FOTORREACTOR.

Fotorreactores con piezas moldeadas de LED-plástico, en las que están encerrados varios cuerpos luminosos de LED en una matriz de plástico en calidad de fuentes de irradiación que están dispuestas en el interior del fotorreactor,

caracterizados porque como piezas moldeadas de LED-plástico se emplean piezas moldeadas de LED-silicona

La invención se refiere a un fotorreactor con piezas moldeadas de LED-silicona, eventualmente en combinación con piezas moldeadas conductoras de la luz en calidad de fuente de irradiación; en particular, a fotobiorreactores con piezas moldeadas de LED-silicona, eventualmente 5 en combinación con piezas moldeadas conductoras de la luz, en calidad de fuente de irradiación.

Los fotorreactores, en particular fotobiorreactores, se emplean para la producción a gran escala de microalgas, por ejemplo Spirulina, Chlorella, Clamydomonas o Haematococcus, de bacterias fotosintéticas, tales como, por ejemplo, cianobacterias (por ejemplo Rhodobacter, Rhodospirillum), de musgos u otros cultivos de células vegetales. Microalgas y cianobacterias de este 10 tipo están en condiciones de transformar, con ayuda de la energía luminosa, CO2 y agua en biomasa (fotosíntesis). En este caso, por norma general participan dos colectivos de pigmentos, poseyendo el primer colectivo de pigmentos una buena absorción de la luz a longitudes de onda en torno a 450 nm y poseyendo el segundo colectivo de pigmentos una buena absorción de la luz a una longitud de onda en torno a 680 nm. La formación de biomasa tiene lugar en una reacción en la claridad y en una 15 reacción en la oscuridad. La reacción en la claridad sirve para la transformación de la energía de irradiación en energía química o cuantos de luz bajo formación de oxígeno (= disociación fotoquímica del agua). La formación de la biomasa (CH2O)n tiene lugar en la 2ª etapa bajo el consumo de cuantos de luz (reacción en la oscuridad).

Los fotobiorreactores se emplean para la producción de biomasa de algas y, por ejemplo, 20 productos alimenticios, productos de suplementos nutricionales, proteínas, lípidos, vitaminas, antioxidantes, principios activos para productos farmacéuticos y cosméticos hasta aceite a base de algas. El CO2, en calidad de fuente de carbono para el cultivo de algas, puede aportarse al fotobiorreactor en forma de aire, en forma de aire enriquecido con CO2, en forma de gas de escape con contenido en CO2 o en forma de CO2 puro. Fotobiorreactores de este tipo pueden emplearse 25 también para la separación de CO2 a partir de gases de escape.

Los fotobiorreactores de la primera generación aprovechan la luz solar como fuente luminosa. Los reactores se componen de grandes instalaciones de depósitos abiertas, por ejemplo instalaciones de depósitos circulares con diámetros de hasta 45 m y brazos mezcladores rotatorios. En este caso, es desventajosa la dependencia de la intensidad de la irradiación solar y de la 30 incorporación de contaminaciones en virtud del sistema abierto (www. ybsweb.co.jp: YAEYAMA Premium Quality Chlorella).

La primera instalación mundial de fotobiorreactores para la producción de microalgas en reactores cerrados y esterilizables fue puesta en funcionamiento en el año 2000 por la firma Bisantech (www.bisantech.de). También aquí se ha de citar como desventajosa la dependencia de la 35 intensidad de la irradiación solar.

Un fotobiorreactor cerrado con iluminación artificial se conoce de la patente US 6.602.703 B2. En él se emplean tubos luminosos dispuestos paralelamente en el reactor en calidad de fuente luminosa. En este caso, es desventajosa la demanda de energía relativamente alta y la tendencia al ensuciamiento del dispositivo de iluminación. La solicitud de patente de EE.UU. US 2006/0035370 A1 40 describe un fotobiorreactor de múltiples capas para la producción acoplada al desarrollo de un metabolito beneficioso, consistente en una primera zona de cultivo que contiene a los microorganismos y a un medio de cultivo para el desarrollo vegetativo, y en una segunda zona de cultivo que delimita estrechamente un lado de la primera zona y contiene un medio de cultivo y microorganismos para la producción del metabolito. Las dos regiones de cultivo están separadas 45 entre sí por un tabique transparente. Como fuente luminosa se emplea luz solar o luz artificial, con los inconvenientes ya mencionados anteriormente.

Por el documento WO 92/00380 A1 se conoce iluminar un fotobiorreactor al instalar por fuera del reactor una fuente de luz, y cuya luz es transportada al reactor a través de conductores de la luz. Se conoce el uso de cuerpos luminosos de LED (LED = diodo emisor de la luz, por sus siglas en 50 inglés) o también cuerpos luminosos denominados diodos luminosos en calidad de fuente de irradiación para fotobiorreactores: el documento US 2005/0135104 A1 describe el empleo de LEDs para la iluminación de recipientes de cultivo para cultivos marinos. En este caso, los LEDs están incluidos en una carcasa transparente. No se describe la embutición de LEDs en una matriz de

plástico transparente. Del documento JP 2007-040176 A se conoce garantizar el abastecimiento de energía para la iluminación artificial, por ejemplo mediante LEDs, de reactores para el cultivo de algas mediante aerogeneradores. En el documento JP 2000-325073 A se describe un contenedor dividido en dos partes para el cultivo de algas. La separación de los dos compartimientos del contenedor tiene lugar mediante una estructura que comprende una placa conductora equipada con LEDs. Esta placa 5 conductora equipada con LEDs es separada del medio de cultivo por los dos lados por medio de placas transparentes. El documento JP 10-098964 A y el documento JP 11-089555 A describe reactores de algas en los que se emplean LEDs para la iluminación. En una forma de realización, cadenas de LEDs se introducen en un tubo transparente y éste se hace descender en el reactor para su iluminación. En otra forma de realización, la cadena de LEDs se suelda previamente sobre un 10 sustrato y luego se introduce en un tubo transparente. El documento JP 2002-315569 A describe un procedimiento para la producción de algas, en el que se emplean LEDs para la iluminación. Para ello, largas cadenas de LEDs se tienden entre placas de vidrio acrílico o se cuelgan en tubos transparentes. El uso de LEDs como fuente luminosa para biorreactores en un reactor cerrado se describe en el documento WO 2007/047805 A2. Es desventajoso que la iluminación tenga lugar 15 mediante LEDs situados en el exterior. La irradiación a fondo del medio es, por lo tanto, insuficiente, permite sólo cortos tramos del recorrido de la luz de unos pocos centímetros y requiere de una gran demanda de superficie para la producción en masa.

Por lo tanto, existía el problema de poner a disposición un fotorreactor que hiciera posible el cultivo en un sistema cerrado y con una intensidad de irradiación lo más uniforme posible y óptima a 20 lo largo de todo el volumen. Otro problema consistía en aumentar la productividad de reactores de fotosíntesis, con el fin de optimizar la producción a gran escala técnica. Además de ello, los LEDs deberían proporcionarse en forma de piezas moldeadas que resistieran eficazmente las más diversas influencias medioambientales, ya sean físicas, químicas o biológicas, a lo largo de un espacio de tiempo prolongado. Otro problema consistía en proteger eficazmente frente a influencias 25 medioambientales de este tipo no solamente a los LEDs individuales, sino también a las uniones eléctricas entre los LEDs y sus conexiones a fuentes de energía.

Objeto de la invención son fotorreactores con piezas moldeadas de LED-plástico en las que están incluidos uno o más cuerpos luminosos de LED en una matriz de plástico, en calidad de fuentes de irradiación que están dispuestas en el interior del fotorreactor, caracterizado porque como piezas 30 moldeadas de LED-plástico se emplean piezas moldeadas de LED-silicona.

Como fotorreactores se prefieren reactores cerrados. Los reactores están hechos de una envolvente soportante de la presión, eventualmente estable frente a la temperatura, por ejemplo de acero, acero fino, plástico, esmalte o material cerámico. Pueden emplearse materiales transparentes y materiales no transparentes, prefiriéndose en el caso de reactores cerrados los materiales no 35 transparentes. Los volúmenes del reactor pueden elegirse arbitrariamente. A diferencia del estado conocido de la técnica, en el caso de reactores cerrados no es necesaria ninguna limitación a volúmenes menores, dado que con las piezas moldeadas de LED-silicona dispuestas en el interior en calidad de fuentes de irradiación se obtiene una iluminación uniforme del recinto interno y, por consiguiente, se desacoplan las dimensiones del reactor de la trayectoria de la luz. 40

En virtud de los materiales soportantes de la presión es posible, a diferencia de los reactores que se componen de vidrio o de un plástico transparente, un modo constructivo...

1. Fotorreactores con piezas moldeadas de LED-plástico, en las que están encerrados varios cuerpos luminosos de LED en una matriz de plástico en calidad de fuentes de irradiación que están dispuestas en el interior del fotorreactor, caracterizados porque como piezas moldeadas de 5 LED-plástico se emplean piezas moldeadas de LED-silicona.

2. Fotorreactor según la reivindicación 1, caracterizado porque se emplean elementos constructivos semiconductores emisores de radiación de semiconductores orgánicos o inorgánicos en calidad de cuerpos luminosos de LED.

3. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque las piezas moldeadas 10 de LED-silicona contienen varios cuerpos luminosos de LED unidos de forma conductora entre sí, conectados en serie y/o en paralelo.

4. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque piezas moldeadas de conductores de la luz se emplean como fuente de radiación junto a piezas moldeadas de plástico-LED. 15

5. Fotorreactor según la reivindicación 4, caracterizado porque como piezas moldeadas de conductores de la luz se emplean aquellas a base de elastómeros de silicona termoplásticos.

6. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque para la distribución sustentadora de la luz en el fotorreactor se emplean, junto a piezas moldeadas de plástico-LED y/o piezas moldeadas de conductores de la luz cuerpos oscilantes de silicona luminiscentes. 20

7. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque las piezas moldeadas de LED-plástico y los conductores de la luz se presentan en forma de mangueras, como bandas, como tubos, como placas o en forma de esterillas.

8. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el fotorreactor contiene varias piezas moldeadas de LED-plástico, que están configuradas en forma de tubos, 25 mangueras o placas y éstas se reúnen en forma de haces de tubos, mangueras o placas para formar estructuras internas luminosas.

9. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque contiene piezas moldeadas de LED. plástico como fotobiorreactor en forma de tubos o placas, que son recorridas por la suspensión de algas, en donde varios tubos o placas se reúnen para formar haces de tubos o de 30 placas y forman una unidad del reactor que es recorrida por un medio de refrigeración en el recinto de la envolvente.

10. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las piezas moldeadas de LED-plástico son aquellas a base de cauchos de silicona reticulados, polímeros híbridos de silicona y/o resinas de silicona. 35

11. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque las piezas moldeadas de LED-plástico contienen una única matriz de silicona a base de elastómeros termoplásticos.

12. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque las piezas moldeadas de LED-plástico contienen una matriz de silicona A blanda interna que está rodeada por 40 una o varias matrices de silicona B más duras.

13. Fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la matriz de plástico está provista, además, de una capa superior C.

14. Procedimiento para llevar a cabo reacciones químicas inducidas por radiación en un fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 13. 45

15. Procedimiento para la producción de biomasa de algas con un fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 13.

16. Procedimiento según la reivindicación 15 para la producción autótrofa y heterótrofa de sustancias valiosas mediante biomasa de algas.

17. Procedimiento para separar CO2 a partir de gases de escape de centrales térmicas o de la industria con un fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 13.

18. Procedimiento para la producción de hidrógeno u otros productos del metabolismo 5 gaseosos con microalgas o microorganismos que requieren una aportación de energía en forma de luz, con un fotorreactor según las reivindicaciones 1 a 13.

19. Uso de la biomasa de algas preparada en el fotorreactor según una de las reivindicaciones 1 a 13 como materia prima energética, materia prima química, productos alimenticios, en aplicaciones cosméticas y médicas. 10