La presente invención es un fotobiorreactor modular para producción de microalgas especialmente indicado para absorber gases de emisión de alto contenido en anhídrido carbónico (CO{sub,

2}). Está basado en la recirculación continua de un medio líquido que contiene microalgas a través de láminas de tejido que facilitan la absorción de CO{sub,2} y la iluminación de las microalgas. La invención permite que dichos gases se puedan aportar al cultivo desde el interior de la cámara. Presenta las ventajas de que ofrece alta eficiencia en la iluminación de las algas, permite el fácil intercambio de CO{sub,2} desde los gases de emisión al cultivo y es aplicable a gran escala y con bajo coste

Fotobiorreactor laminar para la producción de microalgas.

Campo técnico de la invención

El fotobiorreactor laminar de la invención tiene aplicación en el campo de la producción de biomasa de microalgas a gran escala. La biomasa producida puede servir como materia prima para la obtención de biocarburantes, piensos y productos alimenticios, así como para futuras biorrefinerías. También puede utilizarse en funciones de sumidero de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO₂) y óxidos de nitrógeno procedentes de instalaciones industriales, con mínimo riesgo para operarios y para el entorno.

Antecedentes de la invención

La utilización de microalgas para la producción de biomasa es una idea antigua, que tuvo sus orígenes en la década de los 70 del pasado siglo, a raíz de la primera crisis del petróleo de 1973, realizándose trabajos de investigación en diversos laboratorios del mundo para tratar de producir biocombustibles líquidos o gaseosos. En este sentido resultó muy importante el trabajo desarrollado en EEUU entre 1978 y 1986, que concluía que ya en aquella época la producción de biocombustibles con microalgas era potencialmente viable desde un punto de vista técnico, aunque aún no desde un punto de vista económico.

En los últimos años la idea de producir biocombustibles a partir de microalgas ha resurgido con mucho ímpetu, con un incremento considerable en la publicación de trabajos dedicados a la producción de microalgas y captación de CO₂, la obtención de estirpes con características específicas o la obtención de productos de uso en diversas ramas de la industria y la salud. Este interés creciente por el cultivo de las microalgas viene motivado, entre otras causas, por considerarlos potenciales sumideros de CO₂ de origen industrial, por la inestabilidad de los precios e inseguridad en el suministro futuro del petróleo y por el descrédito que ha tenido ante la opinión pública el uso de materias primas de uso alimentario para la producción de biocarburantes.

A pesar del creciente interés por su cultivo todavía no se ha llegado a un sistema comercial capaz de producir biomasa de microalgas a precios competitivos para hacer viable desde un punto de vista económico la producción de biocombustibles. Para lograr una alta producción de biomasa de microalgas, hay que controlar los siguientes factores limitantes:

a) Iluminación adecuada de las microalgas, necesaria para realizar la fotosíntesis y que la energía de la radiación luminosa se transforme en energía química para obtener electrones activados, entre otros productos.

b) Suministro continuo de CO₂ durante la fase de iluminación de las microalgas, necesario para aceptar los electrones activados y producir las moléculas iniciales del metabolismo fotosintético (azúcares).

c) Eliminación del oxígeno formado en la fotosíntesis para no afectar por fotorrespiración la capacidad fotosintética de las microalgas.

d) Temperatura adecuada para el tipo de microalgas que se quiera cultivar (las hay psicrófilas, mesófilas y termófilas).

e) Nutrientes en proporción y cantidad adecuada.

f) Características físico-químicas del medio de cultivo (principalmente pH, conductividad y salinidad).

Los sistemas empleados hasta ahora para el cultivo de las microalgas a gran escala son de dos tipos básicos, con diferentes variantes cada uno de ellos: Los canales o tanques abiertos a la atmósfera con o sin consumo energético para la recirculación del medio y los fotobiorreactores. En estos últimos el medio que contiene las microalgas está aislado de la atmósfera y es recirculado continuamente por el interior de estructuras transparentes de vidrio o de material plástico de diversas formas, como serpentines tubulares, tubos, bolsas o paneles verticales, paneles o tubos inclinados o combinaciones de éstos.

Los canales o tanques abiertos a la atmósfera tienen un coste de construcción razonable, pero también una relativamente baja productividad debido a la dificultad de proporcionar el CO₂ necesario al cultivo y a la dificultad de iluminar de forma uniforme todas las algas presentes en el medio cuando el cultivo está crecido. El CO₂ se transfiere al medio acuoso por difusión a partir del aire, donde la concentración de este compuesto es relativamente baja, del orden de 0,03%. En los canales con circulación forzada del agua se mitigan estos efectos pero el consumo energético encarece la producción haciéndola económicamente inviable para la producción de biocarburantes.

En los fotobiorreactores existentes hasta el momento, con el medio de cultivo confinado en el interior de estructuras transparentes, se pueden controlar bien los factores referentes a la temperatura, nutrientes y el medio de cultivo, incluso la iluminación de las microalgas, diseñando una geometría adecuada y/o utilizando iluminación artificial, pero el coste de producción para la obtención de biocarburantes no resulta hasta la fecha económicamente viable. Para aumentar la concentración de CO₂ en el medio de los fotobiorreactores experimentales se recurre al uso de CO₂ comprimido, lo que resulta prohibitivo para la producción de biomasa a gran escala. Para lograr la eliminación del oxígeno formado en la fotosíntesis e impedir su efecto inhibidor, se utilizan sistemas abiertos de aireación, lo que también supone un coste muy elevado por tener que restituir continuamente el CO₂ comprimido. A pesar de que en teoría se pueden utilizar gases procedentes de combustión de combustibles fósiles de instalaciones industriales, hasta ahora no se han realizado instalaciones a nivel comercial que resulten económicamente viables.

Los primeros fotobiorreactores tubulares se patentaron a finales del siglo pasado, destacando entre éstos el desarrollado por el Dr. Otto Pulz y su equipo (WO1998/045409). Entre las patentes recientes relacionadas con este tipo de fotobiorreactores para el cultivo de microalgas cabe citar las siguientes:

La solicitud US 2009/0203116 A1 describe un reactor tubular en el que se refuerza la iluminación interior por medio de fibras ópticas. US 2009/0151241 A1 describe la utilización de una solución de "perfluorodecalina" y un surfactante emulsificados para aumentar la solubilidad del CO₂ en el medio y facilitar la eliminación del oxígeno formado en la fotosíntesis. US 2008/0286851 A1 describe a su vez un reactor cerrado, construido con materiales plásticos transparentes y ligeros, que puede ser desplegado en el campo. Todos ellos resultan relativamente costosos de inversión. Su coste de mantenimiento para la obtención de productos de bajo precio, como materia prima para producir biocarburantes, también es demasiado alto.

La presente invención da solución al problema de la iluminación de las algas al hacer discurrir éstas sobre una lámina soporte de geotextil, que permite una iluminación total y simultánea de todas las microalgas que discurren por dicha lámina. También permite eliminar fácilmente el oxígeno ya que la cara externa del geotextil está expuesta a la atmósfera mientras que la cara interna recibe el CO₂ por difusión en la proporción adecuada.

La solicitud internacional WO 2008/008262 A2 describe un sistema de fotobiorreactores lineales cerrados formados por canales con una cubierta transparente, por los que se hace circular el medio con las algas y la mezcla de gases enriquecidos en CO₂. Los canales cubiertos se pueden interconectar unos con otros. WO 2008/134010 describe un fotobiorreactor cerrado con cubierta de plástico y flotante sobre un canal, por cuyo interior se hace pasar una corriente del medio líquido con las microalgas y gases procedentes de emisiones de instalaciones industriales. WO 2007/011343 A1 describe un reactor tubular inclinado iluminado y conectado con otro tubo vertical opaco. Las microalgas se hacen pasar alternativamente por el tubo iluminado y el opaco. Estas tres solicitudes anteriores tratan de biorreactores cerrados, en los que la alta concentración de CO₂ produce "efecto invernadero" con el consiguiente recalentamiento del medio de cultivo y mortandad de las algas. Es éste un problema resuelto por la presente invención, que evita dicho efecto invernadero al estar las microalgas y el medio en contacto directo con la atmósfera. Además, la invención disipa el calor de la radiación térmica que recibe gracias a la evaporación de una parte del agua del medio.

Para que la producción... [Seguir leyendo]

1. Fotobiorreactor laminar para la producción de microalgas, que comprende: