Algas

FOTOBIORREACTOR PARA EL CULTIVO CONTINUO DE MICROALGAS

Hoy dentro de nuestra sección de Patentes Verdes os dejamos una nueva invención del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), relacionada con las energías renovablesFotobiorreactor para el cultivo en continuo de microalgas y sistema modular que comprende dichos fotobiorreactores.

La invención se puede incluir en el campo de la acuicultura, en particular en el campo del cultivo de microalgas. El objeto de la invención se centra en un fotobiorreactor para el cultivo en continuo de microalgas, así como en un sistema modular que comprende dichos fotobiorreactores.

En los últimos años, se han hecho avances en el diseño conceptual de fotobiorreactores para el cultivo de microalgas, en general se considera que para llevar a cabo la producción masiva de microalgas es imprescindible seleccionar adecuadamente el diseño de reactor que se va a utilizar. Para ello se deben tener en cuenta una serie de parámetros función del microorganismo que se va a emplear, como condiciones óptimas de crecimiento y resistencia a variaciones ambientales, así como parámetros económicos, tales como valor del producto obtenido, capital inmovilizado necesario, costos de operación estimados, etc.

ENERGIA---MICROALGAS

Las áreas de trabajo en este campo implican:

- Caracterización fluidodinámica y de transferencia de materia y energía.

- Cuantificación de los fenómenos de estrés a que se ven sometidas las células.

- Determinación de la disponibilidad de luz por las células individuales.

- Determinación y control de las variables de operación (pH, temperatura, CO2, O2 etc.)

- Productividad del sistema.

Estas áreas están interrelacionadas, así la caracterización fluidodinámica y transferencia de materia y energía influye y a la vez estará determinada por el estrés producido en las células o sus necesidades en cuanto a temperatura y también sobre las variables de operación a controlar como nivel y remoción de oxígeno, CO2 y control de pH, etc. Todo ello influye en la productividad del sistema. En general, en un mismo fotobiorreactor es posible establecer diferentes condiciones de mezclado para manipular el régimen de iluminación y así la tasa de fotosíntesis. Los sistemas basados en la aireación del cultivo con aire comprimido (airlift), se emplean comúnmente por su sencillez y porque pueden diseñarse para inducir un esfuerzo de corte pequeño que no cause daño mecánico a las células.

El problema técnico que se plantea trata de la necesidad de producción de microalgas con una relación producto/coste optimizada mediante el diseño de fotobiorreactores que permitan alcanzar alta productividad media sin forzar el cultivo, a unos costes moderados y con un grado de automatización y control elevado, de tal manera que se posibilite la optimización de una curva de crecimiento en unas condiciones, si bien no enteramente axénicas, al menos acotadas y fiables, además de escalabilidad.

Descripción de la invención

La invención resuelve el problema técnico planteado por medio de un fotobiorreactor modular para el cultivo en continuo de microalgas cuyo funcionamiento está basado en la conjunción de una columna de burbujeo y de un sistema de riego localizado. Por una parte, la columna se burbujeo se asimila en la invención a una planta receptora de medio de cultivo (riego y abonado) de un sistema de riego localizado y, por otra parte, por medio de la invención se adapta un sistema de riego por goteo a un cultivo acuícola, obteniéndose en un sistema de riego por inundación controlada dentro de una cámara de cultivo, dado que l microalga objeto del cultivo vive sumergida. Un posterior drenaje se identifica con la cosecha o recolección.

La invención resuelve el problema técnico de obtener cultivos de microalgas en un fotobiorreactor con productividad moderadamente alta y alta escalabilidad y sin necesidad de elevadas inversiones, debido a su facilidad de implantación a su bajo coste y su versatilidad, así como a su capacidad para reutilizar materias primas alternativas, en ocasiones obtenidas de la propia explotación, como son las cenizas de poda o salmueras de desaladora. Adicionalmente, el empleo del fotobiorreactor de la invención posibilita una rentabilidad elevada que permite alcanzar una relación producto/coste optimizada debido a que dicho biorreactor no ejercita elevados esfuerzos cortantes sobre las células del cultivo, requiere bajo mantenimiento y posee alto grado de automatización, permitiendo además una densidad de cultivo (litros/m2) igual o mayor que el sistema de estanques con una superficie de iluminación tres veces mayor.

Se aplica preferentemente a sistemas cerrados, puesto que permiten un mejor control de las condiciones de operación. Dentro de los sistemas cerrados, son aún más preferidos los de tipo de fotobiorreractor con forma de columna de burbujeo, de mezcla continua y de tipo modular, lo que permite el escalado por medio agrupación modular de fotobiorreactores.

Como se ha comentado anteriormente, la invención trata de un sistema modular de fotobiorreactores cerrados para el cultivo de microalgas en un medio de cultivo continuo. Los biorreactores se conectan entre sí en serie o en paralelo según módulos que, a su vez, se pueden agrupar en sectores, etc. de forma que cada unidad superior de agrupación a partir de un simple fotobiorreactor está controlada por un programador.

El circuito de aireación permite suministrar CO2 en el interior de la cámara de cultivo y retirar a su vez O2 de dicha cámara de cultivo. Dicho circuito de aireación comprende un compresor y un filtro, a través de los cuales el aire exterior se impulsa hacia el fondo de la cámara de cultivo y posteriormente hacia el exterior en forma de burbujas, con un caudal regulable en intensidad y en tamaño de burbujas, por medio del compresor y de unos difusores. La regulación del circuito de aireación es independiente del control establecido por el programador.

FUENTE | OEPM

SISTEMA DE REACTOR ABIERTO PARA EL CULTIVO DE MICROALGAS

Hoy dentro de nuestra sección de Patentes Verdes, os queremos presentar la última invención de la Universidad de Alicante, un nuevo Sistema de reactor abierto para el cultivo de microalgas.

La invención se puede incluir en el campo técnico de la obtención de microalgas. Asimismo, la invención tiene cabida en el campo del acondicionamiento y recuperación de entornos naturales deteriorados. El objeto de la invención consiste en un sistema de reactor abierto para el cultivo de microalgas que permite la recuperación de entornos naturales deteriorados.

Estos organismos son fuente de bioproductos de gran importancia económica. Algunas especies almacenan elevadas concentraciones de lípidos. Su contenido en proteína es por término medio del 65% en base seca, superior al de otros alimentos naturales y presentan una elevada concentración de vitaminas, minerales y otros nutrientes. También contienen ácido gammalinoleico, estimulante de las prostaglandinas, reguladoras de la actividad de las células del organismo. Algunas especies contienen luteína, que puede reducir el riesgo de diversos tipos de cáncer, enfermedades cardíacas y oftalmológicas.

ENERGIA - MICROALGAS

Adicionalmente, en los últimos años se ha manifestado su potencial como fuente energética, dado su elevado contenido en sustancias de elevado valor energético. Así, por ejemplo, el aceite acumulado por las microalgas, tras un proceso de transesterificación, podría ser destinado a la producción de biodiesel (10-11), y los residuos aprovechados por su poder calorífico, e incluso las microalgas pueden ser utilizadas directamente como combustible en los sistemas adecuados o como fuente de materias primas en procesos térmicos.

Entre los sistemas abiertos de producción industrial de biomasa, destacan los de tipo carrusel, constituidos por circuitos cerrados de canales poco profundos (15-20 cm.), donde el medio de cultivo es impulsado mediante paletas, requiriéndose grandes áreas de terreno (500-5000 m2) (19), pero tienen como ventaja el bajo costo de producción de biomasa algal (20). Sin embargo, presentan varios inconvenientes: baja productividad, fácil contaminación, difícil recuperación del producto de medios diluidos y dificultad para el control de temperatura. Estos sistemas deben ser sembrados con un caudal y una concentración de algas adecuada al crecimiento en el tiempo previsto.

Existen numerosas actuaciones de diversos organismos oficiales sobre barrancos y cauces de ríos seco, con desvíos de los mismos por infraestructuras viales, accesos a distintas zonas urbanas o por otros conceptos. Frecuentemente, se encuentran en estado virgen o deteriorado, incluso en zonas próximas a núcleos urbanos. El mantenimiento de estos entornos no es siempre el adecuado y se encuentran, a menudo, descuidados, sucios e incluso obstruidos, lo que los hace infuncionales y peligrosos.

Descripción de la invención

La invención resuelve los inconvenientes anteriormente mencionados por medio de un sistema de reactor abierto para el cultivo de microalgas que comprende un reactor abierto consistente en un espacio natural, tal como un barranco, una zona medioambientalmente degradada o el cauce de un río, convenientemente habilitados para funcionar como reactor abierto.

La utilización o habilitación de estos parajes naturales para su uso como reactores para el cultivo de algas aporta la ventaja de mantenerlos en unas condiciones operativas como un cauce limpio, libre de obstáculos y facilita la evacuación de las acumulaciones de agua de las riadas de su origen y su destino actual.

El sistema de reactor abierto para el cultivo de microalgas objeto de la presente invención comprende:

- Un reactor abierto que soporta el cultivo de microalgas produciendo un cultivo final de microalgas a partir de un cultivo de sembrado

- Medios de sembrado para aportar un cultivo de sembrado al reactor abierto

- Medios de aporte de agua

- Medios de aporte de nutrientes

FUENTE | www.oepm.es

MICROALGAS PARA LA PRODUCCION DE BIOMASA

La utilización de microalgas para la producción de biomasa como otro tipo de energías renovables, es una idea antigua, que tuvo sus orígenes en la década de los 70 del pasado siglo, a raíz de la primera crisis del petróleo de 1973, realizándose trabajos de investigación en diversos laboratorios del mundo para tratar de producir biocombustibles líquidos o gaseosos.
La biomasa producida puede servir como materia prima para la obtención de biocarburantes, piensos y productos alimenticios, así como para futuras biorrefinerías. También puede utilizarse en funciones de sumidero de gases de efecto invernadero, principalmente dióxido de carbono (CO2) y óxidos de nitrógeno procedentes de instalaciones industriales, con mínimo riesgo para operarios y para el entorno.
A pesar del creciente interés por su cultivo todavía no se ha llegado a un sistema comercial capaz de producir biomasa de microalgas a precios competitivos para hacer viable desde un punto de vista económico la producción de biocombustibles.

Para lograr una alta producción de biomasa de microalgas, hay que controlar los siguientes factores limitantes:
a) Iluminación adecuada de las microalgas, necesaria para realizar la fotosíntesis y que la energía de la radiación luminosa se transforme en energía química para obtener electrones activados, entre otros productos.
b) Suministro continuo de CO2 durante la fase de iluminación de las microalgas, necesario para aceptar los electrones activados y producir las moléculas iniciales del metabolismo fotosintético (azúcares).
c) Eliminación del oxígeno formado en la fotosíntesis para no afectar por fotorrespiración la capacidad fotosinté-
tica de las microalgas.
d) Temperatura adecuada para el tipo de microalgas que se quiera cultivar (las hay psicrófilas, mesófilas y termófilas).
e) Nutrientes en proporción y cantidad adecuada.
f) Características físico-químicas del medio de cultivo (principalmente pH, conductividad y salinidad).
Como última novedad en este campo, y llegar a la producción de biomasa de microalgas a gran escala, la Universidad Politécnica de Madrid ha desarrollado el:

Fotobiorreactor laminar para la producción de microalgas.
biomasa produccion algas

Es un fotobiorreactor modular para producción de microalgas especialmente indicado para absorber gases de emisión de alto contenido en anhídrido
carbónico (CO2). Está basado en la recirculación continua de un medio líquido que contiene microalgas a través de láminas de tejido que facilitan la absorción de CO2 y la iluminación de las microalgas. La invención permite que dichos gases se puedan aportar al cultivo desde el interior de la cámara. Presenta las ventajas de que ofrece alta eficiencia en la iluminación de las algas, permite el fácil intercambio de CO2 desde los gases de emisión al cultivo y es aplicable a gran escala y con bajo coste.
FUENTE| ORGANISMO DE PATENTES | YOUTUBE
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ABONO DE ALGAS Y RESTOS DE PESCADO Y MATERIAL LIGNOCELULOSICO

En el campo de la energías renovables, dentro de la estrategia “Recursos naturales y gestión de residuos” del VI Programa Ambiental Europeo (2001- 2010), la reintroducción de residuos en el ciclo productivo y económico, mediante el reciclado o su devolución al medio de forma útil, es una acción prioritaria para lograr la sostenibilidad de los sistemas agrícolas.

El mar provee de una gran cantidad de recursos, uno de los cuales lo constituyen las algas que, arrastradas por las mareas y la acción del viento, arriban a las costas. Las algas han sido empleadas durante siglos como abono natural en numerosas regiones costeras de todo el mundo (Zemke-White & Ohno, 1999; McHugh, 2003), debido a su capacidad fertilizante, a la mejora que producen en la estructura del suelo y al aporte de micronutrientes y activadores del crecimiento.

Al igual que las algas, en las zonas de costa, los restos de pescado también han sido utilizados tradicionalmente como abono, dada su riqueza en elementos nutritivos (nitrógeno y fósforo, fundamentalmente) y su rápida descomposición.


abono algas y pescado


Hoy en día, existen en el mercado distintos fertilizantes cuya materia prima son harinas de pescado, productos autorizados con carácter excepcional para ser utilizados en agricultura ecológica (Reglamento CEE 2092/91).

Por ello la empresa, Pescados Rubén S.L, ha patentado un procedimiento de elaboración de abono ecológico a base de algas, restos de pescado y material lignocelulósico.

Este comprende una serie de etapas, que gracias a las cuales se obtiene un producto estable, maduro y apto para su empleo en la agricultura como fertilizante orgánico y exento de cualquier aditivo químico.


Etapas del procedimiento:

  • Se superponen capas de algas, de restos de pescado y de un material lignoce- lulósico, tal como corteza de pino. Esta etapa tiene lugar a temperatura y presión ambientales, hasta obtener una pila de aproximadamente 1 m de altura.
  • Voltear la pila semanalmente durante un tiempo de 2 meses hasta obtener un compost aireado, mezclado y homogéneo.
  • Maduración y volteo quincenal de los materiales de partida, durante otros 2 meses, hasta obtener un compost estable y maduro. Esta etapa incluye controles de pH, humedad, conductividad eléctrica y concentraciones de carbono y nitrógeno. En esta etapa simplemente se busca que la pila madure y se voltea cada 15 días.
  • Por último, se procede a un cribado del compost obtenido en la etapa anterior mediante el empleo de un tamiz de luz de malla de 20 mm, a fin de obtener un abono homogéneo y fácilmente incorporable al terreno que se va a fertilizar.
Tanto los restos de pescado como las algas presentan una relación C/N (carbono/nitrógeno) por debajo de los niveles que se consideran óptimos para que se produzca un compost de calidad (20-30). Por ello, en la primera etapa del procedimiento, se interpone una capa de material lignocelulósico entre las capas de algas y restos de pescado. Así, para elevar esta relación C/N se utiliza material lignocelulósico, tal como, corteza de pino con un tamaño de partícula de 10-35 mm. La proporción preferible y apropiada de restos de pescado, algas y corteza de pino es de 1:1:3. Con esta proporción se obtiene una relación C/N óptima para el buen desarrollo del proceso de compostaje.

FUENTE | ORGANISMO DE PATENTES
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