ES2632402B1 - Fotobiorreactor autónomo - Google Patents

Abstract

Fotobiorreactor autónomo de tamaño reducido, transportable y ubicable en cualquier tipo de localización, constituido por una carcasa de protección exterior y que internamente dispone de una pluralidad de tuberías cilíndricas que albergan el medio líquido con microalgas que realizan la fotosíntesis; tiras de iluminación artificial bajo las tuberías; una bomba de recirculación del medio líquido de las tuberías; un concentrador de medio gaseoso con un filtro antibacteriano y con sensores de medición de datos del medio gaseoso; un tanque de biomasa del circuito con sensores de medición, bomba que expulsa el posible exceso de medio líquido; una bomba de llenado y vaciado manual del circuito generado por las tuberías; y un módulo procesador de control del fotobiorreactor, con medios para el envío telemático de los datos obtenidos en el circuito que pueden ser gestionados a distancia por aplicaciones informáticas y diversos dispositivos electrónicos al mismo tiempo.

Description

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DESCRIPCIÓN

FOTOBIORREACTOR AUTÓNOMO

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un fotobiorreactor autónomo de tamaño reducido que es un dispositivo trasladable y capacitado para ser gestionado autónomamente mediante un procesamiento informático y diferentes herramientas como sensores, bombas y módulos electrónicos. Este dispositivo permite su funcionamiento en un vehículo en marcha, con lo que está ideado para ser integrado dentro de un cofre homologado capacitado para amortiguar eficazmente las vibraciones del movimiento propias del vehículo, para posteriormente ser instalado estáticamente si así se desea donde el usuario precise, dentro o fuera del cofre, dada su naturaleza trasladable, por ejemplo, en campos de absorción de polución o en edificios, o ser utilizado de manera continua mientras es trasladado.

El presente dispositivo permite recoger la biomasa generada, drenar, reponer o recircular el medio líquido de microorganismos con otros dispositivos que pudieran estar apilados, por tanto, la presente invención está orientada al sector industrial medioambiental que está relacionado con el tratamiento de la polución o depuración acuífera autónoma sobre un medio gaseoso o medio líquido, inyectado en un medio de microorganismos acuáticos que realicen el proceso de fotosíntesis, a la vez que produce biomasa; y además está orienta a todas aquellas industrias que hacen uso de esta biomasa, como pueden ser la alimentación, energética o la farmacéutica.

Estado de la técnica

En los últimos tiempos, es conocido por la sociedad en general la problemática de la reducción de las emisiones de CO2 y otros gases nocivos como los de la familia SOx o NOx, la depuración de aguas residuales, cubrir la demanda energética de una manera sostenible, junto con la necesidad de poder alimentar a una población en rápido crecimiento, siendo estas algunas de las principales prioridades a escala mundial.

En este sentido, una de las maneras de luchar contra esta problemática es procesar la polución. Para ello, se destaca la utilización de sistemas de diversas tipologías de cultivos de microorganismos acuáticos con tecnología que no solo captura, sino que también transforma

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dichas capturas en biomasa mediante la fotosíntesis, estando comprobado que la eficiencia de absorción mediante estos sistemas puede llegar a ser de hasta el orden de 200 veces más que mediante el empleo de árboles, para el caso del CO2.

Así mismo, además del CO2, se pueden existen otros gases nocivos como son los de la familia NOx y SOx que pueden ser procesados igualmente con microalgas, y que llevan por ejemplo a restricciones de circulación por polución. Las microalgas también se utilizan para procesar (depurar) aguas residuales.

Los fotobiorreactores actuales tienen la problemática de las enormes dimensiones requeridas, lo cual implica unos costes de instalaciones extremadamente elevados que en ocasiones pueden llegar a ocupar la extensión de varios campos de fútbol; estos sistemas están pensados para estar centralizados en una única ubicación fija; y están pensados para ser ubicados o emplazados en explotaciones acuíferas. A modo de ejemplo se destaca el registro WO2015092093 que define un fotobiorreactor de grandes dimensiones, que no es transportable y que realiza un trabajo centralizado, y que además está emplazado en un medio acuático.

Cara a intentar solucionar estas problemáticas se han desarrollado diferentes soluciones, por ejemplo la divulgada en el registro WO2011/138477 que define un fotobiorreactor modular basado en la circulación de agua en un medio que dispone de una pluralidad de láminas de tejido, que si bien soluciona el problema de poder descentralizar dicha captura de emisiones, requiere de una instalación de grandes dimensiones que no es transportable y que requiere de un material interno que requiere de elevados costes de mantenimiento, además de requerir de elementos complementarios, como depósitos añadidos, que hacen que el sistema en sí sea de grandes dimensiones.

También se destaca el registro EP2491107 que divulga un fotobiorreactor en forma de troncocónica tridimensional de gran tamaño que dispone de una pluralidad de mangueras enrolladas helicoidalmente y que cuyo funcionamiento se basa en medios de intercambio de calor y requieren de distancias determinadas para el correcto funcionamiento del sistema. Si bien esta solución no requiere de ser instalada en un medio acuático, presenta un dispositivo de grandes dimensiones no transportable y que se basa en una estructura tridimensional cuyo funcionamiento no es gestionable a distancia. En este sentido también se destaca la patente EP2616534 que presenta un fotobiorreactor configurado para captar luz directamente desde

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el exterior por medio de unas carcasas translúcidas, y que se basa también en un funcionamiento por intercambio de calor.

Teniendo en cuenta los antecedentes existentes en el estado de la técnica, el sistema que se define en la presente invención resuelve la problemática de los costes debido su pequeño tamaño; permite obtener una solución descentralizada al poder instalarse en cualquier vehículo dotado de espacio para un cofre de techo, maximizando así el procesamiento de polución a gran escala de forma distribuida; no requiere ser ubicado en un medio acuático; permite controlar los factores que mantienen la supervivencia de los microorganismos del medio acuático por medios telemáticos instalados en el propio dispositivo, y que permiten monitorizar en tiempo real todos estos valores, generar alarmas y aumentar la eficiencia; puede ser llenado o drenado por medio de la oportuna bomba manual y 2 llaves de paso que se conectan a los tanques y al propio sistema; y por tanto se consigue un dispositivo versátil, capaz de ser ubicado en cualquier lugar, usando o no el cofre de techo, debido a su autonomía depende de una batería, lo que lo hace independiente y autónomo a cualesquiera especificaciones eléctricas, y se concibe como una inversión rentable y amortizable en el tiempo para los usuarios de los dispositivos gracias a la generación de biomasa, a la vez que las empresas (industrias antes mencionadas) pueden hacer uso de esta biomasa para generar multitud de productos y servicios.

Descripción de la invención

La invención consiste en un fotobiorreactor de tamaño reducido y autónomo que está constituido por un circuito hidráulico cerrado que dispone de una pluralidad de tuberías cilíndricas interconectadas con un serie de tanques, concentradores, bombas y diferentes sensores, estando todo gestionado y controlado por un sistema de procesamiento sensorizado incorporado en el mismo sistema, y todos estos elementos están protegidos por una carcasa o cofre de seguridad exterior homologado que permite su transporte, y su correcta ubicación en el lugar donde el usuario desee.

Teniendo en cuenta estos aspectos anteriores se empieza por definir la carcasa o cofre de seguridad exterior, consistente en una placa base, que es extraíble, una tapa superior o cofre que permite que el conjunto cierre, y una estructura media entre la tapa y la placa base. La placa base soporta todo el sistema mediante abrazaderas y tornillos, y dispone de muelles o cilindros hidráulicos que permiten amortiguar las vibraciones producidas cuando el dispositivo

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es transportado en un vehículo, y que permiten también el asegurar de manera correcta la ubicación del sistema en un lugar inestable. El material de estos elementos de la carcasa es aislante y reflectante para maximizar la iluminación interna del sistema. Otra particularidad este dispositivo es que permite que sea aprovechable la luz solar y su instalación al aire libre, para lo cual solo ha de abrirse la tapa superior, o también pudiéndose extraer la placa base y funcionar sin el cofre, lo cual a su vez permite que se puedan apilar diversos dispositivos similares para mejorar la funcionalidad del sistema.

Internamente, el dispositivo está constituido por un circuito cerrado que dispone de diversos elementos, en concreto:

- Una pluralidad de tuberías cilíndricas transparentes interconectadas entre sí, y se presentan en un único plano y están ubicadas en paralelo presentado una forma serpenteante y cerrada, siendo estas tuberías cilíndricas las que albergan en un medio líquido una o más especies de microalgas, que son las que permiten que se realice la fotosíntesis con la que se reduce el CO2 u otros gases, como NOx o SOx del aire;

- Un medio de iluminación artificial bajo las tuberías, consistentes preferentemente en tiras de iluminación que se aplica directamente en las tuberías;

- Una bomba de recirculación del medio líquido por todo el circuito cerrado que generan las tuberías;

- Un concentrador de medio gaseoso o inyector de burbujas al circuito, que es un elemento que está constituido por una bomba de aire que inyecta medio gaseoso al circuito hidráulico, al menos un tubo de absorción de aire o medio gaseoso del exterior, un filtro antibacteriano previo a la inyección de gas en el circuito de las tuberías, un sensor de la calidad del aire y un sensor de medición de diversas características del gas, como es el CO2, NOx o SOx;

- Un tanque o almacén de biomasa, que es un elemento que está constituido por un tubo de salida del medio gaseoso ya procesado, dispone de un sensor de pH del medio líquido, dispone de sensor de salida de mediciones del gas como CO2, NOx o SOx, un tapón de rosca que permite acceder al interior del tanque para diversas labores que puedan ser necesarias o para recoger la biomasa generada u observarla, y una bomba esclavo automática extractora del exceso de medio líquido con una salida exterior;

- Una bomba manual de llenado y vaciado, con sendas llaves de paso hacia el interior o exterior del sistema, para su accionamiento;

- Un módulo procesador de la información captada por los anteriores elementos definidos, que dispone de un medio para el envío telemático de los datos sensorizados;

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una tarjeta de memoria para almacenar los datos de los sensores en el tiempo; un sensor de temperatura del conjunto del sistema; un sensor de humedad del conjunto del sistema; un sensor del nivel de iluminación existente; un relé manejado por el módulo procesador para activar/desactivar el componente de conexión eléctrica del tipo borna; este componente de conexión eléctrica del tipo borna accionado por el relé del módulo procesador y que va desde la fuente de alimentación y alimenta o no al fotobiorreactor si los datos sensorizados por el módulo procesador así lo indican; y un protector o carcasa exterior que protege estos elementos;

- Una fuente de alimentación eléctrica externa, que puede ser una batería, ser alimentada directamente por la red eléctrica o desde el propio vehículo que integra el dispositivo; y

- Un elemento de protección eléctrica y de circuito conectado desde el exterior a la carcasa protectora exterior del dispositivo.

Los diversos componentes del dispositivo son tales que la bomba de circulación, como su nombre indica, mueve el medio líquido que obtiene y lo recircula constantemente por todo el circuito y tanque. La bomba de llenado/drenaje, que es manual, se emplea en combinación con dos llaves de paso para llenar o drenar rápidamente el sistema. La bomba esclavo de exceso de medio se encuentra dentro del tanque, y se emplea para expulsar automáticamente el posible aumento de medio que podría colapsar el sistema.

Por otro lado, el concentrador o inyector de burbujas con filtro antibacteriano se utiliza para introducir el medio gaseoso a tratar en el sistema, para ser procesado. Esta componente recibe diversos tubos de absorción colocados simétricamente con los que dispone el cofre homologado, además de incluirse dentro un sensor de calidad del aire y de CO2, SOx o NOx.

Además, el tanque se utiliza para dar salida al gas procesado, ya sea CO2, SOx o NOx, para medir el PH, para acumular biomasa, para dar soporte a la bomba esclavo de exceso de medio y para, a través de una tapadera, acceder para posibles labores de mantenimiento u observar/extraer biomasa con facilidad para su análisis/evaluación.

Teniendo en cuenta estos aspectos, el funcionamiento del sistema es tal que cuando el módulo procesador recibe corriente eléctrica por el circuito de protección externo de la fuente, este se inicia a los pocos segundos y recibe los valores sensorizados de PH, iluminación, temperatura, humedad, calidad del aire, gases entrantes y salientes. Esta información es

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comprobada automáticamente regularmente. Los valores son almacenados con hora y fecha en la memoria interna y son enviados inalámbricamente para que diferentes aplicaciones informáticas o dispositivos puedan conectarse y mostrar los resultados, con posibilidad de lanzar alertas.

Si el módulo procesador detecta que los valores no se encuentran dentro de los necesarios para la fotosíntesis, como por ejemplo por no haber iluminación, el sistema dispara el relé que desactiva la conexión eléctrica general del tipo borna de funcionamiento del fotobiorreactor, bomba de recirculación, iluminación, concentrador y bomba esclavo extractora de exceso de medio líquido, para su revisión por parte del usuario.

Si el módulo procesador detecta que los valores son los adecuados para la fotosíntesis, entonces activa el relé que habilita la conexión eléctrica general del tipo borna de funcionamiento del fotobiorreactor (bomba de recirculación, iluminación, concentrador y bomba esclavo extractora de exceso de medio líquido), que se pone o sigue en funcionamiento, y se controlan y gestionan nuevamente todos los datos recibidos por los sensores y el resto de componentes del sistema.

El sistema permite apilar otros dispositivos idénticos por las llaves de entrada/salida mediante el sistema de la bomba manual de llenado/vaciado, o en sistemas no similares, como para por ejemplo tratar medio líquido de aguas residuales.

Por otro lado, un usuario puede conectarse vía inalámbrica y observar y gestionar los resultados. Esto es posible porque la información sensorizada es recibida constantemente y se presenta de tal forma que puede mostrar alarmas cuando los valores que se den no sean compatibles con la fotosíntesis, para avisar de la necesidad de revisión del sistema. Además, se puede calcular y mostrar la eficiencia de procesamiento porcentual, que es la división entre medio saliente y el entrante, todo multiplicado por 100. La conexión requiere preferentemente de una contraseña. El sistema permite que dichos datos sean gestionados a distancia por diversos dispositivos electrónicos al mismo tiempo, las aplicaciones informáticas permiten mostrar la información y lanzar alertas, y permite en sí la gestión integral a distancia del dispositivo.

Para acabar, el dispositivo puede funcionar en un vehículo, dentro de la carcasa o cofre con iluminación artificial, para ir absorbiendo emisiones de manera eficiente. A más vehículos

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circulando con este dispositivo, mayor impacto se obtendrá en las emisiones globales de una manera masiva y distribuida. Aunque también puede ir sin carcasa, con iluminación solar, instalado estáticamente tal como lo están por ejemplo los parques solares con placas fotovoltaicas o en los tejados de las edificaciones de nueva construcción, sin olvidar la posible aplicación en áreas públicas. Es importante tener en cuenta el procesamiento de biomasa para primero amortizar la inversión, y luego producir beneficios mediante aquellas empresas que hacen uso de ella para generar multitud productos.

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña como parte integrante de la misma un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:

Fig.1 es una representación en perspectiva libre del fotobiorreactor abierto.

Fig.2 es una representación de una planta del fotobiorreactor.

Fig.3 es un detalle ampliado de una zona de la figura anterior.

Fig.4 es una representación de un alzado lateral del fotobiorreactor abierto.

Fig.5 es una representación de un alzado lateral del fotobiorreactor cerrado.

Descripción de las figuras

Las figuras 1 y 2 representan una realización preferente del fotobiorreactor autónomo de tamaño reducido objeto de la presente invención. Tal como se puede observar en dichas figuras, este dispositivo está protegido por una carcasa (3) de protección, compuesta por una placa base (31), una tapa superior (no representada), y una estructura media (310) entre la placa base (31) y la tapa, permitiendo dicha carcasa de protección que sea transportable, por ejemplo, en un vehículo.

La Figura 2, en combinación con la primera figura, muestra los diferentes elementos que componen internamente el fotobiorreactor, pudiendo observarse además de la carcasa (3) de protección con la placa base (31), y hay una pluralidad de medios de sujeción (32), como por

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ejemplo abrazaderas, que fijan el dispositivo a la placa base (31) o a la estructura media (310), y que dispone de muelles o cilíndricos hidráulicos (33) laterales y/o inferiores que permiten amortiguar las vibraciones producidas cuando el dispositivo es transportado en un vehículo, y permiten también el asegurar de manera correcta la ubicación del sistema en un lugar inestable.

En estas figuras 1 y 2, se puede observar que internamente es un circuito cerrado e interconectado constituido por la unión de una pluralidad de tuberías cilíndricas (11) transparentes interconectadas entre sí ubicadas preferiblemente en paralelo, y siendo estas tuberías cilíndricas (11) las que albergan en un medio líquido una o más especies de microalgas; un medio de iluminación artificial (12) bajo las tuberías, consistente preferentemente en tiras de iluminación que se aplica directamente en las tuberías; una bomba de recirculación (13) del medio líquido por todo el circuito cerrado que generan las tuberías cilíndrica (11); un concentrador (14) de medio gaseoso, o inyector de burbujas al circuito, que es un elemento que está constituido por una bomba de aire (141) que inyecta medio gaseoso al circuito hidráulico, al menos un tubo de absorción de aire (142) o medio gaseoso del exterior, un filtro antibacteriano (143) previo a la inyección de gas en el circuito, un sensor de la calidad del aire (144) y un sensor de medición del gas (145); un tanque (15) o almacén de biomasa, que es un elemento que está constituido por un tubo de salida del medio gaseoso (151) ya procesado, dispone de un sensor de pH (152) del medio líquido, dispone de sensor de salida del gas (153), un tapón (154) que permite acceder al interior del tanque para diversas labores que puedan ser necesarias y/o para recoger la biomasa generada o poder observarla, y una bomba extractora (155) del exceso de medio líquido con una salida exterior; una bomba de llenado y vaciado manual (16), con sendas llaves de paso (161) para su accionamiento; un módulo procesador (2) de la información captada por los anteriores elementos definidos, que dispone de un medio para el envío telemático (21) de los datos sensorizados; una tarjeta de memoria (22) para almacenar los datos de los sensores en el tiempo; un sensor de temperatura (23) del dispositivo; un sensor de humedad (24) del dispositivo; un sensor de iluminación (25); un componente de conexión eléctrica (26) del tipo borna que son los circuitos a la fuente de alimentación, a los sensores y su protección eléctrica, un relé (27) para activar/desactivar el componente de conexión eléctrica del tipo borna, y un protector (28) exterior que protege estos elementos; además de medios de alimentación eléctrica y un elemento de protección eléctrica y de circuito conectado desde el exterior a la carcasa protectora exterior del dispositivo (no representados).

La figura 3 representa un detalle ampliado de la zona interna del fotobiorreactor, en concreto la zona donde se pueden ver los elementos que componen tanto el módulo procesador (2) como el concentrador (14).

5 Teniendo en cuenta estas tres primeras figuras, se puede observar como el circuito de las tuberías cilíndricas (11) está en conexión tanto con la bomba de recirculación (13), como con la bomba de llenado y vaciado (16), como con el tanque (15) y el concentrador (14), quedando también el módulo de procesador (2) en conexión con los diferentes sensores, principalmente ubicados en el tanque (15) y concentrador (14).

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Las figuras 4 y 5 representan la realización del dispositivo cuando se ubica sin tapa superior (o extraído del cofre con la placa base) (Figura 4) y se aprovecha la iluminación solar; o cuando se ubica en un vehículo y/o es transportado (Figura 5), para lo cual el dispositivo queda protegido por la tapa superior (34).

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   REIVINDICACIONES

   1. - Fotobiorreactor autónomo, que es ubicable en cualquier tipo de localización, y que incorpora un circuito cerrado interno con un medio líquido que alberga una o más especies de microalgas que se encargan de realizar la fotosíntesis con la que se reduce el gas entrante como CO2, NOx o SOx del aire, siendo este fotobiorreactor alimentado eléctricamente por medio de baterías o directamente a una red eléctrica, y que se caracteriza porque está constituido por:

   - una carcasa (3) de protección exterior formada por una placa base (31), una tapa superior (34) y una estructura media (310) entre la placa base (31) y la tapa (34), disponiendo de una pluralidad de muelles o cilíndricos hidráulicos (33) laterales y/o inferiores de amortiguación de vibraciones exteriores y estando conformada con materiales aislantes y reflectantes; y que en el que en el interior de la carcasa (3) dispone de

   - una pluralidad de tuberías cilíndricas (11) dispuestas en paralelo, las cuales albergan el medio líquido;

   - tiras de iluminación artificial (12) bajo las tuberías (11) y enfocadas a dichas tuberías (11);

   - una bomba de recirculación (13) del medio líquido en conexión con las tuberías (11);

   - un concentrador (14) de medio gaseoso o inyector de burbujas al circuito de las tuberías (11), constituido por una bomba de aire (141) que inyecta medio gaseoso al circuito hidráulico, al menos un tubo de absorción de aire (142) o medio gaseoso del exterior; un filtro antibacteriano (143), y unos sensores de medición de datos del medio gaseoso;

   - un tanque (15) o almacén de biomasa del circuito de las tuberías (11), constituido por un tubo de salida del medio gaseoso (151), una pluralidad de sensores de medición de datos del tanque, un tapón (154) de acceso al interior del tanque, y una bomba extractora (155) del exceso de medio líquido con una salida exterior;

   - una bomba de llenado y vaciado manual (16) del circuito generado por las tuberías (11);

   - un módulo procesador (2) de con un medio para el envío telemático (21) de los datos sensorizados (11), que dispone de una tarjeta de memoria (22); una pluralidad de sensores un componente de conexión eléctrica (26), un relé (27) para activar/desactivar el componente de conexión eléctrica (26), y un protector (28) exterior.
2. 2. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que dispone de medios de sujeción (32) que fijan las tuberías cilíndricas (11) a la placa base (31).

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3. 3. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que dispone de medios de sujeción (32) que fijan las tuberías cilíndricas a la estructura media (310).
4. 4. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el concentrador (14) dispone de un sensor de calidad del aire de entrada (144).
5. 4.- Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el concentrador (14) dispone de un sensor de los gases de entrada (145).
6. 6. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el tanque (15) dispone de un sensor de pH (152) del medio líquido.
7. 7. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el tanque (15) dispone de un sensor de medición de los gases de salida (153).
8. 8. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que la bomba de llenado y vaciado manual (16) dispone de dos llaves de paso (161) de accionamiento del medio líquido hacia dentro o fuera del fotobiorreactor.
9. 9. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que un módulo procesador (2) dispone de un sensor de temperatura (23).
10. 10. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que un módulo procesador (2) dispone de un sensor de humedad (24).
11. 11. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el módulo procesador (2) dispone de un sensor de iluminación (25).
12. 12. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 1, que se caracteriza por que el componente de conexión eléctrica (26) es de borna.
13. 13. - Fotobiorreactor autónomo, según las características de las reivindicaciones 1-12, que se

    caracteriza por que el medio para el envío telemático (21) manda los datos sensorizados obtenidos telemáticamente donde unos usuarios gestionan el fotobiorreactor a distancia con aplicaciones informáticas y con dispositivos electrónicos.

    5 14.- Fotobiorreactor autónomo, según las características de la reivindicación 13, que se

    caracteriza por que el usuario requiere de una contraseña para el acceso a los datos sensorizados enviados telemáticamente.

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