Fotobiorreactor.

Un procedimiento para hacer funcionar un fotobiorreactor cerrado para el cultivo de microorganismosfototrópicos,

comprendiendo el fotobiorreactor un líquido de cultivo y estando rodeado el fotobiorreactor parcial ocompletamente por agua de un cuerpo de agua, en el que se provee una diferencia de densidad entre el líquido decultivo y el agua circundante de modo que se controle la posición del fotobiorreactor en el cuerpo de agua.

Fotobiorreactor

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para hacer funcionar un fotobiorreactor cerrado para el cultivo de microorganismos fototrópicos y a un fotobiorreactor cerrado para el cultivo de microorganismos fototrópicos.

Técnica anterior

Se sabe que hoy en día los microorganismos fototrópicos se encuentran en muchas aplicaciones comerciales. De este modo, se producen algas para fabricar !-caroteno, astaxantina, etc., o se vende la biomasa completa de algas como suplemento nutricional. Hoy en día, la producción de biomasa de algas se enfrenta a dos dificultades principales. En primer lugar, una gran parte de la producción actual es el resultado de sistemas abiertos (por ej., los denominados estanques abiertos) . Estos sistemas abiertos son sensibles a las contaminaciones por otras cepas de algas o por plagas, por lo tanto, en estos sistemas sólo pueden crecer algas con requerimientos de crecimiento muy específicos. De este modo, por ejemplo, se cultiva el alga Dunaliella para la producción de !-caroteno bajo condiciones muy salinas, que no son adecuadas para la mayoría de otros organismos. En segundo lugar, los costos de producción de la biomasa de algas son algo altos (>USD 2.000 por tonelada métrica) , de modo que una producción comercial para muchas aplicaciones, en especial en el sector de energía o en el sector del transporte, no es rentable. En particular, a menudo los costos de producción se incrementan aún más si se usan sistemas cerrados en lugar de sistemas abiertos para evitar contaminaciones. Además de los estanques abiertos, actualmente se usan un gran número de varios tipos de fotobiorreactores. Los reactores de tubo, que pueden consistir en uno o más tubos horizontales, o en los que un tubo se enrolla helicoidalmente alrededor de un cilindro o cono (bioserpentín) están entre los más conocidos. Además, con frecuencia se usan reactores de panel plano, dichos reactores proveen una capa líquida vertical para el cultivo de algas.

Los principales retos en la producción de productos químicos y energía a partir de algas son el riesgo de contaminación y el alto costo de la fabricación de la biomasa de algas. Igualmente, los principales retos en la producción de productos químicos finos, suplementos nutricionales, vitaminas, ácidos grasos omega-3, antioxidantes (por ejemplo, carotenoides) , sustancias farmacéuticamente activas o biomasa seca para suplemento nutricional a partir de algas, son, por tanto, el riesgo de contaminación y el alto costo para la fabricación de la biomasa. Los mismos retos son aplicables en el cultivo de algas para biocombustibles, alimentos para animales, aminoácidos, producción de metano, etc.

El documento US 3.955.317 divulga un procedimiento de crecimiento de células vegetales en estructuras de plástico transparentes tubulares.

El documento WO 2005/121309 divulga un dispositivo para la producción de algas, en el que se coloca un fluido que comprende algas en recipientes de crecimiento, a los que se les suministra un gas que contiene CO2, circulando el gas por los recipientes por medio de un aparato acondicionador de gas. En un modo de realización, los recipientes están fabricados de una lámina de plástico doble formando una bolsa de lámina. En un modo de realización que es adecuado para la producción de microalgas en el mar, se coloca una bolsa de lámina soldada entre sí para que flote horizontalmente en la superficie del agua.

El documento US 4.868.123 divulga un aparato para la producción de microorganismos por fotosíntesis. El aparato comprende un biorreactor para que se coloque sobre una expansión de agua, que tiene un primer grupo de tubos flexibles, que son transparentes a la luz y en los que circula el medio de cultivo, y un segundo grupo de tubos inflables, colocados y mantenidos por debajo del primer grupo por medio de elementos interpolados desprendibles en forma de Y, que están espaciados a intervalos regulares. Según este documento, cuando la temperatura del medio de cultivo excede una temperatura de referencia superior, se sumerge el fotobiorreactor por medio del desinflamiento de los tubos del segundo grupo. Por el contrario, cuando la temperatura del medio está por debajo de una temperatura de referencia mínima, los tubos del segundo grupo se inflan con aire comprimido. También se puede garantizar la inmersión del fotobiorreactor introduciendo un líquido relativamente pesado en los tubos del segundo grupo, mientras que se puede garantizar la flotación inyectando un fluido ligero que no sea aire.

Debido a que el cultivo a gran escala de microorganismos es bastante costoso, existe una demanda de obtención de disposiciones de biorreactores más simples y económicas.

Sumario de la invención Hoy en día, el cultivo de microorganismos fototrópicos se caracteriza por el alto costo de la producción de biomasa. El nuevo fotobiorreactor también podrá reducir significativamente los costos de producción de la biomasa. Adicionalmente, mediante el diseño de un proceso cerrado se puede reducir fuertemente el riesgo de contaminación en comparación con sistemas abiertos.

Con el fin de evitar la contaminación, se usará un fotobiorreactor cerrado, que se puede producir, por ejemplo, a partir de un plástico, tal como polietileno. Se logra una fuerte reducción en costos ya que el fotobiorreactor nada en o sobre un cuerpo de agua, por ejemplo, un estanque artificial. Por este principio de construcción, se evitan los costos de nivelar el fotobiorreactor exactamente en horizontal. A medida que la presión hidrostática interior del fotobiorreactor sea compensada parcialmente por el agua circundante, se puede reducir la fuerza de las paredes del

fotobiorreactor o se puede usar un material menos estable. El agua que rodea el fotobiorreactor puede suministrar o retirar calor, lo que hace redundante una termorregulación adicional. Al usar un material flexible para el fotobiorreactor, así como la posibilidad de cambiar la posición del fotobiorreactor en el cuerpo de agua circundante y la posibilidad de cambiar el espesor de capa del líquido de cultivo, se pueden adaptar las condiciones de funcionamiento del fotobiorreactor de acuerdo con factores ambientales, tales como radiación solar o temperatura, lo que debería aumentar la productividad dando lugar a una reducción adicional en los costos. Por la posibilidad de hacer funcionar el fotobiorreactor en superficies de agua, se dispone de un área muy grande para realizar dicho sistema de fotobiorreactor, considerando que más del 70% de nuestro planeta está cubierto de agua.

El fotobiorreactor descrito puede servir para la producción de biomasa a partir de organismos fototrópicos, que se pueden usar para la fabricación de cualquier tipo de biocombustibles, alimento animal, proteínas, aminoácidos, para la nutrición humana básica, así como para la producción de biomasa a partir de organismos fototrópicos, lo que se usa para la fabricación de productos químicos finos, suplementos nutricionales, vitaminas, ácidos grasos omega-3, antioxidantes (por ej., carotenoides) , ingredientes de sustancias farmacéuticamente activas, o biomasa seca para su uso como suplemento nutricional.

Por ello, un objetivo de la presente invención es facilitar la regulación de la temperatura del contenido, tal como el medio de cultivo y los microorganismos cultivados en él, de un fotobiorreactor cerrado. Un objetivo relacionado de la invención es utilizar, parcial o totalmente, la capacidad de refrigeración del agua que rodea un fotobiorreactor cerrado con el fin de regular la temperatura de su contenido.

Otro objetivo de la presente invención es permitir el control de la posición vertical de un fotobiorreactor cerrado rodeado, parcial o totalmente, por agua. En particular, es un objetivo de la invención permitir dicho control de posición sin necesidad de otro medio regulador de la flotación diferente del contenido, por ej., el medio de cultivo, del fotobiorreactor en sí y el agua circundante.

Otro objetivo más de la presente invención es proveer un fotobiorreactor que dé automáticamente una distribución homogénea del espesor del líquido de cultivo cuando el fotobiorreactor está flotando en un cuerpo de agua.

Debido a que el fotobiorreactor de la presente invención, o partes del mismo, se puede fabricar preferentemente de un material flexible, la forma del reactor puede verse influenciada por faltas de homogeneidad e impactos internos y externos. Por ello, con el fin de conservar la forma y función óptima del fotobiorreactor, puede ser importante el control de dichos impactos y faltas de homogeneidad. Por lo tanto, es un objetivo de la presente descripción proveer medios para... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para hacer funcionar un fotobiorreactor cerrado para el cultivo de microorganismos fototrópicos, comprendiendo el fotobiorreactor un líquido de cultivo y estando rodeado el fotobiorreactor parcial o completamente por agua de un cuerpo de agua, en el que se provee una diferencia de densidad entre el líquido de cultivo y el agua circundante de modo que se controle la posición del fotobiorreactor en el cuerpo de agua.

2. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 1, en el que las paredes de dicho fotobiorreactor adaptadas para comprender un líquido de cultivo comprenden un material flexible hermético al agua.

3. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se provee la diferencia de densidad mediante la provisión de una diferencia de salinidad y/o temperatura entre el líquido de cultivo y el agua circundante.

4. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se provee la diferencia de densidad de modo que se mantenga la posición del fotobiorreactor en el cuerpo de agua.

5. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fotobiorreactor está dotado con uno o más compartimientos o tubos adaptados para controlar adicionalmente la posición vertical y/o la forma del fotobiorreactor.

6. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fotobiorreactor está dotado con medios mecánicos adaptados para controlar adicionalmente la posición vertical y/o la forma del fotobiorreactor.

7. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fotobiorreactor tiene una forma de panel plano.

8. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fotobiorreactor comprende dos o más subcompartimientos adaptados para que comprendan el líquido de cultivo.

9. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en el que dichos subcompartimientos están sellados entre sí.

10. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 8, en el que dichos subcompartimientos están conectados para permitir el transporte limitado de líquido y/o gas entre los subcompartimientos.

11. El procedimiento de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fotobiorreactor comprende medios para dividir temporalmente el fotobiorreactor en dos o más subcompartimientos.

12. Un fotobiorreactor cerrado para el cultivo de microorganismos fototrópicos, estando adaptado el fotobiorreactor para comprender un líquido de cultivo y estando adaptado el fotobiorreactor para que esté parcial o totalmente rodeado de agua de un cuerpo de agua, en el que el fotobiorreactor comprende medios para determinar la diferencia de densidad entre el líquido de cultivo y el agua circundante y medios para proveer una diferencia de densidad entre el líquido de cultivo y el agua circundante de modo que se controle la posición del fotobiorreactor en el cuerpo de agua.

13. El fotobiorreactor de conformidad con la reivindicación 12, en el que los medios para proveer una diferencia de densidad son medios para la provisión de una diferencia de salinidad o de salinidad y temperatura entre el líquido de cultivo y el agua circundante.

14. El fotobiorreactor de conformidad con la reivindicación 12 o 13, en el que los medios para proveer una diferencia de densidad comprenden puerto de entrada, puerto de salida, mangueras, bombas, fuentes de líquido y/o gas.

15. El fotobiorreactor de conformidad con la reivindicación 12, 13 o 14, en el que las paredes de dicho fotobiorreactor adaptadas para comprender un líquido de cultivo comprenden un material flexible hermético al agua.

16. El fotobiorreactor de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, en el que el fotobiorreactor está dotado con uno o más compartimientos o tubos adaptados para controlar adicionalmente la posición vertical y/o la forma del fotobiorreactor.

17. El fotobiorreactor de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el fotobiorreactor está dotado con medios mecánicos adaptados para controlar adicionalmente la posición vertical y/o la forma del fotobiorreactor.

18. El fotobiorreactor de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, en el que el fotobiorreactor tiene una forma de panel plano.

19. El fotobiorreactor de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18, en el que el fotobiorreactor comprende dos o más subcompartimientos adaptados para que comprendan el líquido de cultivo.

20. El fotobiorreactor de conformidad con la reivindicación 19, en el que dichos sub-compartimientos están sellados entre sí.

21. El fotobiorreactor de conformidad con la reivindicación 19, en el que dichos subcompartimientos están conectados para permitir el transporte limitado de líquido y/o gas entre los subcompartimientos.

22. El fotobiorreactor de conformidad con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 21, en el que el fotobiorreactor comprende medios para dividir temporalmente el fotobiorreactor en dos o más subcompartimientos.