WO2008040828A1 - Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles - Google Patents

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obtaining biofuels
photosynthesis
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Bernard A.J. STROÏAZZO-MOUGIN
Rosa María MENGUAL MOLINA
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Bio Fuel Systems SL
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    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2

Definitions

  • the present invention is framed within the design of photobioconverters of energy submerged in seas and lakes that act in a continuous and closed way, for the production of biofuel and other products of interest, through the massive cultivation of autotrophic phytoplanktonic strains.
  • the invention is attached to the technical sector of the use of renewable energies through the action of phytoplanktonic organisms normally belonging to the following taxonomic families: Chlorophyll, Bacilliariophyse, and
  • Stigmatofycae in general the taxonomic families that group species of the chromophite division characterized all by being unicellular organisms, flagellated or not, and with a strictly planktonic (holoplanktonic) vital phase or at least one of its planktonic (meroplanktonic) phases.
  • a drawback is that the production of phytoplankton oil requires covering vast tracts of land with shallow water, as well as the introduction of large amounts of CO 2 , a fundamental element for phytoplankton to produce oil.
  • phytoplankton crops are carried out in open systems, which makes them vulnerable to contamination and crop problems, which can lead to total loss of production.
  • an advantage of the photoconverter described in the present invention is that the system is kept closed and in conditions such that no contamination in the culture is produced by bacteria, fungi ... because in addition to being closed, the culture is enriched by nutrients that incorporate fungicides and antibiotics.
  • photobioconverters for the production of biofuels through photosynthetic microorganisms
  • two types of photobioconverters could be clearly differentiated: the open ones, in which a direct exchange of matter between the crop and the air is allowed. it surrounds you, and the closed photobioconverters, in which this exchange is eliminated by the interposition of a transparent physical medium that allows the passage of electromagnetic radiation but not the exchange of matter.
  • Open photobioconverters have a multitude of problems derived from poor control of crop conditions and possible contamination, so that application is reduced due to these inconveniences.
  • closed photobioconverters efficiently reduce these problems through greater control of crop conditions and possible contamination and can reach a production rate of 400 times more than sunflower.
  • the present invention clearly describes and differs from any other type of photobioconverter in its ability to be arranged or placed submerged in liquid medium (oceans, seas, lakes, reservoirs, ).
  • a fundamental characteristic of the invention and differentiating with respect to those developed in terrestrial environment is that by its submerged arrangement it facilitates the thermal regulation of the system, which in turn facilitates the control of the phytoplanktonic populations that are being cultivated and decreases the necessary energy costs to maintain homeothermic conditions in the culture system. And as a second feature, it guarantees the availability of water without any limitation and high infrastructure costs, (contrary to what happens on land).
  • the present invention allows photobioconverters to submerge them throughout the photic zone, which allows the partial pressure of the gases involved in the process to be controlled without energy expenditure, thus facilitating absorption processes or elimination of said gases as appropriate.
  • Patent application WO 03/094598 Al entitled “Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases” describes a generic photobioreactor model primarily focused on the decontamination of COx, SOx and NOx type gases. Basically it is a system that works in discontinuous (distinguishing photoperiod day / night) and is open, not being its axenic liquid medium. It does not control the concentrations of nitrogen and carbon dioxide, in order to increase the production of biofuels. It is not intended to work with monospecific or monoclonal algal strains.
  • the cultivated species contain at least 5% fatty acids and at least 5% hydrocarbons. - Enhances the use of non-flagellated and floating phytoplanktonic species.
  • the present invention relates to an energy photobioconverter for obtaining biofuels, among them and without limitation, bio-oil, for the fixation of carbon dioxide and greenhouse gases and other secondary products, not less important.
  • Bio-petroleum is understood as an energy liquid produced by converting electromagnetic energy into chemical energy through phytoplankton biomass that is of the same origin as fossil fuel, petroleum, but in the present invention it has been possible to extract the same energy product without Fossilize
  • Said energy photobioconverter can be submerged in liquid medium and without limiting sense, in seas and lakes (they are connected to the shore by feeding tubes extraction of energy products) that act continuously and closed, for the production of biofuel and other products of interest, through the massive cultivation of autotrophic phytoplanktonic strains.
  • the waterline is determined based on the culture medium and parameters such as light, pressure, temperature and natural convection flow of the environment.
  • the photobioconverters of the present invention use a Tichelmann type flow control system, which allows equal pressure to be given to any part thereof and in this way the extraction is controlled continuously.
  • a first aspect of the present invention consists of a photobioconverter that is constituted by at least the following elements as shown in the figures.
  • each photobioconverter module that can be of three types: monochromatic circular, concentric circular double chamber and circular compound containing vertical tubes arranged around a central light well.
  • control sensors 9 of the culture medium for each photobioconverter module.
  • oxygen extraction valves 10 for each photobioconverter module.
  • control panel (14) for each photobioconverter module.
  • the towers for carrying out photosynthesis (1) are made of transparent material, preferably PVC, polycarbonate and / or methacrylate and can be of three types: concentric circular chamber ( Figure 2). Concentric circular double chamber ( Figure 4). circular compound containing vertical tubes arranged around a central light well ( Figure 3).
  • these three types of towers for the realization of photosynthesis (1) are the space that goes from the outer face of the light well to the inner face of the photosynthesis tower, which goes from 10 cm to 1 meter and height from 10 to 30 meters.
  • the towers for the realization of monocentric concentric circular photosynthesis (1) comprise the following elements: vertical access wells for control, maintenance and emission of artificial light (26), which have a diameter from 20 centimeters to 2 meters and a height from 10 to 30 meters, cameras of photosynthesis (27).
  • the towers for the realization of concentric circular two-chamber photosynthesis (1) comprise the following elements: - vertical wells for access to control, maintenance and emission of artificial light (26). photosynthesis cameras (27). - external thermal stabilization chambers (28).
  • the towers for performing photosynthesis (1) comprise at least the following elements: - densimeters (15).
  • the towers for carrying out photosynthesis (1) may contain electromagnets (34) outside to accelerate the molecular electronic exchange (37).
  • the mixing and compensating tanks (2) are cylindrical or polyhedral of transparent material preferably of PVC, polycarbonate and / or methacrylate, have an internal volume within the range of 3 to 14m 3 per photobioconverter and allow the assembly between the different towers of Photosynthesis (1) similar to the structure of a hive. In this same sense, the mixing and compensation tanks (2), contain the mixture of nutrients and gases necessary for the development and cultivation of phytoplankton.
  • the reinjection and pressure control pumps (3) are centrifugal type and have a flow within the range of 4 to 100 cm / sec.
  • the heat exchangers (4) are used to maintain the temperature of the system and the temperature controllers (5) that have the function of reducing the inlet temperature of CO 2 and NO x are plate-type. Additionally, the photobioconverter contains ion dispersers (30) that ionize the nutrients and in this way a better and more efficient assimilation of them by the phytoplankton, gas sensors (31) and photosensors (32) is allowed.
  • Ion disperser (30) is understood as any system known in the state of the art capable of ionizing molecules.
  • Control sensors (9) control the temperature, pH, salinity, conductivity, concentration of CO 2 , O 2 , trace elements, antibiotics and fungicides.
  • biomass containing lipids, carbohydrates, celluloses, hemicelluloses and products of secondary metabolism are separated.
  • the natural light inlets (12) are covered by translucent plastic.
  • the control panels (14) control the injection of the different nutrients, gases, temperature, pH, salinity and conductivity of the culture medium.
  • the flotation and accumulation tanks (17) are of translucent type and with reticular stainless steel structure and comprise at least the following elements: photosensors (32). - CO 2 and air injectors (21).
  • the rotary cleaning systems (19) are in the form of balls joined by a central wire which, by means of a centrifugal helical rotary movement system, travels through the internal walls of the photobioconverter while maintaining its cleanliness.
  • Cleaning systems and antifouling organisms (20) wrap all parts in contact with the outside water of the photoconverter and comprise the following elements: - copper wire mesh (35) from 0.1 to 0.2 millimeters of caliber and with a 4 cm mesh light. contact electrodes (36) for the mesh arranged in the flotation tanks (17) and mixing and compensation tanks (2).
  • the culture conditions of the phytoplankton present in the towers for the realization of photosynthesis (1) within the photobioconverter are: temperature from 12 to 35 degrees Celsius. sunlight intensity from 200 to 900 watts / m 2 . artificial light intensity from 1 to 50 watts / m 2 . photoperiods from 18 to 6 hours or from 12 to 12 hours or 24 hours. - salinity from 0 per thousand to 50 per thousand. Phytoplankton concentration in the culture medium from 1,000,000 cells / ml to 100,000,000 cells / ml. - pH from 7 to 8.9.
  • the use of the photobioconverter is for obtaining biofuels, for obtaining pharmacopoeia products of the type of fatty acids and Lutein, for obtaining cosmetic products of the glycerin type, pigments and emulsifying substances, to obtain industrial products with silica content of the type of borosilicates and ferrosilicates, to obtain fertilizer, agricultural, industrial and livestock products to obtain celluloses and hemicelluloses, to obtain tannins and compounds astringent, for the fixation of CO 2 , CH 4 , SH 2 , NO 2 , NO 3 and other gases of greenhouse gases.
  • the antibiotics added to the culture are a mixture of penicillin and streptomycin at a concentration range of 100 to 300 mg / 1 each, preferably at a concentration range of 150 to 250 mg / 1 and more preferably at a concentration of 200 mg / 1 for each of the components of the mixture.
  • the fungicides added to the culture are a mixture of griseofulvira and nystatin at a concentration range of 100 to 300 mg / 1 each, preferably at a concentration range of 150 to 250 mg / 1 and more preferably at a concentration of 200 mg / 1 for each of the components of the mixture.
  • the water added for phytoplankton cultivation can be sweet, brackish or salty.
  • the electromagnetic valves (7) of change of flow or extraction are located at the base of the towers for the realization of photosynthesis (1) and depend on photovalves that operate by difference of light intensity between two points (controlled opening).
  • the decanters (23) separate the biomass produced by the phytoplankton from the water of the culture medium. These decanters are static type.
  • the separated biomass contains, among other products and without limitation, lipids, carbohydrates and products of the secondary metabolism of phytoplankton.
  • the recirculation pumps (15) produce a Venturi-like effect which consists in that, in the flow of a fluid within a closed conduit, the pressure of the fluid decreases as the velocity increases when it passes through an area of smaller section. If at this point of the duct the end of another duct is introduced, there is an aspiration of the fluid contained in this second duct) to prevent the destruction of the algae by pressure.
  • An inoculum of phytoplankton strain (Nannochloropsis gaditana) is introduced by (2), culture medium, nutrients, CO 2 , air and nutrients that are detected and regulated by (31) and (32) are added in the same way as in ( 2).
  • the circulation begins to establish a continuous flow within which phytoplankton cells will travel, reproducing at the same time through (1) where they are insufflating with carbon dioxide (6a) from (6) that controls the temperature and is ionized in (30) and then will pass to (1) capturing the electromagnetic energy to perform photosynthesis.
  • a recirculation process (15) is carried out within a pressure balancing process of the Tichelmann type, until the phytoplankton biomass is sufficient and detected by (16) to start part of it its extraction through (8) and from there goes the part extracted to (23), in which the water separates from the biomass and is redirected to the recirculation systems that finally goes to (2).
  • the initial inoculum of the producing phytoplanktonic strain is performed so that the initial volume of water contained in each photosynthesis tower starts with a cell concentration of at least 1,000,000 cells / ml. Between 6 and 8 days later the cell concentration in the photosynthesis towers will range in a range of 100 to 200 million cells / ml. Once this moment has been reached, biomass extractions will be undertaken periodically according to the concentration existing at each moment.
  • the pH will be one of the main indicators of the productive stability of the system. It must be maintained using the introduced CO2 flow rate, the flow rate of air introduced and by rich inert material beds in calcium carbonate, which will be arranged inside of the mixing tanks and flotation.
  • the range of pH oscillation will be 7.0 - 8.9
  • Figure 1 shows a representative scheme of the evolution of the crop in the photobioconverter object of the present invention with each of its parts and connectors for the use of solar and artificial electromagnetic energy, in order to obtain, among other products, biofuels, Hemicellulous celluloses and reducing greenhouse gases in the atmosphere, especially CO2, CH4, NOx and SOx.
  • FIG. 2 shows a diagram of the energy photobioconverter submerged in liquid medium of concentric circular monochromatic type.
  • Said type of energy photobioconverter is submerged in seas and lakes, they are connected to the shore by power pipes extraction of energy products and act continuously and closed, for the production of biofuel and other products of interest, through the mass culture of autotrophic phytoplanktonic strains.
  • Figure 3 shows a scheme of the energy photobioconverter submerged in liquid medium of a circular compound type containing vertical tubes arranged around a central light well.
  • Said type of energy photobioconverter is submerged in seas and lakes, they are connected to the shore by power pipes extraction of energy products and act continuously and closed, for the production of biofuel and other products of interest, through the mass culture of autotrophic phytoplanktonic strains.
  • Figure 4 shows a diagram of the photobioconverter of energy on land, in a coastal zone of a two-chamber concentric circular type.
  • Said energy photobioconverter acts continuously and closedly, for the production of biofuel and other products of interest, through the massive cultivation of autotrophic phytoplanktonic strains. It is placed on pillars outside the liquid medium depending on the light and temperature gradients.

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Abstract

Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles que comprende torres verticales (1) para la realización de fotosíntesis, las cuales pueden trabajar de forma continua gracias a entradas de luz natural (12) y a lámparas (13) para la producción de luz artificial, y un sistema de flotación (17, 18) que permite sumergir dichas torres (1) dentro de la zona fótica de medios acuáticos, lo cual facilita su regulación térmica.

Description

Fotobiorreactor vertical sumergible para la obtención de biocombustibles.
Campo técnico de la invención:
La presente invención está enmarcada dentro del diseño de fotobioconvertidores de energía sumergidos en mares y lagos que actúan de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotrófícas.
La invención se adscribe al sector técnico del aprovechamiento de las energías renovables mediante la acción de organismos fítoplanctónicos pertenecientes normalmente a las siguientes familias taxonómicas: Cloroficeas, Bacilliarioficeas,
Dinoficeas, Criptoficeas, Crisofíceas, Haptoficeas, Prasinoficeas, Rafidoficeas,
Estigmatoficeas... en general las familias taxonómicas que agrupan especies de la división cromofita caracterizadas todas ellas por ser organismos unicelulares, flagelados o no, y con una fase vital estrictamente planctónica (holoplanctónica) o al menos una de sus fases planctónica (meroplanctónicas).
Particularmente mediante el uso de los fotobioconvertidores de energía se consigue obtener productos tales como biocombustibles, productos secundarios tales como naftas, queroseno, energía térmica, energía eléctrica, gases libre como oxígeno, hidrógeno...
Así mismo fomenta la captación masiva de gases con efecto invernadero, especialmente dióxido de carbono. Estado de Ia Técnica:
Hasta la fecha, la obtención de biocombustibles se viene practicando a partir de cultivos de vegetales superiores, normalmente del grupo de las fanerógamas o plantas con flor (girasol, palmera, palmito,..), y normalmente sobre superficie terrestre (vegetales terrestres).
La obligación por parte de las zonas económicas de cumplir con los objetivos impuestos por el protocolo de Kyoto sobre reducción de las emisiones de CO2/SO2 y otros gases que producen el denominado efecto invernadero está llevando a los países a buscar combustibles alternativos y renovables para evitar posibles sanciones fiscales.
Aunque en algunas regiones está aumentando la producción de energía solar y eólica, estas tecnologías resultan muy costosas y no son viables en todas las zonas climáticas. En estas condiciones, los biocarburantes están llamados a desempeñar un papel fundamental como sustitutos de los combustibles fósiles, especialmente para aplicaciones de transporte y calefacción.
Los costes de producción de biocarburantes a partir de plantas, como los aceites de palma y de colza, han sido siempre motivo de preocupación. Teniendo en cuenta los bajos índices de producción de aceite por hectárea, se necesitarían enormes cantidades de recursos para que se pudiera alcanzar una producción comercial. La tierra y el agua son dos recursos escasos y es preferible emplearlos para producir alimentos, que además resultan más rentables para los agricultores. Además el abonado intensivo se presenta como una forma de contaminación terrestre e hídrica de primera magnitud. Así mismo los monocultivos extensivos son uno de los principales enemigos de la biodiversidad. El fitoplancton representa una solución viable al problema anteriormente enunciado puesto que en torno al 50% de la masa en seco de los organismos unicelulares en general es biocarburante. Por otra parte, la producción anual por hectárea de biocombustible a partir de fitoplancton es 40 veces más alta que con el siguiente producto más rentable, el aceite de palma. Un inconveniente es que la producción de aceite de fitoplancton requiere cubrir vastas extensiones de tierra con agua poco profunda, así como la introducción de grandes cantidades de CO2, un elemento fundamental para que el fitoplancton produzca aceite. Los sistemas de producción natural, como los estanques de fitoplancton, tienen un coste relativamente bajo, pero el proceso de recogida resulta muy laborioso y, por ello, costoso. Por otra parte, los cultivos de fitoplancton se llevan a cabo en sistemas abiertos, lo cual hace que sean vulnerables a la contaminación y a problemas de los cultivos, los cuales pueden llevar a la pérdida total de la producción. En este mismo sentido una ventaja del fotoconvertidor descrito en la presente invención es que el sistema se mantiene cerrado y en condiciones tales que no se produce contaminación en el cultivo por bacterias, hongos... porque además de estar cerrado, el cultivo es enriquecido mediante nutrientes que incorporan fungicidas y antibióticos.
Dentro del campo del diseño de fotobioconvertidores para la producción de biocombustibles a través de microorganismos fotosintéticos, se podrían diferenciar de una manera clara dos tipos de fotobioconvertidores: los abiertos, en los cuales se permite un intercambio directo de materia entre el cultivo y el aire que le rodea, y los fotobioconvertidores cerrados, en los que este intercambio se elimina mediante la interposición de un medio físico transparente que permite el paso de la radiación electromagnética pero no el intercambio de materia. Los fotobioconvertidores abiertos presentan multitud de problemas derivados del escaso control de las condiciones de cultivo y posibles contaminaciones, por lo que se aplicación queda reducida debido a estos inconveniente. Sin embargo los fotobioconvertidores cerrados, reducen de manera eficiente estos problemas mediante un mayor control de las condiciones de cultivo y posibles contaminaciones y pueden llegar a una tasa de producción de 400 veces más que el girasol. Hasta el momento no se han descrito sistemas parecidos al fotobioconvertidor objeto de la presente invención, que incorporen las ventajas de ser un sistema cerrado de gran volumen y grandes diámetros, que trabaje en continuo, que permita obtener grandes cantidades de biocombustibles o productos secundarios tales como las naftas, la glicerina, compuestos derivados del silicio, como los ferrosilicatos, que además pueda obtener energía térmica y eléctrica y que no genere contaminación puesto que todos los posibles residuo, tales como el dióxido de carbono, son recirculados en el sistema para su aprovechamiento como nutriente para el fitoplancton, o que recircule el agua utilizada como parte del medio de cultivo para volver a ser utilizada...
Así mismo la presente invención describe y se diferencia claramente de cualquier otro tipo de fotobioconvertidor en su capacidad para ser dispuesta o ubicarla sumergida en medio líquido (océanos, mares, lagos, embalses, ...). Una característica fundamental de la invención y diferenciadora respecto de las desarrolladas en medio terrestre es que por su disposición sumergida facilita la regulación térmica del sistema, lo que a su vez facilita el control de las poblaciones fitoplanctónicas que se están cultivando y disminuyen los costes energéticos necesarios para mantener las condiciones homeotérmicas en el sistema de cultivo. Y como segunda característica garantiza la disponibilidad de agua sin ningún tipo de limitación y gastos elevados en infraestructuras, (al contrario de lo que sucede en tierra).
Como tercera característica diferenciadora con respecto alo ya descrito, el presenta invención permite de sumergirlos dentro de todo la zona fótica los fotobioconvertidores, cosa que permite controlar sin gasto energético la presión parcial de los gases que intervienen en el proceso facilitando así los procesos de absorción o eliminación de dichos gases según convenga.
Por lo tanto en la presente invención se describe un sistema novedoso (fotobioconvertidor) que incluye todas estas características y que permite una gran versatilidad y un gran respeto hacia el medio ambiente. La solicitud de patente WO 03/094598 Al con título "Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases" describe un modelo de fotobiorreactor genérico principalmente centrado en la descontaminación de gases tipo COx, SOx y NOx. Básicamente es un sistema que trabaja en discontinuo (distinguiendo fotoperíodo dia/noche) y es abierto, no siendo su medio líquido axénico. No controla las concentraciones de nitrógeno y dióxido de carbono, con la finalidad de aumentar la producción de biocombustibles. No está pensado para trabajar con cepas algales monoespecíficas ni monoclonales. Su diseño no contempla como principal objetivo la producción de biocombustibles, sino que se centra en la depuración de gases. Por otra parte respecto de los organismos fotosintéticos a los que hace referencia no exige condiciones que inhabiliten el sistema y no tiene recirculación controlada porque el transporte se hace por flujo turbulento de burbujas.
En comparación con la presente invención objeto de patente, se presenta un sistema totalmente novedoso, que se basa por contrapartida en las siguientes características:
Está concebido fundamentalmente para medio acuático aunque su uso no queda restringido a la superficie terrestre si se le aplica pequeñas modificaciones.
- Es totalmente cerrado. Es totalmente axénico.
Trabaja en continuo sin distinguir fotoperíodo. - Trabaja con cepas mono específicas y monoclonales.
Acepta cultivos mixtos autotrofo-autotrofo, autotrofo-heterótrofo, heterótrofo facultativo-heterotrofo facultativo .
- No acepta cualquier organismo fotosintético, sino que exige al menos que no sean formadores bioincrustaciones sobre la superficie interior del fotobioconvertidor.
- Acepta organismo heterótrofos facultativos. - Exige que las especies de fitoplancton no formen colonias. Exigen que las especies de fitoplancton no genere exomucílagos.
Exige que la especie cultivada contenga al menos un 5% de ácidos grasos y al menos un 5% de hidrocarbonos. - Potencia la utilización de especies fitoplanctónicas no flageladas y flotantes.
- No acepta cualquier tipo de líquidos como medio de cultivo, se centra en el agua dulce, salobre y de mar.
- Centra su principal objetivo en la obtención de compuestos de síntesis metabólica con propiedades energéticas o con propiedades preenergéticas dirigidas fundamentalmente a la obtención de biocombustibles.
Descripción
La presente invención se refiere a un fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles, entre ellos y sin sentido limitativo, biopetróleo, para la fijación de dióxido de carbono y gases con efecto invernadero y otros productos secundarios no por ello de menor importancia.
Se entiende por biopetróleo un líquido energético producido mediante la conversión de energía electromagnética en energía química a través de la biomasa de fitoplancton que es del mismo origen que el combustible fósil, petróleo, pero en la presente invención se ha conseguido extraer el mismo producto energético sin que se fosilizase.
Dicho fotobioconvertidor de energía puede estar sumergido en medio líquido y sin sentido limitativo, en mares y lagos (se conectan a la orilla por tubos de alimentación extracción de los productos energéticos) que actúan de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotróficas. La línea de flotación se determina en función del medio de cultivo y parámetros tales como luz, presión, temperatura y flujo de convección natural del medioambiente.
Por otra parte los fotobioconvertidores de la presente invención, utilizan un sistema de control de flujo de tipo Tichelmann, que ello permite dar igualdad de presión a cualquier parte del mismo y de esta manera se controla la extracción de manera continua.
Un primer aspecto de la presente invención consiste en un fotobioconvertidor que está constituido por al menos los siguientes elementos como se muestra en las figuras
2, 3 y 4:
- al menos 1 torre de realización de fotosíntesis (1) por cada módulo de fotobioconvertidor que puede ser de tres tipos: circular monocámara, circular concéntrica bicámara y circular compuesta que contiene tubos verticales dispuestos alrededor de un pozo central de luz.
- al menos 2 tanques de mezclas y compensación (2) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 2 bombas de reinyección y control de presión (3) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 2 intercambiadores de calor (4) para mantener la temperatura del fotobioconvertidor por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 atemperadores (5) para la disminución de la temperatura de entrada de dióxido de carbono (), en adelante CO2, por cada módulo de fotobioconvertidor. - al menos 6 válvulas electromagnéticas de cambio de flujo (7) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 6 válvulas electromagnéticas de extracción (8) por cada módulo de fotobioconvertidor..
- al menos 3 sensores de control (9) del medio de cultivo por cada módulo de fotobioconvertidor.. - al menos 3 válvulas de extracción de oxígeno (10) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 3 válvulas de extracción de hidrógeno (11) por cada módulo de fotobioconvertidor. - el 100% de entradas de luz natural (12) de la superficie útil.
- al menos 30 lámparas de producción de luz artificial (13) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 panel de control (14) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 bomba de recirculación (15) por cada módulo de fotobioconvertidor. - al menos 2 densímetros (16) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 bomba de reinyección y control de presión (3) del líquido procedente de (23) y por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 decantador (23) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 deposito de flotación y acumulación (17) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 2 flotadores (18) por cada módulo de fotobioconvertidor por cada módulo de fotobioconvertidor.
-al menos 1 sistema rotatorio de limpieza (19) por cada módulo de fotobioconvertidor. - al menos 1 sistema de limpieza y anti-organismos incrustantes exteriores (20) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 15 válvulas de inyección de dióxido de carbono (21) dispuestos de forma helicoidal alrededor de las torres de realización de fotosíntesis (1) por cada módulo de fotobioconvertidor. - al menos 15 válvulas de inyección de turbulencias (22) dispuestos de forma helicoidal por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 sistema de extracción y regulación de las lámparas de luz artificial (24) por cada módulo de fotobioconvertidor.
- al menos 1 sistema de extracción mecánica (25) de la biomasa por centrifugación por cada módulo de fotobioconvertidor. - al menos 1 sistema electromagnético acelerador de intercambio molecular (37) por cada módulo de fotobioconvertidor.
Las torres para la realización de fotosíntesis (1) son de material transparente preferiblemente PVC, policarbonato y/o metacrilato y pueden ser de tres tipos: circular concéntrica monocámara (Figura 2). circular concéntrica bicámara (Figura 4). circular compuesta que contienen tubos verticales dispuestos alrededor de un pozo central de luz (Figura 3).
Y las cuales además estos tres tipos de torres para la realización de fotosíntesis (1) son el espacio que va desde la cara exterior de la pozo de luz hasta la cara interior de la torre de fotosíntesis, que va desde de 10 centímetro a 1 metro y altura desde 10 a 30 metros.
En este mismo sentido, las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas monocámara comprenden los siguientes elementos: pozos verticales de acceso de control, mantenimiento y emisión de luz artificial (26), los cuales tienen un diámetro comprendido desde 20 centímetros a 2 metros y una altura comprendida desde 10 a 30 metros, cámaras de fotosíntesis (27).
Las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas bicámara comprenden los siguientes elementos: - pozos verticales de acceso de control, mantenimiento y emisión de luz artificial (26). cámaras de fotosíntesis (27). - cámaras exteriores de estabilización térmica (28).
Las torres para la realización de fotosíntesis (1) comprenden al menos los siguientes elementos: - densímetros (15).
- válvulas de inyección de CO2 (21).
- válvulas de inyección de turbulencia (22).
- válvulas de control de flujo (7). - entradas de luz natural (12).
- lámparas de producción de luz artificial (13).
- bombas de recirculación (15).
- paneles de control (14).
- fitoplancton (29). - sistemas de iluminación interna (33).
Adicionalmente las torres para la realización de la fotosíntesis (1) pueden contener electroimanes (34) en el exterior para acelerar el intercambio electrónico molecular (37).
Los tanques de mezcla y compensación (2) son cilindricos o poliédricos de material transparente preferentemente de PVC, policarbonato y/o metacrilato, tienen un volumen interno comprendido dentro del intervalo de 3 a 14m3 por fotobioconvertidor y permiten el ensamblaje entre las diferentes torres de fotosíntesis (1) de manera similar a la estructura de una colmena. En este mismo sentido, los tanques de mezcla y compensación (2), contienen la mezcla de nutrientes y gases necesarios para el desarrollo y cultivo del fitoplancton.
Las bombas de reinyección y control de presión (3) son de tipo centrifugadoras y tienen un flujo comprendido dentro del intervalo de 4 a 100 cm/seg.
Los intercambiadores de calor (4) sirven para mantener la temperatura del sistema y los atemperadores (5) que tienen la función de disminuir la temperatura de entrada del CO2 y NOx son de tipo laminar a placas. Adicionalmente el fotobioconvertidor contiene dispersores de iones (30) que ionizan a los nutrientes y de esta manera se permite una mejor y más eficiente asimilación de los mismos por parte del fitoplancton, sensores de gas (31) y fotosensores (32).
Se entiende por dispersor de iones (30) a cualquier sistema conocido en el Estado de la Técnica capaz de ionizar moléculas.
Los sensores de control (9) controlan la temperatura, el pH, la salinidad, la conductividad, la concentración de CO2, de O2, de oligoelementos, de antibióticos y de fungicidas.
En los sistemas de extracción mecánica por centrifugación (25) se separa la biomasa que contiene lípidos, hidratos de carbono, celulosas, hemicelulosas y productos del metabolismo secundario.
Las entradas de luz natural (12) están recubiertas por plástico translúcido.
Los paneles de control (14) controlan la inyección de los diferentes nutrientes, gases, temperatura, pH, salinidad y conductividad del medio de cultivo.
Los depósitos de flotación y acumulación (17) son de tipo translúcidos y con estructura reticular de acero inoxidable y comprenden al menos los siguientes elementos: fotosensores (32). - inyectores de CO2 y aire (21).
- válvulas electromagnéticas o neumáticas de extracción (8).
- flotadores (18).
Los sistemas rotatorios de limpieza (19) tienen forma de bolas unidas por un hilo central que mediante un sistema de movimiento rotatorio helicoidal centrífugo va recorriendo las paredes internas del fotobioconvertidor manteniendo su limpieza. Los sistemas de limpieza y anti-organismos incrustantes (20) envuelven a todas las partes en contacto con el agua exterior del fotobioconvertidor y comprenden los siguientes elementos: - malla de hilo de cobre (35) de 0,1 a 0,2 milímetros de calibre y con una luz de malla de 4 cm. electrodos de contacto (36) para la malla dispuestos en los depósitos de flotación (17) y tanques de mezcla y compensación (2).
Las condiciones de cultivo del fitoplancton presente en las torres para la realización de fotosíntesis (1) dentro del fotobioconvertidor son de : temperatura desde 12 a 35 grados Celsius. intensidad de luz solar desde 200 a 900 vatios/m2. intensidad de luz artificial desde 1 a 50 vatios/ m2. fotoperíodos desde 18 a 6 horas o desde 12 a 12 horas o de 24 horas. - salinidad desde 0 por mil hasta 50 por mil. concentración de fitoplancton en el medio de cultivo desde 1.000.000 de células/ml a 100.000.000 de células/ml. - pH desde 7 a 8,9.
Según un segundo aspecto fundamental de la presente invención, el uso del fotobioconvertidor es para la obtención de biocombustibles, para la obtención de productos de farmacopea del tipo de los ácidos grasos y Luteína, para la obtención de productos de cosmética del tipo de la glicerina, pigmentos y sustancias emulgentes, para la obtención de productos industriales con contenido en sílice del tipo de los borosilicatos y ferrosilicatos, para la obtención de productos fertilizantes, agrícolas, industriales y ganaderos para la obtención de celulosas y hemicelulosas, para la obtención de taninos y compuestos astringentes, para la fijación de CO2, CH4, SH2, NO2, NO3 y otros gases de gases de efecto invernadero.
Cuando se habla de nutrientes nos referimos a dióxido de carbono, en adelante CO2, NOx, vitaminas, antibióticos, fungicidas, agua, oligoelementos y ácido ortofosfórico. Los antibióticos añadidos al cultivo son una mezcla de penicilina y estreptomicina a un rango de concentraciones de 100 a 300 mg/1 cada uno de ellos, preferentemente se a un rango de concentraciones de 150 a 250 mg/1 y más preferentemente a una concentración de 200 mg/1 para cada uno de los componentes de la mezcla.
Los fungicidas añadidos al cultivo son una mezcla de griseofulvira y nistatina a un rango de concentraciones de 100 a 300 mg/1 cada uno de ellos, preferentemente se a un rango de concentraciones de 150 a 250 mg/1 y más preferentemente a una concentración de 200 mg/1 para cada uno de los componentes de la mezcla.
El agua añadida para el cultivo del fitoplancton puede ser de tipo dulce, salobre o salada.
Las válvulas electromagnéticas (7) de cambio de flujo o de extracción están situadas en la base de las torres para la realización de la fotosíntesis (1) y dependen de fotoválvulas que operan por diferencia de intensidad lumínica entre dos puntos (apertura controlada).
Los decantadores (23) separan la biomasa producida por el fitoplancton del agua del medio de cultivo. Estos decantadores son de tipo estático. La biomasa separada, contiene entre otros productos y sin sentido limitativo, lípidos, hidratos de carbono y productos del metabolismo secundario del fitoplancton.
Las bombas de recirculación (15) producen un efecto de tipo Venturi el cual consiste en que, en la corriente de un fluido dentro de un conducto cerrado disminuye la presión del fluido al aumentar la velocidad cuando pasa por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto) de recirculación para evitar la destrucción de las algas por la presión. Modo de realización:
Se introduce un inoculo de cepa fítoplanctónica (Nannochloropsis gaditana) por (2), se añade medio de cultivo, nutrientes, CO2, aire y nutrientes que son detectados y regulados mediante (31) y (32) de la misma manera que en (2). De esta manera se empieza la circulación para establecer un flujo continuo dentro del cual van a viajar las células fítoplanctónicas reproduciéndose al mismo tiempo a través de (1) en donde se está insuflando con dióxido de carbono (6a) procedente de (6) que controla la temperatura y es ionizado en (30) y luego pasarán a (1) captando la energía electromagnética para realizar la fotosíntesis. Es allí donde se controla la intensidad luminosa mediante (pozo de luz) y es en (34) en donde el campo electromagnético ayuda a la polarización de las moléculas de CO2 ayudando así a su disolución y de esta manera facilitar la captación de éste y aumentar la biomasa producida, rica en lípidos, hidratos de carbono, celulosas y hemicelulosas, entre otros productos. El proceso se repite en cada torre de fotosíntesis (1). En el interior de cada torre de fotosíntesis se libera y pierde O2 mediante (11) y es detectado por (12), de igual manera para el H2 (12) y es detectado por (12). Se realiza un proceso de recirculación (15) dentro de un proceso de equilibrio de presión de tipo Tichelmann, hasta que la biomasa del fitoplancton sea suficiente y detectada por (16) para empezar parte de ella su extracción a través de (8) y desde allí va la parte extraída a (23), en el cual el agua se separa de la biomasa y es reconducida hasta los sistemas de recirculación que va finalmente a (2).
El inoculo inicial de cepa fitoplanctónica productora se realiza de forma que, el volumen inicial de agua contenida en cada torre de fotosíntesis arranque con una concentración celular de al menos 1.000.000 células/ml. Entre 6 y 8 días después la concentración celular en las torres de fotosíntesis oscilará en un intervalo de 100 a 200 millones de células/ml. Alcanzado este momento se acometerán las extracciones de biomasa de forma periódica según la concentración existente en cada momento.
Todos estos datos se muestran en la tabla 1 y los resultados en la figura 1.
Figure imgf000017_0001
Tabla 1
El pH será uno de los principales indicadores de la estabilidad productiva del sistema. Debe de ser mantenido utilizando el caudal de CO2 introducido, el caudal de aire introducido y mediante lechos de material inerte rico en carbonato calcico, que estarán dispuestos en el interior de los tanques de mezcla y flotación. El intervalo de oscilación del pH será de 7.0 - 8.9
La irradiación lumínica necesaria oscilará entre los 15, O MJ m"2 d"1 y los 1.0 MJ m"2 d"1. Esta será dispuesta a través del pozo de luz (33) Breve descripción de las figuras:
La figura 1 muestra un esquema representativo de la evolución del cultivo en el fotobioconvertidor objeto de la presente invención con cada una de sus partes y conectares para el aprovechamiento de la energía electromagnética solar y artificial, con el fin de obtener entre otros productos, biocombustibles, celulosas hemiceluosas y de reducir los gases de efecto invernadero en la atmósfera, especialmente el CO2, CH4, NOx y SOx.
La figura 2 muestra un esquema del fotobioconvertidor de energía sumergido en medio líquido de tipo circular concéntrico monocámara. Dicho tipo de fotobioconvertidor de energía se encuentra sumergido en mares y lagos, se conectan a la orilla por tubos de alimentación extracción de los productos energéticos y actúan de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotróficas.
La figura 3 muestra un esquema del fotobioconvertidor de energía sumergido en medio líquido de tipo circular compuesta que contienen tubos verticales dispuestos alrededor de un pozo central de luz. Dicho tipo de fotobioconvertidor de energía se encuentra sumergido en mares y lagos, se conectan a la orilla por tubos de alimentación extracción de los productos energéticos y actúan de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotróficas.
La figura 4 muestra un esquema del fotobioconvertidor de energía en tierra, en zona costera de tipo circular concéntrico bicámara. Dicho fotobioconvertidor de energía actúa de forma continua y cerrada, para la producción de biocombustible y de otros productos de interés, mediante el cultivo masivo de cepas fitoplanctónicas autotróficas. Se sitúa sobre pilares fuera del medio líquido en función de los gradientes de luz y temperatura.

Claims

Reivindicaciones:
1. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles caracterizado porque comprende al menos los siguientes elementos:
a. torres para la realización de fotosíntesis (1 ); b. tanques de mezcla y compensación (2); c. bombas de reinyección y control de presión (3); d. intercambiadores de calor (4) para mantener la temperatura del fotobioconvertidor; e. atemperadores (5) para la disminución de la temperatura de entrada del CO2 (6); f. válvulas electromagnéticas de cambio de flujo (7); g. válvulas electromagnéticas de extracción (8); h. sensores de control (9) del medio de cultivo; i. válvulas de extracción de oxígeno (10); j. válvulas de extracción de hidrógeno (11); k. entradas de luz natural (12); 1. lámparas de producción de luz artificial (13); m. paneles de control (14); n. bombas de recirculación (15); o. densímetros (16); p. depósitos de flotación y acumulación (17); q. flotadores (18); r. sistemas rotatorios de limpieza (19); s. sistemas de limpieza y anti-organismos incrustantes exteriores (20); t. válvulas de inyección de CO2 (21); u. válvulas de inyección de turbulencia (22); v. decantadores (23)
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) w. sistemas de extracción y regulación de las lámparas de luz artificial
(24); x. sistemas de extracción mecánica por centrifugación (25); y y. sistema electromagnético acelerador de intercambio molecular (37).
2. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) son de tipo circular concéntricas monocámara.
3. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) son de tipo circular concéntrica bicámara.
4. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de la fotosíntesis (1) son de tipo circular compuesta que contienen tubos verticales dispuestos alrededor de un pozo central de luz.
5. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 2, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas monocámara comprenden los siguientes elementos: a. pozos verticales de acceso de control, mantenimiento y emisión de luz artificial(26); y b. cámaras de fotosíntesis (27).
6. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 5, caracterizado porque los pozos verticales (26) tienen un diámetro comprendido desde 20 centímetros a 2 metros y una altura comprendida desde 10 a 30 metros.
7. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 3, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) circulares concéntricas bicámara comprenden los siguientes elementos:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) a. pozos verticales de acceso de control, mantenimiento y emisión de luz artificial (26); b. cámaras de fotosíntesis (27); y c. cámaras exteriores de estabilización térmica (28).
8. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1) comprenden al menos los siguientes elementos: a. densímetros (15); b. válvulas de inyección de CO2 (21); c. válvulas de inyección de turbulencia (22); d. válvulas de control de flujo (7); e. entradas de luz natural (12); f. lámparas de producción de luz artificial (13); g. bombas de recirculación (15); h. paneles de control (14); y i. fitoplancton (29).
9. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1 , caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) son cilindricos o poliédricos.
10. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 9, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) permiten el ensamblaje entre las diferentes torres de fotosíntesis de manera similar a la estructura de una colmena.
11. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 9 a 10, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2) contienen la mezcla de nutrientes y gases necesarios para el desarrollo y cultivo del fitoplancton.
12. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 9 a 11, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2), son de material transparente preferentemente de PVC, policarbonato y/o metacrilato.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
13. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 9 a 12, caracterizado porque los tanques de mezcla y compensación (2), tienen un volumen interno comprendido dentro del intervalo de 3 a 14m3 por fotobioconvertidor.
14. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las bombas de recirculación (15) tienen un flujo comprendido dentro del intervalo de 4 a 100 cm/seg.
15. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 14, caracterizado porque las bombas de recirculación (15) son de tipo centrifugadoras.
16. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los intercambiadores de calor (4) y los atemperadores (5) son de tipo laminar a placas.
17. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene dispersores de iones (30).
18. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación anterior, caracterizado porque los dispersores de iones (30), ionizan a los nutrientes.
19. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1 , caracterizado porque los sensores de control (9) controlan la temperatura, el pH, la salinidad, la conductividad, la concentración de CO2, de O2, de oligoelementos, de antibióticos y de fungicidas.
20. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene sensores de gas (31).
21. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque adicionalmente contiene fotosensores (32).
22. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1 , caracterizado porque en los sistemas de extracción mecánica
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) por centrifugación (25) se separa la biomasa que contiene lípidos, hidratos de carbono, celulosas, hemicelulosas y productos del metabolismo secundario.
23. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las entradas de luz natural (12) están recubiertas por plástico translúcido.
24. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1 , caracterizado las torres para la realización de la fotosíntesis (1) contienen sistemas de iluminación interna (33).
25. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque las torres para la realización de fotosíntesis (1), son de material transparente preferiblemente PVC, policarbonato y/o metacrilato.
26. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los torres para la realización de fotosíntesis (1), contienen adicionalmente electroimanes (34) en el exterior para acelerar el intercambio electrónico molecular.
27. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los paneles de control (14) controlan la inyección de los diferentes nutrientes, gases, temperatura, pH, salinidad y conductividad del medio de cultivo.
28. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los depósitos de flotación y acumulación (17) son de tipo translúcidos y con estructura reticular de acero inoxidable.
29. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según las reivindicaciones 1 y 28, caracterizado porque los depósitos de flotación y acumulación (17) comprenden al menos los siguientes elementos: a. fotosensores (32); b. válvulas de CO2 y aire (21); c. válvulas electromagnéticas o neumáticas de extracción (8); y d. flotadores (18).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
30. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los sistemas rotatorios de limpieza (19) tienen forma de bolas unidas por un hilo central que mediante un sistema de movimiento rotatorio helicoidal centrifugo va recorriendo las paredes internas del fotobioconvertidor manteniendo su limpieza.
31. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1, caracterizado porque los sistemas de limpieza y anti organismos incrustantes (20) envuelven a todas las partes en contacto con el agua exterior del fotobioconvertidor.
32. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según la reivindicación 1 y 31, caracterizado porque los sistemas de limpieza y anti organismos incrustantes (20) comprenden los siguientes elementos: a. malla de hilo de cobre (35) de 0,1 a 0,2 milímetros de calibre y con una luz de malla de 4 cm; y b. electrodos de contacto (36) para la malla dispuestos en los depósitos de flotación (17) y tanques de mezcla y compensación (2).
33. Fotobioconvertidor de energía para la obtención de biocombustibles según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende las siguientes condiciones de cultivo del fitoplancton presente en las torres para la realización de fotosíntesis: a. temperatura desde 12 a 35 grados Celsius; b. intensidad de luz solar desde 200 a 900 vatios/m2; c. intensidad de luz artificial desde 1 a 50 vatios/ m2; d. fotoperíodos desde 18 a 6 horas o desde 12 a 12 horas o de 24 horas; e. salinidad desde 0 por mil hasta 50 por mil; f. concentración de fitoplancton en el medio de cultivo desde 1.000.000 de células/ml a 100.000.000 de células/ml; y g. pH desde 7 a 8,9.
34. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de biocombustibles.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
35. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de productos de farmacopea del tipo de los ácidos grasos y Luteína.
36. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de productos de cosmética del tipo de la glicerina, pigmentos y sustancias emulgentes.
37. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de productos industriales con contenido en sílice del tipo de los borosilicatos y ferrosilicatos.
38. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de productos fertilizantes, agrícolas, industriales y ganaderos.
39. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de celulosas y hemicelulosas.
40. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la obtención de taninos y compuestos astringentes.
41. Uso del fotobioconvertidor de energía según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la fijación de CO2, CH4, SH2, NO2, NO3 y otros gases de gases de efecto invernadero.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2941238A1 (fr) * 2009-01-22 2010-07-23 Arkema France Utilisation d'une composition transparente pour photobioreacteurs.
CN102319517A (zh) * 2011-09-02 2012-01-18 江苏斯威森生物医药工程研究中心有限公司 一种萃取罐

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8216517B2 (en) * 2009-03-30 2012-07-10 General Electric Company System and method for monitoring an integrated system
DE102009019206B4 (de) * 2009-04-28 2012-07-19 Thyssenkrupp Polysius Ag Verfahren und Anlage zur Verwertung von gasförmigen und/oder festen Inhaltsstoffen in Abgasen
CN103228779A (zh) 2009-11-10 2013-07-31 生物优势资源股份有限公司 生物修复系统以及其装置和方法
FR2953856B1 (fr) * 2009-12-14 2014-01-31 Rhodia Operations Photobioreacteur algal a recirculation
FR2953855B1 (fr) * 2009-12-14 2012-03-02 Rhodia Operations Photobioreacteur algal enterre.
US9145539B2 (en) * 2010-03-12 2015-09-29 Solix Algredients, Inc. Systems and methods for positioning flexible floating photobioreactors
US20120156669A1 (en) 2010-05-20 2012-06-21 Pond Biofuels Inc. Biomass Production
US8940520B2 (en) 2010-05-20 2015-01-27 Pond Biofuels Inc. Process for growing biomass by modulating inputs to reaction zone based on changes to exhaust supply
US8889400B2 (en) 2010-05-20 2014-11-18 Pond Biofuels Inc. Diluting exhaust gas being supplied to bioreactor
US11512278B2 (en) 2010-05-20 2022-11-29 Pond Technologies Inc. Biomass production
US8969067B2 (en) 2010-05-20 2015-03-03 Pond Biofuels Inc. Process for growing biomass by modulating supply of gas to reaction zone
US20120276633A1 (en) 2011-04-27 2012-11-01 Pond Biofuels Inc. Supplying treated exhaust gases for effecting growth of phototrophic biomass
JP6095671B2 (ja) * 2011-10-07 2017-03-15 ポール テクノロジー ユーケイ リミテッドＰａｌｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｕｋ Ｌｉｍｉｔｅｄ 流体処理制御システムおよび対応する方法
US9534261B2 (en) 2012-10-24 2017-01-03 Pond Biofuels Inc. Recovering off-gas from photobioreactor
ES2464416B1 (es) 2012-10-30 2015-03-31 Biosinkco2 Tech Lda Proceso para la producción de biomasa y productos derivados de ella mediante cultivo de algas unicelulares en medio acuoso alimentado con una corriente de CO2, y planta diseñada para tal fin
TWI487787B (zh) * 2013-07-23 2015-06-11 國立中山大學 具光導功能之光生物反應器
GB2548350A (en) * 2016-03-14 2017-09-20 William Palmer Bruce Apparatus and method for encouraging biogenesis of algae
US11912966B2 (en) 2017-01-22 2024-02-27 Vaxa Technologies Ltd System and method for growing algae
RU2762294C2 (ru) * 2017-01-22 2021-12-17 Элгенновейшен Лтд Система и способ выращивания водорослей
EP4149668A4 (en) * 2020-05-11 2024-06-12 Anders Mokvist METHOD AND SYSTEM FOR CONVERTING BIOMASS TO BIOFUEL AND EXTRACTING CARBON-CONTAINING PRODUCTS

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3955317A (en) * 1974-01-28 1976-05-11 The British Petroleum Company Limited Method of growing plant cells
US4324068A (en) * 1980-03-03 1982-04-13 Sax Zzyzx, Ltd. Production of algae
US4676956A (en) * 1982-12-24 1987-06-30 Kei Mori Apparatus for photosynthesis
US4699087A (en) * 1984-11-07 1987-10-13 Kei Mori Concentrated fish feeding device
US4952511A (en) * 1987-06-11 1990-08-28 Martek Corporation Photobioreactor
US6370815B1 (en) * 1997-10-22 2002-04-16 Stephen Skill Photoreaction
WO2003094598A1 (en) 2002-05-13 2003-11-20 Greenfuel Technologies Corporation Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases
ES1065614U (es) * 2007-05-11 2007-10-01 Jose Soler Masa Aparato generador de biomasa mediante tubos transparentes.

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2621323B1 (fr) * 1987-10-02 1990-06-15 Commissariat Energie Atomique Dispositif de production intensive et controlee de micro-organismes par photosynthese
JPH02117331A (ja) * 1988-10-27 1990-05-01 Takashi Mori 海水中の生物育成装置
US5541056A (en) * 1989-10-10 1996-07-30 Aquasearch, Inc. Method of control of microorganism growth process
DE59202089D1 (de) * 1992-02-20 1995-06-08 Dorr Oliver Inc Klärbecken.
DE29607285U1 (de) * 1996-04-09 1996-07-04 B. Braun Biotech International GmbH, 34212 Melsungen Photobioreaktor
US8507253B2 (en) * 2002-05-13 2013-08-13 Algae Systems, LLC Photobioreactor cell culture systems, methods for preconditioning photosynthetic organisms, and cultures of photosynthetic organisms produced thereby
EP1928994A2 (en) * 2005-08-25 2008-06-11 Solix Biofuels, Inc. Method, apparatus and system for biodiesel production from algae
ES2288132B1 (es) * 2006-06-09 2008-11-01 Bernard A.J. Stroiazzo-Mougin Fotoconvertidor de energia para la obtencion de biocombustibles.
US8110395B2 (en) * 2006-07-10 2012-02-07 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3955317A (en) * 1974-01-28 1976-05-11 The British Petroleum Company Limited Method of growing plant cells
US4324068A (en) * 1980-03-03 1982-04-13 Sax Zzyzx, Ltd. Production of algae
US4676956A (en) * 1982-12-24 1987-06-30 Kei Mori Apparatus for photosynthesis
US4699087A (en) * 1984-11-07 1987-10-13 Kei Mori Concentrated fish feeding device
US4952511A (en) * 1987-06-11 1990-08-28 Martek Corporation Photobioreactor
US6370815B1 (en) * 1997-10-22 2002-04-16 Stephen Skill Photoreaction
WO2003094598A1 (en) 2002-05-13 2003-11-20 Greenfuel Technologies Corporation Photobioreactor and process for biomass production and mitigation of pollutants in flue gases
ES1065614U (es) * 2007-05-11 2007-10-01 Jose Soler Masa Aparato generador de biomasa mediante tubos transparentes.

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHISTI Y.: "Biodiesthe from microalgae", BIOTECHNOLOGY ADVANCES, vol. 25, no. 3, May 2007 (2007-05-01), pages 294 - 306, XP022014882 *
DE LA NOUE J. ET AL.: "The potential of microalgal biotechnology: a review of production and uses of microalgae", BIOTECHNOLOGY ADVANCES, vol. 6, no. 4, 1988, pages 725 - 770, XP008108581 *
See also references of EP2067850A4

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2941238A1 (fr) * 2009-01-22 2010-07-23 Arkema France Utilisation d'une composition transparente pour photobioreacteurs.
FR2941237A1 (fr) * 2009-01-22 2010-07-23 Arkema France Utilisation d'une composition transparente pour photobioreacteurs
WO2010084289A1 (fr) 2009-01-22 2010-07-29 Arkema France Utilisation d'une composition transparente pour photobioreacteurs
CN102319517A (zh) * 2011-09-02 2012-01-18 江苏斯威森生物医药工程研究中心有限公司 一种萃取罐

Also Published As

Publication number Publication date
US20100099151A1 (en) 2010-04-22
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