two transparent sheets with a separation between them, with a transparency greater than 90%, and with subdivision of cells exposed to natural light along with an injection of gas into a plurality of cells to generate micro-vortices, allowing optimal light conditions and agitation for the crop growth achieving high energy efficiency and economic feasibility.
  • the present invention consists of a system for obtaining biomass from photosynthetic microorganisms, which includes a photobioreactor comprising a transparent panel formed of two transparent sheets with a separation between them, with a transparency greater than 90%, with a top opening and an opening lower, with transparent parallel subdivisions, forming a transparent cell panel arranged vertically, wherein each transparent cell has an upper opening and a lower opening; a lower recirculation chamber in fluid communication under said lower opening of the transparent panel; an upper recirculation chamber in fluid communication over said upper opening of the transparent panel; a gas distribution tube disposed externally at the lower edge of said cell panel; wherein said gas distribution tube comprises gas injectors arranged in fluid communication with the interior of a plurality of said transparent cells; and a support structure that supports the cell panel, the lower recirculation chamber, the upper recirculation chamber and the air distribution tube.
  • the air distribution tube and the collection chamber have an inlet connection and another outlet connection, so that a plurality of photobioreactors according to the present invention can be connected in parallel forming a biomass obtaining system .
  • the present invention allows a greater use of the soil for the production of biomass, also allows an increase in energy efficiency sufficient to allow the production of biomass.
  • Figure 1 illustrates a diagram of the system of the present invention.
  • Figure 2 schematically illustrates a perspective view of the system of the present invention.
  • Figure 3 schematically illustrates a side view of the system of the present invention.
  • Figure 4 illustrates a front view of a transparent panel of the photobioreactor according to the present invention.
  • Figure 5 illustrates a side view of a transparent panel of the photobioreactor according to the present invention.
  • Figure 6 illustrates a front view of the photobioreactor according to the present invention.
  • Figure 7 illustrates a perspective view of a photobioreactor distribution tube according to the present invention.
  • Figure 8 illustrates a side view of a set of photobioreactors according to the present invention.
  • the present invention consists of a system for obtaining biomass from photosynthetic microorganisms that includes a batch-fed photobioreactor that achieves greater energy efficiency.
  • the present invention obtains greater energy efficiency since it uses natural light and the control of the temperature of the culture medium is carried out by means of a heat exchange with the environment.
  • the biomass obtaining system of photosynthetic microorganisms of the present invention comprises:
  • a gas injection assembly comprising:
  • a freshwater, brackish or sea pond (10) comprising:
  • a water outlet (11) connected to the inlet of a water pump (13), said water pump (13);
  • a nutrient supply set comprising: a supply pond (20) comprising a nutrient inlet
  • At least said first photobioreactor for inoculum (41) of vertical column and of bubbling type with a diameter of less than 50 mm, comprising:
  • a plurality of crop photobioreactors connected in parallel, to said nutrient supply assembly and said gas injection assembly, wherein each comprises:
  • a transparent panel (500) formed of two transparent sheets (505) with a separation between them, and arranged vertically with transparent parallel subdivisions (501) defining transparent cells (502), wherein each transparent cell (502) has an upper opening (503) and a lower opening (504), wherein the thickness of said transparent panel (500) is less than 2 cm,
  • a lower recirculation chamber (510) in fluid communication under said lower openings (504) of the transparent cells (502);
  • a support structure that supports the transparent panel (500), the lower recirculation chamber (510), the upper recirculation chamber (520) and the air distribution tube (530); Y
  • a plurality of collection tanks 60, each connected to a photobioreactor (50).
  • a culture photobioreactor (50) for obtaining biomass from photosynthetic microorganisms comprising: a transparent panel (500) formed of two transparent sheets (505) with a separation between them, and arranged vertically with transparent parallel subdivisions (501) defining transparent cells (502), wherein each translucent cell (502) has an upper opening (503) and a lower opening (504), wherein the thickness of said transparent panel it is less than 2 cm;
  • a lower recirculation chamber (510) in fluid communication under said lower openings (504) of the transparent cells (502);
  • the thickness of said transparent panel (500) is less than 1.2 cm.
  • said gas distribution tube (530) comprises gas injectors (531) arranged alternately in one of every two transparent cells (502) adjoining and in fluid communication with the interior of said transparent cells (502).
  • said gas distribution tube (530) comprises gas injectors (531) arranged in each transparent cell (502) and in fluid communication with the interior of said transparent cells (502).
  • said transparent panel (500) is of one of the following materials: acrylic, polycarbonate or glass.
  • the lower recirculation chamber (510) comprises a fluid inlet connection (511) and another fluid outlet connection (512), so that a plurality of photobioreactors (50) according to the present invention can be connected in parallel or in series forming a system for obtaining biomass according to the present invention.
  • products of 80 to 160 g / m 2 per day can be obtained without artificial night lighting. Additionally, a night illumination can be provided that allows to obtain a higher productivity of 160 to 250 g / m 2 per day.
  • the system of the present invention allows a 75% use of the space, that is to say, with an area of 10,000 m 2 (1 hectare), 7,500 m 2 are considered as productive area, allocating the remaining 2500 m 2 to other necessary constructions such as buildings for drying, laboratories, pedestrian paths, etc.
  • the result is that for a land of 10,000 m 2 without night lighting, between 600 and 1,200 kg / day of biomass are obtained with the system of the present invention.
  • the biomass obtained from the system of the present invention allows obtaining a series of valuable products, such as an oil content of between 20 and 30% of the weight of the biomass, which is converted to Biodiesel with a yield of approximately 96.5% .; Therefore for a 10,000m 2 field can be obtained from 115.8 to 173.7 kg / day of biodiesel.
  • dry matter production For the production of biogas, dry matter production must be estimated, that is, the difference between the total biomass produced and the oil obtained from this biomass production, so a dry matter production is estimated between 40 and 70% the weight of the biomass obtained, enabling production from 120,000 to 420,000 liters of biogas on a 10,000m 2 with the system of the present invention.

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Abstract

La presente invención consiste en un sistema de obtención de biomasa de microorganismos fotosintéticos, que incluye un fotobioreactor que comprende un panel transparente formado de dos láminas transparentes con una separación entre ellas, con una abertura superior y una abertura inferior y con subdivisiones paralelas transparentes formando un panel de celdas transparentes, dispuesto de manera vertical, en donde cada celda transparente tiene una abertura superior y un abertura inferior; una cámara de recirculación inferior en comunicación fluida bajo dicha abertura inferior del panel transparente; una cámara de recirculación superior en comunicación fluida sobre dicha abertura superior del panel transparente; un tubo de distribución de gas dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel transparente; en donde dicho tubo de distribución de gas comprende inyectores de gas dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes; y una estructura de soporte que soporta el panel transparente, la cámara de recirculación inferior, la cámara de recirculación superior y el tubo de distribución de aire.

Description

SISTEMA PARA LA OBTENCIÓN DE BIOMASA
CAMPO DE APLICACIÓN
La presente invención está relacionada con la industria biotecnología, y en particular con un sistema que incluye un fotobioreactor de obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores.
ANTECEDENTES
El estudio de cultivo de microorganismos define condiciones óptimas para la obtención exitosa de biomasa, como por ejemplo, pH, viscosidad, Temperatura, tipo de turbulencia o agitación para optimizar los tiempos de residencia y mezcla de un microorganismo en un reactor con recirculación del medio de cultivo. Según la concentración de biomasa y la intensidad de radiación, se suele decir que la luz debe penetrar un 10% del espesor de un reactor para una concentración óptima de biomasa. En la actualidad son conocidos diferentes fotobioreactores para la producción de biomasa que utilizan diversas fuentes de luz. En el estado del arte se encuentra un fotobioreactor descrito en la solicitud internacional PCT publicada como WO2005/006838, de título "Fotobioreactor de Panel Plano". Este documento describe un fotobioreactor para el cultivo de algas que comprende un elemento desechable para contener el medio de cultivo, un componente estructural en forma de jaula para soportar el elemento desechable y un sistema de aireación. El elemento desechable es traslúcido o transparente y preferentemente consiste en una bolsa plástica; el componente estructural forma es un enrejado de alambre que sostiene el elemento desechable formando un panel plano, y el sistema de aireación comprende un tubo de aireación en el fondo de dicha bolsa plástica. Adicionalmente, se menciona que dicho componente estructural debe ser suficientemente estable para soportar la presión del líquido del medio de cultivo, la aireación y accesorios de un intercambiador de calor, y debe permitir que suficiente luz entre a dicho medio de cultivo para el fotocultivo del alga. Dicho intercambiador de calor comprende tuberías presurizadas en contacto con el medio de cultivo con un líquido calefactor o un líquido de enfriamiento. Se observa que la solución propuesta en este documento implica un ensamble complejo de un enrejado para soportar un elemento flexible y forzar a guardar una forma plana y vertical, implica un circuito de recirculación para el intercambiador de calor que demanda un gasto energético adicional y su sistema de aireación mediante un tubo de distribución dentro de la bolsa plástica contenida por dicho enrejado el cual no permite optimizar o controlar la agitación generada en el medio de cultivo, pudiéndose generar excesiva turbulencia en ciertas zonas y falta de agitación en otras zonas, con la consecuente aglomeración y precipitación de los microorganismos en la bolsa plástica donde se encuentra el medio de cultivo.
También se conoce la solicitud de patente estadounidense publicada como US2010/0323436 que describe un fotobioreactor para un cultivo de micro-alga en gran escala. Dicho fotobioreactor incluye una pluralidad de ensambles de superficies de fuentes de luz con elementos de diodos emisores de luz (LED), elementos de diodos orgánicos emisores de luz (OLED) o una lámina de LED como fuente lumínica. Los ensambles de superficie de fuente de luz tiene forma de panel o cilindrica, y están instalado en intervalos predeterminados en el espacio interior de un tanque de reacción con forma de cubo o cilindrica y emite luz para el cultivo de microorganismos fotosintetizadores. Adicionalmente, estos ensambles de superficies de fuente de luz están dispuestos paralelamente y sirven de división del espacio interior del tanque de reacción e incrementa el recorrido de gas. La solución propuesta en este documento implica un gasto energético importante para la generación de luz mediante las superficies lumínicas incluidas dentro de los reactores. En efecto, la solución descrita en dicho documento está enfocada en solucionar una limitante espacial de manera que al proveer una fuente de luz interna como partición del espacio interno de los reactores, se pueden apilar varios reactores juntos y aumentar la producción de biomasa por superficie de terreno utilizada. No obstante esta solución a una limitante espacial implica un alto consumo energético y costo de operación, por lo cual en un sistema abierto con un entorno sin limitación espacial resulta muy ineficiente comparado con un fotobioreactor que utilice luz natural.
PROBLEMA TÉCNICO
La presente invención aborda los problemas técnicos del arte previo aún no resueltos, tales como eficiencia energética para la factibilidad económica a gran escala de un sistema de obtención de biomasa de microorganismo fotosintetizadores a base de un fotobioreactor que cumpla con una óptima agitación interna, óptimo recorrido de luz y optimización de la producción de biomasa por superficie de terreno utilizada . SOLUCIÓN TÉCNICA
Para solucionar los problemas técnicos señalados, se presenta un sistema de obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores a base de un fotobioreactor que comprende un panel transparente formado de dos láminas transparentes con una separación entre ellas, con una transparencia superior al 90%, y con subdivisión de celdas expuestas a la luz natural junto con una inyección de gas dentro de una pluralidad de celdas para generar micro-vórtices, permitiendo obtener condiciones óptimas de luz y agitación para el crecimiento de cultivo logrando una alta eficiencia energética y factibilidad económica.
La presente invención consiste en un sistema de obtención de biomasa de microorganismos fotosintéticos, que incluye un fotobioreactor que comprende un panel transparente formado de dos láminas transparentes con una separación entre ellas, con una transparencia superior al 90%, con una abertura superior y una abertura inferior, con subdivisiones paralelas transparentes, formando un panel de celdas transparentes dispuesto de manera vertical, en donde cada celda transparente tiene una abertura superior y un abertura inferior; una cámara de recirculación inferior en comunicación fluida bajo dicha abertura inferior del panel transparente; una cámara de recirculación superior en comunicación fluida sobre dicha abertura superior del panel transparente; un tubo de distribución de gas dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel de celdas; en donde dicho tubo de distribución de gas comprende inyectores de gas dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes; y una estructura de soporte que soporta el panel de celda, la cámara de recirculación inferior, la cámara de recirculación superior y el tubo de distribución de aire.
Adicionalmente, el tubo de distribución de aire y la cámara de recolección, cuentan con una conexión de entrada y otra conexión de salida, de manera que una pluralidad de fotobioreactores de acuerdo a la presente invención pueden conectarse en paralelo formando un sistema de obtención de biomasa. VENTAJAS TÉCNICAS
La presente invención permite un mayor aprovechamiento del suelo para la producción de biomasa, también permite un aumento en la eficiencia energética suficiente para permitir la producción de biomasa.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 ilustra un diagrama del sistema de la presente invención
La figura 2 ilustra esquemáticamente una vista en perspectiva del sistema de la presente invención.
La figura 3 ilustra esquemáticamente una vista lateral del sistema de la presente invención. La figura 4 ilustra una vista frontal de un panel transparente del fotobioreactor de acuerdo a la presente invención.
La figura 5 ilustra una vista lateral de un panel transparente del fotobioreactor de acuerdo a la presente invención.
La figura 6 ilustra una vista frontal del fotobioreactor de acuerdo a la presente invención. La figura 7 ilustra una vista en perspectiva de un tubo de distribución del fotobioreactor de acuerdo a la presente invención.
La figura 8 ilustra una vista lateral de un conjunto de fotobioreactores de acuerdo a la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención consiste en un sistema de obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores que incluye un fotobioreactor de tipo batch alimentado que logra una mayor eficiencia energética. La presente invención obtiene una mayor eficiencia energética ya que utiliza luz natural y el control de la temperatura del medio de cultivo se realiza mediante un intercambio de calor con el entorno.
Como puede apreciarse en las figuras 1 a 8, el sistema de obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores de la presente invención comprende:
un conjunto de inyección de gas que comprende:
una pluralidad de cañerías de distribución (30),
un tanque de aire a presión (31) conectado a dichas cañerías de distribución de gas (30),
una entrada de gas (32), como por ejemplo C02, que se conecta a dichas cañerías de distribución de gas (30),
una pluralidad de válvulas de control de paso (no ilustrada en las figuras) a las salidas de dichas cañerías de distribución de gas (30),
un estanque de agua dulce, salobre ó de mar (10) que comprende:
una entrada de agua (12), y
una salida de agua (11) conectada a la entrada de una bomba para agua (13), dicha bomba para agua (13);
un filtro (14) conectado a la salida de dicha bomba para agua (13);
un conjunto de suministro de nutriente que comprende: un estanque de suministro (20) que comprende una entrada de nutrientes
(23) una entrada de agua (22) conectada a dicho filtro (14) que recibe agua filtrada desde el estanque de agua (10) y una salida de nutrientes (21) conectada a la entrada de una bomba de nutriente (24),
una fuente de nutriente A y a una fuente de nutriente B conectadas a dicha entrada de nutriente (23),
dicha bomba de nutriente (24),
una pluralidad de cañería de distribución de nutriente (25) que se conecta a la salida de dicha bomba de nutrientes (24),
una primera válvula (26) para un primer fotobioreactor de inoculo (41), una segunda válvula (27) para un segundo fotobioreactor de inoculo (43), y una pluralidad de válvulas de suministro (no ilustradas en las figuras) para una pluralidad de fotobioreactores de cultivo (50);
al menos dicho primer fotobioreactor para inoculo (41) de columna vertical y de tipo burbujeante con un diámetro inferior a 50 mm, que comprende:
una entrada de suministro (41a) conectada a dicha primera válvula (26), una entrada de inyección de gas (41b) conectada a dichas cañerías de distribución de gas (30) a través de una de dicha pluralidad de válvulas de control de paso,
una salida de recolección de inoculo (41c) que se descarga a un primer tanque de recolección de inoculo (42), y
dicho primer tanque de recolección de inoculo (42); al menos dicho segundo fotobioreactor para inoculo (43) de columna vertical y de tipo burbujeante con un diámetro inferior a 100 mm, que comprende:
una entrada de suministro (43a) conectada a dicha segunda válvula (27), una entrada de inyección de gas (43b) conectada a dichas cañerías de distribución de gas (30) a través de una de dicha pluralidad de válvulas de control de paso,
una salida de recolección de inoculo (43c) que se descarga a un segundo tanque de recolección de inoculo (44), y
dicho segundo tanque de recolección de inoculo (44);
una pluralidad de fotobioreactores de cultivo (50) conectados en paralelo, a dicho conjunto de suministro de nutriente y a dicho conjunto de inyección de gas, en donde cada uno comprende:
un panel transparente (500), formado de dos láminas transparentes (505) con una separación entre ellas, y dispuesto de manera vertical con subdivisiones paralelas transparentes (501) que definen celdas transparentes (502), en donde cada celda transparente (502) tiene una abertura superior (503) y un abertura inferior (504), en donde el espesor de dicho panel transparente (500) es inferior a 2 cm,
una cámara de recirculación inferior (510) en comunicación fluida bajo dichas aberturas inferiores (504) de las celdas transparentes (502);
una cámara de recirculación superior (520) en comunicación fluida sobre dichas aberturas superiores (503) de las celdas transparentes (502); un tubo de distribución de gas (530) dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel transparente (500); en donde dicha cámara de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes (502); y
una estructura de soporte que soporta el panel transparente (500), la cámara de recirculación inferior (510), la cámara de recirculación superior (520) y el tubo de distribución de aire (530); y
una pluralidad de tanques de recolección (60), cada uno conectado a un fotobioreactor (50).
De acuerdo a otro aspecto de la invención, se provee un fotobioreactor de cultivo (50) para la obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores que comprende: un panel transparente (500) formado de dos láminas transparentes (505) con una separación entre ellas, y dispuesto de manera vertical con subdivisiones paralelas transparentes (501) que definen celdas transparentes (502), en donde cada celda translúcida (502) tiene una abertura superior (503) y un abertura inferior (504), en donde el espesor de dicho panel transparente es inferior a 2 cm;
una cámara de recirculación inferior (510) en comunicación fluida bajo dichas aberturas inferiores (504) de las celdas transparentes (502);
una cámara de recirculación superior (520) en comunicación fluida sobre dichas aberturas superiores (503) de las celdas transparentes (502); un tubo de distribución de gas (530), que puede apreciarse en la figura 7, dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel transparente (500); en donde dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes (502); y
una estructura de soporte, visible en la figura 8, que soporta el panel transparente
(500), la cámara de recirculación inferior (510), la cámara de recirculación superior (520) y el tubo de distribución de aire (530)
En particular, de acuerdo a un ensamble preferido de la invención, el espesor de dicho panel transparente (500) es inferior a 1,2 cm.
De acuerdo a un aspecto preferente de la invención, dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuestos alternadamente en una de cada dos celdas transparentes (502) colindantes y en comunicación fluida con el interior de dichas celdas transparentes (502).
De acuerdo a otro aspecto preferente de la invención, dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuestos en cada celda transparente (502) y en comunicación fluida con el interior de dichas celdas transparente (502).
De acuerdo a un aspecto de la invención, dicho panel transparente (500) es de uno de los materiales siguiente: acrílico, policarbonato o vidrio.
Adicionalmente, la cámara de recirculación inferior (510) comprende una conexión fluida de entrada (511) y otra conexión fluida de salida (512), de manera que una pluralidad de fotobioreactores (50) de acuerdo a la presente invención puede conectarse en paralelo o en serie formando un sistema de obtención de biomasa de acuerdo a la presente invención. APLICACIÓN INDUSTRIAL
Con el sistema y al fotobiorreactor de obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores de la presente invención, se pueden obtener productividades de 80 a 160 g/m2 por día sin iluminación nocturna artificial. Adicionalmente, se puede proveer una iluminación nocturna que permite obtener una productividad más alta de 160 a 250 g/m2 por día.
El sistema de la presente invención permite un aprovechamiento del 75% del espacio, es decir que con un área de 10.000 m2 (1 hectárea), se consideran 7.500 m2 como área productiva destinando los restantes 2500 m2 a otras construcciones necesarias como edificios para secado, laboratorios, caminos para peatones, etc. Lo que resulta en que para un terreno de 10.000 m2 sin iluminación nocturna, se obtienen entre 600 a 1.200 kg/día de biomasa con el sistema de la presente invención.
La biomasa obtenida a partir del sistema de la presente invención, permite obtener una serie de productos valiosos, como por ejemplo se puede considerar un contenido en aceite de entre un 20 a 30 % del peso de la biomasa, el cual es convertido a Biodiesel con un rendimiento de aproximadamente 96,5%.; por lo tanto para un terreno de 10.000m2 se pueden obtener entre 115,8 a 173,7 kg/día de biodiesel.
De dicha biomasa obtenida, se puede estimar que tiene un contenido (en masa) de 0,5% en carotenoides, por lo que el terreno de 10.000 m2 permite obtener 3 a 6 kg/día de carotenoides con el sistema de la presente invención.
De esta misma biomasa obtenida, se puede estimar una producción de ácidos grasos, como por ejemplo el omega 3, con una producción aproximada de 90 a 360 kg/día de omega 3 para un terreno de 10.000m2 con el sistema de la presente invención. También se puede estimar una producción de 20,4 a 30,6 kg/día de glicerol en un terreno de 10.000m2 con el sistema de la presente invención.
Para la producción de biogás, se debe estimar la producción de materia seca, es decir la diferencia entre el total de biomasa producida y el aceite obtenido de esta producción de biomasa, por lo que se estima una producción de materia seca entre 40 a 70 % del peso de la biomasa obtenida, lo que permite una producción entre 120.000 a 420.000 litros de biogás en un terreno de 10.000m2 con el sistema de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Un sistema de mayor eficiencia energética para la obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores, CARACTERIZADO porque comprende:
un conjunto de inyección de gas;
un estanque de agua (10);
una bomba para agua (13);
un filtro (14) conectado a la salida de dicha bomba para agua (13);
un conjunto de suministro de nutrientes;
al menos dicho primer fotobioreactor para inoculo (41) de columna vertical y de tipo burbujeante con un diámetro inferior a 50 mm;
al menos dicho segundo fotobioreactor para inoculo (43) de columna vertical y de tipo burbujeante con un diámetro inferior a 100 mm;
una pluralidad de fotobioreactores de cultivo (50) conectados en paralelo, a dicho conjunto de suministro de nutrientes y a dicho conjunto de inyección de gas, en donde cada uno comprende:
un panel transparente (500) formado de dos láminas transparentes (505) con una separación entre ellas, dispuesto de manera vertical y con subdivisiones paralelas transparentes (501) que definen celdas transparentes (502), en donde cada celda transparente (502) tiene una abertura superior (503) y un abertura inferior (504), en donde el espesor de dicho panel de celdas transparente es inferior a 2 cm, una cámara de recirculación inferior (510) en comunicación fluida bajo dichas aberturas inferiores (504) de las celdas transparentes (502),
una cámara de recirculación superior (520) en comunicación fluida sobre dichas aberturas superiores (503) de las celdas transparentes (502), un tubo de distribución de gas (530) dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel transparente (500); en donde dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes (502), y
una estructura de soporte que soporta el panel transparente (500), la cámara de recirculación inferior (510), la cámara de recirculación superior (520) y el tubo de distribución de aire; y
una pluralidad de tanques de recolección (60), cada uno conectado a un fotobioreactor de cultivo (50).
2.- Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho panel transparente (500) tiene una transparencia de al menos 90%.
3.- Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación CARACTERIZADO porque el espesor de dicho panel de celdas transparente (500) es 1,2 cm.
4. - Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho conjunto de inyección de gas comprende:
una pluralidad de cañerías de distribución (30);
un tanque de aire a presión (31) conectado a dichas cañerías de distribución de gas (30);
una entrada de gas (32), como por ejemplo C02, que se conecta a dichas cañerías de distribución de gas (30); y
una pluralidad de válvulas de control de paso (no ilustrada en las figuras) a las salidas de dichas cañerías de distribución de gas (30).
5. - Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho estanque de agua (10) comprende:
una entrada de agua (12); y
una salida de agua (11) conectada a la entrada de dicha bomba para agua (13).
6. - Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho conjunto de suministro de nutrientes comprende:
un estanque de suministro (20) que comprende una entrada de nutrientes (23) una entrada de agua (22) conectada a dicho filtro (14) que recibe agua filtrada desde el estanque de agua (10) y una salida de nutrientes (21) conectada a la entrada de una bomba de nutriente (24);
una fuente de nutriente A y a una fuente de nutriente B conectadas a dicha entrada de nutriente (23); dicha bomba de nutriente (24);
una pluralidad de cañería de distribución de nutrientes (25) que se conecta a la salida de dicha bomba de nutrientes (24);
una primera válvula (26) para un primer fotobioreactor de inoculo (41);
una segunda válvula (27) para un segundo fotobioreactor de inoculo (43); y una pluralidad de válvulas de suministro (no ilustradas en las figuras) para una pluralidad de fotobioreactores de cultivo (50).
7.- Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho conjunto de nutriente comprende:
un estanque de suministro (20) que comprende una entrada de nutrientes (23) una entrada de agua (22) conectada a dicho filtro (14) que recibe agua filtrada desde el estanque de agua (10) y una salida de nutrientes (21) conectada a la entrada de una bomba de nutrientes (24);
una fuente de nutrientes A y a una fuente de nutrientes B conectadas a dicha entrada de nutrientes (23);
dicha bomba de nutrientes (24);
una pluralidad de cañería de distribución de nutrientes (25) que se conecta a la salida de dicha bomba de nutriente (24);
una primera válvula (26) para un primer fotobioreactor de inoculo (41);
una segunda válvula (27) para un segundo fotobioreactor de inoculo (43); y una pluralidad de válvulas de suministro para una pluralidad de fotobioreactores de cultivo (50).
8. - Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho primer fotobioreactor para inoculo (41) comprende:
una entrada de suministro (41a) conectada a dicha primera válvula (26);
una entrada de inyección de gas (41b) conectada a dichas cañerías de distribución de gas (30) a través de una de dicha pluralidad de válvulas de control de paso;
una salida de recolección de inoculo (41c) que se descarga a un primer tanque de recolección de inoculo (42); y
dicho primer tanque de colección de inoculo y desechos ganaderos (42).
9. - Un sistema para la obtención de biomasa de acuerdo a la reivindicación 1, CARACTERIZADO porque dicho segundo fotobioreactor para inoculo (43) comprende:
una entrada de suministro (43a) conectada a dicha segunda válvula (27);
una entrada de inyección de gas (43b) conectada a dichas cañerías de distribución de gas (30) a través de una de dicha pluralidad de válvulas de control de paso;
una salida de recolección de inoculo (43c) que se descarga a un segundo tanque de recolección de inoculo (44); y
dicho segundo tanque de recolección de inoculo (44).
10.- Un fotobioreactor para un sistema de mayor eficiencia energética para la obtención de biomasa de microorganismos fotosintetizadores, CARACTERIZADO porque comprende :
un panel transparente (500) formado de dos láminas transparentes (505) con una separación entre ellas, dispuesto de manera vertical con subdivisiones paralelas transparentes (501) que definen celdas transparentes (502), en donde cada celda transparente (502) tiene una abertura superior (503) y un abertura inferior (504), en donde el espesor de dicho panel transparente es inferior a 2 cm;
una cámara de recirculación inferior (510) en comunicación fluida bajo dichas aberturas inferiores (504) de las celdas transparentes (502);
una cámara de recirculación superior (520) en comunicación fluida sobre dichas aberturas superiores (503) de las celdas transparentes (502);
un tubo de distribución de gas (530) dispuesto externamente en el borde inferior de dicho panel transparente (500); en donde dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuesto en comunicación fluida con el interior de una pluralidad de dichas celdas transparentes (502); y
una estructura de soporte que soporta el panel transparente (500), la cámara de recirculación inferior (510), la cámara de recirculación superior (520) y el tubo de distribución de aire (530).
11. - Un fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicho panel transparente (500) tiene una transparencia de al menos 90%.
12. - Un fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque el espesor de dicho panel transparente (500) es igual a 1,2 cm.
13. - Un fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuestos alternadamente en una de cada dos celdas transparentes (502) colindantes y en comunicación fluida con el interior de dichas celdas transparentes (502).
14. - El fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicho tubo de distribución de gas (530) comprende inyectores de gas (531) dispuestos en cada celda transparente (502) y en comunicación fluida con el interior de dichas celdas transparentes (502).
15. - El fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicha cámara de recirculación inferior (510) comprende una conexión de entrada (511) y otra conexión de salida (512), tal que una pluralidad de fotobioreactores (50) puede conectarse en paralelo o en serie formando un sistema de obtención de biomasa.
16. - El fotobioreactor de acuerdo a la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque dicho panel de celdas transparentes (500) es de uno de los materiales siguiente: acrílico, policarbonato o vidrio.
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