"PROCEDIMIENTO PARA LA PRODUCCIÓN DE BIOMASA DE ALGAS CON UN ELEVADO CONTENIDO EN LÍPIDOS".

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos,

que comprende: (a) la producción de inóculos con fin de efectuar la fase (b) en fotorreactores; (b) el cultivo masivo de la biomasa de algas en estanques abiertos inoculados con la fase (a); (c) una fase de espesamiento de la biomasa de algas efectuada en condiciones templadas; (d) una fase de inducción de la producción de lípidos, en la que se utilizan módulos que comprenden fotorreactores o estanques abiertos; (e) una fase de separación de la biomasa con un alto contenido de lípidos.

Procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos.

Más en particular, la invención se refiere a un procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos, basado en una combinación de sistemas de cultivo tales como estanques abiertos y fotorreactores adecuadamente integrados con sistemas de espesamiento de la biomasa.

Actualmente, se cultivan microalgas para la producción de moléculas de alto valor, tales como ácidos grasos poliinsaturados, vitaminas y agentes gelificantes, que se introducen en el mercado nutricional, farmacéutico y cosmético.

Los mejores productos de biomasa de algas utilizan diversos tipos de sistemas de cultivo que dependen principalmente de la cepa de alga y de las condiciones climáticas. En condiciones extremadamente favorables de temperatura y luz, tal como en Israel y California, por ejemplo, pueden utilizarse con éxito estanques abiertos. Por el contrario, en Alemania, se utilizan reactores tubulares instalados en invernaderos. En Portugal se utilizan tanto estanques abiertos como fotorreactores.

Es preferido además el uso de sistemas abiertos, tales como estanques abiertos, cuando se cultivan especies de algas que tienen característica extremofílicas, tales como Dulaniella salina, capaces de crecer en entornos con concentraciones de sal del 10-15% y, por tanto, de resistir numeras formas externas de contaminación. Esto no ocurre para especies capaces de crecer en agua dulce que, para evitar problemas de contaminación, pueden cultivarse en sistemas cerrados, tales como fotorreactores.

El cultivo de algas para los campos nutricional, farmacéutico y cosmético se caracteriza por capacidades productivas bastante limitadas con un alto valor de los productos. Por esta razón, pueden tolerarse sistemas de producción relativamente caros, tales como los fotorreactores, mientras que el método más ampliamente utilizado para la producción de microalgas que se deben usar en campos comerciales menos valiosos, tales como el de la acuicultura, se basa en sistemas de cultivo económicos, tales como estanques abiertos.

El paso de los campos mencionados anteriormente, en los que se utilizan tradicionalmente microalgas, a campos medioambientales/campos de energía, requiere el desarrollo de tecnologías que sean tales que lleven a un fuerte incremento en la capacidad de producción (del orden de cientos/miles de toneladas por año a millones de toneladas por año) y a una fuerte reducción en los costes de producción (de cientos de dólares/kilogramo a cientos de dólares/ tonelada) .

Los objetivos de productividad de los sistemas de cultivo pueden alcanzarse por medio de fuertes mejoras dirigidas a optimizar la adsorción de radiación biológicamente activa y una reducción en fenómenos de fotoinhibición con el fin de incrementar fuertemente la eficiencia del procedimiento de fotosíntesis de clorofila.

Hay numerosas actividades de investigación en marcha con el objetivo de optimizar la productividad de biomasa de los diferentes sistemas de cultivo y de incrementar su contenido de lípidos.

La producción de microalgas con el objetivo de reciclar el CO2 liberado por plantas industriales y producir biomasa que puede explotarse para fines de energía, tal como, por ejemplo, aceites vegetales a utilizar para su conversión a biodiesel, está en una etapa experimental en este momento.

Los esfuerzos que se están realizando para el desarrollo de fotorreactores no parecen ser resolutivos, puesto que hay muchas dudas en cuanto a los incrementos de productividad reivindicados, que, por otro lado, no parecen ser suficientes para obtener la necesaria reducción de costes. (Ref: Solicitud de patente WO 03/094598 “Photobioreactor and Process for Biomass Production and Mitigation of Pollutants in Flue Gases. Company Green Fuel Technology”) .

Además, no existe evidencia en la literatura relativa al procedimiento completo para la producción de aceites a partir de biomasas de algas y su transesterificación, excepto las descritas en el Congreso Anual AICHE 2006, 12-17 de noviembre, “Microalgal Oil Extraction and in situ Transesterificatión”, Justin M. Ferrentino e Ihab H. Farag. Chemical Engineering, Universidad de New Hampshire, Kingsbur y Hall, 33 College Road, Durham, NH 03824, en marcha en la Universidad de New Hampshire, que están tratando de evitar recurrir a disolventes orgánicos normalmente utilizados para la extracción de aceites, explotando métodos de rotura de las paredes celulares y centrifugación posterior o transesterificación in situ.

Se ha encontrado ahora un sistema de cultivo de microalgas basado en una combinación de sistemas de cultivo, tales como estanques abiertos y fotorreactores, adecuadamente integrados con sistemas de espesamiento de la biomasa, capaz de garantizar una alta productividad, proporcionando una biomasa con un alto contenido de lípidos, impidiendo la contaminación microbiológica, manteniendo una producción continua y estable en el tiempo.

En particular, un objetivo de la presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos, que comprende, de acuerdo con el esquema mostrado en la figura 1:

(a) la producción de inóculos con fin de efectuar la fase (b) en fotorreactores;

(b) el cultivo masivo de la biomasa de algas en estanques abiertos inoculados con la fase (a) ;

(c) una fase de espesamiento de la biomasa de algas efectuada en condiciones templadas;

(d) una fase de inducción de la producción de lípidos, en la que se utilizan módulos que comprenden fotorreactores o estanques abiertos;

(e) una fase de separación de la biomasa con un alto contenido de lípidos. Al funcionar según el procedimiento de la presente invención, es posible:

La fase (a) para la producción de inóculos puede efectuarse en fotorreactores que tengan diversas formas y dimensiones: reactores tubulares lineales que tengan una forma cilíndrica o elíptica, reactores planares paralelepipédicos o cilíndricos, tales como los descritos en “Tredici M.R. (2004) Mass production of microalgae: photobioreactors. En el Handbook of Microalgal Culture de Richmond A (ed.) . Blackwell Publishing, Oxford (UK) , páginas 178-214”. Se prefieren estos últimos, ya que son producidos por medio de películas hechas de material plástico soportado por una simple estructura de metal exterior y, por tanto, son baratos. Funcionan normalmente con un tiempo de retención hidráulica del orden de 1-2 días y llevan a concentraciones de biomasa de alrededor de 2 g de sustancia seca/litro. La relación entre el volumen del proceso de los sistemas de cultivo de la fase (a) y los de la fase (b) depende de las condiciones climáticas locales y de la cepa de alga cultivada. Está normalmente dentro del intervalo comprendido entre 0, 05 y 0, 15 y es preferentemente igual a 0, 1.

El caldo de cultivo obtenido se utiliza para inocular sistemas de cultivo sobre una base discontinua (diaria o multidiaria) .

Alternativamente, puede utilizarse sobre una base continua para incrementar la concentración de la biomasa de algas en los estanques abiertos de la base (b) y, por tanto, impedir el comienzo de fenómenos de contaminación externa. Los medios de reciclado acuosos que proceden de la fase (c) , reintegrados con los nutrientes necesarios (esencialmente nitrógeno y sales de fósforo) , se utilizan como agentes de crecimiento. La corriente de relleno acuosa puede consistir en agua residual industrial que se debe someter a un tratamiento... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de biomasa de algas con un elevado contenido de lípidos, caracterizado porque comprende:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la fase (a) para la preparación de los inóculos se lleva a cabo en fotorreactores planares que tienen una forma cilíndrica producida por medio de una película de material plástico soportada por una simple estructura metálica externa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los inóculos preparados durante la fase (a) se utilizan para inocular estanques abiertos sobre una base discontinua o una base continua.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el medio acuoso reciclado que procede de la fase (c) se reintegra con los nutrientes necesarios y se utiliza como agente de crecimiento de la fase (a) y la fase (b) .

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el medio acuoso reciclado procedente de la fase

(c) se reintegra con una corriente acuosa que comprende agua residual industrial que se debe someter a tratamiento terciario.

6. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el CO2 necesario para el cultivo de algas es proporcionado por gases de escape industriales.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la fase (b) para el cultivo de la biomasa de algas tiene lugar en estanques abiertos que presentan una forma longitudinal, del tipo “estanques de circulación mixtos con rueda de paletas”, equipados con una rueda de paletas para mantener el cultivo de microalgas en agitación constante.

8. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque los estanques abiertos se hacen funcionar de manera semicontinua, con la toma de muestras del caldo de cultivo y la alimentación de los agentes de crecimiento por la mañana, o de forma continua con interrupción durante la noche.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la fase de espesamiento (c) de la biomasa de algas se lleva a cabo por medio de separación gravitacional en balsas de sedimentación típicamente utilizadas en plantas de tratamiento de agua.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque el espesamiento de la biomasa se obtiene utilizando polielectrolitos catiónicos.

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la fase de inducción de la producción de lípidos tiene lugar en el medio de crecimiento mantenido con limitación de nitrógeno.