ES2402494B1 - Procedimiento de producción de biomasa y aparato utilizado en dicho procedimiento. - Google Patents

Procedimiento de producción de biomasa y aparato utilizado en dicho procedimiento. Download PDF

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Abstract

Procedimiento de producción de biomasa y aparato utilizado en dicho procedimiento.#La invención se refiere a un procedimiento para acelerar la producción de biomasa a partir de cultivo de microalgas, utilizando para la puesta en práctica de dicho procedimiento un reactor específicamente diseñado para el mismo, en el que se introduce un cultivo de agua con microalgas, con nutrientes y CO{sub,2} y por cuyo interior se hace pasar una corriente continua.

Description

"PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA y APARATO UTILIZADO EN DICHO PROCEDIMIENTO"
Objeto de la Invención.
Más concretamente, la invención se refiere a un procedimiento para acelerar la producción de biomasa a partir de cultivo de microalgas, utilizando para la puesta en práctica de dicho procedimiento un reactor específicamente diseñado para el mismo, en el que se introduce un cultivo de agua con microalgas, con nutrientes y C02, y por cuyo interior se hace pasar una corriente continua.
Estado de la Técnica.
Como
consecuencia del agotamiento del modelo
energético
actual, basado en el petróleo y sus
derivados,
ha proliferado una pluralidad de nuevos
procesos para la obtención de energía a partir de otras materias primas, preferentemente las renovables, buscando además de alternativas, el minimizar el impacto ambiental de manera que su utilización y consumo no afecte al ecosistema como consecuencia de la generación de residuos consecuencia de su utilización.
Ej emplo de lo anterior es la energía eólica junto con la energía solar, en sus vertientes térmicas, termoeléctrica, y fotovoltaica que han registrado continuos y prometedores avances, que permiten augurar nuevas posibilidades de abastecimiento de energía. Otro ejemplo de energía alternativa es la que se basa en el cultivo de microalgas para la producción y obtención de biocombustibles, por sus innumerables ventaj as que es muchos aspectos complementaria del resto de las energías renovables, ya que aborda uno de los aspectos de más difícil resolución con otras tecnologías; un combustible para el transporte de forma sostenible y barata.
Tal y como ya se conoce, las microalgas son organismos que viven en el agua tanto la dulce como la salada en ambientes terrestres de elevada humedad. La naturaleza de las microalgas en la naturaleza, es de suma importancia, ya que gracias a la fotosíntesis, son capaces de transformar la materia inorgánica en materia orgánica utilizando para esto la energía del sol, la cual queda almacenada en sus estructuras biológicas y es aprovechada posteriormente por seres que se alimentan de ella.
En el proceso de fotosíntesis utilizando la energía del sol, se combina el C02 atmosférico con el agua, y como resultado se produce oxígeno que libera a la atmósfera azucares, que las microalgas emplearán para la producción diferentes sustancias como la celulosa que configura su estructura, aceites y otras.
Las microalgas tienen una tasa de multiplicación muy elevada, las cuales son capaces de absorber y almacenar una gran cantidad de energía del sol, existiendo tres modalidades de cultivo de algas, cultivo
en
estanques y balsas al aire libre, el cultivo
en
invernaderos
y finalmente el cultivo en
fotobioreactores.
Desde
el punto de vista industrial el cultivo en
.fotobioreactores
es el que goza de mayor aceptación por
su productividad, y consiste en conductos transparentes aislados del exterior en los cuales se desarrollan las
microalgas. Estos tubos se colocan en el exterior para captar mejor la cantidad de radiación solar. Un sistema controlado informáticamente se encarga de suministrar a las microalgas C02 y nutrientes para optimizar al máximo su productividad.
El cultivo microalgas presenta por tanto una serie de ventajas importantes respecto a la utilización de otros productos agrícolas que se emplean en la actualidad, en primer lugar presentan una productividad
mucho
mayor que el empleado en cualquier otro tipo de
materia
orgánica, en segundo lugar no emite C02 a la
atmósfera,
en tercer lugar la producción de
biocombustible
a partir de microalgas, no afecta en
absoluto
al mercado de alimentos, y finalmente no
precisa
de madera de los árboles y por tanto no va en
contra de
los bosques.
Los productos derivados del cultivo de las microalgas con fines energéticos más relevantes son el biodiesel, el bioetanol, la biomasa, y el biopetróleo.
Finalidad de la Invención.
La finalidad de la invención es la de contar con un procedimiento novedoso para la producción industrial de biomasa con un aporte energético prácticamente nulo, y sin repercusiones en el medio ambiente.
Otra finalidad de la invención es el reactor utilizado en dicho procedimiento, diseñado específicamente para la puesta en práctica del mismo.
Descripción de la Invención.
Uno de los obj etos de la invención es un procedimiento para incrementar el ritmo de
multiplicación
de las algas, en agua dulce, con la
aportación
de C02, nutrientes, y la aplicación de un
campo
eléctrico de baj o voltaj e. La aplicación de un
campo eléctrico de baj o voltaj e según el procedimiento obj eto de la invención, se ha revelado como un factor que incrementa notablemente la multiplicación de las microalgas y consecuentemente el volumen de biomasa generado.
Otro de los objetos de la invención es el diseño de un nuevo tipo de bioreactor que físicamente sea el adecuado para la puesta en práctica de dicho procedimiento, el cual está formado por dos tapas, de cada una de las cuales emerge perpendicularmente una embocadura, entre dichas tapas y rodeando las embocaduras una funda transparente de polietileno para el aprovechamiento de la energía solar o material similar, arriostradas a la embocadura mediante las correspondientes abrazaderas.
En una de las tapas se ha previsto la entrada de gas C02 mediante la correspondiente válvula de retención, la del agua mediante una válvula de interrupción, la de nutrientes con una válvula de interrupción y un nivel para el control del agua en el interior del bioreactor.
En el interior del bioreactor se dispone de un cátodo en forma de espiral, con entrada y conexión eléctrica por una de las tapas con una fuente de corriente continua, y comunicando con el exterior se ha previsto de un tubo de aireación, que opcionalmente puede equiparse con un ventilador extractor para evitar que la temperatura interior del bioreactor pueda exceder de un valor aceptable, y producir la muerte de las
microalgas. La tensión de la corriente continúa que circula por el cátodo está comprendida entre 0,5 y 1,5 voltios.
Opcionalmente el bioreactor puede trabajar en serie con otros bioreactores, para lo cual se comunica un bioreactor con el siguiente, mediante un simple conducto dotado de una válvula de interrupción.
Otros detalles y características se irán poniendo de manifiesto en el transcurso de la descripción que a continuación se da, en los que se hace referencia a los dibujos que a esta memoria se acompañan, en los que se muestra a título ilustrativo pero no limitativo una representación gráfica de la invención.
Descripción de las figuras.
La figura n° 1 es una vista frontal en alzado de un bioreactor (10), por una de sus tapas (11), en la cual
(11) se dispone la entrada (20) de gas C02, la entrada de H20 (21), la entrada de nutrientes (27), la salida de H20 (23) Y el nivel (26).
La figura nO 2 es una vista en planta superior del bioreactor (10), cuando trabaja en serie con un segundo bioreactor (22), unidos mediante el conducto (29), y la válvula de interrupción (30).
La figura nO 3 es una vista lateral en alzado de una tapa (13) de un bioreactor (10), dotada dicha tapa
(13) de una embocadura cilíndrica (28).
Sigue a continuación una relación de las distintas partes de la invención que se identifican en las figuras anteriores mediante los números correspondientes; (10) bioreactor, (11 -12) tapas de (10), (13 -14) tapas de
(22), (15) funda transparente, (16) cátodo, (17) tubo,
(18) ventilador, (19) célula solar, (20) entrada C02, (21) entrada H20, (22) bioreactor secundario, (23) salida de H20, (24) volumen interior del bioreactor
(10),
(25) volumen interior, (26) control de nivel, (27)
entrada
nutrientes, (28) embocadura, (29) conducto, (30)
válvula de
interrupción.
Descripción de la Invención.
En una de las realizaciones preferidas y tal y como puede verse en la figura n° 1 un bioreactor (10) según la invención comprende un cuerpo formado por unas tapas
(11-12), cuyas embocaduras (28) son rodeadas por los extremos con una funda de polietileno o material similar transparente para el paso de la luz solar (15), en cuyo volumen interior (25) de (10), se dispone de un cátodo
(16) en forma de espiral, aunque son posibles otras configuraciones del mismo. Merced a la configuración en forma de espiral el cátodo (16) hace las veces de medio de sustentación de la funda (15) del bioreactor (10).
El material elegido para el cátodo (16) es el acero inoxidable, aunque es posible la fabricación en hilo de hierro, aunque la utilización de éste último ha revelado inconvenientes, como consecuencia de que el oxido generado por dicho hilo puede acabar matando las microalgas, por todo lo cual el acero inoxidable se ha elegido como más adecuado para el paso de corriente.
En una de las tapas por ej emplo la (13), se ha mecanizado los correspondientes orificios, para la entrada (20) del gas C02, para lo cual en dicha entrada
(10)
se colocará la correspondiente válvula de retención no representada en las figuras, también en la misma tapa
(13)
se dispone la entrada de agua (21) con una válvula
de interrupción no representada en las figuras, y finalmente una salida de agua (23) de H20, para el vaciado del bioreactor (10), los nutrientes pueden incorporarse al interior del bioreactor aprovechando la entrada del agua y su válvula de interrupción. Para el
control
del nivel de líquido en el interior del
bioreactor
(lO) se ha previsto también en la tapa (11)
de un nivel
(26).
La
multiplicación de las microalgas merced a la
foto síntesis requiere un control de la temperatura interior del bioreactor, para lo cual se ha previsto que el volumen interior (25) pueda airearse mediante un tubo de ventilación (17) Y en su interior un electro ventilador (18), que se alimenta mediante una célula solar (19), tal y como puede verse en la figura nO 1.
El procedimiento según es uno de los objetos de la invención comprende al menos las siguientes operaciones:
Llenado del bioreactor (10) con agua y micro-algas. Suministro de nutrientes al interior del bioreactor
(10) . Suministro de C02 al interior del bioreactor (10) Creación de un campo eléctrico para el paso de una corriente continúa por el interior del cátodo (16), a partir de una fuente de corriente continua.
El procedimiento por el cual trabaja el bioreactor
(10) consiste en el llenado de (10) mediante agua con microalgas por la entrada (21), la misma puede ser automática utilizando electro válvulas por control remoto, así como el vaciado por la salida (23). Así mismo la entrada de C02 y de nutrientes (20) y (27)
respectivamente, puede automatizarse y programarse con la correspondiente centralita electrónica, sin que varíe la esencialidad del procedimiento.
Alternativamente el procedimiento puede llevarse a
5 la práctica en plan industrial mediante la conexión en serie de varios bioreactores (10), uniéndolos mediante un conducto (29) y una válvula de interrupción (30) tal y como puede verse en la figura n° 2, y automatizando el conj unto mediante una central electrónica que gobierne
10 la respectivas entradas y salidas de agua, entradas de nutrientes, entradas de gas C02, sin prácticamente precisar energía ya que la misma se puede obtener de células solares tales como la (19)
Descrita suficientemente la presente invención en
15 correspondencia con las figuras anexas, fácil es comprender que podrán realizarse en la misma, cualesquiera modificaciones de detalle que se estimen convenientes, siempre y cuando no se altere la esencia de la invención que queda resumida en las siguientes
20 reivindicaciones.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1 a
    "PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA", de
    los
    que utilizan las microalgas, las cuales se
    multiplican
    mediante la fotosíntesis a través de la
    irradiación solar en un medio acuoso tal como el agua, caracterizado en que dicho procedimiento comprende al menos las siguientes operaciones:
    Llenado del bioreactor con agua y micro-algas.
    Suministro de nutrientes al interior del bioreactor.
    Suministro de C02 al interior del bioreactor.
    Creación de un campo eléctrico para el paso de una corriente continúa por el interior de un cátodo, a partir de una fuente de corriente continua.
    Apertura y cierre de entrada de gas, nutrientes,
    gas, C02 gobernada por una centralita electrónica.
    2a
    -
    "PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA" según la la reivindicación, caracterizado en que la tensión de la corriente continúa que circula por el cátodo está comprendida entre 0,5 y 1,5 voltios.
    3a
    -
    "PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA" según la 2 a reivindicación, caracterizado en que el cátodo presenta forma de espiral y se coloca por debaj o de la funda de material transparente del bioreactor.
    4 a "APARATO UTILIZADO EN EL PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA" según la la reivindicación, caracterizado en que el cuerpo bioreactor comprende entre dos tapas provistas de una embocadura presente en una de sus caras un volumen interior delimitado por una funda de material transparente cuyos extremos abarcan
    dichas embocaduras mediante las correspondientes abrazaderas, en cuyo interior se dispone un cátodo conectado a una fuente de corriente continua, proveyéndose en una de las tapas la entrada y salida de agua, la entrada de nutrientes, la entrada de gas C02, y
    el
    control del nivel interior del líquido presente en
    el
    interior del cuerpo del reactor mediante
    el
    correspondiente nivel.
    Sa
    "APARATO UTILIZADO EN EL PROCEDIMIENTO DE
    PRODUCCION DE BIOMASA" según la anterior reivindicación, caracterizado en que el cuerpo del bioreactor incorpora un conducto de ventilación provisto de un electroventilador en su parte superior, alimentado el mismo por la energía generado por una célula solar.
    6a
    "APARATO UTILIZADO EN EL PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE BIOMASA" según la sa reivindicación, caracterizado en que alternativamente en plan industrial el aparato utilizado comprenderá la conexión en serie de varios bioreactores, uniéndolos mediante un conducto y una válvula de interrupción, y automatizando el conj unto mediante una central electrónica que gobierne la respectivas entradas y salidas de agua, entradas de nutrientes, entradas de gas C02, sin prácticamente precisar energía ya que la misma se puede obtener de células solares.
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