Procedimiento para la producción de biomasa y fotobiorreactor para el cultivo de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos.

Procedimiento para la producción de biomasa a partir de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos,

en elcual se cultivan organismos o células contenidos en una suspensión en un fotobiorreactor suministrando energía enforma de luz natural o artificial y, al menos, CO2 como nutriente gaseoso y se cosecha la biomasa después del cultivo delos organismos o células mediante la separación de la suspensión, introduciendo en circulación la suspensión durante elcultivo de los microorganismos o células en el fotobiorreactor, mientras la suspensión se dispersa mediante al menos unórgano de dispersión en una zona superior de un espacio de cultivo del fotobiorreactor, el movimiento descendente de lasuspensión efectuado por la fuerza de gravedad se retrasa en el espacio de cultivo para una exposición intensa de losorganismos o células a la luz que entra en el espacio de cultivo o la producida en él y para la exposición a la o lassustancias nutritivas gaseosas a través de, al menos, un elemento de espacio interior dispuesto adecuadamente en elespacio de cultivo y la suspensión acumulada en el suelo del espacio de cultivo se introduce nuevamente mediante unsistema de bombeo, al menos, en un órgano de dispersión, caracterizado por el hecho de que la suspensión esrealizada por las estructuras formadas para ello del o de los elementos de espacio interior del espacio de cultivo para laformación de una multitud de gotas, donde los componentes de la suspensión convertidos en gotas durante el paso alespacio de cultivo respectivamente recorren por lo menos una vez el ciclo de goteo que presenta los estadios siguientes

a. Formación de la gota en la estructura prevista para ello en el espacio de cultivo,

b. Agrandamiento de la gota hasta un tamaño máximo, exponiéndose los organismos o células contenidos en las gotasa la luz y a la o las sustancias nutritivas gaseosas durante el agrandamiento de la gota y reproduciéndose.

c. Desprendimiento de la gota en una zona de recogida en el suelo del espacio de cultivo o en otra estructura de unelemento de espacio interior que produce gotas.

Procedimiento para la producción de biomasa y fotobiorreactor para el cultivo de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos [0001] La invención se refiere a un procedimiento para la producción de biomasa a partir de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos. Sin ser limitada, como consecuencia de esto, la invención se refiere particularmente a la producción de biomasa de plantas inferiores, como microalgas o musgos. Además, la invención se refiere a un fotobiorreactor que se usa para el cultivo de los organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos en la realización del procedimiento.

La producción de biomasa a partir de organismos o células fotoautótrofos y mixotróficos, particularmente de microalgas, cobra cada vez más importancia. La biomasa producida en este caso se utiliza entretanto para los fines más diversos. Esta sirve, por ejemplo, para la fabricación de suplementos alimenticios y de alimentos de alta calidad nutritiva, como aditivo para medicamentos dermatológicos o productos cosméticos o para la fabricación de recursos energéticos. Los componentes centrales de las instalaciones correspondientes para la producción de biomasa son biorreactores para el cultivo de organismos o células. Mientras que los biorreactores correspondientes en el pasado se diseñaban, en general, según escalas de laboratorio y, por consiguiente, con una capacidad de producción relativamente más pequeña, actualmente se fuerza la creación de dispositivos para la producción grande de biomasa. Respecto a la fabricación de biomasa sobre la base de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos existe, por lo tanto, el problema de disponer de fotobiorreactores que dispongan, por un lado, de un gran volumen para el cultivo de los organismos o células y en los que, por otra parte, a pesar de las grandes cantidades de biomasa producidas dentro del reactor durante el transcurso del cultivo se garantice un suministro suficiente y uniforme a los organismos o células a cultivar de sustancias nutritivas necesarias requeridas para ello y de luz.

Una posibilidad conocida de la producción de biomasa consiste en la aplicación de bioreactores tubulares, en los que se introduce una suspensión con los organismos o células a través de tubos de vidrio dispuestos en un espacio del reactor atravesado por la luz. Bien es verdad que se disponen de buenas condiciones de cultivo mediante los reactores tubulares de vidrio correspondientes con vistas al suministro de luz y sustancias nutritivas para los organismos, sin embargo, dichos reactores son más bien inadecuados para la producción en masa de biomasa, particularmente desde el punto de vista de los costes.

Además es conocido mantener en rotación una suspensión con organismos o células para el suministro de sustancias nutritivas y luz de tal manera que se bombea continuamente una parte de la suspensión desde un depósito en el fondo de un biorreactor en forma de caldera o de un fotobiorreactor y se pulveriza por encima del depósito hacia dentro del espacio de reactor donde se han introducido sustancias nutritivas y luz y, finalmente, las gotitas de la suspensión que se forman de la pulverización caen nuevamente en el depósito a causa de la fuerza de gravedad. Durante su movimiento descendente desde uno de los órganos de dispersión que sirven para la pulverización hacia el depósito del suelo del reactor, los organismos o células asimilan las sustancias nutritivas en forma de gas introducidas en el espacio de reactor en las gotitas y la luz que ilumina el espacio de reactor o que le aporta mediante iluminación artificial. Tal concepto se describe por ejemplo en el documento US 2008/0254529 A1. Según la solución divulgada en el fascículo citado, se registran las sustancias nutritivas gaseosas en el área de la cara superior del espacio del reactor y se pulveriza la suspensión mediante una boquilla dispuesta en una zona intermedia.

Un perfeccionamiento de este concepto consiste en dispersar la suspensión con organismos y células introducida en un ciclo en la zona superior de un espacio de cultivo del fotobiorreactor mediante órganos de dispersión adecuados (por ejemplo pulverizadores) y en retrasar el movimiento descendente de la suspensión efectuado por la fuerza de gravedad mediante la incorporación de elementos de espacio interior apropiados o instalaciones en el espacio de cultivo, para que se garantice una exposición intensa de los organismos o células a las sustancias nutritivas y la luz introducidas en el reactor. Conforme a soluciones conocidas, los elementos de espacio interior previamente citados se tratan por ejemplo de una multitud de cintas de tejido dispuestas paralelamente las unas a las otras y que se extienden verticalmente, conocidas como matrices o Sheets. En las cintas de tejido que generalmente constan de un material hidrófilo se inmovilizan, al menos parcialmente, los organismos o células de la suspensión dispersada por encima de estas cintas de tejido. De esta manera, estos están expuestos de forma intensa por mucho tiempo a la luz producida directamente en el reactor o la luz introducida en él y a las sustancias nutritivas. Sin embargo, con la creciente yuxtaposición de biomasa en las cintas de tejido se perjudica cada vez más el flujo de luz a través del reactor o su espacio de cultivo. Particularmente las cintas de material no dispuestas en las áreas externas se van ensombreciendo, por lo tanto, cada vez más, de modo que no existen condiciones de cultivo óptimas para la biomasa sedimentada en ellas. Además, en los biorreactores, en los cuales se inmovilizan los organismos o células en las cintas de material correspondientes de la manera previamente descrita, resulta que la cosecha de biomasa una vez terminado el procedimiento de cultivo es, en comparación, costosa. Por lo tanto la biomasa correspondiente se lava, por ejemplo, mediante limpiadoras de alta presión de las cintas de material. Esto es costoso y requiere, en general, la acción de la mano de obra humana para la cosecha.

El objeto de la invención es indicar una solución alternativa para la producción grande de biomasa, la cual está configurada de manera que permite particularmente, también con el cultivo de cantidades muy grandes de biomasa, la disposición de condiciones de cultivo favorables y, no obstante, permite en comparación una estructura sencilla de instalaciones de producción correspondientes. A tal objeto se debe indicar un procedimiento y disponer un fotobiorreactor para el cultivo de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos.

La tarea se resuelve a través de un procedimiento con las características de la reivindicación principal. Un fotobiorreactor que resuelve la tarea se caracteriza a través de la primera reivindicación. Configuraciones o perfeccionamientos ventajosos de la invención se dan a través de las respectivas reivindicaciones secundarias. Al contrario que los organismos autótrofos, que se nutren ellos mismos de sustancias inorgánicas, los organismos o células fotoautótrofos se nutren y se reproducen bajo la influencia de energía, particularmente luz, y a través de la asimilación de dióxido de carbono particularmente. De acuerdo con su nombre, los organismos mixotróficos representan una mezcla, los cuales pueden asimilar, además de dióxido de carbono, también sustancias orgánicas y, por lo tanto, activar en general la fotosíntesis. El procedimiento se refiere, por consiguiente, a la producción de biomasa a partir de organismos o células, cuyo crecimiento y reproducción tiene lugar en cada caso durante la fotosíntesis y mediante el suministro de sustancias nutritivas, como particularmente dióxido de carbono. El procedimiento sirve preferiblemente para la producción de biomasa a partir de microalgas fotoautótrofas o mixotróficas sin, sin embargo, como inicialmente ya se ha explicado, estar limitado por ello.

Según el procedimiento propuesto para la producción de biomasa a partir de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos, los organismos o células se cultivan en una suspensión que se mantiene en circulación en un fotobiorreactor. Durante el cultivo, se suministra energía en forma de luz natural o artificial y, al menos, CO2 como nutriente gaseoso a los organismos o células durante la circulación de la suspensión. A tal objeto, la suspensión se dispersa mediante, al menos, un órgano de dispersión en una zona superior de un espacio de cultivo del fotobiorreactor. El movimiento descendente de la suspensión dispersada efectuado por la fuerza de gravedad en el espacio de cultivo se retrasa a través de, al menos, un elemento de espacio interior adecuado dispuesto en el espacio de cultivo, para que se garantice una exposición intensa de los organismos o células a la... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de biomasa a partir de organismos o células fotoautótrofos o mixotróficos, en el cual se cultivan organismos o células contenidos en una suspensión en un fotobiorreactor suministrando energía en forma de luz natural o artificial y, al menos, CO2 como nutriente gaseoso y se cosecha la biomasa después del cultivo de los organismos o células mediante la separación de la suspensión, introduciendo en circulación la suspensión durante el cultivo de los microorganismos o células en el fotobiorreactor, mientras la suspensión se dispersa mediante al menos un órgano de dispersión en una zona superior de un espacio de cultivo del fotobiorreactor, el movimiento descendente de la suspensión efectuado por la fuerza de gravedad se retrasa en el espacio de cultivo para una exposición intensa de los organismos o células a la luz que entra en el espacio de cultivo o la producida en él y para la exposición a la o las sustancias nutritivas gaseosas a través de, al menos, un elemento de espacio interior dispuesto adecuadamente en el espacio de cultivo y la suspensión acumulada en el suelo del espacio de cultivo se introduce nuevamente mediante un sistema de bombeo, al menos, en un órgano de dispersión, caracterizado por el hecho de que la suspensión es realizada por las estructuras formadas para ello del o de los elementos de espacio interior del espacio de cultivo para la formación de una multitud de gotas, donde los componentes de la suspensión convertidos en gotas durante el paso al espacio de cultivo respectivamente recorren por lo menos una vez el ciclo de goteo que presenta los estadios siguientes

a. Formación de la gota en la estructura prevista para ello en el espacio de cultivo,

b. Agrandamiento de la gota hasta un tamaño máximo, exponiéndose los organismos o células contenidos en las gotas a la luz y a la o las sustancias nutritivas gaseosas durante el agrandamiento de la gota y reproduciéndose.

c. Desprendimiento de la gota en una zona de recogida en el suelo del espacio de cultivo o en otra estructura de un elemento de espacio interior que produce gotas.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se cultivan microalgas fotoautótrofas o mixotróficas para la producción de biomasa.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la suspensión se realiza a través de una configuración correspondiente de los elementos de espacio interior y/o un control correspondiente de su dispersión mediante, al menos, un órgano de dispersión para la formación en su mayoría de gotas lenticulares.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que la suspensión se transforma por una configuración correspondiente de los elementos de espacio interior en una formación de gotas en forma de niebla.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por el hecho de que las gotas formadas en las estructuras correspondientes del espacio de cultivo se desprenden de estas mediante el efecto de vibraciones o sacudidas con golpes para la cosecha de la biomasa y la suspensión recogida con los organismos o células contenidos en ella en el suelo del espacio de cultivo se suministra a los medios para la separación de los organismos o células de la suspensión.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado por el hecho de que las gotas se desprenden de las estructuras del espacio de cultivo mediante ultrasonidos accionados en estas estructuras.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 hasta 4, caracterizado por el hecho de que las gotas formadas en las correspondientes estructuras del espacio de cultivo se desprenden de estas para la cosecha de la biomasa y que la suspensión recogida en el suelo del espacio de cultivo con los organismos o células contenidos en ella se suministra a los medios para la separación de los organismos o células de la suspensión.

8. Fotobiorreactor para el cultivo de organismos o células fotoautótrofos, con un espacio de cultivo (1) que está atravesado por luz natural o luz artificial producida desde fuera o desde dentro del espacio de cultivo y al cual se le proporciona, al menos, CO2 como nutriente gaseoso, con al menos un órgano de dispersión (2) , mediante el cual se dispersan los organismos o células contenidos en una suspensión para la exposición a la luz y a la o las sustancias nutritivas gaseosas en una zona superior del espacio de cultivo, con al menos un elemento de espacio interior (3, 31, 3n, 7) dispuesto en el espacio de cultivo (1) , a través del cual o los cuales se retarda el movimiento descendente de la suspensión efectuado por la fuerza de gravedad en el espacio de cultivo (1) y un sistema de bombeo (5) , a través del cual se introduce la suspensión recogida en el suelo del espacio de cultivo (1) para la realización de una circulación en el fotobiorreactor nuevamente a, al menos, un órgano de dispersión (2) , caracterizado por el hecho de que, al menos, un elemento de espacio interior (3, 31, 3n, 3n) con una estructura de rejilla, de criba o de red extendido horizontalmente está dispuesto en el espacio de cultivo (1) debajo de, al menos, un órgano de dispersión (2) , por la cual se produce la suspensión introducida en el espacio de cultivo (1) con los organismos o células para la formación de una multitud de gotas (4) , que aumentan de tamaño después de su origen y se desprenden respectivamente tras alcanzar un tamaño de gota máximo en una zona de recogida (6) en el suelo del espacio de cultivo o sobre otra estructura de un elemento de espacio interior (3, 31, 3n) que genera gotas (4) y está dispuesta en el espacio de cultivo (1) .

9. Fotobiorreactor según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que varios elementos de espacio interior (3, 31, 3n) que se extienden horizontalmente en el espacio de cultivo (1) están dispuestos en cascada, uno debajo de otro, cada uno con una estructura de rejilla, de criba o de red.

10. Fotobiorreactor según la reivindicación 8 o 9, caracterizado por el hecho de que la estructura de rejilla, de criba o de red de, al menos, un elemento de espacio interior horizontal (3, 31, 3n) se compone de un material hidrófobo.

11. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 8 hasta 10, caracterizado por el hecho de que la estructura de

rejilla, de criba o de red de, al menos, un elemento de espacio interior horizontal (3, 31, 3n) se compone de un material transparente.

12. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 8 hasta 10, caracterizado por el hecho de que la estructura de rejilla, de criba o de red de, al menos, un elemento de espacio interior horizontal (3, 31, 3n) se compone de un material 10 conductor de luz.

13. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 8 hasta 12, caracterizado por el hecho de que varias redes, cuerdas, cintas o cadenas (7) que se extienden verticalmente hacia abajo desde la estructura de rejilla, de criba o de red horizontal de uno o el último elemento de espacio interior (3, 31, 3n) están dispuestas en el espacio de cultivo (1) , sobre las cuales caen hacia abajo las gotas (4) de la suspensión que se desprenden de la respectiva estructura de rejilla, de criba o de red horizontal, en la dirección de la zona de recogida (6) del espacio de cultivo (1) .

14. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 8 hasta 13, caracterizado por el hecho de que este presenta un emisor de ultrasonido, cuyas vibraciones ultrasónicas influyen en el desprendimiento de las gotas (4) que quedan en la 20 estructura de rejilla, de criba o de red de, al menos, un elemento de espacio interior (3, 31, 3n) .

15. Fotobiorreactor según una de las reivindicaciones 8 hasta 12, caracterizado por el hecho de que este presenta un soplador para el desprendimiento de la estructura de rejilla, de criba o de red de, al menos, un elemento de espacio interior (3, 31, 3n) .