WO2013017723A1 - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos - Google Patents

Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos Download PDF

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WO2013017723A1
WO2013017723A1 PCT/ES2012/070591 ES2012070591W WO2013017723A1 WO 2013017723 A1 WO2013017723 A1 WO 2013017723A1 ES 2012070591 W ES2012070591 W ES 2012070591W WO 2013017723 A1 WO2013017723 A1 WO 2013017723A1
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WO
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photobioreactor
enclosure
tank
photoautotrophic microorganisms
culture
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PCT/ES2012/070591
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French (fr)
Inventor
Bernardo Llamas Moya
María SEGURA FORNIELES
Original Assignee
Algaenergy, S. A.
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02—Form or structure of the vessel
    • C12M23/14—Bags
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/48—Holding appliances; Racks; Supports
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor

Definitions

  • the present invention can be included within the technical field of the cultivation of photoautotrophic microorganisms, such as microalgae or cyanobacteria, its purpose being the production of algal biomass, which is used, among other purposes, for obtaining biofuel.
  • the object of the invention relates to a photobioreactor for culturing photoautotrophic microorganisms.
  • Open systems also called raceway type (circuit)
  • circuit consist of shallow water channels (15-20 cm) in the form of a circuit, in which the culture medium is driven by rotary vanes. They generally occupy large areas of land (500-5000 m 2 ), but have the advantage of low algal biomass production costs in some specific geographical areas.
  • the improvement of this technology seems to have reached its limit.
  • the low productivity, easy contamination, expensive recovery of the product in diluted media and difficulty in controlling the temperature are mentioned.
  • the culture circulates through tubes of a rigid material, either transparent or translucent.
  • the circulation of the crop is carried out by impulsion, either by pump, or by airlift system.
  • the system consists of a solar light collection module consisting of methacrylate or glass tubes, located in parallel and connected to each other by means of "u" shaped pieces of the same or similar material, as a coil.
  • the flat vertical panel photobioreactors with airlift drive have a culture chamber that comprises a series of elements made of polyvinyl chloride or polyethylene terephthalate that form a meandering path for cultivation.
  • a culture chamber that comprises a series of elements made of polyvinyl chloride or polyethylene terephthalate that form a meandering path for cultivation.
  • static mixers the microalgae cells are transported from the dark area of the reactor to the illuminated surface layer, at fixed intervals. You can find these photobioreactors with different sizes, the smaller one of 5 liters, designed for laboratory use, not industrial, intermediate 33 liters, and the larger one, 180 liters, created by Subitec (spin-off of the Fraunhofer IGB institute).
  • the photobioreactor called "ProviAPT vertical f ⁇ at panel” flat screen
  • the photobioreactor includes a plurality of parallel panels and arranged in a stack, enclosed in water bags that regulate the temperature. It is made with thin layer recyclable polypropylene and does not require additional support structures. (Buehner et al. 2009)
  • the Vertigro company (USA) has a vertical photobioreactor for obtaining algae, formed by parallel channel systems for the circulation of the crop and in vertical arrangement.
  • the photobioreactor comprises containers as polyethylene bags arranged inside a metal cage structure.
  • the international application WO2009 / 155032 refers to a bioreactor with a channel in fluid communication with a container to absorb CO2 and thereby grow the microalgae.
  • the bioreactor comprises two sheets of flexible material about 150 micrometers thick, facing and heat sealed at its edges to define a closed container and also inside to define internal circulation channels.
  • International application WO2008 / 151376 deals with a photobioreactor for the continuous culture of photosynthetic organisms using artificial lighting, which comprises at least one photobioreactor and a source of electromagnetic radiation, wherein said source is a diode comprising an emitting film of an organic or polymeric nature. . And where the material is made of polymeric material (preferably polyethylene).
  • the bioreactor includes inputs for water and culture medium at the top, and exits at the bottom.
  • the device is contained within a structure opaque to sunlight.
  • microalgae production systems just described they are expensive, making the production of algal biomass more expensive and determining a level of cost that excludes its use for its transformation into biofuel or for the production of any other low-value products, so the need to find new and new designs is raised alternatives that integrate high productivity at a reduced cost, since between 75% and 85% of the investment needed for outdoor microalgae cultivation derives from the cost of the photobioreactor.
  • the present invention solves the technical and cost problem posed, by means of a photobioreactor for cultivating photoautotrophic microorganisms, such as microalgae and / or cyanobacteria, increasing the crop efficiency and improving the production cost with respect to the systems known in the state of The technique.
  • photoautotrophic microorganisms such as microalgae and / or cyanobacteria
  • the photobioreactor of the invention comprises at least one culture enclosure adapted to be traversed by a culture of photoautotrophic microorganisms, allowing the access of the crop to light, and a tank connected to said enclosure by means of first conduits through which the crop circulates from the tank to the enclosure, as well as second conduits through which the crop returns from the enclosure to the tank, according to a closed circuit.
  • the enclosure is made from two sheets of flexible polymeric plastic material, which can be transparent or translucent, whose fixation between them by heat sealing defines a plurality of parallel channels through which the crop circulates, said channels being communicated with each other, constituting a single zigzag duct.
  • Suitable materials for the enclosure are, for example, among others, polyvinylchloride, polyethylene, both high density and low density, polystyrene, polypropylene, polyvinyl acetate, and polyurethane, with low polyethylene being especially suitable density, due to its reduced cost.
  • the enclosure is indicated for outdoor use, so that the crop that circulates inside the enclosure is exposed to solar radiation.
  • the orientation of the enclosure will preferably be the one that allows the best use of solar radiation throughout the period of operation.
  • the use of solar radiation means saving energy and operating costs of the photobioreactor, since it is not necessary to have artificial lighting equipment (lamps). In any case, there is no impediment for the enclosure to function indoors and / or be irradiated by lamps.
  • the length of the enclosure the dimension in the longitudinal direction, which is that of the channels that define the zigzag duct.
  • the enclosure is adapted to be suspended, so that the height direction of said enclosure substantially coincides with the vertical direction, and the aforementioned longitudinal direction substantially coincides with a horizontal direction.
  • the enclosure is adapted to be suspended from a horizontal bar supported by a support structure.
  • the channels When the channels are occupied by the crop, they preferably form a circular or semicircular section.
  • the thickness of the enclosure (the dimension in the direction mutually perpendicular to the height and length) should preferably be as large as possible, provided that adequate illumination of said enclosure is guaranteed.
  • the channels preferably have a width between 5 and 20 cm.
  • the height of the enclosure is preferably limited to two meters, due to considerations related to the strength of materials and the handling of the enclosure. Likewise, preferably a length / height ratio between one and three is recommended to maximize the capacity of the enclosure without incurring excessive stresses in the lower part of said enclosure.
  • a first entrance is arranged to introduce through said first entry the crop from the tank; also, in the area destined to occupy the upper part of the enclosure, a first exit is arranged so that the crop returns to the tank, following a closed circuit.
  • the design of the photobioreactor of the invention substantially reduces the chances of contamination, by circulating said culture in a closed circuit, and therefore, the proliferation of other contaminating organisms (such as bacteria and protozoa) that affect the biochemical properties of Cultivated photoautotrophic microorganisms, and may even threaten the survival of these microorganisms and, in any case, reducing the productivity of the microorganisms grown.
  • Another consequence of closed-loop culture is the better use of CO 2 provided as a nutrient for cultured photoautotrophic microorganisms.
  • the tank is intended for housing and homogenization of the crop, as well as for the elimination of excess dissolved oxygen. It is made of resistant material.
  • the tank comprises a second exit and a second entrance, through which respectively culture can be sent from the tank to the enclosure and receive said culture from the enclosure. It also includes a third outlet, through which the culture is sent to an element of concentration and collection of the biomass, for harvesting of the cultivated photoautotrophic microorganisms.
  • the tank is not airtight, and has at least one conduit for the release of accumulated gases abroad.
  • a drive means preferably a pump or alternatively an air suction system by means of Venturi effect (airlift), are arranged between the tank and the enclosure, to drive the cultivation from the tank to the enclosure through the first conduits.
  • the tank is adapted for weathering, although its proper operation in an interior arrangement is also possible.
  • the crop driven from the bottom rises against gravity through the zigzag duct defined by the channels.
  • the drive against gravity guarantees a complete filling of the enclosure, with optimal occupancy and avoidance of gas pockets or bubbles.
  • the culture is displaced by the impulsion means from the tank to the enclosure at a speed that should be sufficient to guarantee a turbulent flow of the culture through the enclosure, optimizing the exposure of the crop to light and limiting the adhesion of photoautotrophic microorganisms. to the walls of the canals, thus preventing the deposit of microorganisms in the walls, which would obstruct the passage of light and it would favor the degradation of the deposited biomass and the eventual proliferation of heterotrophic microorganisms.
  • the speed is subject to an upper limit, in order to avoid stress situations to the cultured photoautotrophic microorganism that cause cellular damage to said microorganism.
  • the capacity of the tank, as well as the volume of crop that it must contain, are parameters that depend on several factors, essentially, the volume of the enclosure and the flow rate of the crop, and must also ensure that during the residence of the crop In the tank, excess dissolved oxygen is removed.
  • desorption means are disposed within the tank to accelerate the desorption of dissolved oxygen in the culture, promoting the passage of said dissolved oxygen into the atmosphere in the form of gaseous oxygen.
  • the desorption means can be mechanical stirrers arranged inside the tank that, using kinetic energy, agitate the culture, causing the generation and release of oxygen bubbles. However, more preferably it could be bubblers arranged at the bottom of the tank, since the desorption efficiency of the bubblers is higher.
  • the tank can additionally incorporate first control means, to maintain the temperature of the culture within suitable margins to the cultured photoautotrophic microorganism.
  • first control means preferably comprise: a heat exchanger for provide or remove heat from the tank, at least a first temperature probe to capture temperature values from the culture at individual points of the tank, and a first control unit, adapted to receive the temperature values of the culture from the first probe and command the operation of the exchanger depending on the temperature values received.
  • the tank incorporates feeding means, whose purpose is to feed the tank with the necessary compounds for the cultivation of microorganisms: in this regard, the feeding means comprise:
  • valve preferably of solenoid type, arranged in the lower part of the enclosure, to introduce CO 2 into said enclosure.
  • CO 2 is an essential nutrient for cultivation, which can come from both commercial containers (compressed gas cylinders), and combustion gases from various emitting sources of this greenhouse gas.
  • the injection of C0 2 is controlled by a few second control means, comprising the following elements:
  • a second control unit which receives the pH values measured in the culture by the second probe and controls, depending on these pH values, the operation of the valve.
  • the photobioreactor of the invention can optionally additionally incorporate third control means for controlling dissolved oxygen in the culture.
  • the third control means comprise a third oxygen probe, to determine the concentration of dissolved oxygen existing in the crop; and a third control unit (preferably, shared with the first control means and the second control means), connected to the desorption means and the third probe, and adapted to receive the dissolved oxygen concentration values from the third probe and command the operation of the desorption means, depending on the oxygen concentration values received.
  • control elements of temperature, pH and, possibly dissolved oxygen can be integrated in the same unit or control system of the different parameters, which simplifies and lowers the equipment. This is equivalent to saying that preferably there is only one control unit common to the first, second and third control means.
  • a preferred example of a support structure comprises two elements arranged in parallel, each consisting of three profiles, preferably of aluminum. One of them is a first profile intended to be placed on the ground, while the other two are second profiles intended to be arranged fixed to the first profile by above said first profile. In turn, the second profiles are intended to be fixed to each other at a point far enough from their free ends to allow supporting the bar that supports the enclosure. DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
  • Figure 1 Scheme of the arrangement and operation of the photobioreactor of the invention.
  • Figure 2. Perspective view of the enclosure incorporated in the photobioreactor according to the invention, suspended from a support structure comprising triangular elements.
  • Figure 3. Perspective view of the enclosure incorporated in the photobioreactor according to the invention, suspended from a support structure comprising quadrangular elements.
  • Figure 4.- Shows a perspective view of another type of T-shaped support structure designed to support the photobioreactor enclosure.
  • the present invention is intended as a photobioreactor for culturing photoautotrophic microorganisms, such as microalgae and / or cyanobacteria, comprising a culture enclosure (1), adapted to be traversed by a culture (2 ) of photoautotrophic microorganisms, and that allows the access of light to the crop (2), and a tank (3) connected to said enclosure (1) by means of first conduits (4) adapted to drive the crop (2) from the tank (3) towards the enclosure (1), as well as second conduits (5), adapted to drive the crop (2) back to the tank (3) from the enclosure (1), according to a closed circuit.
  • photoautotrophic microorganisms such as microalgae and / or cyanobacteria
  • the enclosure (1) is arranged outdoors, so that the crop (2) that circulates inside the enclosure (1) is subjected to solar radiation.
  • the enclosure (1) has mechanical properties, light transmission, resistance to solar degradation and chemical attacks, as well as thermal insulation, suitable for weathering.
  • Said enclosure (1) is made from two sheets of low density polyethylene, the fixing of which is established by heat sealing bands that define a plurality of parallel channels (6) adapted to accommodate the crop (2), said channels having (6) openings (7) at alternate ends, so that each channel (6) is connected to the channel (6) or adjacent channels (6), constituting a single zig-zag conduit through which the crop circulates (2).
  • the heat sealing bands are distributed parallel in the enclosure (1) to define the zigzag shape of the channels (6).
  • FIGS 5.1 to 5.4 different configurations of heat sealing bands are proposed with a particular design that favors the robustness and resistance of the formed enclosure.
  • each of the heat sealing bands comprises a straight section (70).
  • each of the heat sealing bands comprises a straight section (70) showing at its free end an annular drop shaped fork (71).
  • each of the heat sealing bands comprises a straight section (70) that ends at its free end in a circular widening (72).
  • each of the heat sealing bands comprises a pair of parallel straight sections (70) that flow tangentially at their free end into a circular annular configuration (73) that joins both sections.
  • the length of the enclosure (1) the dimension in the longitudinal direction, that is, in the direction of the channels (6).
  • the channels (6) have a shape that, full of culture (2), preferably forms a circular or semicircular section.
  • the thickness of the channels (6) is between 5 and 20 cm.
  • the height of the enclosure (1) is limited to two meters, and a length / height ratio between the unit and triple the unit is also recommended.
  • the enclosure (1) is suspended from a horizontal bar (8) supported by a support structure (40, 50, 60), (see figures 2, 3 and 4) so that the height direction of said enclosure (1) substantially coincides with the vertical direction, and the aforementioned longitudinal direction substantially coincides with a horizontal direction
  • first entrance (21) adapted to introduce the crop (2) from the tank (3); also in the upper area of the enclosure (1) there is a first outlet (22) adapted to extract the crop (2) back to the tank (3), according to a closed circuit.
  • the tank (3) also adapted in its characteristics to be arranged outdoors, is intended to house and homogenize the crop (2). It is made of resistant material, such as PVC or other materials, due to cost reduction. It comprises a second outlet (23) and a second entrance (24) through which respectively crop (2) can be sent to the enclosure (1) and receive said crop (2) from the enclosure (1). It also includes a third outlet (25) for harvesting of cultivated photoautotrophic microorganisms.
  • desorption means (17) are arranged inside the tank (3), to accelerate the desorption of the dissolved oxygen in the culture, promoting the passage of said dissolved oxygen into the atmosphere in the form of gaseous oxygen .
  • the desorption means (17) are bubblers (17) arranged at the bottom of the tank (3).
  • the tank (3) additionally incorporates first control means (1 1, 12, 13), to maintain the temperature of the culture (2) in the tank (3) within levels appropriate to the species of photoautotrophic microorganism cultured.
  • the first control means (1 1, 12, 13) comprise a heat exchanger (1 1) to provide or remove heat from the tank (3), at least a first probe (12) to capture temperature values of the culture (2 ) in two points of the tank (3), and a control unit (13) adapted to receive the culture temperature values (2) from the first probe (12) and command the operation of the exchanger (1 1) depending on said temperature values received.
  • the tank (3) incorporates feeding means
  • said feeding means (31, 15) comprise:
  • CO2 can come from both commercial containers (cylinders) and combustion fumes, for example, from companies that obtain energy from the combustion of fossil fuels.
  • the C0 2 supply is controlled by a second automatically controlled second control means (13, 14), comprising at least a second probe (14) placed at the outlet of the upper part of the enclosure (1) and connected to the valve ( 15) adding CO2 and with the control unit (13); said control unit (13) is further adapted to receive the pH values measured in the culture (2) by the second probe (14) and to command the operation of the CO2 addition valve (15) based on said values of pH received.
  • the photobioreactor of the invention additionally incorporates third control means (13, 16, 17) to control dissolved oxygen in the culture (2).
  • the third control means (13, 16, 17) comprise at least one third (16) probe, arranged at least at the exit of the upper part of the enclosure (1), to determine the concentration of dissolved oxygen existing in the culture ( 2); and the control unit (13), connected to the desorption means (17) and the third probe (16), said control unit (13) will be further adapted to receive the dissolved oxygen concentration values from the third probe ( 16) and command the operation of the desorption means (17) based on said oxygen concentration values received.
  • the support structures (40, 50) preferably comprise two elements (18, 26) in a polygonal shape arranged in parallel, each composed of profiles (19, 20, 27, 28,
  • first triangular elements (18) they comprise a first profile (19) arranged on the floor, as well as two second profiles (20) fixed to the first profile (19) above said first profile (19).
  • second profiles (20) are fixed to each other at a point far enough from their free ends to allow supporting the bar (8) that supports the enclosure (1).
  • a few quadrangular second elements (26) comprise a third profile (27) arranged on the ground, two fourth profiles (28) fixed one on each end of the third profile (27), above said third profile, (27) and a fifth profile (29) fixed at its ends to the fourth profiles (28), so that on the fifth profile (29) they can be fixed , by means of suitable fixing means (30), at least one bar (8), to suspend said enclosure (8) from the enclosure (1).
  • suitable fixing means (30) at least one bar (8), to suspend said enclosure (8) from the enclosure (1).
  • two bars (8) are fixed, in order to make better use of the space.
  • the support structure (60) shown in Figure 4 shows a T-configuration formed by a vertical arm (61) topped off in a horizontal arm (62) that extends to both sides and whose ends end in gutters (63 ) which constitute the support surfaces of the bars (8) of the enclosures hanging on each side.
  • the vertical arm (61) is height-adjustable, preferably telescopically, as shown in Figure 4.
  • the support structure (60) can have a base (64) from which the vertical arm (61) upper part.

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Abstract

Permite cultivar microorganismos fotoautótrofos para la producción de biomasa, con eficiencia mejorada y coste reducido. Comprende: un recinto (1) de cultivo adaptado para ser suspendido y que está formado por dos láminas de polietileno, en las que por termosellado están definidas una pluralidad de canales (6) paralelos comunicados entre sí formando un único conducto en zig-zag; un tanque (3) para homogeneización y, alojamiento del cultivo (2); y unos medios de impulsión (10) para impulsar el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1) contra la gravedad. Comprende adicionalmente una estructura formada por elementos (18) poligonales paralelos sobre los que se apoya una barra (8) de la que se suspende el recinto (1).

Description

FOTOBIORREACTOR PARA CULTIVAR MICROORGANISMOS
FOTOAUTÓTROFOS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se puede incluir dentro del campo técnico del cultivo de microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas o cianobacterias, siendo su propósito la producción de biomasa algal, que se emplee, entre otros fines, para la obtención de biocombustible. En concreto, el objeto de la invención se refiere a un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es posible emplear luz solar y agua rica en nutrientes para el desarrollo masivo de cultivos de microorganismos fotoautótrofos, tales como microalgas, como generadores eficientes de diferentes productos de gran valor industrial.
Existen dos diseños básicos para la producción de microorganismos fotoautótrofos, los sistemas abiertos, en los que el cultivo está permanentemente expuesto a la atmósfera, y los sistemas cerrados, comúnmente denominados fotobiorreactores, en los que el cultivo tiene escaso o nulo contacto con la atmósfera.
Los sistemas abiertos, también denominados de tipo raceway (circuito), están constituidos por canales de agua poco profundos (15-20 cm) en forma de circuito, en los que el medio de cultivo es impulsado por paletas rotatorias. Generalmente ocupan grandes extensiones de terreno (500-5000 m2), pero tienen como ventaja el bajo costo de producción de biomasa algal en algunas zonas geográficas específicas. Sin embargo, el perfeccionamiento de esta tecnología parece haber alcanzado su límite. Entre sus inconvenientes más importantes, se citan la baja productividad, fácil contaminación, costosa recuperación del producto en medios diluidos y dificultad para el control de la temperatura.
Los antes citados inconvenientes han estimulado el desarrollo de fotobiorreactores cerrados construidos con materiales transparentes, como vidrio y policarbonato, entre otros.
En los sistemas tubulares cerrados, el cultivo circula por tubos de un material rígido, bien sea transparente o bien translúcido. La circulación del cultivo se realiza mediante impulsión, bien con bomba, o bien mediante sistema airlift. El sistema consta de un módulo de captación de luz solar constituido por tubos de metacrilato o vidrio, situados en paralelo y conectados entre sí por medio de piezas en forma de "u" del mismo material o similar, a modo de serpentín.
En los fotobiorreactores planos el cultivo circula en el interior de un compartimento definido entre placas paralelas (tipo sándwich) de material transparente.
Los fotobiorreactores de panel vertical plano con impulsión airlift (fíat panel airlift) presentan una cámara de cultivo que comprende una serie de elementos elaborados con policloruro de vinilo o tereftalato de polietileno que forman un recorrido serpenteante para el cultivo. Con ayuda de "mezcladores estáticos", las células de las microalgas son transportadas de la zona oscura del reactor hacia la capa de superficie iluminada, a intervalos fijos. Se pueden encontrar estos fotobiorreactores con distinto tamaño, el menor de 5 litros, ideado para uso en laboratorio, no industrial, intermedio de 33 litros, y el mayor, de 180 litros, creado por Subitec (spin-off del instituto Fraunhofer IGB). Por otra parte, el fotobiorreactor denominado "ProviAPT vertical fíat panel" (de pantalla plana), de la compañía PROVIRON, incluye una pluralidad de paneles paralelos y dispuestos en pila, encerrados en bolsas de agua que regulan la temperatura. Está realizado con polipropileno reciclable en capa fina y no requiere de estructuras adicionales de apoyo. (Buehner et al. 2009)
La compañía Vertigro (USA) posee un fotobiorreactor vertical para la obtención de algas, formado por unos sistemas de canales paralelos entre sí para la circulación del cultivo y en disposición vertical. El fotobiorreactor comprende recipientes a modo de bolsas de polietileno dispuestas en el interior de una estructura metálica de jaula.
La solicitud internacional WO2009/155032 se refiere a un biorreactor con un canal en comunicación fluida con un contenedor para absorber CO2 y con ello hacer crecer las microalgas. El biorreactor comprende dos láminas de material flexible de unos 150 micrómetros de espesor, enfrentadas y termoselladas en sus bordes para definir un recipiente cerrado y también en el interior para definir canales interiores de circulación.
La solicitud internacional WO2008/151376 trata de un fotobiorreactor para el cultivo continuo de organismos fotosintéticos empleando iluminación artificial, que comprende al menos un fotobiorreactor y una fuente de radiación electromagnética, donde dicha fuente es un diodo que comprende una película emisora de naturaleza orgánica o polimérica. Y donde el material está fabricado en material polimérico (preferentemente polietileno). El biorreactor incluye entradas para el agua y medio de cultivo en la parte superior, y salidas en la inferior. El aparato está contenido dentro de una estructura opaca a la luz solar.
Los sistemas de producción de microalgas que se acaban de describir son costosos, encareciendo la producción de la biomasa algal y determinando un nivel de costo que excluye su uso para su transformación en biocombustible o para la producción de cualesquiera otros productos de bajo valor, por lo que se plantea la necesidad de encontrar nuevos diseños y nuevas alternativas que integren una alta productividad a un coste reducido, puesto que entre el 75% y el 85% de la inversión necesaria para el cultivo de microalgas a la intemperie se deriva del coste del fotobiorreactor.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve el problema técnico y de costes planteado, por medio de un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, tales como microalgas y/o cianobacterias, incrementando la eficiencia de cultivo y mejorando el coste de producción respecto de los sistemas conocidos en el estado de la técnica.
El fotobiorreactor de la invención comprende al menos un recinto de cultivo adaptado para ser recorrido por un cultivo de microorganismos fotoautotrofos, permitiendo el acceso del cultivo a la luz, y un tanque conectado a dicho recinto por medio de primeras conducciones por las que circula el cultivo desde el tanque hacia el recinto, así como segundas conducciones por las que retorna el cultivo desde el recinto al tanque, según un circuito cerrado.
El recinto está elaborado a partir de dos láminas de material plástico polimérico flexible, que puede ser transparente o translúcido, cuya fijación entre sí por termosellado define una pluralidad de canales paralelos por los que circula el cultivo, estando dichos canales comunicados entre sí, constituyendo un único conducto en zig-zag. Materiales adecuados para el recinto son, por ejemplo, entre otros, policloruro de vinilo, polietileno, tanto de alta densidad como de baja densidad, poliestireno, polipropileno, acetato de polivinilo, y poliuretano, siendo especialmente idóneo el polietileno de baja densidad, debido a su reducido coste.
El recinto está indicado para su disposición a la intemperie, de modo que el cultivo que circula en el interior de dicho recinto está expuesto a la radiación solar. La orientación del recinto será preferentemente la que permita el mejor aprovechamiento de la radiación solar a lo largo del período de funcionamiento. El aprovechamiento de la radiación solar supone un ahorro energético y de costes de operación del fotobiorreactor, puesto que no es necesario disponer equipos de iluminación artificial (lámparas). En cualquier caso, no existe impedimento para que el recinto funcione en interiores y/o sea irradiado mediante lámparas.
En lo sucesivo, denominaremos longitud del recinto a la dimensión en la dirección longitudinal, que es la de los canales que definen el conducto en zig- zag.
El recinto está adaptado para ser suspendido, de modo que la dirección de altura de dicho recinto coincide sustancialmente con la dirección vertical, y la dirección longitudinal antes mencionada coincide sustancialmente con una dirección horizontal. De manera preferente, el recinto está adaptado para ser suspendido de una barra horizontal soportada por una estructura soporte.
Cuando los canales se encuentran ocupados por el cultivo configuran preferentemente una sección circular o semicircular.
El espesor del recinto (la dimensión en la dirección mutuamente perpendicular a la altura y la longitud) debe ser preferentemente lo mayor posible, siempre que se garantice la adecuada iluminación de dicho recinto. En este sentido, los canales presentan de manera preferente una anchura comprendida entre 5 y 20 cm. La altura del recinto está preferentemente limitada a dos metros, debido a consideraciones relacionadas con la resistencia de materiales y con el manejo del recinto. Asimismo, preferentemente se recomienda una relación longitud/altura comprendida entre uno y tres, para maximizar la capacidad del recinto sin incurrir en tensiones excesivas en la parte inferior de dicho recinto.
En la zona que, una vez suspendido el recinto, está destinada a ocupar la parte inferior de dicho recinto, se dispone una primera entrada para introducir a través de dicha primera entrada el cultivo proveniente del tanque; igualmente, en la zona destinada a ocupar la parte superior del recinto, se dispone una primera salida para que el cultivo vuelva al tanque, siguiendo un circuito cerrado.
El diseño del fotobiorreactor de la invención reduce sustancialmente las posibilidades de contaminación, al circular dicho cultivo en un circuito cerrado, y por tanto, se limita la proliferación de otros organismos contaminantes (tales como bacterias y protozoos) que afectan a las propiedades bioquímicas de los microorganismos fotoautotrofos cultivados, pudiendo llegar incluso a amenazar la supervivencia de dichos microorganismos y, en cualquier caso, reduciendo la productividad de los microorganismos cultivados. Otra consecuencia del cultivo en lazo cerrado es el mejor aprovechamiento del CO2 aportado como nutriente para los microorganismos fotoautotrofos cultivados.
Durante la circulación del cultivo en el interior del recinto, los microorganismos fotoautotrofos realizan la fotosíntesis, asimilando nutrientes y liberando oxígeno, que se disuelve en el cultivo. Ha de evitarse la acumulación excesiva de oxígeno disuelto en el cultivo, que puede provocar la reducción de la eficiencia fotosintética y, por tanto, del crecimiento del microorganismo fotoautótrofo en cuestión. Atendiendo a dicha limitación, y debido a que se trata de un cultivo cerrado, se establecen de manera preferente unas limitaciones en el volumen máximo del recinto, para evitar una acumulación excesiva de oxígeno disuelto.
El tanque está destinado al alojamiento y homogeneización del cultivo, así como a la eliminación del exceso de oxígeno disuelto. Está elaborado en material resistente. El tanque comprende una segunda salida y una segunda entrada, a través de las cuales respectivamente se puede enviar cultivo desde el tanque al recinto y recibir dicho cultivo desde el recinto. Comprende asimismo una tercera salida, a través de la cual se envía el cultivo a un elemento de concentración y recogida de la biomasa, para el cosechado de los microorganismos fotoautótrofos cultivados. El tanque no es hermético, y posee al menos un conducto para liberación de gases acumulados al exterior. Unos medios de impulsión, preferentemente una bomba o alternativamente un sistema de aspiración por aire mediante efecto Venturi (airlift), se disponen entre el tanque y el recinto, para impulsar el cultivo desde el tanque hacia el recinto a través de las primeras conducciones.
De manera preferente, el tanque está adaptado para su disposición a la intemperie, si bien también es posible su funcionamiento adecuado en una disposición interior.
El cultivo impulsado desde la parte inferior asciende contra la gravedad a través del conducto en zig-zag definido por los canales. La impulsión en contra de la gravedad garantiza un llenado completo del recinto, con ocupación óptima del mismo y evitación de bolsas o burbujas de gases.
El cultivo es desplazado por los medios de impulsión desde el tanque hacia el recinto a una velocidad que debe ser suficiente para garantizar un flujo turbulento del cultivo a través del recinto, optimizando la exposición del cultivo a la luz y limitando la adherencia de los microorganismos fotoautótrofos a las paredes de los canales, previniendo de esta manera el depósito de los microorganismos en las paredes, lo que obstruiría el paso de la luz y propiciaría la degradación de la biomasa depositada y la eventual proliferación de microorganismos heterótrofos. Asimismo, la velocidad está sujeta a un límite superior, al objeto de evitar situaciones de estrés al microorganismo fotoautótrofo cultivado que provoquen daños celulares a dicho microorganismo.
La capacidad del tanque, así como el volumen de cultivo que el mismo debe contener, son parámetros que dependen de varios factores, esencialmente, el volumen del recinto y la velocidad de flujo del cultivo, debiendo garantizarse, asimismo, que durante la residencia del cultivo en el tanque, se elimine el exceso de oxígeno disuelto.
Aunque el flujo del cultivo promueve que en el tanque se establezca un activo intercambio de gases entre el cultivo, que es un medio líquido, y el aire dispuesto en el tanque por encima del cultivo, que constituye la fase gaseosa, adicionalmente, con el fin de homogeneizar aún más el cultivo, dentro del tanque se disponen unos medios de desorción, para acelerar la desorción del oxígeno disuelto en el cultivo, propiciando el paso de dicho oxígeno disuelto a la atmósfera en forma de oxígeno gaseoso.
Los medios de desorción pueden ser agitadores mecánicos dispuestos en el interior del tanque que, empleando energía cinética, agitan el cultivo, provocando la generación y liberación de burbujas de oxígeno. Sin embargo, más preferentemente podría tratarse de burbujeadores dispuestos en el fondo del tanque, puesto que la eficiencia de desorción de los burbujeadores es más elevada.
El tanque puede incorporar adicionalmente unos primeros medios de control, para mantener la temperatura del cultivo dentro de unos márgenes adecuados al microorganismo fotoautótrofo cultivado. Estos primeros medios de control comprenden preferentemente: un intercambiador de calor para aportar o retirar calor del tanque, al menos una primera sonda de temperatura para captar valores de temperatura del cultivo en sendos puntos del tanque, y una primera unidad de control, adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo desde la primera sonda y comandar el funcionamiento del intercambiador en función de los valores de temperatura recibidos.
Adicionalmente, el tanque incorpora unos medios de alimentación, cuyo propósito es alimentar el tanque con los compuestos necesarios para el cultivo de microorganismos: a este respecto, los medios de alimentación comprenden:
- una tercera entrada para la introducción en el tanque de medio de cultivo preparado con agua (dulce o salada, según los casos) y nutrientes esenciales disueltos en el agua, así como, en su caso, un inoculo de un microorganismo fotoautótrofo para iniciar un nuevo cultivo, y
- una válvula, preferentemente de tipo solenoide, dispuesta en la parte inferior del recinto, para introducir CO2 en dicho recinto.
El CO2 es un nutriente esencial para el cultivo, que puede provenir tanto de envases comerciales (bombonas de gas comprimido), como de gases de combustión procedentes de diversas fuentes emisoras de este gas de efecto invernadero. La inyección de C02 se controla mediante unos segundos medios de control, que comprenden los siguientes elementos:
- al menos una segunda sonda, de pH, conectada con la válvula de
C02, y
- una segunda unidad de control, que recibe los valores de pH medidos en el cultivo por la segunda sonda y comanda, en función de dichos valores de pH, el funcionamiento de la válvula.
El fotobiorreactor de la invención puede incorporar opcionalmente de manera adicional unos terceros medios de control para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo. Los terceros medios de control comprenden una tercera sonda de oxígeno, para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo; y una tercera unidad de control (preferentemente, compartida con los primeros medios de control y los segundos medios de control), conectada a los medios de desorción y a la tercera sonda, y adaptada para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda y comandar el funcionamiento de los medios de desorción, en función de los valores de concentración de oxígeno recibidos.
Los distintos elementos de control de temperatura, pH y, eventualmente oxígeno disuelto, pueden estar integrados en una misma unidad o sistema de control de los distintos parámetros, lo que simplifica y abarata el equipo. Esto es equivalente a decir que preferentemente solo existe una unidad de control común a los primeros, segundos y terceros medios de control.
Resulta de especial interés la disposición de una pluralidad de recintos conectados al mismo tanque. De esta manera, se reducen significativamente los costes de la instalación una vez dimensionado el tanque de manera acorde al número de recintos a los que está conectado. El ahorro en costes se refleja entre otros aspectos, en el ahorro de tanques, que adicionalmente implica el correspondiente ahorro de espacio, así como se evita la necesidad de reduplicar las conducciones de entradas y salidas del tanque, y también se produce un ahorro al simplificar los medios de control.
Debido a la mayor eficiencia en la producción de microorganismos fotoautotrofos que, sobre otras alternativas, presenta el fotobiorreactor de la invención, los requisitos de resistencia mecánica de la estructura soporte se hacen sustancialmente más reducidos que en el caso de los reactores descritos en el estado de la técnica. Un ejemplo preferente de estructura soporte comprende dos elementos dispuestos paralelamente, compuestos cada uno por tres perfiles, preferentemente de aluminio. Uno de ellos es un primer perfil destinado a ser dispuesto sobre el suelo, mientras que los otros dos son segundos perfiles destinados a disponerse fijados al primer perfil por encima de dicho primer perfil. A su vez, los segundos perfiles están destinados a ser fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra que soporta el recinto. DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos, en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1 .- Esquema de la disposición y el funcionamiento del fotobiorreactor de la invención.
Figura 2.- Vista en perspectiva del recinto incorporado en el fotobiorreactor según la invención, suspendido de una estructura soporte que comprende elementos triangulares. Figura 3.- Vista en perspectiva del recinto incorporado en el fotobiorreactor según la invención, suspendido de una estructura soporte que comprende elementos cuadrangulares.
Figura 4.- Muestra una vista en perspectiva de otro tipo de estructura soporte con forma de T concebida para soportar el recinto del fotobioreactor.
Figuras 5.1 a 5.4.- Muestra una vista en detalle de la configuración de los canales en uno de sus extremos acodados en la que se observan diferentes formas de unión por termosellado de las láminas de material plástico que conforman el recinto. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Seguidamente se aporta una descripción detallada de una realización preferente de la invención, con referencia a las figuras 1 a 3 adjuntas.
La presente invención, tal como se muestra en la figura 1 , tiene por objeto un fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, tales como microalgas y/o cianobacterias, que comprende un recinto (1 ) de cultivo, adaptado para ser recorrido por un cultivo (2) de microorganismos fotoautotrofos, y que permite el acceso de la luz al cultivo (2), y un tanque (3) conectado a dicho recinto (1 ) por medio de primeras conducciones (4) adaptadas para conducir el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1 ), así como segundas conducciones (5), adaptadas para conducir de vuelta al tanque (3) el cultivo (2) desde el recinto (1 ), según un circuito cerrado.
El recinto (1 ) se dispone a la intemperie, de modo que el cultivo (2) que circula en el interior del recinto (1 ) está sometido a la radiación solar. Para ello, el recinto (1 ) presenta propiedades mecánicas, de transmisión de luz, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie. Dicho recinto (1 ) está elaborado a partir de dos láminas de polietileno de baja densidad, cuya fijación entre sí se establece por bandas de termosellado que definen una pluralidad de canales (6) paralelos adaptados para alojar el cultivo (2), presentando dichos canales (6) sendas aberturas (7) en extremos alternos, de manera que cada canal (6) está comunicado con el canal (6) o los canales (6) contiguos, constituyendo un único conducto en zig-zag por el que circula el cultivo (2).
Las bandas de termosellado se distribuyen paralelas en el recinto (1 ) para definir la forma señalada en zig-zag de los canales (6). Se contempla la posibilidad de que el recinto (1 ) adopte una particular configuración de las bandas de termosellado que se reproducen en todo el recinto, conformadas por un tramo que se prolonga desde un lateral del recinto y finaliza en una extremidad libre en las proximidades del lateral opuesto del recinto. En las figuras 5.1 a 5.4 se proponen diferentes configuraciones de bandas de termosellado con un particular diseño que favorece la robustez y resistencia del recinto conformado.
En la realización de la figura 5.1 se contempla que cada una de las bandas de termosellado comprenda un tramo recto (70). En la realización de la figura 5.2. cada una de las bandas de termosellado comprende un tramo recto (70) que muestra en su extremo libre una bifurcación anular con forma de gota (71 ). En la realización de la figura 5.3 cada una de las bandas de termosellado comprende un tramo recto (70) que desemboca en su extremo libre en un ensanchamiento circular (72). En la realización de la figura 5.4. cada una de las bandas de termosellado comprende una pareja de tramos rectos (70) paralelos que desembocan tangencialmente en su extremo libre en una configuración anular circular (73) que une ambos tramos.
En lo sucesivo, denominaremos longitud del recinto (1 ) a la dimensión en la dirección longitudinal, es decir en la dirección de los canales (6).
Los canales (6) presentan una forma tal que, llenos de cultivo (2), conforman preferentemente una sección circular o semicircular. El espesor de los canales (6) está comprendido entre 5 y 20 cm.
Por motivos de resistencia de materiales y de manejo del recinto (1 ), la altura del recinto (1 ) está limitada a dos metros, siendo igualmente recomendable una relación longitud/altura comprendida entre la unidad y el triple de la unidad.
El recinto (1 ) está suspendido de una barra (8) horizontal soportada por una estructura soporte (40, 50, 60), (ver figuras 2, 3 y 4) de modo que la dirección de altura de dicho recinto (1 ) coincide sustancialmente con la dirección vertical, y la dirección longitudinal antes mencionada coincide sustancialmente con una dirección horizontal.
Se desea destacar que es adecuada cualquier estructura soporte que permita sostener al menos una barra (8), de la(s) cual(es) barras (8) se pueda suspender una o una pluralidad de recintos (1 ). Sin embargo, se describirán más adelante algunos ejemplos que meramente ilustran realizaciones preferentes de dicha estructura en base a su elevada sencillez y bajo precio.
En la zona inferior del recinto (1 ) se dispone una primera entrada (21 ) adaptada para introducir el cultivo (2) desde el tanque (3); igualmente en la zona superior del recinto (1 ) se dispone una primera salida (22) adaptada para extraer el cultivo (2) de vuelta hacia el tanque (3), según un circuito cerrado.
El tanque (3), también adaptado en sus características para ser dispuesto a la intemperie, está destinado a alojar y homogeneizar el cultivo (2). Está elaborado en material resistente, tal como PVC u otros materiales, por razón de reducción de costes. Comprende una segunda salida (23) y una segunda entrada (24) a través de las cuales respectivamente se puede enviar cultivo (2) al recinto (1 ) y recibir dicho cultivo (2) desde el recinto (1 ). Comprende asimismo una tercera salida (25) para cosechado de los microorganismos fotoautótrofos cultivados. Unos medios de impulsión (10), preferentemente una bomba (10) o alternativamente un sistema de aspiración
(no representado) por aire mediante efecto Venturi (airlift), se disponen entre el tanque (3) y el recinto (1 ), para impulsar el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1 ) a través de las primeras conducciones (4). El cultivo (2) es impulsado, por los medios de impulsión (10), desde la parte inferior del recinto (1 ), ascendiendo contra la gravedad a través del conducto en zig-zag definido por los canales (6).
Con el fin de homogeneizar el cultivo, dentro del tanque (3) se disponen unos medios de desorción (17), para acelerar la desorción del oxígeno disuelto en el cultivo, propiciando el paso de dicho oxígeno disuelto a la atmósfera en forma de oxígeno gaseoso. Los medios de desorción (17) son burbujeadores (17) dispuestos en el fondo del tanque (3).
El tanque (3) incorpora adicionalmente unos primeros medios de control (1 1 , 12, 13), para mantener la temperatura del cultivo (2) en el tanque (3) dentro de unos niveles adecuados a la especie de microorganismo fotoautótrofo cultivado. Los primeros medios de control (1 1 , 12, 13) comprenden un intercambiador (1 1 ) de calor para aportar o retirar calor del tanque (3), al menos una primera sonda (12) para captar valores de temperatura del cultivo (2) en sendos puntos del tanque (3), y una unidad de control (13) adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo (2) desde la primera sonda (12) y comandar el funcionamiento del intercambiador (1 1 ) en función de dichos valores de temperatura recibidos. Adicionalmente, el tanque (3) incorpora unos medios de alimentación
(31 , 15), adaptados para proporcionar los compuestos necesarios para cultivar los microorganismos fotoautótrofos: dichos medios de alimentación (31 , 15) comprenden:
- una tercera entrada (31 ) para aportar al tanque (3) agua (dulce o salada, según los casos), macro y micronutrientes, y, en su caso, un inoculo de un microorganismo fotoautótrofo para comenzar el cultivo (2); y
- una válvula (15) solenoide para aportar CO2 en la parte inferior del recinto (1 ). El CO2 puede provenir tanto de envases comerciales (bombonas), como de los humos de combustión, por ejemplo, de empresas que obtienen energía a partir de la combustión de combustibles fósiles. La alimentación de C02 se controla mediante unos segundos medios de control (13, 14) controlados automáticamente, que comprenden al menos una segunda sonda (14) colocada a la salida de la parte superior del recinto (1 ) y conectada con la válvula (15) de adición de CO2 y con la unidad de control (13); dicha unidad de control (13) está adicionalmente adaptada para recibir los valores de pH medidos en el cultivo (2) por la segunda sonda (14) y comandar el funcionamiento de la válvula (15) de adición de CO2 en función de dichos valores de pH recibidos.
El fotobiorreactor de la invención incorpora de manera adicional unos terceros medios de control (13, 16, 17) para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo (2). Los terceros medios de control (13, 16, 17) comprenden al menos una tercera (16) sonda, dispuesta al menos a la salida de la parte superior del recinto (1 ), para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo (2); y la unidad de control (13), conectada a los medios de desorción (17) y a la tercera sonda (16), dicha unidad de control (13) estará adaptada adicionalmente para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda (16) y comandar el funcionamiento de los medios de desorción (17) en función de dichos valores de concentración de oxígeno recibidos.
Tal como se muestra en las figuras 2 y 3, las estructuras soportes (40, 50) comprenden preferentemente dos elementos (18, 26) de forma poligonal dispuestos paralelamente, y compuestos cada uno por perfiles (19, 20, 27, 28,
29) de aluminio. En otra realización alternativa de la estructura soporte (60), representada en la figura 4, ésta incorpora una elemento con forma de T, cuyo brazo vertical puede ser regulable en altura. De acuerdo con el primer ejemplo de la estructura soporte (40), tal como se muestra en la figura 2, unos primeros elementos (18) triangulares comprenden un primer perfil (19) dispuesto sobre el suelo, así como dos segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer perfil (19). A su vez, los segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8) que soporta el recinto (1 ).
De acuerdo con otro ejemplo de estructura soporte (50), tal como se muestra en la figura 3, unos segundos elementos (26) cuadrangulares comprenden un tercer perfil (27) dispuesto sobre el suelo, dos cuartos perfiles (28) fijados uno en cada extremo del tercer perfil (27), por encima de dicho tercer perfil, (27) y un quinto perfil (29) fijado en sus extremos a los cuartos perfiles (28), de modo que sobre el quinto perfil (29) se pueden fijar, mediante unos medios de fijación (30) adecuados, al menos una barra (8), para suspender de dicha barra (8) el recinto (1 ). Preferentemente se fijan dos barras (8), para aprovechar mejor el espacio.
No existen inconvenientes para emplear elementos (18, 26) poligonales de más de cuatro lados, si bien los de tres y, en mayor medida, los de cuatro lados son preferidos. Asimismo, tampoco existen inconvenientes en disponer más de dos barras (8) en los segundos perfiles (20) y en los quintos perfiles (29). Por otra parte, variantes como disponer patas (no mostradas) en los primeros perfiles (19) o en los terceros perfiles (27) también son posibles.
La estructura soporte (60) que se representa en la figura 4 muestra una configuración en T formada por un brazo vertical (61 ) rematado superiormente en un brazo horizontal (62) que se prolonga a ambos lados y cuyos extremos finalizan en unas canaletas (63) que constituyen las superficies de apoyo de las barras (8) de los recintos que cuelgan a cada lado. El brazo vertical (61 ) es regulable en altura, preferiblemente de forma telescópica, según se aprecia en la figura 4. La estructura soporte (60) puede disponer de una base (64) desde la que parte superiormente el brazo vertical (61 ).

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1 . - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, que comprende:
5 - al menos un recinto (1 ) de cultivo, adaptado para ser recorrido por un cultivo (2) de microorganismos fotoautótrofos y que permite el acceso de la luz al cultivo (2), que comprende dos láminas de material plástico polimérico flexible, que es ser transparente o translúcido, cuya fijación entre sí se establece mediante unas bandas de termosellado que definen una pluralidad0 de canales (6) paralelos adaptados para alojar el cultivo (2), presentando dichos canales (6) sendas aberturas (7) en extremos alternos, de manera que cada canal (6) está comunicado con el canal (6) o los canales (6) contiguos, constituyendo un único conducto en zig-zag para ser recorrido por el cultivo
(2) , donde el recinto (1 ) está adaptado para ser suspendido; y
5 - un tanque (3), para alojar y homogeneizar el cultivo (2); dicho tanque
(3) está conectado al recinto (1 ) mediante primeras conducciones (4) adaptadas para conducir el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1 ), así como dispone también de segundas conducciones (5) adaptadas para conducir de vuelta al tanque (3) el cultivo (2) desde el recinto (1 ), según un o circuito cerrado;
caracterizado porque comprende adicionalmente unos medios de impulsión (10), dispuestos entre el tanque (3) y el recinto (1 ), para impulsar, en contra de la gravedad, el cultivo (2) desde el tanque (3) hacia el recinto (1 ) a través de las primeras conducciones (4).
5
2. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque comprende una pluralidad de recintos (1 ) conectados a un tanque (3). 0
3.- Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque los canales (6) presentan una forma tal que, llenos de cultivo (2), presentan una sección circular o semicircular.
4. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de 5 acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 3, caracterizado porque los canales (6) presentan una anchura comprendida entre 5 y 20 cm.
5. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el recinto (1 ) posee una o altura no superior a dos metros.
6. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 5, caracterizado porque el recinto (1 ) presenta una relación longitud/altura comprendida entre la unidad5 y el triple de la unidad.
7. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque las bandas de termosellado se distribuyen paralelas en el recinto (1 ) para definir la forma de zig-zag de los 0 canales (6), en el que cada banda de termosellado está conformada por al menos un tramo que se prolonga desde un lateral del recinto y finaliza en una extremidad libre en las proximidades del lateral opuesto del recinto (1 ).
8. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo 5 con la reivindicación 7, caracterizado porque el tramo es un tramo recto (70).
9. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el tramo recto (70) muestra en su extremo libre una bifurcación anular con forma de gota (71 ).
0
10. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el tramo recto (70) desemboca en su extremo libre en un ensanchamiento circular (72).
1 1 . - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende una pareja de tramos rectos (70) paralelos que desembocan tangencialmente en su extremo libre en una configuración anular circular (73) que une ambos tramos.
12. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el recinto (1 ) presenta propiedades mecánicas, de transmisión de luz, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie.
13.- Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque (3) presenta propiedades mecánicas, de resistencia a la degradación solar y a los ataques químicos, así como termoaislantes, adecuadas para ser dispuesto a la intemperie.
14. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos primeros medios de control (1 1 , 12, 13), para mantener la temperatura del cultivo (2) en el tanque (3) dentro de unos niveles de temperatura adecuados a la especie de microorganismos fotoautotrofos cultivados.
15. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque los primeros medios de control (1 1 , 12, 13) comprenden:
- un intercambiador (1 1 ) de calor para aportar o retirar calor del tanque (3);
- al menos una primera sonda (12) para captar valores de temperatura del cultivo (2) en sendos puntos del tanque (3); y
- una primera unidad de control (13) adaptada para recibir los valores de temperatura del cultivo (2) desde la sonda de temperatura y comandar el funcionamiento del intercambiador (1 1 ) en función de dichos valores de temperatura recibidos.
16. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos medios de alimentación (31 , 15), para proporcionar los compuestos necesarios para cultivar los microorganismos fotoautótrofos, dichos medios de alimentación (31 , 15) comprenden:
- una tercera entrada (31 ) para aportar al tanque (3) agua (dulce o salada, según los casos), macro y micronutrientes, y, en su caso, un inoculo de un microorganismo fotoautótrofo para comenzar el cultivo (2); y
- una válvula (15) solenoide para aportar CO2 en la parte inferior del recinto (1 ), donde el fotobiorreactor adicionalmente incorpora unos segundos medios de control (13, 14) que comprenden al menos una segunda sonda (14) conectada con la válvula (15) de adición de C02, y con una segunda unidad de control
(13), dicha segunda unidad de control (13) está adaptada para recibir los valores de pH medidos en el cultivo (2) por la segunda sonda (14) y comandar la adición de C02 desde la válvula (15) en función de dichos valores de pH recibidos.
17. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque el tanque (3) incorpora además unos terceros medios de control (13, 16, 17) para controlar el oxígeno disuelto en el cultivo (2), que comprenden al menos una tercera sonda (16), para determinar la concentración de oxígeno disuelto existente en el cultivo (2); unos medios de desorción (17), adaptados para desorber oxígeno disuelto en el cultivo (2) del tanque (3), provocando la transformación del oxígeno disuelto en burbujas de oxígeno, y una tercera unidad de control (13) conectada a los medios de desorción (17) y a la tercera sonda (16), adaptada para recibir los valores de concentración de oxígeno disuelto desde la tercera sonda (16) y 5 comandar el funcionamiento de los medios de desorción (17) en función de dichos valores de concentración de oxígeno recibidos.
18. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 17, caracterizado porque los medios de o desorción (17) son burbujeadores (17) dispuestos en el fondo del tanque (3).
19. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con las reivindicaciones 15, 16 y 17 caracterizado porque la unidad de control (13) es común a los primeros medios de control (1 1 , 12, 13), a los5 segundos medios de control (13, 14) y a los terceros medios de control (13, 16, 17).
20. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 1 , caracterizado porque incorpora adicionalmente o una estructura soporte (40, 50, 60) para soportar una barra (8) de la que está suspendido el recinto (1 ).
21 . - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque la estructura soporte 5 (40, 50) comprende dos elementos (18, 26) poligonales dispuestos paralelamente, compuestos cada uno por perfiles (19, 20, 27, 28, 29), donde uno de los perfiles (19, 27) está dispuesto sobre el suelo, mientras que otros perfiles (20, 29) están adaptados para soportar al menos una barra (8) dos son segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer 0 perfil (19), así como los segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8).
22. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 21 , caracterizado porque la estructura soporte (40) comprende unos primeros elementos (18) triangulares que comprenden:
- un primer perfil (19) dispuesto sobre el suelo, y
- dos segundos perfiles (20) fijados al primer perfil (19) por encima de dicho primer perfil (19), dichos segundos perfiles (20) están fijados entre sí en un punto lo suficientemente lejano de sus extremos libres como para permitir apoyar la barra (8) que soporta el recinto (1 ).
23. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 21 , caracterizado porque la estructura soporte (50) comprende unos segundos elementos (26) cuadrangulares que comprenden:
- un tercer perfil (27) dispuesto sobre el suelo,
- dos cuartos perfiles (28) fijados uno en cada extremo del tercer perfil (27), por encima de dicho tercer perfil (27), y
- un quinto perfil (29) fijado en sus extremos a los cuartos perfiles (28), de modo que al menos una barra (8) es fijable sobre el quinto perfil (29), mediante unos medios de fijación (30) adecuados, para suspender de dicha barra (8) el recinto (1 ).
24. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 20, caracterizado porque la estructura soporte
(60) muestra una configuración en T formada por un brazo vertical (61 ) rematado superiormente en un brazo horizontal (62) que se prolonga a ambos lados y cuyos extremos finalizan en unas canaletas (63) que constituyen las superficies de apoyo de las barras (8) de los recintos que cuelgan a cada lado.
25. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautótrofos, de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque el brazo vertical (61 ) es desplazable verticalmente.
26. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 25, caracterizado porque el brazo vertical (61 ) es desplazable telescópicamente.
27. - Fotobiorreactor para cultivar microorganismos fotoautotrofos, de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque la estructura soporte (60) comprende una base (64) desde la que parte superiormente el brazo vertical (61 ).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES1099707Y (es) * 2013-12-20 2014-05-05 Univ Madrid Politecnica Fotobiorreactor de soporte flotante.
EP3620506A1 (en) * 2018-09-05 2020-03-11 Sartorius Stedim Switzerland AG Harvesting device and method for harvesting the content of a bioreactor bag
WO2022097308A1 (ja) * 2020-11-09 2022-05-12 三菱化工機株式会社 フォトバイオリアクター

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2339763A (en) * 1998-07-24 2000-02-09 Applied Photosynthetics Limite Partitioned bag for use as photobioreactor
WO2005006838A2 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Ben-Gurion University Of The Negev Flat panel photobioreactor
WO2008151376A1 (en) 2007-06-14 2008-12-18 Roger Stroud Apparatus and method for the culture of photosynthetic microorganisms
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WO2011036517A1 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 Harshvardhan Jaiswal System and method for growing photosynthetic micro-organism

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2356653B8 (es) * 2010-11-11 2012-03-22 Universidad De Cantabria Fotobiorreactor para el cultivo de organismos fotótrofos.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2339763A (en) * 1998-07-24 2000-02-09 Applied Photosynthetics Limite Partitioned bag for use as photobioreactor
WO2005006838A2 (en) * 2003-07-21 2005-01-27 Ben-Gurion University Of The Negev Flat panel photobioreactor
WO2008151376A1 (en) 2007-06-14 2008-12-18 Roger Stroud Apparatus and method for the culture of photosynthetic microorganisms
WO2009155032A2 (en) 2008-05-28 2009-12-23 Malcolm Glen Kertz Method and apparatus for co2 sequestration
WO2011036517A1 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 Harshvardhan Jaiswal System and method for growing photosynthetic micro-organism

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