Aparato de producción y de cosecha de algas.

Un módulo de fotobiorreactor para producir bioproductos de algas,

que comprende:

- al menos un miembro superior e inferior transmisor de luz que tienen, cada uno, una pluralidad de 5 aberturas, en elque dichos miembros superior e inferior transmisores de luz están espaciados uno de otro y al menos uno de dichosmiembros superior e inferior transmisores de luz incluye al menos un terminal de conexión de luz para acoplarse aluz procedente de una fuente de luz y transmitir dicha luz lateralmente,

- una pluralidad de conductos de fotobiorreactor que se extienden, cada uno, desde respectivas aberturas en dichomiembro superior e inferior transmisor de luz y que definen un espacio interior de contención de algas, en el quedicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor contactan con dichos miembros superior e inferior transmisores deluz a lo largo de áreas de contacto, y

en el que dicha luz transmitida lateralmente por dichos miembros superior e inferior transmisores de luz se acopla adicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor a lo largo de dichas áreas de contacto.

Aparato de producción y de cosecha de algas

Campo de la invención Esta divulgación se refiere generalmente a la producción de bioproductos y combustible de algas. Más particularmente, esta divulgación se refiere a la producción y cosecha de algas.

Antecedentes Los combustibles fósiles, tales como el carbón y el petróleo, proporcionan actualmente la mayoría de las necesidades de energía del mundo, incluidos los EE.UU.. Lo que es más, la demanda de combustibles fósiles se ha incrementado constantemente a lo largo de los años. En el momento de la Crisis del Petróleo de 1973, la tasa de importación de petróleo neta de EE.UU. era sólo un tercio del consumo total, mientras que hoy la tasa de importación de petróleo neta de EE.UU. se acerca a los dos tercios del consumo total. Con la tasa de consumo de petróleo de EE.UU. incrementándose aproximadamente un 11% en los últimos 10 años, y con los precios al contado del crudo que se han registrado muy por encima de los 140 dólares por barril, la economía de EE.UU. se enfrenta a una factura de combustible de petróleo importado que se acerca a los 700 mil millones de dólares en la próxima década.

Por las reservas decrecientes y costes incrementados de combustibles fósiles, así como los efectos dañinos que los combustibles fósiles pueden tener en el medioambiente, se están desarrollando actualmente fuentes de energía alternativas que son renovables y menos dañinas para el medioambiente. Las fuentes de energía alternativa incluyen generalmente gas natural, energía eólica, energía hidroeléctrica, energía solar, hidrógeno, energía nuclear y biocombustibles.

Aunque el gas natural es un combustible fósil que arde más limpio que la gasolina, produce dióxido de carbono, el principal gas de efecto invernadero. La energía eólica, una de las formas de energía más antigua y más limpia, es antiestética y ruidosa. La energía hidroeléctrica, una fuente de energía antigua y bien desarrollada, tiene una capacidad limitada de expansión. Toda energía (aparte de la energía nuclear) se deriva básicamente de la energía solar, que también puede ser recogida directamente usando células fotoeléctricas. Se ha comprobado que el hidrógeno es una fuente de combustible viable para vehículos, con la aparición de las células de combustible. Sin embargo, el uso de hidrógeno como una fuente de energía plantea problemas con respecto a su producción,

almacenaje y distribución. La energía nuclear incluye fisión nuclear, que es muy costosa y genera residuos tóxicos, y fusión nuclear, que es limpia pero se ha comprobado que no es viable.

El biocombustible se define comúnmente como un combustible sólido, líquido o gaseoso derivado de organismos recientemente vivos, incluidas plantas, animales y sus subproductos. Es una fuente de energía renovable basada en el ciclo de carbono, al contrario que otras fuentes naturales tales como el petróleo, carbón o combustibles nucleares. Los biocombustibles se pueden obtener de la madera, materiales de plantas unicelulares o multicelulares, excremento de animal, y bacterias. El etanol es un tipo de biocombustible que, combinado con gasolina, se usa mucho en la industria del transporte. Puesto que los biocombustibles pueden derivarse también de los aceites vegetales, se ha comprobado que los biocombustibles derivados de las algas son una fuente de energía alternativa 45 prometedora. Sin embargo, varios obstáculos han frustrado la fabricación a gran escala y uso de los biocombustibles de algas.

Un obstáculo principal inherente a la producción de combustible de algas convencional es la inhabilidad de producir y cosechar algas en cantidades suficientes para proporcionar bastante combustible de algas para cubrir las necesidades de energía de civilización. Utilizando métodos existentes, la producción de combustible de algas en cantidades suficientes requeriría cultivar algas en estanques o fotobiorreactores de gran producción, cada uno de los cuales está limitado por las ineficiencias económicas y de producción. Se estima que aproximadamente 200000 hectáreas (aproximadamente 450000 acres o unos 2020 km2) de área de superficie de estanque de producción se requerirían para producir una cantidad de biodiesel de algas suficiente para remplazar la cantidad de petróleo 55 consumido actualmente en EE.UU. cada año.

La materia prima de algas que crece en sistemas de estanque abierto está sujeta a muchas ineficiencias y retos sistemáticos, algunos de los cuales son comunes también a sistemas de fotobiorreactor de sistema tanto abierto como cerrado. Algunos de estos retos incluyen la controlabilidad de espectro, intensidad y duración de ciclos de luz, controles de temperatura o variaciones de temperatura estacionales; contaminación por partículas hostiles llevadas por el viento; y el coste de cosecha, transporte, pretratamiento y almacenaje, por nombrar unas pocas. Estos y otros retos relacionados de métodos de cultivo de algas convencionales limitan efectivamente la viabilidad comercial de combustibles de algas.

Los fotobiorreactores de sistema cerrado, otro sistema de producción de combustible de algas convencional, sufre de muchas de estas limitaciones, inconvenientes y desventajas, asociadas con sistemas de estanque abierto. Por ejemplo, los sistemas de fotobiorreactor cerrados conocidos descartan control adecuado de cantidad de luz, espectro, duración y ciclo. Problemas adicionales incluyen requisitos de área de terreno, requisitos de estructura de soporte y fundamentales para aplicaciones de producción a gran escala, e ineficiencias de cosecha. El documento JP-A-5277357 describe un módulo de fotobiorreactor que comprende varios recipientes de reactor apilados provistos de placas transmisoras de luz superior e inferior. Aunque los fotobiorreactores de sistema cerrado superan, o mitigan substancialmente, muchos de los problemas biológicos y medioambientales asociados con sistemas de estanque abierto, todavía no han logrado un nivel adecuado de eficacia requerida para producir biomasa de algas en cantidades suficientes para reducir la dependencia nacional del petróleo extranjero.

En consecuencia, hay una necesidad no conocida de producción de bioproducto de algas y aparatos de cosecha adecuados para la producción en masa y cosecha de algas. Lo que se necesita es un aparato que supere las limitaciones, inconvenientes y desventajas mencionadas anteriormente, concomitantes con sistemas de estanque abierto, fotobiorreactores de aparato cerrado, y otros sistemas conocidos. Sería deseable proporcionar tal aparato que haga posible el control ampliamente mejorado sobre las variables de exposición de luz de algas, incluido, por

ejemplo, control sobre el ciclo de luz, cantidad de luz, espectro de luz y duración de luz. Sería deseable además proporcionar tal aparato que también hace posible y facilita la monitorización precisa y el control de otras variables que se conoce que afectan la tasa de crecimiento de algas, incluida, por ejemplo, la exposición de temperatura de algas, niveles de nutrientes, y niveles de gases (por ejemplo, O2 y CO2) . Con el fin de abordar los problemas de requisito de tierra mencionados anteriormente asociados con sistemas de estanque abierto existentes y fotobiorreactores de sistema cerrado, sería muy deseable proporcionar un aparato que tiene una configuración estructural que requiere un impacto ambiental más pequeño frente a los sistemas existentes. Para resumir, sería muy deseable proporcionar un aparato que es de bajo coste, fácil de mantener, fácil de reproducir, y que hace posible que un operario controle con precisión todos los aspectos del ciclo Calvin con el fin de maximizar el volumen y la eficacia de producción y de cosecha, a pesar del esfuerzo deseado de que se cultiven las algas.

Sumario de la invención Esta divulgación está dirigida generalmente a un aparato de producción y de cosecha de algas que es adecuado para la producción en masa y cosecha de bioproductos de algas en cantidades suficientes para producir combustible de algas. El aparato es expandible verticalmente, y en consecuencia, tiene el beneficio de un impacto ambiental pequeño frente a otros sistemas y métodos de producción y de cosecha de bioproducto de algas conocidos. El aparato puede proporcionar la habilidad de controlar con precisión características de temperatura, luz y otros factores conocidos por afectar la tasa de crecimiento de las algas, con el fin de maximizar la eficacia de producción. El aparato incorpora componentes de relativamente bajo coste dispuestos de una manera que facilita un despliegue eficiente y su subsiguiente reparación. La disposición vertical única saca provecho de dinámicas de fluido natural para el soporte estructural de... [Seguir leyendo]

1. Un módulo de fotobiorreactor para producir bioproductos de algas, que comprende:

- al menos un miembro superior e inferior transmisor de luz que tienen, cada uno, una pluralidad de aberturas, en el que dichos miembros superior e inferior transmisores de luz están espaciados uno de otro y al menos uno de dichos miembros superior e inferior transmisores de luz incluye al menos un terminal de conexión de luz para acoplarse a luz procedente de una fuente de luz y transmitir dicha luz lateralmente,

- una pluralidad de conductos de fotobiorreactor que se extienden, cada uno, desde respectivas aberturas en dicho miembro superior e inferior transmisor de luz y que definen un espacio interior de contención de algas, en el que dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor contactan con dichos miembros superior e inferior transmisores de luz a lo largo de áreas de contacto, y

en el que dicha luz transmitida lateralmente por dichos miembros superior e inferior transmisores de luz se acopla a dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor a lo largo de dichas áreas de contacto.

2. El módulo de fotobiorreactor de la reivindicación 1, que comprende además al menos un soporte sólido que se extiende desde entre respectivas aberturas de dicha pluralidad en dicho miembro superior e inferior transmisor de 20 luz para refuerzo estructural.

3. El módulo de fotobiorreactor de la reivindicación 1, en el que dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactores comparten paredes laterales.

4. El módulo de fotobiorreactor de la reivindicación 1, en el que dicho terminal de conexión de luz está configurado para recibir un cable transmisor de luz.

5. El módulo de fotobiorreactor de la reivindicación 1, que comprende además al menos un miembro adicional

transmisor de luz, interpuesto entre dicho miembro superior e inferior transmisor de luz. 30

6. Un aparato modular apilado verticalmente para producción y cosecha de algas, que comprende:

- una pluralidad de módulos de fotobiorreactor apilados uno encima de otro para producir bioproductos de algas, comprendiendo cada uno de dichos módulos de fotobiorreactor:

al menos un miembro superior e inferior transmisor de luz que tienen, cada uno, una pluralidad de aberturas, en el que dichos miembros superior e inferior transmisores de luz están espaciados uno de otro y al menos uno de dichos miembros superior e inferior transmisores de luz incluye al menos un terminal de conexión de luz para acoplarse a luz procedente de una fuente de luz y transmitir dicha luz lateralmente, una pluralidad de conductos de fotobiorreactor que se extienden, cada uno, desde respectivas aberturas en dicho miembro superior e inferior transmisor de luz y que definen un espacio interior de contención de algas, en el que dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor contactan con dichos miembros superior e inferior transmisores de luz a lo largo de áreas de contacto,

en el que dicha luz transmitida lateralmente por dichos miembros superior e inferior transmisores de luz se acopla a dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor a lo largo de dichas áreas de contacto, y

- una empaquetadura que comprende una pluralidad de aberturas de conducto interpuestas entre módulos de fotobiorreactor adyacentes de dicha pluralidad para proporcionar una junta estanca al fluido para la comunicación

fluida de módulo a módulo entre respectivos conductos de fotobiorreactor de dicha pluralidad que están apilados uno sobre otro.

7. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, en el que dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor comprende además receptáculos roscados dispuestos en esquinas en un lado de dicha pluralidad de 55 dichos módulos de fotobiorreactor y pies de módulos roscados en esquinas del otro lado de dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor, y en el que dichos pies de módulos roscados procedentes de una superior de dichas pluralidades de módulos de fotobiorreactor están insertados de forma enroscada en dichos receptáculos roscados de una inferior de dichas pluralidades de módulos de fotobiorreactor.

8. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, en el que dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor comprende además al menos un soporte sólido que se extiende desde entre respectivas aberturas en dicho miembro superior e inferior transmisor de luz para refuerzo estructural.

9. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, en el que dicha pluralidad de conductos de 65 fotobiorreactor en cada uno de dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor comparte paredes laterales.

10. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, en el que dichos terminales de conexión de luz en cada uno de dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor están configurados para recibir un cable de transmisión de luz.

11. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, que comprende además cables transmisores de luz de fibra óptica acoplados a dichos terminales de conexión de luz para transmitir dicha luz desde dicha fuente de luz a cada uno de dichos miembros superior e inferior transmisores de luz.

12. El aparato modular apilado verticalmente de la reivindicación 6, que comprende además al menos un miembro 10 adicional transmisor de luz interpuesto entre dicho miembro superior e inferior transmisor de luz.

13. Un método para producir bioproductos de algas, que comprende:

- proporcionar algas en al menos un módulo de biorreactor que comprende una pluralidad de conductos de

fotobiorreactor que definen, cada uno, un espacio interior de contención de algas que se extienden, cada uno, desde respectivas aberturas en un miembro superior e inferior transmisor de luz, en el que dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor contactan con dichos miembros superior e inferior transmisores de luz a lo largo de áreas de contacto,

- transmitir lateralmente luz que es recibida por dicho miembro superior e inferior transmisor de luz a dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor, y acoplarse a dicha luz a lo largo de dichas áreas de contacto dentro de dicha pluralidad de conductos de fotobiorreactor para alcanzar dichas algas.

14. El método de la reivindicación 13, en el que dicho al menos un módulo de biorreactor comprende una pluralidad 25 de módulos de fotobiorreactor apilados uno encima de otro.

15. El método de la reivindicación 14, en el que dicha pluralidad de módulos de fotobiorreactor proporcionan comunicación fluida de módulo a módulo entre respectivos conductos de fotobiorreactor de dicha pluralidad que están apilados uno encima de otro.