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!