Escalamiento de fotobiorreactor solar secuestrante de CO2 de gases de combustión optimizando producción de “espirulina”
Resumen
En la presente investigación se diseñó y escaló un fotobiorreactor solar tipo tubular secuestrante
de dióxido de carbono procedente de gases de combustión empleando la microalga espirulina. Se
inició, preparando el inóculo, el cual fue cultivado en 10 cámaras de crecimiento de 250 mL cada una,
el cultivo contenía como sustrato vinaza al 2%. Después se implementó los sistemas experimentales:
El sistema de combustión estacionario de CO2 estuvo conformado por una caldera acuotubular de 1
BHP y el otro sistema conformado por un fotobiorreactor tubular. El dimensionamiento de este sistema
estuvo dado según los parámetros óptimos de cultivo obtenidos en las cámaras de crecimiento. Luego
de instalar el fotobiorreactor solar para el cultivo de espirulina, se procedió a realizar la evaluación
de secuestro del dióxido de carbono y optimizar la producción para lo cual se determinó el tiempo
óptimo de producción de biomasa microalgal, producción de oxígeno además se evaluó la entrada
y salida de los gases de combustión hacia el fotobiorreactor. Con los resultados obtenidos tanto
en el dimensionamiento del fotobiorreactor así como en la evaluación del secuestro del CO2, se
procedió a realizar el escalamiento a través de la aplicación de algoritmos y empleo del software
MATLAB, obteniendo un programa computacional que brinda como resultado proporciones para
fotobiorreactores tubulares a escala industrial.
Palabras clave: escalamiento, fotobiorreactor solar, secuestro de CO2, espirulina.
ABSTRACT
The present research aims to design and scale up a solar tubular photobior
eactor sequestrating of
carbon dioxide emissions from combustion gases through the microalga “spirulina”. To develop this work
first was prepared the inoculum, which was initially grown in growth chambers 10 of 250 mL each; the
culture contained as substrate 2% “vinasa”. After experimental systems were implemented: Stationary
combustion system of CO2, which consisted of a aquotubular boiler of 1 BHP and the other set consists
of a tubular photobioreactor. The sizing of this system was given as the optimal parameters obtained
in the culture growth chambers. After installing the solar photobioreactor for cultivation of “spirulina”,
proceeded with the evaluation of sequestration of carbon dioxide and optimize the production process
for which determined the optimal time of mycroalgae biomass production, production of oxygen, also
evaluated the entry and exit of the flue gases into the photobioreactor. With the results obtained in the
sizing of solar photobioreactor and in the evaluation of CO2 biofixation spirulina, proceeded to perform
the scaling through the application of algorithms and using MATLAB program, resulting in tubular
photobioreactors proportions for industrial scale.
Key words: scaling, solar photobioreactor, CO2 sequestration, spirulina.
1
Departamento de Ingenieria Industrial, Facultad de Ingenieria. Universidad Nacional de Trujillo
2
Instituto de Investigación en Ciencias e Innovación Tecnológica
Presentado el 28/06/2012, aceptado el 08/08/2012
Citas
Social y Extensión Universitaria (GICPSEU)
de la Universidad Nacional de Trujillo por
el financiamiento otorgado para realizar el
presente trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
Benemann, J. Technology Roadmap -
Biofixation of CO2 and Greenhouse Gas
Abatement with Microalgae. Final Report to
the U.S. Dept. of Energy, National Energy
Technology Laboratory, Morgantown-Pittsburgh
; 1-10.
Pedroni P, Davison J, Beckert H, Bergman
P, Benemann J.A proposal to establish an
international network on biofixation of CO2 and
greenhouse gas abatement with microalgae.
Journal of energy and environmental research
; 1(1): 136-150.
Li Y, Markley B, Ram A, Rodríguez V, Thompson
D, Van Niekerk D. Utilization of carbon dioxide
from Coal-fired power plant for the Production
of value-added products. Informed to the
requirements for the Design Engineering of
Energy and Geo-Environmental Systems
Course (EGEE 580).2007.
http://www.cambioclimatico.minam.gob.pe/
cogeneracion-con-biomasa-en-el-complejoagroindustrial-cartavio-s-a-a/
Muñoz JM. Cogeneración en Grandes Centrales
de procesos. El Cotidiano. 2003.19(117):52-60.
Boyle G, Everett B, Ramage A. Energy Systems
and Sustainability. New York: Oxford University
Press Inc. 2003
Halloway S. Storage of Fossil Fuel-Derived
Carbon Dioxide Beneath the Surface of the
Earth. Annual Review of Energy and the
Environment. 2001; 26: 145-66.
Seijas P, Salgado L. Nuevos Aspectos
biotecnológicos y perspectivas en la
investigación y producción de compuestos
obtenidos del género Arthrospira “espirulina”.
Sciendo 2007; 10 (2): 121-134.
Seijas P, Salgado L. Hidrógeno Cianobacterial:
Alternativa Biotecnológica y Ecológica de
energía renovable. Investigación -Desarrollo e
Innovación I+D+I. 2006; 21 (3):64-69.
Ben-Amotz A, Borodyanski G. Microalgae
Cultivation with CO2-biofixation of Power Plant
Station. Report of IOLR and GENERAL Bi Ltd.
Yue-Hui Zhu, Jian-Guo Jiang. Continuous
cultivation of Dunaliella salina in photobioreactor
for the production of carotene. Eur Food Res
Technol .2008; 227:953–959.
Nakamura T, Senior C, Olaizola M, Masutani
S. Capture and Sequestration of Stationary
Combustion Systems by Photosynthetic
Microalgae. Proc. First National Conf. on
Carbon Sequestration. Dept. of Energy -
National Energy Technology Laboratory.2001.
Mears BM. Design, Construction and Testing
of Pilot Scale Photobioreactor Subsystems.
Thesis presented to the faculty of the Russ
College of Engineering and Technology of Ohio
University of the requirements for the degree
Master of Science. 2008.
Morita M, Watanabe Y, Saiki H. Investigation
of photobioreactor design for enhancing the
photosynthetic productivity of microalgae.
Biotechnology and Bioengineering .2000; 69
(6): 693-699.
Bayless DJ, Kremer GG, Prudich ME, Stuart
DJ , Vis-Chiasson ML, Cooksey K, Muhs
J. Enhanced Practical Photosynthetic CO2
Mitigation”. Proceedings of the National Energy
Technology Laboratory - Dept. of Energy, First
National Conf. Carbon Sequestration. 2001.
Seijas S, Chávez R, Seijas P, Seijas N, Salgado
L. Parámetros de Diseño de Fotobiorreactor
para Producción de Arthrospira jenneri
“espirulina” optimizando proceso de cultivo.
Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional
de Trujillo. P.I. Nº 260209103.2009.
Cuello JL, Ono E. Design parameters of solar
concentrating systems for CO2-mitigating algal
photobioreactors. Energy 2004;29: 1651-1657
Ogbonna JC, Soejima T, Tanaka H. An
integrated solar and artificial light system for
internal illumination of photobioreactors. Journal
of Biotechnology. 1999;70: 289-297
Tsygankov AA. Laboratory Scale
Photobioreactors. Applied Biochemistry and
Microbiology. 2001; 37(4): 333-341.
Reza N. The culture of coccolithophoric algae
for carbon dioxide remediation. Thesis is
presented for the degree of Doctor of Philosophy
of Murdoch University.2007
Rafiqul IM, Jalal KC, Alam MZ. Enviromental
factors for Optimization of Spirulina Biomass
in laboratory Culture. Biotechnology.2005;4(1):
-22
Huang Y, Rorrer GL. Optimum Temperature
and Photoperiod for the Cultivation of
Agardhiella subulata Microplantlets in a BubbleColumn
Photobioreactor. Biotechnology and
Bioengineering. 2002;17(2): 135-144
Tri-Panji, Suharyanto K. Optimization media
from low-cost nutrient sources for growing
Spirulina platensis and carotenoid production.
Menara Perkebunan 2001; 69(1): 18-28.
Salgado L, Chico J, Fernández M, Seijas
P.Vinaza como medio de cultivo alternativo
en el crecimiento y producción de pigmentos
de Arthrospira jenneri (Hassall) Stinzenberg .
Rebiol 2004; 24(1-2):5-12.
Matsumoto H, Shioji N, Hamasaki A, Ikuta Y,
Fukuda Y, Sato M, Endo N, Tsukamoto T. Carbon
Dioxide Fixation by Microalgae Photosynthesis
Using Actual Flue. Applied Biochemistry and
Biotechnology. 1995; (51-52): 681-692.
Mamrosh D, Beitler C, Fisher K. Consider
improved scrubbing designs for acid gases.
Hydrocarbon Processing. pp. 69-74.
Armas E, Alfaro O. Efecto de la concentración
de CO2 disuelto en un cultivo mixotrófico de
Scenedesmus obliquus. Tecnología Química.
; 29 (2):42-46.
Wang L, Sunden B. Optimal design plate
exchangers with and without pressure drop
specifications. Applied Thermal Engineering
; 23:295-311.
Cuello JL, Ono E. Carbon Dioxide Mitigation
using Thermophilic Cyanobacteria. Biosystems
Engineering. 2007; 96(1): 129-134.
Chang E, Shang Y. Some characteristics of
microalgae isolated in Taiwan for biofixation of
carbon dioxide. Bot. Bull. Acad. Sin.2003; 44:
-52.
Doucha, J, Straka F, Livansky K. Utilization
of flue gas for cultivation of microalgae
(Chlorella sp.) in an outdoor open thin-layer
photobioreactor. Journal of Applied Phycology.
; 17: 403-412.
Greque M, Vieira J. Biofixation of carbon
dioxide by Spirulina sp. and Scenedesmus
obliquus cultivated in a three–stage serial
tubular photobioreactor. Applied Biochemistry
and Biotechnology.2002; 25 (2): 120-132.
