Fotobiorreactor con distribuidor de luz y método para la producción de cultivo fotosintético.

Fotobiorreactor (1) que comprende un recipiente (10) y una construcción (300) que comprende una pluralidad dedistribuidores de luz (30),

donde el recipiente (10) comprende un cuerpo (60) que comprende cavidades (61) quecontienen un líquido acuoso (20) que comprende un cultivo fotosintético (21), dichas cavidades teniendo una superficieestrechada (62), donde los distribuidores de luz (30) tienen una superficie (31) dispuesta para recibir luz (40) y unasuperficie estrechada (32) dispuesta para emitir, al menos, parte de la luz recibida (40), donde al menos parte de lasuperficie estrechada (32) se sumerge en el líquido acuoso (20) que comprende el cultivo fotosintético (21), donde losdistribuidores de luz (30) y el cuerpo (60) están dispuestos en una configuración donde los distribuidores de luz (30) sedisponen al menos parcialmente en las cavidades (61) y donde las cavidades (61) y los distribuidores de luz (30) tienenunas formas sustancialmente correspondientes, y donde, para permitir el flujo del líquido (20), hay una distancia d2entre la superficie estrechada (62) de la cavidad (61) del cuerpo (60) y la superficie estrechada (32) del distribuidor deluz (30).

Fotobiorreactor con distribuidor de luz y método para la producción de cultivo fotosintético Campo de la invención [0001] La presente invención se refiere a un fotobiorreactor que comprende un líquido acuoso que comprende un cultivo fotosintético y un distribuidor de luz. La invención también se refiere a un método para la producción de un cultivo fotosintético en un biorreactor, al igual que al producto de cultivo fotosintético que se puede obtener a través de dicho método.

Antecedentes de la invención [0002] En la técnica se conocen biorreactores para cultivar cultivos fotosintéticos tales como algas. Es un desafío acoplar la luz eficazmente en el líquido que contiene cultivo fotosintético. Por ejemplo, el documento US 3, 986, 297 divulga un ensamblaje de tanque doble sellado para usarlo en sustancias fotosintéticas cultivadas artificialmente tales como la chlorella. Crecimiento acelerado de cultivo altamente puro se obtiene mediante una combinación de una pluralidad de boquillas para emitir gases mezclados de dióxido de carbono y amoníaco, fuentes de luz para la aplicación intermitente de luz sustancialmente similar a la luz natural, y hélices agitadoras para la agitación del fluido de cultivo en un tanque interno, y un tanque externo para la regulación de Ia temperatura. Aquí, la fuente luminosa no es luz solar, sino una lámpara de xenón que, según el documento US 3, 986, 297, es sustancialmente similar a la luz natural. El documento US 6, 602, 703 divulga un fotobiorreactor para cultivar un organismo fotosintético. Este fotobiorreactor provee características que permiten la limpieza de la fuente luminosa. El fotobiorreactor tiene un recipiente para contener un medio de cultivo líquido para cultivar organismos fotosintéticos y tubos luminiscentes montados en el recipiente. El fotobiorreactor también tiene dispositivos de limpieza montados en el recipiente para limpiar la superficie externa de los tubos luminiscentes y accionadores para el accionamiento de los dispositivos de limpieza. Los tubos de luz pueden ser tubos de neón.

Los biorreactores anteriores utilizan iluminación artificial. El documento US 4, 699, 086 utiliza luz solar y divulga una planta de alimentación de peces que utiliza un dispositivo recolector de rayos solares y un dispositivo de cultivo de algas instalado en el mar, un lago o un estanque, etc. La planta comprende una estructura hecha de cilindros y construida por cilindros dispuestos verticalmente en el agua y que conectan los cilindros respectivos entre sí usando cilindros horizontales, un dispositivo recolector de rayos solares instalado en la superficie del agua sobre la estructura, y un dispositivo de cultivo para cultivar algas o similares instalado en el agua. Los rayos solares son recogidos por el dispositivo recolector de rayos solares y son transmitidos al dispositivo de cultivo para cultivar las algas o similares a través de un cable conductor óptico y son empleados como una fuente luminosa de fotosíntesis para las algas o similares. El dispositivo de cultivo cultiva las algas utilizando dióxido de carbono CO2, fósforo, nitrógeno, sal nutritiva, etc. contenidos en el agua.

El documento WO 05068605 describe un reactor para cultivar microorganismos fotoautotrófos, donde la luz del sol se introduce en paredes de compartimento usando uno o más colimadores movibles. Las paredes de compartimento son transparentes y, desde allí, la luz se distribuye al reactor. Un reactor de este tipo tiene una recogida mejorada de radiación y una distribución mejorada de la radiación en el reactor, proveyendo así un reactor más eficaz y un cultivo más eficaz de microorganismos fotoautotrófos.

Además, Terr y et al. en Enzyme Microb. Technol., 1985 (7) , 474-487, Tredici et al. en Biotech. and Bioeng. 1998 (57) , 187-197 y Mayer et al. en Biotech. and Bioeng. 1964 (VI) , 173-190 describen diseños para fotobiorreactores.

El documento JP 8009809 describe un tapón de condensador que se puede usar en un aparato de cultivo de algas. El tapón de condensador está compuesto por una parte para recibir luz externa y comprende una lente de condensador, una pared reflectante y un cilindro luminiscente formado íntegramente por la parte que recibe la luz. El tapón de condensador se puede sumergir en un tanque de cultivo. La luz recibida por la parte que recibe la luz es emitida por el cilindro luminiscente en el tanque de cultivo.

El documento US 6, 509, 188 describe un fotobiorreactor que comprende una cámara de reactor con paredes hechas de material transparente de luz que define un volumen interior, donde la cámara de reactor tiene un aumento en el área de superficie mayor que la superficie plana envolvente del volumen interior de la cámara de reactor. Conforme a una forma de realización particular, las paredes del reactor tienen una sección transversal sinusoidal o con forma de meandro.

El documento WO 79/00282 describe un método de dispersión de luz en un medio de cultivo líquido usado para el cultivo (y producción) de algas. La luz solar se conduce a través de una guía de luz formada, por ejemplo, por un haz de fibras ópticas y es dispersada por todo el medio de cultivo líquido para aumentar la eficiencia del cultivo de las algas.

El documento EP-A 0 085 296 describe un aparato de conducción de luz para la reacción fotosintética, que comprende:

• un primer elemento de conducción de luz para la conducción de luz a través de él, que la luz entre por un extremo de dicho elemento de conducción de luz y salga por el otro extremo;

• una pluralidad de segundos elementos de conducción de luz dispuestos circularmente para conducir a través de ellos la entrada de luz de unas extremidades de los mismos a un confín en el que ocurren reacciones fotosintéticas; y

• medios giratorios distribuidores de luz para el encaminamiento de la salida de luz desde el dicho otro extremo del primer elemento de conducción de luz a los segundos elementos de conducción de luz a lo largo de, al menos, un camino óptico definido ahí dentro y la distribución de la luz a cada uno de los segundos elementos de conducción de luz una vez para una rotación completa de la misma.

El documento US 6, 287, 852 describe un sistema de cultivo fotosintético que comprende:

• un baño de cultivo que retiene un fluido que contiene microorganismos de planta, y que tiene una superficie de cultivo de recepción de luz,

• un conductor de perfil plano dispuesto de forma opuesta a la superficie de cultivo de recepción de luz,

• un receptor de luz montado sobre un borde del conductor de perfil plano para conducir la luz hacia el conductor de perfil plano, y

• el conductor de perfil plano tiene una capa reflectante difundida para reflectar la luz de forma difusa y la luz se pliega en ángulos sustancialmente rectos para conducir la luz sustancialmente de forma uniforme a la superficie de cultivo de recepción de luz.

El documento WO 90/15953 describe un dispositivo que consiste en un único sistema óptico continuo acoplado a una única fuente luminosa cuya superficie externa es una disposición de superficies planas anulares concéntricas o una disposición de superficies planas rectangulares. Cada superficie plana, sea ésta anular o rectangular, provee una base principal para un tronco de cono vacío o para un tronco de pirámide con una sección transversal rectangular. El pequeño cono de tronco o las bases de pirámide de tronco forman, en su vuelta, las bases superiores para guías ópticas que adquieren la forma de anillos cilíndricos concéntricos o de paralelepípedos rectangulares paralelos.

Resumen de la invención [0012] Una desventaja de algunos de los fotobiorreactores del estado de la técnica anteriormente descritos es la aplicación de luz artificial, mientras que se usa preferiblemente luz solar, por ejemplo por cuestiones energéticas y de eficiencia. Además, otra desventaja de algunos de los fotobiorreactores del estado de la técnica puede ser el acoplamiento, a veces ineficiente, de la luz solar. Además, algunos de los fotobiorreactores del estado de la técnica anteriormente descritos tienen una construcción relativamente complicada y usan a veces una óptica complicada para iluminar el líquido con cultivo fotosintético.

Por lo tanto, es un objeto de la invención proveer un fotobiorreactor alternativo, que evite preferiblemente una o más de las desventajas mencionadas anteriormente. Otro objeto de la invención es proveer un fotobiorreactor con una construcción relativamente económica y una óptica relativamente económica. Además, otro objeto es proveer un fotobiorreactor alternativo que permita una buena homogeneización, de manera... [Seguir leyendo]

1. Fotobiorreactor (1) que comprende un recipiente (10) y una construcción (300) que comprende una pluralidad de distribuidores de luz (30) , donde el recipiente (10) comprende un cuerpo (60) que comprende cavidades (61) que 5 contienen un líquido acuoso (20) que comprende un cultivo fotosintético (21) , dichas cavidades teniendo una superficie estrechada (62) , donde los distribuidores de luz (30) tienen una superficie (31) dispuesta para recibir luz (40) y una superficie estrechada (32) dispuesta para emitir, al menos, parte de la luz recibida (40) , donde al menos parte de la superficie estrechada (32) se sumerge en el líquido acuoso (20) que comprende el cultivo fotosintético (21) , donde los distribuidores de luz (30) y el cuerpo (60) están dispuestos en una configuración donde los distribuidores de luz (30) se disponen al menos parcialmente en las cavidades (61) y donde las cavidades (61) y los distribuidores de luz (30) tienen unas formas sustancialmente correspondientes, y donde, para permitir el flujo del líquido (20) , hay una distancia d2 entre la superficie estrechada (62) de la cavidad (61) del cuerpo (60) y la superficie estrechada (32) del distribuidor de luz (30) .

2. Fotobiorreactor (1) según la reivindicación 1, donde la construcción (300) que comprende la pluralidad de distribuidores de luz (30) es una construcción corrugada (300) , y los distribuidores de luz (30) son corrugaciones.

3. Fotobiorreactor (1) según la reivindicación 2, donde los distribuidores de luz (30) tienen superficies estrechadas (32)

que están en forma de cuña o curvadas. 20

4. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el distribuidor de luz (30) tiene una forma seleccionada del grupo que consiste en una forma cónica, una forma de parábola, una forma piramidal, conos truncados, tetraedros, pirámides pentagonales, cúpulas triangulares, cúpulas cuadradas, cúpulas pentagonales, rotondas pentagonales, pirámides alargadas cuadradas, tetraedros alargados, pirámides alargadas pentagonales,

cúpulas alargadas triangulares, cúpulas alargadas cuadradas, cúpulas alargadas pentagonales, y rotondas alargadas pentagonales.

5. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde al menos parte de la superficie estrechada (32) comprende un reflector (33) dispuesto para reflejar, al menos, parte de la luz recibida (40) de nuevo hacia el distribuidor de luz (30) , donde preferiblemente el reflector (33) está dispuesto para transmitir al menos parte de la luz recibida (40) .

6. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde el recipiente (10) comprende un recipiente seleccionado del grupo que consiste en un recipiente artificial, un estanque, una parte de un estanque, un lago, una 35 parte de un lago, una parte de un arroyo, una parte de un río, una parte de un canal o una parte de un mar.

7. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde la superficie estrechada (32) es recta y tiene un ángulo con un eje longitudinal (100) del distribuidor de luz (30) .

8. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde la superficie estrechada (32) está curvada, preferiblemente curvada en forma de parábola.

9. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde el distribuidor de luz (30) es un cuerpo vacío,

donde el cuerpo vacío es adecuado de manera opcional para contener un líquido o un material sólido. 45

10. Fotobiorreactor (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, donde el distribuidor de luz consiste esencialmente en un material transparente, y donde la proporción del área de superficie de la superficie (32) al área de superficie de la superficie (31) se encuentra en el rango de 2-50, más especialmente de 5-30.

11. Método para la producción de un cultivo fotosintético (21) que comprende: provisión de un líquido acuoso (20) y el cultivo fotosintético (21) a un recipiente (10) de un fotobiorreactor según cualquiera de las reivindicaciones 1-10; sumersión de, al menos, parte de la (s) superficie (s) estrechada (s) (32) del (de los) distribuidor (es) de luz (30) en el líquido acuoso (20) que comprende el cultivo fotosintético (20) ; y provisión de luz a (40) la (s) superficie (s) (31) dispuesta (s) para recibir luz de los distribuidores de luz (30) .

12. Método según la reivindicación 11, que comprende además la provisión de un flujo en el líquido acuoso (20) que comprende el cultivo fotosintético (21) en el recipiente (10) .

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, donde el cultivo fotosintético comprende algas. 60