Fotobiorreactor para el cultivo de algas.

Fotobiorreactor para el cultivo de algas.

De tipo tubular cerrado,

está destinado a uso en interiores iluminados por LEDS. Está formado por varios tramos tubulares (5) enfrentados y conectados entre sí por sus extremos, dotados de boquillas de suministro (6) ubicadas en su base, así como una línea de suministro de CO2 (7), una línea de suministro de nutrientes (8) y varias líneas de suministro de agua acondicionada térmicamente (9), que se distribuyen próximas y a lo largo del recorrido del conducto tubular, que están conectadas a las mencionadas boquillas de suministro (6) y dotadas de válvulas de paso. Estas válvulas están controladas por una unidad de control que regula el suministro adicional de CO2, nutrientes y agua acondicionada térmicamente a los diferentes tramos tubulares (5), en función de las necesidades del proceso de cultivo, a la vista de las señales detectadas por unos sensores distribuidos por el conducto tubular.

Fotobiorreactor para el cultivo de algas

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un fotobiorreactor de tipo tubular diseñado para el cultivo de algas.

El objeto de la invención es el diseño de un fotobiorreactor cerrado destinado a su funcionamiento en interiores con iluminación por LEDs, de forma ininterrumpida y totalmente automatizada, con monitorización permanente de las variables del proceso, y control de la realimentación de CO2 y de nutrientes, así como de la temperatura del agua a lo largo de todo el recorrido del fotobiorreactor, así como con control del espectro de luz LED.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La producción ininterrumpida de aceite y biomasa de algas requiere tres fases diferenciadas: producción de algas, recogida de producto y procesamiento para la generación de aceite y biomasa para su uso, con el fin de producir biodiesel, cosméticos, productos farmacéuticos y otros productos.

En la actualidad el cultivo de algas se realiza fundamentalmente en estanques al aire libre, así como en fotobiorreactores fabricados con plástico o vidrio, que pueden presentar configuraciones tubulares con diámetros que varían principalmente desde los 10 cm hasta los 30 cm.

Estos sistemas se instalan generalmente en el exterior y funcionan mediante el bombeo de agua y algas, por un circuito en el que se inyecta dióxido de carbono en el tanque a través del cual se bombea. Con la acción de soleamiento se cultivan las algas a lo largo de dicho circuito. Sin embargo, estos sistemas no tienen ningún control sobre los espectros de luz a los que se ven sometidas las algas, ni sobre la cantidad de nutrientes, ni del dióxido de carbono que precisan, y tampoco controlan, ni determinan, la temperatura del agua en la que se produce el cultivo.

Para un mayor control sobre los espectros de luz y para un adecuado control de la temperatura se contempla de forma alternativa la ubicación del fotobiorreactor en interiores, donde se aplica luz artificial con ausencia de los espectros infrarrojo y ultravioleta dañinos para las algas, y donde se controla cuando menos la temperatura del local en el que se encuentra ubicado el fotobiorreactor.

Asimismo y al objeto de proteger las algas se conoce el empleo de fotobiorreactores configurados por un circuito cerrado, de modo que, a diferencia de los sistemas abiertos y exteriores, se consigue proteger las algas de microorganismos y otros agentes dañinos que tienen efectos negativos sobre el crecimiento de las algas, así como evitan la infectación de las algas.

Sin embargo en estos sistemas se plantea el problema de controlar de manera óptima en el fotobiorreactor los parámetros característicos del proceso asociado al cultivo de las algas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El fotobiorreactor que constituye el objeto de esta invención es de tipo tubular cerrado y está diseñado para funcionar ininterrumpidamente en el interior de un local, en el cual se encuentran: los tanques de almacenamiento situados al principio del fotobiorreactor y los circuitos de procesamiento del producto ubicados al final del fotobiorreactor para producir aceite y biomasa del alga.

A diferencia de otros fotobiorreactores, el fotobiorreactor objeto de esta invención está automatizado en su totalidad para controlar el proceso de cultivo en cada uno de los tramos del fotobiorreactor, mediante la toma de datos y realimentación en cada uno de esos tramos, de los elementos y parámetros característicos del proceso de cultivo de las algas, preferentemente de la cantidad de nutrientes, cantidad de dióxido de carbono que precisa, y de la temperatura del agua en la que se produce el cultivo.

Constituye por tanto un objeto de la invención la particular disposición del conducto tubular del fotobiorreactor e instalaciones complementarias que facilitan la medida y suministro de nutrientes, dióxido de carbono y agua acondicionada térmicamente a lo largo de los tramos que definen el conducto tubular del fotobiorreactor, así como su regulación mediante una unidad de control.

Asimismo constituye un objeto de la invención la propia configuración del conducto tubular, en combinación con las instalaciones arriba citadas, para su uso en interiores, en los que la iluminación se realiza mediante el uso luminarias LED colocadas longitudinalmente encima del conducto tubular y de unos reflectores que emiten el haz de luz a los laterales del conducto tubular.

La unión entre tramos tubulares y la conformación del propio conducto tubular en general, se realiza de modo que se garantice siempre la hermeticidad del fotobiorreactor, evitando que se produzca cualquier tipo de contaminación externa.

El fotobiorreactor dispone por tanto de luminarias tipo LED que permiten eliminar la acción dañina de la luz infrarroja y ultravioleta sobre las algas. Dichas luminarias proporcionan un espectro de 400Nm a 700Nm para así permitir una fotosíntesis óptima de modo ininterrumpido y producir algas cada hora. Se ha previsto que el fotobiorreactor incorpore asimismo, en la unidad de control, unos medios que regulen la activación de las luminarias LEDs situadas en correspondencia con el conducto tubular, que controlen dos tipos de LED, (rojo y azul) , con 2 espectros diferentes, de modo que se regule cual debe ser el espectro activo en cada momento y en los tramos del conducto más adecuados, para favorecer el crecimiento de las algas en función de su tamaño.

Este fotobiorreactor se ubica preferentemente en un edificio cerrado en el que normalmente se mantendrá una temperatura ambiente entre 15 y 20ºC permanentemente, en cualquier caso el propio fotobiorreactor incorpora, a diferencia de otros sistemas, un sistema de control que garantiza en todo momento una temperatura óptima del agua a lo largo de todos los tramos del conducto tubular del fotobiorreactor.

El fotobiorreactor está conectado a un tanque principal o incubadora en el que se almacena agua desclorada, algas y nutrientes, mezclado con dióxido de carbono, que se introduce en el fotobiorreactor de tal modo que la composición química resultante proporcione un crecimiento de algas máximo.

Con este motivo y a lo largo del circuito del fotobiorreactor se ha previsto la disposición de una serie de sensores que miden los parámetros característicos del proceso, situados por ejemplo cada 6 metros lineales de fotobiorreactor, y que los transmiten a una unidad de control que de forma totalmente automatizada inyecta dióxido de carbono y/o nutrientes y/o agua caliente o fría, en función del ritmo de crecimiento de algas, en distintos tramos del fotobiorreactor, lo que determina un ritmo de crecimiento óptimo, obteniendo así una producción superior a otros sistemas.

Los sensores se ubicarán preferentemente en la zona donde se establece la unión entre tramos tubulares.

El fotobiorreactor dispone además de un sistema de autolimpieza mediante inyectores de barrido que permite un funcionamiento ininterrumpido que no es posible en otros sistemas de circuitos cerrados.

Todo el proceso, desde la introducción de las algas en el fotobiorreactor hasta la producción de biodiesel se realiza por tanto de forma totalmente automatizada.

Por otra parte es de destacar que el conducto tubular del fotobiorreactor presenta una sección de configuración trapecial, con sus lados laterales de inclinación convergente inferiormente, en el que dichos laterales están fabricados con vidrio térmico para reducir al máximo las pérdidas de calor del agua en el interior del fotobiorreactor. Este conducto tubular está dividido en varios tramos, que pueden ser de unos 12 metros, y cada de uno de dichos tramos presenta en su base unas boquillas de suministro convenientemente distribuidas que dan paso a la entrada de CO2 o agua o nutrientes, según la línea de suministro que esté conectada.

El tamaño y configuración de la sección del conducto tubular, en combinación con la ubicación de las boquillas de suministro en la base de cada tramo, facilita un movimiento adecuado de las algas dando lugar a una producción óptima.

El conducto tubular incorpora un tramo tubular de salida de mayor tamaño que el resto de tramos tubulares, que constituye un depósito de almacenamiento y separación para separar el caudal de algas aceitosas que se dirigen a continuación al circuito de procesamiento, solo un 10%, mientras que el resto del caudal, el 90%, es dirigido nuevamente al tanque principal. Con esta finalidad se dimensionan las bocas de salida de dicho tramo tubular de salida, contando con unas bocas de salida superiores para el caudal dirigido al circuito de procesamiento y con varias bocas de salida inferiores, de mayor superficie que...

1. Fotobiorreactor para el cultivo de algas para su uso en interiores, que comprende unas luminarias (11) tipo LED (11) , y un conducto tubular cerrado hermético sobre el que se encuentran las luminarias, formado por varios tramos tubulares (5) enfrentados y conectados entre sí por sus extremos, caracterizado porque comprende adicionalmente:

unas boquillas de suministro (6) ubicadas en la base de los tramos tubulares (5) ,

una línea de suministro de CO2 (7) , una línea de suministro de nutrientes (8) y varias líneas de suministro de agua acondicionada térmicamente (9) , que se distribuyen próximas y a lo largo del recorrido del conducto tubular, que están conectadas a las mencionadas boquillas de suministro (6) , y que están dotadas de válvulas de paso.

una serie de sensores uniformemente distribuidos por el conducto tubular que detectan la necesidad de incorporar nutrientes, de CO2 y de aumentar o descender la temperatura del agua, y

una unidad de control, a la que llegan las señales de los sensores, y que actúa automáticamente sobre las válvulas de paso de las líneas de suministro (7, 8, 9) para suministrar un aporte adicional de CO2, nutrientes o agua acondicionada térmicamente a los diferentes tramos tubulares (5) , en función de las necesidades del proceso de cultivo a la vista de las señales detectadas por los sensores.

2. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque las líneas de suministro de agua acondicionada térmicamente (9) se prolongan independientemente en correspondencia con diferentes sectores del conducto tubular.

3. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque las líneas de suministro de agua acondicionada térmicamente (9) se distribuyen en correspondencia con cada sector longitudinal paralelo del conducto tubular.

4. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con las reivindicaciones 2 o 3 caracterizado porque cada una de las líneas de suministro de agua acondicionada térmicamente (9) se encuentra vinculada a una unidad de calentamiento (10) .

5. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicaciones 3 y 4 caracterizado porque la unidad de calentamiento (10) se ubica al final de cada sector en posición opuesta a la ubicación del tramo tubular de entrada del fotobiorreactor.

6. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque cada uno de los tramos tubulares (5) muestra una sección de configuración trapecial, con sus lados laterales de inclinación convergente inferiormente.

7. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 6 caracterizado porque los lados laterales están fabricados con vidrio térmico.

8. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicaciones 6 o 7 caracterizado porque cada uno de los tramos tubulares (5) dispone de al menos una tapa superior (13) abatible respecto a una de los lados laterales que permite el acceso a su interior.

9. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque dispone de un tramo tubular (5) inicial dotado en su cara frontal de una serie de aberturas (14) uniformemente distribuidas, destinadas a recibir a otros tantos conductos que transportan el producto que se introduce en el fotobiorreactor.

10. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque las luminarias (11) comprenden dos tipos de LED, rojo y azul, con 2 espectros diferentes, y la unidad de control dispone de medios que regulan la activación de estas luminarias (11) de dos tipos de LED en diferentes tramos tubulares (5) del conducto.

11. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el conducto tubular incorpora un tramo tubular de salida de mayor tamaño que el resto de tramos tubulares, que constituye un depósito de almacenamiento y separación dotado de unas bocas de salida superiores para separar el caudal de algas aceitosas, y con varias bocas de salida inferiores, de mayor superficie de paso que las bocas de salida superiores.

12. Fotobiorreactor para el cultivo de algas de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el conducto tubular comprende en su parte superior uniformemente distribuidas unas válvulas de escape para facilitar la salida del exceso de oxigeno y/o de presión.