PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ENMIENDA EDÁFICA DE ALGAS E INSTALACIÓN DISEÑADA PARA TAL FIN.

Proceso para la producción de enmienda edáfica de algas e instalación diseñada para tal fin.

La presente invención se refiere a un proceso de producción de enmienda edáfica de algas en un fotobiorreactor

, que se caracteriza porque comprende al menos las siguientes etapas: introducir un inóculo de algas edáficas representativas de la población característica de un suelo; producir en agitación un medio de cultivo en el interior del fotobiorreactor a partir del inóculo de las algas, agua y nutrientes en forma soluble extraídos de residuos, en concentraciones de algas y nutrientes controladas; e inyectar gases procedentes de una combustión y/o de una fermentación aerobia y/o anaerobia, y controlar el grado de difusión de dicho gas al medio de cultivo. Otro objeto lo constituye la instalación diseñada para tal fin, que contiene una bolsa porosa a los gases e impermeable al líquido dentro del fotobiorreactor por la cual se controla la difusión de los gases al cultivo.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201330932.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE VALLADOLID.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: NAVAS GRACIA,LUIS MANUEL, MIÑÓN MARTÍNEZ,Jorge, RAD MORADILLO,Juan Carlos.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > FERTILIZANTES; SU FABRICACION > FERTILIZANTES ORGANICOS NO CUBIERTOS POR LAS SUBCLASES... > C05F11/00 (Otros fertilizantes orgánicos)
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PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ENMIENDA EDÁFICA DE ALGAS E INSTALACIÓN DISEÑADA PARA TAL FIN.

Fragmento de la descripción:

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE ENMIENDA EDÃ?FICA DE ALGAS E INSTALACIÓN DISEÑADA PARA TAL FIN

Campo técnico de la invención La invención se encuadra en el sector técnico de los procesos de obtención de sustancias bioestimulantes para el crecimiento de cultivos, más concretamente en sustancias 10 compuestas por algas y nutrientes procedentes de residuos.

Objeto de la invención La presente invención tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, 15 se refiere a una instalación y a un proceso para la producción de enmienda edáfica de algas.

El proceso de la invención se destaca porque produce algas edáficas autóctonas de los suelos para utilizarlas como enmienda de los mismos suelos. Estas algas son previamente aisladas e identificadas de un suelo concreto, y posteriormente producidas en condiciones 20 controladas dentro de un fotobiorreactor. La producción de éstas se realiza con la adición de nutrientes provenientes de residuos e inyección de gases de efecto invernadero provenientes de combustiones y/o de fermentaciones aerobias y/o fermentaciones anaerobias. En el ámbito de la presente memoria, se entiende como residuo todo efluente formado por sólidos y/o líquidos resultantes de un proceso de trasformación para la obtención de un producto.

Se trata pues de revalorizar los nutrientes potenciales provenientes de residuos en forma de enmienda edáfica, además de metabolizar algunos gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono, óxidos de azufre u óxidos de nitrógeno, evitando así los efectos perniciosos de su emisión a la atmósfera.

Esta enmienda edáfica obtenida del proceso, denominada así a la aportación que se realiza en suelos para mejorar las características físicas, químicas y biológicas de los mismos normalmente con el fin de favorecer el desarrollo vegetal, constituye un producto nutritivo y 35 bioestimulador para el crecimiento de los cultivos en el suelo donde se aplican. De esta

manera, se consigue aumentar la fertilidad de los suelos por medio del incremento de su actividad biológica, en concreto de las algas.

El proceso de producción y la instalación asociada al mismo permite ser integrada en cualquier fuente generadora de emisiones y/o de efluentes residuales, permitiendo ser una instalación fija o móvil según la estacionalidad de las emisiones/efluentes.

Antecedentes de la invención Por un lado, existe el problema del cambio climático en el sector primario, y en concreto en la agricultura. La agricultura es generadora de Gases de Efecto Invernadero (GEI) , cuantificación que se desarrolla por el cálculo de la huella de carbono. En este sentido la actividad que genera una huella de carbono más amplia en la agricultura, por lo general, es la fertilización nitrogenada, ya que en su fabricación demanda grandes insumos energéticos.

En este sentido, el desarrollo de nuevas técnicas que contribuyan a establecer una agricultura sostenible está siendo un punto de interés por empresas y la administración. En los últimos 20 años se han desarrollado nuevas técnicas de agricultura de precisión y conservación para disminuir materias e insumos energéticos. Técnicas que constituyen medidas pasivas de mitigación de gases de efecto invernadero.

Por otro lado, la pérdida de la fertilidad de los suelos ha sido provocada por las acciones antropogénicas que han menoscabado su diversidad biológica, y que han repercutido negativamente en la productividad de los cultivos que se desarrollan en ellos. Repercusión que se ha contrarrestado con la incorporación de más insumos fertilizantes y fitosanitarios, estos últimos para el control de nuevas enfermedades y plagas que han surgido de la pérdida biológica del suelo. La incorporación de estos insumos se traduce en un incremento significativo de la huella de carbono en estos cultivos, y se han venido justificando por el fin de obtener alimentos para una población mundial creciente.

Esta biota edáfica produce compuestos importantes para la fertilidad de los suelos y la productividad de los cultivos. Dentro de esta biota edáfica conviene resaltar el papel de las cianobacterias que además de producir sustancias bioestimulantes como las demás algas, tienen la capacidad de fijar nitrógeno atmosférico. También el efecto de estas algas en el suelo tiene además propiedades biopesticidas, por su control de microorganismos del suelo como son los hongos fitopatógenos.

En el ámbito de sustancias o procesos que favorezcan la actividad biológica del suelo destacamos la patente US8246711 B2, que formula una mezcla de residuos ganaderos, previamente sometidos a un tratamiento para la transformación de estos a compuestos fácilmente disponibles por la biota del suelo. Es posible complementar esta fórmula con micro-elementos y con microrganismos diversos: hongos, bacterias y algas.

Por otro lado, la solicitud de patente CN101781149 contempla la formulación de un biofertilizante formado por bacterias fotosintéticas entre otros, como hongos y compuestos orgánicos solubles.

En cambio la solicitud de patente JP2007054027, define la formulación de un medio de cultivo para el crecimiento de algas por medio de cenizas volátiles de industrias.

En resumen, son estos documentos de patente referenciados, las fórmulas de compuestos fertilizantes que describen en los que se contempla el uso de residuos y de algunos microrganismos fotosintéticos. Es decir estos documentos desarrollan sustancias fertilizantes que tienen como objetivo mejorar favorecer el incremento de la biota en el suelo.

Con todo ello, nos encontramos con el reto de conseguir una enmienda favorecedora de biota edáfica para el incremento de la fertilidad de los suelos, que contribuya a mitigar gases de efecto invernadero, que en sí misma constituya una alternativa a la fertilización mineral y que la incorporación de esta enmienda atienda a la rentabilidad de las explotaciones agrícolas susceptibles de incorporarla.

Con lo anterior, el reto de conjugar el incremento de fertilidad de los suelos, con la mitigación de gases de efecto invernadero, pasa por potenciar las especies de algas presentes en los suelos. Organismos que tienen la aptitud de fijar carbono en biomasa, constituyendo con ello un sumidero de carbono en los suelos. Unido a esto, algunas algas como son las procariotas llamadas cianobacterias, tienen la aptitud de fijar nitrógeno atmosférico, disponiéndolo así para los cultivos. Pero en el reto de cómo potenciar a las algas edáficas de forma viable y rentable, la solución pasa por cultivar estas especies fuera del suelo, en condiciones controladas y optimizadas, para posteriormente reintroducirlas y lograr con ello una mayor concentración en los mismos. Pero este cultivo debe satisfacer una rentabilidad que haga viable el procedimiento en una instalación. Para el control y optimización del cultivo se deben proveer de los niveles de nutrientes adecuados: nitrógeno,

fosforo, potasio, etc. y de la concentración de gases adecuada: dióxido de carbono (CO2) principalmente. Estos nutrientes están presentes en efluentes líquidos y/o gaseosos que son tipificados de residuos. Por ello la incorporación de estos para el cultivo de las algas se postula con una solución en pro de una mayor rentabilidad del proceso de obtención de la enmienda.

Como se ha indicado, un factor importante en el cultivo de las algas es controlar la correcta concentración de CO2 en el medio de cultivo y además conjugar que el ratio CO2 consumido entre el CO2 inyectado sea máximo en pro de la rentabilidad del proceso y en que el cultivo de estas como enmienda edáfica sea elemento mitigador de gases de efecto invernadero.

En este sentido, son varios los investigadores que han...

 


Reivindicaciones:

1. Un proceso de producción de enmienda edáfica de algas en un fotobiorreactor, que se caracteriza por que comprende al menos las siguientes etapas.

5. introducir en el fotobiorreactor un inóculo de algas edáficas representativas de la población característica de un suelo, previamente identificadas y aisladas;

-producir en agitación un medio de cultivo en el interior del fotobiorreactor a partir del inóculo de las algas edáficas autóctonas del suelo, agua y nutrientes en forma soluble extraídos de residuos mediante un proceso de separación líquido-sólido y/o un equipo

de disolución líquido-sólido, el medio de cultivo estando constituido por una concentración de entre 0, 0025 y 0, 15 gr de materia seca de algas por litro de fotobiorreactor, al menos 21, 26 mg/L de nitrógeno y al menos 2, 96 mg/L de fósforo, siendo el volumen restante de agua; e -inyectar gases procedentes de una combustión y/o de una fermentación aerobia y/o anaerobia, y controlar el grado de difusión de dicho gas al medio de cultivo cultivo por medio del control de la presión de los gases inyectados y la presión representativa de la columna del medio de cultivo sobre la parte inferior del fotobiorreactor, de tal forma que se activa la inyección cuando la presión de los gases inyectados es menor que la presión de la columna del medio de cultivo en la parte inferior del fotobiorreactor, hasta que se invierte la relación.

2. El proceso según la reivindicación anterior, donde el inóculo está formado por al menos una especie eucariota y/o procariota de alga, contenido en el suelo del que se aísla e identifica.

3. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende además una etapa previa de obtención de la muestra del suelo, identificación y aislamiento de las algas para preparar el inóculo.

4. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el control del grado de difusión del gas al medio de cultivo se realiza por medio de sensores de presión alojados en el interior del fotobiorreactor, estando un primer sensor de presión ubicado a la entrada de los gases al fotobiorreactor y un segundo sensor en la parte interior inferior del fotobiorreactor, adosado a la membrana flexible del mismo, de tal forma que se activa la inyección del gas al interior del fotobiorreactor cuando la presión medida por el sensor ubicado a la entrada del mismo es 1, 5 veces menor que la presión medida por el sensor

ubicado en el fondo, y hasta que la presión de inyección del gas es al menos 1, 5 veces mayor que la presión de la columna del medio de cultivo.

5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la agitación del

medio de cultivo se realiza mediante unos medios de agitación cuando la agitación que tiene lugar por la propia inyección de los gases no está comprendida entre 0, 10 a 0, 25 m/s.

6. El proceso según la reivindicación anterior, caracterizado por que comprende una última etapa que consiste en extraer el cultivo del fotobiorreactor y reintroducirlo como enmienda 10 edáfica en el suelo de origen o en un suelo de características físico-químicas equivalentes.

7. Un método para mejorar la actividad biológica de un suelo, caracterizado por que comprende adicionar al mismo la enmienda edáfica de algas obtenible a partir del proceso descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, dicha enmienda presentando una concentración de al menos 3, 80 gr de materia seca de algas por litro.

8. Método según la reivindicación anterior, donde la enmienda edáfica se adiciona al suelo mediante pulverización o aspersión, por medio de equipos móviles o fijos respecto del suelo.

9. Una instalación de producción de enmienda edáfica de algas de acuerdo con el proceso descrito en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que comprende: -un fotobiorreactor de membrana flexible con al menos un frontal transparente para el paso de la luz, y con al menos una entrada de líquidos, una entrada de gases, una salida de líquidos y una válvula purgadora de gases en su parte superior; cuyo interior

está diseñado para alojar el medio de cultivo líquido constituido por el inóculo de algas edáficas autóctonas extraído de un suelo, el agua y los nutrientes procedentes de la fase soluble de los residuos extraída mediante técnicas de separación solido-liquido o disolución solido-liquido; -un primer equipo de inyección, de líquidos, para el inóculo, el agua y los nutrientes procedentes de residuos, conectable a la entrada de líquidos del fotobiorreactor y a un equipo de separación líquido-sólido y/o a un equipo de disolución líquido-sólido en los que se obtiene una fase líquida a partir de los residuos que contiene los nutrientes a inyectar en forma soluble;

-un segundo equipo de inyección, de gases de combustión y/o de fermentación 35 anaerobia y/o aerobia, conectable a la entrada de gases del fotobiorreactor y a la vez a

una bolsa de membrana impermeable al líquido y porosa a los gases ubicada en la parte inferior del interior de dicho fotobiorreactor; y -un primer sensor de presión alojado en el interior de la bolsa impermeable y porosa y un segundo sensor de presión localizado en banda perimetral inferior del fotobiorreactor, 5 adosada a la membrana flexible del fotobiorreactor.

10. La instalación según la reivindicación anterior, donde la membrana flexible es de material plástico.

11. La instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 9 ó 10, donde la fuente de combustión y/o de fermentación anaerobia y/o aerobia es fija o móvil.

12. La instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, donde los equipos de inyección comprenden una bomba de impulsión de los líquidos y de los gases al interior del 15 fotobiorreactor y de la bolsa contenida en el interior del fotobiorreactor, respectivamente.

13. La instalación según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, donde el fotobiorreactor comprende una salida de líquidos, por la que se extrae el cultivo.

14. La instalación según la reivindicación 13, donde la salida de líquidos del fotobiorreactor está conectada al equipo de inyección de líquidos al interior del fotobiorreactor para producir agitación en el interior del mismo cuando la agitación en el interior es inferior al rango de 0, 10 a 0, 25m/s.

FIGURAS

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3 8 10 4 9 11 2 5 12 1

FIG. 1

FIG. 2

FIG. 3

FIG. 4

FIG. 5