FOTOBIORREACTOR VERTICAL SUMERGIBLE PARA LA OBTENCION DE BIOCOMBUSTIBLES.
Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles.
La presente invención se refiere a un fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles que comprende al menos torres para la realización de fotosíntesis (1), medios de flotación y acumulación (17), sistemas electromagnéticos aceleradores de intercambio molecular (37), medios de limpieza y medios de extracción y control
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200602507.
Solicitante: BIO FUEL SYSTEMS, S.L.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: ALICANTE.
Inventor/es: STROIAZZO-MOUGIN,BERNARD A.J, MENGUAL MOLINA,ROSA MARIA.
Fecha de Solicitud: 2 de Octubre de 2006.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 1 de Julio de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- C12M1/00C
- C12M1/04 QUIMICA; METALURGIA. › C12 BIOQUIMICA; CERVEZA; BEBIDAS ALCOHOLICAS; VINO; VINAGRE; MICROBIOLOGIA; ENZIMOLOGIA; TECNICAS DE MUTACION O DE GENETICA. › C12M EQUIPOS PARA ENZIMOLOGIA O MICROBIOLOGIA (instalaciones para la fermentación de estiércoles A01C 3/02; conservación de partes vivas de cuerpos humanos o animales A01N 1/02; aparatos de cervecería C12C; equipos para la fermentación del vino C12G; aparatos para preparar el vinagre C12J 1/10). › C12M 1/00 Equipos para enzimología o microbiología. › con medios de introducción de gas.
- C12N1/12 C12 […] › C12N MICROORGANISMOS O ENZIMAS; COMPOSICIONES QUE LOS CONTIENEN; PROPAGACION, CULTIVO O CONSERVACION DE MICROORGANISMOS; TECNICAS DE MUTACION O DE INGENIERIA GENETICA; MEDIOS DE CULTIVO (medios para ensayos microbiológicos C12Q 1/00). › C12N 1/00 Microorganismos, p.ej. protozoos; Composiciones que los contienen (preparaciones de uso médico que contienen material de protozoos, bacterias o virus A61K 35/66, de algas A61K 36/02, de hongos A61K 36/06; preparación de composiciones de uso médico que contienen antígenos o anticuerpos bacterianos, p. ej. vacunas bacterianas, A61K 39/00 ); Procesos de cultivo o conservación de microorganismos, o de composiciones que los contienen; Procesos de preparación o aislamiento de una composición que contiene un microorganismo; Sus medios de cultivo. › Algas unicelulares; Sus medios de cultivo (como novedades vegetales A01H 13/00).
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles.
Campo técnico de la invención
La presente invención está enmarcada dentro del diseño de fotobiorreactores de energía sumergidos en mares y lagos que actúan de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotróficas.
La invención se adscribe al sector técnico del aprovechamiento de las energías renovables mediante la acción de organismos fitoplanctónicos pertenecientes normalmente a las siguientes familias taxonómicas: Cloroficeas, Bacilliarioficeas, Dinoficeas, Criptoficeas, Crisoficeas, Haptoficeas, Prasinoficeas, Rafidoficeas, Estigmatoficeas... en general las familias taxonómicas que agrupan especies de la división cromofita caracterizadas todas ellas por ser organismos unicelulares, flagelados o no, y con una fase vital estrictamente planctónica (holoplanctónica) o al menos una de sus fases planctónica (meroplanctónicas).
Particularmente mediante el uso de los fotobiorreactores de energía se consigue obtener productos tales como biocombustibles, productos secundarios tales como naftas, queroseno, energía térmica, energía eléctrica, gases libre como oxígeno, hidrógeno...
Así mismo fomenta la captación masiva de gases con efecto invernadero, especialmente dióxido de carbono.
Estado de la técnica
Hasta la fecha, la obtención de biocombustibles se viene practicando a partir de cultivos de vegetales superiores, normalmente del grupo de las fanerógamas o plantas con flor (girasol, palmera, palmito,..), y normalmente sobre superficie terrestre (vegetales terrestres).
La obligación por parte de las zonas económicas de cumplir con los objetivos impuestos por el protocolo de Kyoto sobre reducción de las emisiones de CO2/SO2 y otros gases que producen el denominado efecto invernadero está llevando a los países a buscar combustibles alternativos y renovables para evitar posibles sanciones fiscales.
Aunque en algunas regiones está aumentando la producción de energía solar y eólica, estas tecnologías resultan muy costosas y no son viables en todas las zonas climáticas. En estas condiciones, los biocarburantes están llamados a desempeñar un papel fundamental como sustitutos de los combustibles fósiles, especialmente para aplicaciones de transporte y calefacción.
Los costes de producción de biocarburantes a partir de plantas, como los aceites de palma y de colza, han sido siempre motivo de preocupación. Teniendo en cuenta los bajos índices de producción de aceite por hectárea, se necesitarían enormes cantidades de recursos para que se pudiera alcanzar una producción comercial. La tierra y el agua son dos recursos escasos y es preferible emplearlos para producir alimentos, que además resultan más rentables para los agricultores. Además el abonado intensivo se presenta como una forma de contaminación terrestre e hídrica de primera magnitud. Así mismo los monocultivos extensivos son uno de los principales enemigos de la biodiversidad.
El fitoplancton representa una solución viable al problema anteriormente enunciado puesto que en torno al 50% de la masa en seco de los organismos unicelulares en general es biocarburante. Por otra parte, la producción anual por hectárea de biocombustible a partir de fitoplancton es 40 veces más alta que con el siguiente producto más rentable, el aceite de palma. Un inconveniente es que la producción de aceite de fitoplancton requiere cubrir vastas extensiones de tierra con agua poco profunda, así como la introducción de grandes cantidades de CO2, un elemento fundamental para que el fitoplancton produzca aceite. Los sistemas de producción natural, como los estanques de fitoplancton, tienen un coste relativamente bajo, pero el proceso de recogida resulta muy laborioso y, por ello, costoso. Por otra parte, los cultivos de fitoplancton se llevan a cabo en sistemas abiertos, lo cual hace que sean vulnerables a la contaminación y a problemas de los cultivos, los cuales pueden llevar a la pérdida total de la producción. En este mismo sentido una ventaja del fotoconvertidor descrito en la presente invención es que el sistema se mantiene cerrado y en condiciones tales que no se produce contaminación en el cultivo por bacterias, hongos... porque además de estar cerrado, el cultivo es enriquecido mediante nutrientes que incorporan fungicidas y antibióticos.
Dentro del campo del diseño de fotobiorreactores para la producción de biocombustibles a través de microorganismos fotosintéticos, se podrían diferenciar de una manera clara dos tipos de fotobiorreactores: los abiertos, en los cuales se permite un intercambio directo de materia entre el cultivo y el aire que le rodea, y los fotobiorreactores cerrados, en los que este intercambio se elimina mediante la interposición de un medio físico transparente que permite el paso de la radiación electromagnética pero no el intercambio de materia. Los fotobiorreactores abiertos presentan multitud de problemas derivados del escaso control de las condiciones de cultivo y posibles contaminaciones, por lo que se aplicación queda reducida debido a estos inconveniente. Sin embargo los fotobiorreactores cerrados, reducen de manera eficiente estos problemas mediante un mayor control de las condiciones de cultivo y posibles contaminaciones y pueden llegar a una tasa de producción de 400 veces más que el girasol.
Hasta el momento no se han descrito sistemas parecidos al fotobiorreactor objeto de la presente invención, que incorporen las ventajas de ser un sistema cerrado de gran volumen y grandes diámetros, que trabaje en continuo, que permita obtener grandes cantidades de biocombustibles o productos secundarios tales como las naftas, la glicerina, compuestos derivados del silicio, como los ferrosilicatos, que además pueda obtener energía térmica y eléctrica y que no genere contaminación puesto que todos los posibles residuo, tales como el dióxido de carbono, son recirculados en el sistema para su aprovechamiento como nutriente para el fitoplancton, o que recircule el agua utilizada como parte del medio de cultivo para volver a ser utilizada...
Así mismo la presente invención describe y se diferencia claramente de cualquier otro tipo de fotobiorreactor en su capacidad para ser dispuesta o ubicarla sumergida en medio líquido (océanos, mares, lagos, embalses, ...). Una característica fundamental de la invención y diferenciadora respecto de las desarrolladas en medio terrestre es que por su disposición sumergida facilita la regulación térmica del sistema, lo que a su vez facilita el control de las poblaciones fitoplanctónicas que se están cultivando y disminuyen los costes energéticos necesarios para mantener las condiciones homeotérmicas en el sistema de cultivo. Y como segunda característica garantiza la disponibilidad de agua sin ningún tipo de limitación y gastos elevados en infraestructuras. (al contrario de lo que sucede en tierra).
Como tercera característica diferenciadora con respecto alo ya descrito, el presenta invención permite de sumergirlos dentro de todo la zona fótica los fotobiorreactores, cosa que permite controlar sin gasto energético la presión parcial de los gases que intervienen en el proceso facilitando así los procesos de absorción o eliminación de dichos gases según convenga.
Por lo tanto en la presente invención se describe un sistema novedoso (fotobiorreactor) que incluye todas estas características y que permite una gran versatilidad y un gran respeto hacia el medio ambiente.
La solicitud de patente WO 03/094598 A1 con título "Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases" describe un modelo de fotobiorreactor genérico principalmente centrado en la descontaminación de gases tipo COx, SOx y NOx. Básicamente es un sistema que trabaja en discontinuo (distinguiendo fotoperíodo día/noche) y es abierto, no siendo su medio líquido axénico. No controla las concentraciones de nitrógeno y dióxido de carbono, con la finalidad de aumentar la producción de biocombustibles. No está pensado para trabajar con cepas algales monoespecíficas ni monoclonales. Su diseño no contempla como principal objetivo la producción de biocombustibles, sino que se centra en la depuración de gases. Por otra parte respecto de los organismos fotosintéticos a los que hace referencia no exige condiciones que inhabiliten el sistema y no tiene recirculación controlada porque el transporte se hace por flujo turbulento de burbujas.
Reivindicaciones:
1. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles caracterizado porque comprende al menos los siguientes elementos:
2. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) comprenden al menos los siguientes elementos:
3. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado las torres para la realización de la fotosíntesis (1) contienen sistemas de iluminación interna (33).
4. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1), son de material transparente preferiblemente PVC, policarbonato y/o metacrilato.
5. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los torres para la realización de fotosíntesis (1), contienen adicionalmente electroimanes (34) en el exterior para acelerar el intercambio electrónico molecular.
6. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 2, caracterizado porque las bombas de recirculación (15) tienen un flujo comprendido dentro del intervalo de 4 a 100 cm/seg.
7. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 2, caracterizado porque las bombas de recirculación (15) son de tipo centrifugadoras.
8. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 2, caracterizado porque las entradas de luz natural (12) están recubiertas por plástico translucido.
9. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 2, caracterizado porque los paneles de control (14) controlan la inyección de los diferentes nutrientes, gases, temperatura, pH, salinidad y conductividad del medio de cultivo.
10. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) son de tipo circular concéntricas monocámara.
11. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) son de tipo circular concéntrica bicámara.
12. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de la fotosíntesis (1) son de tipo circular compuesta que contienen tubos verticales dispuestos alrededor de un pozo central de luz.
13. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 10, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas monocámara comprenden los siguientes elementos:
14. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 13, caracterizado porque los pozos verticales (26) tienen un diámetro comprendido desde 20 centímetros a 2 metros y una altura comprendida desde 10 a 30 metros.
15. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 11, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas bicámara comprenden los siguientes elementos:
16. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de extracción y control comprenden los siguientes elementos:
17. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) son cilíndricos o poliédricos.
18. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) permiten el ensamblaje entre las diferentes torres de fotosíntesis de manera similar a la estructura de una colmena.
19. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) contienen la mezcla de nutrientes y gases necesarios para el desarrollo y cultivo del fitoplancton.
20. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2), son de material transparente preferentemente de PVC, policarbonato y/o metacrilato.
21. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2), tienen un volumen interno comprendido dentro del intervalo de 3 a 14 m3 por fotobiorreactor.
22. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los intercambiadores de calor (4) y los atemperadores (5) son de tipo laminar a placas.
23. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 16, caracterizado porque los sensores de control (9) controlan la temperatura, el pH, la salinidad, la conductividad, la concentración de CO2, de O2, de oligoelementos, de antibióticos y de fungicidas.
24. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque en los sistemas de extracción mecánica por centrifugación (25) se separa la biomasa que contiene lípidos, hidratos de carbono, celulosas, hemicelulosas y productos del metabolismo secundario.
25. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los depósitos de flotación y acumulación (17) son de tipo translúcidos y con estructura reticular de acero inoxidable.
26. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 25, caracterizado porque los depósitos de flotación y acumulación (17) comprenden al menos los siguientes elementos:
27. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de limpieza comprende los siguientes elementos:
28. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 27, caracterizado porque los sistemas rotatorios de limpieza (19) tienen forma de bolas unidas por un hilo central que mediante un sistema de movimiento rotatorio helicoidal centrifugo va recorriendo las paredes internas del fotobiorreactor manteniendo su limpieza.
29. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 27, caracterizado porque los sistemas de limpieza y anti organismos incrustantes (20) envuelven a todas las partes en contacto con el agua exterior del fotobiorreactor.
30. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 27, caracterizado porque los sistemas de limpieza y anti organismos incrustantes (20) comprenden los siguientes elementos:
31. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene dispersores de iones (30).
32. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 31, caracterizado porque los dispersores de iones (30), ionizan a los nutrientes.
33. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene sensores de gas (31).
34. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene fotosensores (32).
35. Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las siguientes condiciones de cultivo del fitoplancton presente en las torres para la realización de fotosíntesis:
36. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de biocombustibles.
37. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de productos de farmacopea del tipo de los ácidos grasos y Luteína.
38. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de productos de cosmética del tipo de la glicerina, pigmentos y sustancias emulgentes.
39. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de productos industriales con contenido en sílice del tipo de los borosilicatos y ferrosilicatos.
40. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de productos fertilizantes, agrícolas, industriales y ganaderos.
41. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de celulosas y hemicelulosas.
42. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la obtención de taninos y compuestos astringentes.
43. Uso del fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 35, para la fijación de CO2, CH4, SH2, NO2, NO3 y otros gases de gases de efecto invernadero.
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