Fotobiorreactor combinado tipo air-lift para la producción de biomasa.

La presente invención muestra una modificación de un fotobiorreactor tipo air-lift para la producción de biomasa

, mediante la combinación del mecanismo de una columna de burbujas y un air-litt convencional. El fotobiorreactor tiene forma cilíndrica, de fondo plano o cónico, y cuenta con un circuito de recirculación interno que da lugar a la generación de multitud de burbujas, lo cual permite combinar ambos efectos. El fotobiorreactor que se describe en esta invención proporciona una agitación mucho más eficaz que los convencionales, evita la deposición de microalgas en las paredes, consigue una mejor transferencia de luz y mejor aprovechamiento del CO2.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201200903.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE ALICANTE.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MARCILLA GOMIS,ANTONIO FRANCISCO, VALDÉS BARCELÓ,Francisco Javier, CATALÁ ESTEVE,Lucía, HERNÁNDEZ FÉREZ,Mª Del Remedio.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones... > Equipos para enzimología o microbiología > C12M1/08 (con tubo de entrada de aire)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE;... > SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LAS SUBCLASES C12C... > Microorganismos > C12R1/89 (Algas)

PDF original: ES-2482015_A1.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Fotobiorreactor combinado tipo air-lift para la producción de biomasa.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se puede enmarcar dentro del campo del diseño de fotobiorreactores para la producción de biomasa, en concreto, a partir de microalgas.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Las microalgas son seres unicelulares presentes en multitud de hábitats con una elevada capacidad de reproducción. Presentan una amplia variedad de formas y tamaños constituyendo los primeros organismos con capacidad fotosintética.

El aumento en los niveles de C02 en la atmósfera como consecuencia del consumo de combustibles fósiles ha llevado a buscar combustibles alternativos. Las microalgas pueden emplearse como materia prima para la generación de biocombustibles. Por un lado, los lípidos contenidos en la microalga pueden emplearse para producir biodiesel, mediante un proceso de transesterificación. Modificaciones en las condiciones de cultivo de las distintas especies de estos microorganismos favorece la acumulación de lípidos permitiendo de este modo maximizar la cantidad de biodiesel generado a través de los mismos.

Por otro lado, la energía almacenada en los enlaces que componen la estructura de los organismos fotosintéticos se libera cuando dichos enlaces se rompen por cualquier medio. Existen diversos métodos por los cuales pueden romperse esos enlaces y la biomasa puede ser convertida en energía como puede ser mediante una combustión directa de la misma. Otra posibilidad consiste en la pirólisis de la biomasa, proceso que, entre otros productos, conduce a la obtención de un líquido llamado bio-fuel que constituye un tipo de biocombustible. Este bio-fuel

es un tipo de combustible renovable y biodegradable más limpio que el combustible fósil. Las microalgas presentan una alta eficiencia fotosintética, por lo que su crecimiento es mucho más rápido que el de las plantas superiores constituyendo una materia prima muy interesante para la generación de bio-fuel.

Además de ser una posible fuente para la producción de biocombustibles, las microalgas pueden emplearse para la obtención de diversas sustancias de gran valor, tales como proteínas, biopolímeros, pigmentos (carotenos), ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas, antibióticos, etc. El contenido de estas sustancias en 10 las microalgas depende de la especie cultivada. En la siguiente tabla se muestran algunas de las aplicaciones de diversas especies de microalgas:

Tabla 1. Ejemplos de aplicaciones de distintas especies de microalgas

Microalga

Principal utilidad de la microalga

Chlorella

Empleo como biomasa

Nannochloropsis gaditana

Fuente de ácidos grasos

Isochrysis aff. Galbana (T-lso)

Fuente de ácidos grasos

Spirulina platensis

Obtención de phycocyanin y como biomasa

Dunaliella salina

Obtención de carotenoides (principalmente p-caroteno)

Odontella aurita

Fuente de ácidos grasos

Phaedactylum tricornutum

Fuente de lípidos y ácidos grasos

Porphyridium cruentum

Fuente de polisacáridos

Para llevar a cabo el cultivo de microalgas pueden emplearse distintos tipos de fotobiorreactores. Los fotobiorreactores verticales son compactos y pueden ser manejados de forma relativamente sencilla constituyendo la opción más adecuada para la producción de biomasa microalgal en grandes cantidades.

Se han descrito diversas configuraciones de reactores verticales en la bibliografía empleados en el cultivo de diversas especies de microalgas. De esta forma existen estudios en los cuales se emplean reactores de columna de burbujas o tipo air-lift con tubo de aspiración para el cultivo de la microalga

Phaeodactylum tricornutum (Asterio Sánchez Mirón et al. Growth and biochemical characterization of microalgal biomass produced in Bubble column and airlift photobioreactors: Studies in fed-batch culture, Enzyme and Microbial Technology 31, 1015-1023, 2002; Shear stress tolerance and biochemical characterization of Phaeodactylum tricornutum in quasi steady-state continuous culture in outdoor photobioreactors, Biochemical Engineering Journal 16, 287- 297, 2003), obteniéndose resultados muy similares en el caso de emplear cualquiera de las dos configuraciones de reactor comentadas.

Se pueden encontrar, además, varias invenciones en las cuales se muestran diferentes configuraciones de fotobiorreactores para el cultivo de

microorganismos. En la invención ES 2071572 se describe un dispositivo airlift con recirculación interna y tubos concéntricos constituido por módulos independientes para el cultivo de microorganismos fotosintéticos. El inconveniente que presenta este reactor es que el sistema airlift que emplean consiste en un burbujeador de vidrio poroso de forma cilindrica situado verticalmente, por tanto, el remolino que forman las burbujas puede ser menor que el diámetro interno del tubo concéntrico interior y las paredes podrían quedar cubiertas con las microalgas impidiendo de este modo el paso de la luz.

Otra modalidad de fotobiorreactor vertical se muestra en la invención ES 2326296 donde se describe un reactor sumergible, hecho que permite un control de la temperatura del cultivo de forma económica. Pero presenta problemas en cuanto a la complejidad y al coste, ya que es muy complejo y, por tanto, costoso de construir. Además tienen que controlar gases, como el 02, puesto que al estar totalmente estanco, éste se acumula.

En la invención ES 2351566 se detalla el funcionamiento de un reactor vertical tipo air-lift donde el reactor está formado por un cuerpo vertical transparente de forma cilindrica que presenta una salida en la parte inferior conectada a un conducto de recirculación que desemboca en una entrada situada en la parte superior del reactor. La inyección de aire por la parte inferior da lugar a la generación de un vórtice en el interior del reactor. En este caso, el tipo de agitación empleado da lugar a la generación de un remolino intenso cuyo vértice

se sitúa en las proximidades del conducto de salida. Este movimiento del cultivo evita en cierta medida la incrustación del cultivo en las paredes del reactor, hecho que dificulta el paso de la luz a través del cultivo sobre todo cuando se alcanzan densidades de microalga elevadas. Este tipo de sistema presenta múltiples ventajas, como es el hecho de una mejora en la disolución de nutrientes y asegura los periodos de luz-oscuridad de las microalgas en cultivos con altas densidades; presenta una mejor agitación del medio de cultivo que los sistemas abiertos y facilita un mejor control de las condiciones de cultivo (pH, temperatura, etc.).

Por todo esto resulta muy interesante disponer de un fotobiorreactor que soluciona aspectos tales como el ensuciamiento de las paredes del reactor en aquellas zonas donde el remolino no tiene efecto o un mejor aprovechamiento del C02 suministrado al cultivo.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención muestra una modificación de un fotobiorreactor tipo air-lift mediante la combinación del mecanismo de una columna de burbujas y un air- lift.

Para el correcto crecimiento de las microalgas es necesario suministrar luz que permita la existencia de zonas iluminadas y zonas en sombra para que se lleve a cabo el ciclo de fotosíntesis. Del mismo modo, el fotobiorreactor empleado para llevar a cabo el cultivo de estos microorganismos debe asegurar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Fotobiorreactor combinado tipo air-lift para la producción de biomasa que comprende un cuerpo vertical de altura entre 30 y 600 cm y diámetro entre 5 y 70 cm de forma cilindrica, un medidor de pH con compensación de temperatura apoyado sobre un fondo donde hay un conducto de salida del cultivo, un conducto de entrada de gas adaptado para la circulación de gases que comprenden aire y aire+C02, un conducto que conecta la salida de cultivo, la entrada del gas y la entrada del conducto de recirculación interno y una tapa caracterizado por al menos un conducto de recirculación interno ubicado en el fondo que comprende una salida del conducto de recirculación interno y una entrada del conducto de recirculación interno que permite combinar los efectos air-lift y columna de burbujas.

2. Fotobiorreactor combinado tipo air-lift para la producción de biomasa según reivindicación 1, donde el cuerpo vertical tiene altura comprendida entre 150 y 400 cm y diámetro entre 15 y 45 cm.

3. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 2, caracterizado porque la parte superior del cuerpo está abierta para que los gases puedan salir del mismo.

4. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque el fondo tiene forma plana.

5. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque el fondo tiene forma cónica.

6. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo y la tapa están fabricados de un material transparente que reúne condiciones óptimas de transmisión de luz, que puede ser tanto rígido como flexible.

7. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque cuenta con un intercambiador de calor para mantener la temperatura óptima para el desarrollo de los microrganismos.

8. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por comprender un conducto de recirculación no perforado colocado en el fondo.

9. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por comprender más de un conducto de recirculación no perforados en el fotobiorreactor.

10. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por comprender un conducto de recirculación perforado colocado en el fondo, donde las perforaciones tienen un tamaño tal que el caudal de entrada de las burbujas en el cultivo sea el mismo en todas ellas, sin que exista una salida preferencial del gas, y un diámetro de la perforación calculado teniendo en cuenta la especie de microalga utilizada, el diámetro del fotobiorreactor, el número de perforaciones y el caudal del gas.

11. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado por comprender más de un conducto de recirculación perforado en el fotobiorreactor, donde las perforaciones tienen un tamaño tal que el caudal de entrada de las burbujas en el cultivo sea el mismo en todas ellas, sin que exista una salida preferencial del gas, y un diámetro de la perforación calculado teniendo en cuenta la especie de microalga utilizada, el diámetro del fotobiorreactor, el número de perforaciones y el caudal del gas.

12. Fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones de 10 a 11, caracterizado por comprender un conducto de recirculación perforado colocado en el fondo, donde el diámetro de la perforación es del orden del milímetro, y el número de perforaciones es suficiente para que la

salida del gas que circula a su través sea más uniforme en la sección del fotobiorreactor.