MÉTODO DE CULTIVO DE MICROORGANISMOS Y FOTOBIORREACTOR EMPLEADO EN DICHO MÉTODO.

Método de cultivo de microorganismos y fotobiorreactor empleado en dicho método.



Comprende un cuerpo (1) vertical transparente de forma cilíndrica, un fondo (2) sobre el que apoya dicho cuerpo (1), una salida en la parte inferior del fondo (2),conectada a un conducto de salida (3), que desemboca en un conducto de recirculación (4) conectado con una entrada superior (6) ubicada en la parte superior del cuerpo(1). Unos medios de inyección (5) inyectan aire y eventualmente CO2 en el conducto der circulación (4), produciendo un vértice (11) en el interior del cuerpo (1).

Además, la invención se refiere a un método para obtención de biomasa a partir de microalgas utilizando dicho fotobiorreactor.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900652.

Solicitante: REPSOL YPF, S.A..

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: ROMERO PALAZON,EDUARDO, GARCIA BLAIRSY REINA, GUILLERMO, DIAZ GARCIA, CARLOS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C12M1/00 SECCION C — 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). › Equipos para enzimología o microbiología.
MÉTODO DE CULTIVO DE MICROORGANISMOS Y FOTOBIORREACTOR EMPLEADO EN DICHO MÉTODO.

Fragmento de la descripción:

Método de cultivo de microorganismos y fotobiorreactor empleado en dicho método.

La presente invención se puede incluir dentro del campo de cultivo de microorganismos en reactores, en concreto describe un método para obtención de biomasa a partir de algas y un reactor vertical de alto rendimiento empleado en dicho método.

Antecedentes de la invención

Las microalgas son seres unicelulares muy variados en tamaño y forma que existen en casi todos los hábitat conocidos. La mayor parte son de hábitat acuáticos, tanto marinos como dulceacuícolas, aunque algunas viven en tierra. Los mares y océanos contienen enormes cantidades de algas planctónicas, estimándose que el 90% de la fotosíntesis total de la Tierra es realizada por estos vegetales acuáticos.

Actualmente, esta biomasa microalgal puede ser utilizada para aplicaciones como biofertilizantes, en la purificación de aguas residuales, como acondicionadores de suelo y como alimento. Asimismo, se ha puesto de manifiesto la potencialidad de los microalgas para la producción de gran variedad de sustancias, como ácidos grasos, pigmentos, vitaminas, antibióticos, productos farmacéuticos y otros productos químicos de interés, así como hidrógeno, hidrocarburos y otros combustibles biológicos.

Para llevar a cabo la producción de microorganismos fototrópicos pueden utilizarse los denominados fotobiorreactores. Siendo imprescindible, para dicha producción, seleccionar adecuadamente el diseño del reactor que se va a utilizar, así como una serie de parámetros función del microorganismo que se va a emplear, como condiciones óptimas de crecimiento y resistencia a variaciones ambientales. De esta forma, el diseño de reactores que permitan alcanzar altas productividades a unos costes mínimos es una de las líneas de trabajo más importantes en el campo de la biotecnología, y sin cuyo avance será imposible una expansión mundial de esta industria.

Así, en la solicitud de patente mejicana MX PA05007801A se describe el diseño de un fotobiorreactor cilíndrico transparente (de vidrio), de forma cónica en su parte inferior, con circulación impulsado por aire (airlift). Este fotobiorreactor se usa para la producción de astaxantina.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona un método para el cultivo de microalgas generadoras de aceites para su uso como combustibles, así como un reactor empleado en dicho método.

En algunos sistemas cerrados, para cultivos marinos, se dispone de una disolución acuosa con microalgas que crecen mediante fotosíntesis por el efecto combinado de la luz solar e inyección tanto de aire como eventualmente de CO2. El cultivo de las algas requiere, por tanto, estas dos condiciones básicas; la entrada de luz que permita la existencia simultanea de zonas iluminadas y en sombra para proporcionar el ciclo de fotosíntesis y una agitación del líquido del cultivo que promueva el intercambio de algas entre ambas zonas.

Para que se den las dos condiciones anteriores, la presente invención proporciona un fotobiorreactor (en adelante FBR), vertical avanzado de alta eficiencia para el cultivo de algas, de forma cilíndrica, con fondo que puede ser cónico o plano, de material transparente y con un conducto de recirculación externo, en el cual se genera un efecto vórtice en la parte superior del medio acuoso que permite una mayor entrada de energía lumínica en el sistema y una agitación más eficiente del medio, lo que permite aumentar la producción de biomasa cultivada por unidad de volumen y superficie.

Dicho vórtice o remolino se genera por efecto de la entrada tangencial al sistema del propio medio de cultivo, el cual es impulsado desde la parte inferior del reactor hacia la parte superior mediante un sistema de inyección de gases situado en el conducto de recirculación.

Además, hay que tener en cuenta que el diseño óptimo del sistema, dimensiones y/o materiales para la fabricación de un reactor para la generación de biomasa, viene determinado por los siguientes parámetros:

• Maximizar el volumen conservando una proporción de volumen iluminado-sombra y de forma que se obtenga un remolino o vórtice global que garantice un tiempo de resistencia adecuado al ciclo de fotosíntesis.

• Evitar las zonas de escasa agitación.

Por lo tanto, un primer aspecto de la presente invención se refiere a un reactor para el cultivo de microorganismos, o fotobiorreactor FBR, que comprende un cuerpo cilíndrico transparente, un fondo situado a continuación del cuerpo cilíndrico y un conducto de salida conectado a una salida ubicada en el fondo, caracterizado porque comprende adicionalmente: un conducto de recirculación cuya entrada está situada a continuación del conducto de salida y que desemboca en la parte superior del cuerpo cilíndrico, y medios de inyección, situados en las proximidades de la entrada del conducto de recirculación, que introducen gases.

El reactor de la invención, es un reactor de forma cilíndrica, fabricado en un material transparente, que puede estar incluido, pero sin limitarse, al grupo que comprende fibra de vidrio, polietileno de baja densidad (LDPE), policarbonato (PC), polimetilmetacrilato (PMMA) o cualquier otro material que reúna las condiciones óptimas de transmisión de luz PAR (radiación fotosintéticamente activa, del inglés Photosynthetically Active Radiation). Además de las paredes laterales, la superficie superior del contenedor es transparente o abierta a la atmósfera de forma que también permite el paso de luz.

El fondo del reactor puede tener forma cónica o plana, siendo preferiblemente plana.

La altura del reactor puede estar comprendida entre 1 y 5 metros y el diámetro puede variar entre 15 y 100 cm.

El reactor de la invención contiene una disolución acuosa que contiene a su vez microalgas que crecen mediante fotosíntesis por efecto combinado de la luz solar y del aire, más en su caso CO2, inyectados.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere a un procedimiento para producir biomasa a partir de un cultivo de microorganismos utilizando el reactor de la invención.

Las condiciones que requiere este procedimiento de cultivo de algas, además del uso de un reactor como el descrito anteriormente, son: entrada de luz con zonas iluminadas y en zonas en sombra para permitir la fotosíntesis; y una agitación del líquido de cultivo que promueva el intercambio de algas entre las zonas iluminadas y las zonas en sombras.

Dicho reactor es sometido a una iluminación adecuada para proporcionar zonas iluminadas y zonas en sombras, y a una agitación del líquido de cultivo mediante una corriente bifásica autopropulsada por la inyección de gases.

La agitación en el reactor de la invención se consigue mediante una corriente bifásica líquido-gas autopropulsada mediante la inyección de gas y su posterior ascensión en burbujas por flotabilidad. Dicha corriente es eyectada tangencialmente en el plano formado por la superficie libre del líquido de cultivo con la pretensión de obtener un remolino suficientemente intenso para generar una superficie libre cónica cuyo vértice se sitúa en las proximidades del conducto de salida. El efecto adicional de aumento de superficie libre incrementa la superficie de zona iluminada pudiendo aumentar la capacidad del sistema para capturar luz del medio y transformarlo en materia vegetal (biomasa).

Como se acaba de indicar, el remolino se obtiene por medio de introducción de gas en el conducto de recirculación ("riser"), en las proximidades del conducto de salida. El aire asciende burbujeando por el conducto de recirculación hasta la altura de la superficie libre del líquido de cultivo. El arrastre de líquido debido a la inyección continuada de gas, denominado efecto "holdup", deberá suministrar el impulso necesario para generar rotación.

Dado que la luz es absorbida por el medio, existe una longitud de penetración de luz que determina el volumen de líquido iluminado.

En una realización preferida del procedimiento de la presente invención, los microorganismos son microalgas que se pueden seleccionar de la lista que comprende, pero sin limitarse a, los siguientes géneros: Spirulina, Chlorella, Chlorococcum, Neochloris Isochrysis,, Tetraselmis, Oocytis Ettlia, Porphyridium, Nannochloris Synechocystis, Crucigenia, Muriellopsis, Haematococcus,...

 


Reivindicaciones:

1. Fotobiorreactor para el cultivo de microorganismos que comprende:

- un cuerpo (1) vertical cilíndrico transparente,

- un fondo (2) situado a continuación del cuerpo (1), sobre el que se apoya dicho cuerpo (1), y

- un conducto de salida (3) conectado a una salida ubicada en la parte inferior del fondo (2),

caracterizado porque comprende adicionalmente:

- un conducto de recirculación (4) conectado al conducto de salida (3) y a la entrada superior (6) del cuerpo (1),

- medios de inyección (5) situados en el conducto de circulación (4), en las proximidades del conducto de salida (3), que inyectan gases, que producen un vórtice (11) que aumenta la producción de biomasa,

- un conducto de purga (9), ubicado en el tramo inferior del conducto de recirculación (4), para facilitar el vaciado, y

- un conducto de desvío (10), ubicado en el conducto de recirculación (4), empleado para extraer el cultivo hacia el exterior.

2. Fotobiorreactor según reivindicación 1, caracterizado porque el fondo (2) presenta forma plana.

3. Fotobiorreactor según reivindicación 1, caracterizado porque el fondo (2) presenta forma cónica.

4. Fotobiorreactor según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de inyección (5) están adaptados para la circulación de gases que comprenden aire y/o CO2.

5. Fotobiorreactor según reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo está fabricado en un material seleccionado entre:

- fibra de vidrio,

- polietileno de baja densidad (LDPE),

- policarbonato (PC), y

- polimetilmetracrilato (PMMA).

6. Fotobiorreactor según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte superior del cuerpo (1) comprende una tapa transparente.

7. Fotobiorreactor según la reivindicación 1, caracterizado porque la parte superior del cuerpo está abierta.

8. Procedimiento para producir biomasa a partir de microorganismos que comprende:

someter a iluminación el reactor, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que contiene un cultivo de microorganismos, y

agitar el líquido de dicho cultivo de microorganismos mediante la inyección de gases.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, donde los microorganismos son microalgas.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, donde las microalgas se seleccionan de la lista que comprende Spirulina, Chlorella, Chlorococcum, Neochloris Isochrysis, Tetraselmis, Oocytis Ettlia, Porphyridium, Nannochloris Synechocystis, Crucigenia, Muriellopsis, Haematococcus, Clamidomonas, Synechococcus, Phaeodactylum, Platymonas, Amphora, Auxenochlorella, Ankistrademus, Nanochloropsis, Navicula, Boekelovia, Scenedesmus o Rhodopseudomona.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, donde las microalgas se seleccionan de la lista que comprende Phaeodactylum tricornutum, Platymonas sp., Amphora sp., Boekelovia sp., Tetraselmis suecica, Navicula sp. Synechococcus sp., Scenedesmus quadricuada, Rhodopseudomonas palustres, Muriellopsis sp. Chlorella sorokiniana, Spirulina platensis, Chlorella sp., Neochloris oleoabundans, Scenedesmus sp., Auxenochlorella protothecoides, Synechocystis sp., Chlorococcum sp., Isochrysis galbana, Oocytis sp., Ettlia carotinosa, Porphyridium cruentum o Nannochloris oculata. Crucigenla tetrapedia, Haematococcus pluviales, Clamidomonas sp., Ankistrademus, sp., Nanochloropsis occulata o Nanochloropsis gaditana.

12. Biomasa obtenible mediante el procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11.

13. Uso de la biomasa según la reivindicación 12, para la fabricación de biodiesel.


 

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