Diseño de fotobiorreactores de alta eficacia y bajo coste para

Autor: David Rodríguez Estupiñán
Tutores:
Héctor Mendoza Guzmán
Eduardo Portillo Hahnafeld
Adelina de la Jara Valido
Cultivos abiertos (raceways)
Cultivos cerrados (fotobiorreactores)
Comparativa cultivos abiertos (raceways) – cultivos cerrados (fotobiorreactores)
Raceways
FBR tubular
Volumen (m3)
103
5,0
Fracción de gas retenido
0,01
0,01
Coeficiente de transferencia de
0,010
0,005
0,0001
0,040
104
105
1
100
Pbvol (gl-1día-1)
0,1
1,0
Coste (€/m3)
500
10.000
masa (s-1)
Coeficiente de dispersión (m2/s)
Tiempo de mezcla (s)
Potencia (W/m3)
Aspectos claves en el diseño de medios de cultivos de microalgas
-Buena exposición a la luz
-Correcta gestión en la inyección de CO2.
Subíndice (2): Contenido en aceite para especies con un 75 % de aceite.
Subíndice (1): Contenido en aceite para especies con un 25 % de aceite.
ESPECIES
CONTENIDO DE ACEITE (% peso
biomasa seca)
Botryococcus braunii
25-75
Chorella sp.
28-32
Crypthecodinium cohni
20
Cylindrotheca sp.
16-37
Dunaliella primolecta
23
Isochrysis sp.
25-35
Monallanthus salina
20
Nannochloris sp.
20-35
Nannochloropsis sp.
31-68
Neochloris oleoabundans
35-64
Nitzschia sp
45-47
Phaeodactylum tricornutum
20-30
Schizochytrium sp
50-77
Tetraselmis suecica
15-23
Coste de
producción
(€/l)
Índice
de
acidez
del
aceite
Rendimiento
del aceite
18
0,40-0,60
0,2
90%
974
12
0,99
2,0
87%
40
1.070
11
0,62
0,1
90%
36
5.366
2
0,68
6,1
95%
50
97.800
0,1
3,96-10,56
8,9
60%
Materia
prima
Contenido
en aceite
(% en
peso seco)
L
aceite/
ha año
Área
usada (m2
año/kg
biodiesel)
Soja
18
636
Colza
41
Girasol
Aceite
Palma
Microalgas
*Estimaciones de cultivos en fotobiorreactores
¿Cómo optimizar el proceso y coste de
producción de biodiesel?
 Búsqueda de especies con alto contenido en aceite.
 Empleo de sistemas de cultivo de alta eficacia y bajo coste.
¿fotobiorreactores?.
 Optimización y gestión del CO2.
 Sistema de cosechado (importante) – separación de agua de
la biomasa algal.
 Procesos de extracción de aceite.
Viabilidad a corto y medio plazo
 Biorefinería: es una estructura que integra procesos de conversión de
biomasa y equipamiento para producir combustibles, energía y
productos químicos a partir de la biomasa.
Tipos de Fotobiorreactores
 Fotobiorreactores tubulares horizontales y verticales
 Fotobiorreactores verticales
Placas planas
Fotobiorreactor nº 1
Fotobiorreactor tubular inclinado
Capacidad 1.000 litros
Diámetro tubos metacrilato 100 mm
Fotobiorreactor nº 2
Fotobiorreactor 80 litros – Propósito 3 FBR de 80 litros – Total 240 litros – Precio 200 €
Resultados
Relación
Luz
FICHA FBR GARRAFAS
FICHA FBR GARRAFAS
20 l inóculo + 50 l agua salada
20 l inóculo + 50 l agua salada
1/2,5
45 -150 W/m2
Días
26-abr
27-abr
28-abr
29-abr
30-abr
Densidad
0,101
0,164
0,248
0,354
0,442
Variación
Relación
Luz
0,063
0,084
0,106
0,088
0,5
0,4
0,4
0,3
0,3
1/2,5
45 -150 W/m2
Días
30-abr
02-may
03-may
06-may
Densidad
0,152
0,257
0,312
0,345
0,2
0,105
0,055
0,033
FBR 70 l
Fotobiorreactor
0,2
Variación
0,1
0,1
0
30-abr 01-may 02-may 03-may 04-may 05-may 06-may
0
26-abr
27-abr
28-abr
29-abr
30-abr
Primeros resultados buenos – progresivamente fueron apareciendo signos de
contaminación debido a la pared celular sobre todo en las zonas de conexión entre
garrafas – se desecha por dificultad en la limpieza – limitado a pocos usos.
Fotobiorreactor nº 3
Fotobiorreactor 60 litros – material pet – Posibilidad de reutilizar garrafas para
cultivar microalgas -- Nº usos limitado – Precio 50 €
Resultados
Control FBR garrafas en exterior
1
0,9
Absorbancia
0,8
0,7
0,6
FBR 1
0,5
FBR 2
0,4
FBR 3
0,3
FBR 4
0,2
0,1
0
05-ago
06-ago
07-ago
08-ago
09-ago
Fotobiorreactor nº 4
Fotobiorreactor sumergido en laguna – objetivo aumentar la durabilidad de
material de goma transparente -- Inconveniente: difícil limpieza
Fotobiorreactor nº 5
Fotobiorreactor 80 litros – material metacrilato – diámetro 300 mm –
fácil limpieza
Resultados en cámara de cultivo
Cámara de cultivo 16/07 a 19/07
Cámara de cultivo 24/06 a 28/06
0,75
0,75
0,7
0,65
0,6
1
0,55
2
0,5
3
0,45
4
0,4
Absorbancia
Absorbancia
0,65
0,55
1
2
0,45
3
0,35
4
0,25
0,35
0,15
0,3
24-jun
25-jun
26-jun
27-jun
28-jun
16-jul
17-jul
18-jul
19-jul
Resultados en cámara de cultivo – gráfica izquierda flujo CO2 12 horas día y gráfica
derecha flujo de CO2 24 horas día
Resultado en invernadero
Control FBR en exterior
0,54
0,49
Absorbancia
0,44
0,39
FBR 1
0,34
FBR 2
0,29
FBR 3
0,24
FBR 4
0,19
0,14
0,09
20-ago
21-ago
22-ago
23-ago
Control de FBR en extrerior
0,8
0,7
Absorbancia
0,6
FBR1
0,5
FBR 2
0,4
FBR 3
FBR 4
0,3
FBR 5
0,2
0,1
27-ago
28-ago
29-ago
30-ago
Análisis: mejor crecimiento en exterior (con luz solar) que en cámara de cultivo
(agua autoclavada y luz artificial) por lo que se reducen los costes de producción.
¿Raceways o fotobiorreactores?
Conclusiones: Tasa de crecimiento en raceways y FBR similar
¿Por qué?: Régimen de temperaturas en Canarias, luz solar ¿?
Fotobiorreactores: ¿si o no?
 Para la puesta en marcha de una planta con Isochrysis
galbana.
 Combinación entre ambos sistemas de cultivo.
 Inóculo para raceways de 10.000 a 15.000 litros.
 En las instalaciones del ITC se pretende la construcción de
9 FBR de 140 litros de 2 m de altura para poner en marcha
1.000 m2 de cultivos en raceways.
FIN
¡MUCHAS GRACIAS!