Tipos de fotobiorreactores
Un fotobiorreactor es un sistema diseñado que proporciona un entorno controlado para el crecimiento de organismos fotoautótrofos como las microalgas, las cianobacterias y las diatomeas. Los siguientes tipos de fotobiorreactores para el cultivo de algas se utilizan comúnmente para aplicaciones biotecnológicas.
- Sistemas de estanques abiertos: Este sistema de cultivo tradicional y más simple todavía se utiliza ampliamente para el cultivo de algas al aire libre. Consiste en un estanque poco profundo, a menudo circular o en forma de canal, que está abierto al medio ambiente. Aunque son más económicos que los sistemas cerrados, su productividad es significativamente menor que la de los sistemas cerrados. Además, la calidad de las algas puede verse afectada por la contaminación, la evaporación y las fluctuaciones de temperatura.
- Fotobiorreactor tubular: Este biorreactor cerrado consta de una serie de tubos transparentes a través de los cuales fluye el medio de cultivo. El tubo suele estar en espiral para aumentar la exposición a la luz solar. El fotobiorreactor tubular tiene una alta densidad y controla la temperatura, la presión y el suministro de nutrientes.
- Fotobiorreactor de columna: Este reactor suele tener forma cilíndrica cuyas paredes están hechas de vidrio o plástico transparente. La luz penetra a través de las paredes de la columna para que las algas puedan absorber la luz y crecer. El fotobiorreactor de columna es más eficiente y menos propenso a la contaminación que los estanques abiertos, pero el intercambio de gases es limitado porque las burbujas suelen estar solo en la columna de agua.
- Fotobiorreactor de flujo de aire unidireccional: Este fotobiorreactor tiene una película transparente que permite que las algas crezcan en ambos lados de la película. La luz y el aire se introducen por un lado y el gas residual se descarga por el otro. Este sistema tiene una alta productividad y un intercambio de gases eficiente, pero la fuga de la solución nutritiva es a veces un problema.
Especificación y mantenimiento del fotobiorreactor
Especificaciones
- Material: Los fotobiorreactores de vidrio tienen un contenedor o cuerpo de vidrio, una alta barrera a la transferencia de oxígeno y una alta tolerancia al calor. La parte inferior del fotobiorreactor suele tener un fondo redondo. El volumen es grande, lo que facilita a los consumidores mezclar y criar algas. La parte superior es un cuello estrecho con una tapa, que es más conveniente para el intercambio de gases.
- Capacidad: La capacidad del fotobiorreactor de vidrio suele ser grande, generalmente entre 2,5 L y 10 L. Además, algunos modelos de fotobiorreactores ofrecen opciones de capacidad personalizables para necesidades específicas.
- Control del pH: Es crucial mantener los cultivos de algas en el fotobiorreactor de vidrio a los niveles de pH correctos para un crecimiento óptimo. Este fotobiorreactor también tiene un sistema de control del pH que puede ajustar automáticamente el ácido o el álcali para mantener el fluido del cultivo en el rango de pH deseado. El ajuste automático del pH de este equipo suele ser inferior a 0,1.
- Control de la temperatura: La temperatura del medio de cultivo tiene una gran influencia en el crecimiento y la reproducción de las algas; por lo tanto, el control de la temperatura también es una función necesaria de los fotobiorreactores de vidrio. Generalmente tienen sistemas de control de temperatura incorporados, como unidades de calefacción/refrigeración y sensores de temperatura, y el rango de control de temperatura puede estar entre 15 y 35 grados centígrados.
- Sistema de iluminación: Los sistemas de iluminación de los fotobiorreactores de vidrio suelen utilizar luces LED o sistemas de lámparas fluorescentes de luz diurna. Estos sistemas pueden proporcionar diferentes longitudes de onda de luz que las algas necesitan para la fotosíntesis. Algunos fotobiorreactores también tienen una función de intensidad de luz ajustable, que puede ajustar la intensidad de la luz según la etapa de crecimiento de las algas y las necesidades del cultivo.
- Tasa de flujo de aire: La circulación del medio de cultivo, el intercambio de gases y la mezcla de algas y medio de cultivo en el fotobiorreactor de vidrio dependen de la tasa de flujo de aire. Los fotobiorreactores de vidrio suelen tener bombas de flujo de aire ajustables que permiten a los usuarios ajustar el flujo de aire para adaptarse a diferentes tipos de cultivos y necesidades.
Consejos de mantenimiento
- Limpieza regular: Limpie el exterior y el interior del fotobiorreactor con regularidad. Utilice desinfectantes o soluciones de limpieza aprobadas para equipos de proceso para limpiar. Limpie el exterior primero y luego limpie el interior. Asegúrese de eliminar las algas, las bacterias y cualquier residuo. Enjuague la solución de limpieza a fondo con agua destilada para evitar cualquier residuo.
- Esterilización: Esterilice los fotobiorreactores con regularidad para evitar la contaminación. Utilice métodos de esterilización con vapor de alta temperatura o esterilización química para la esterilización. Esterilice todo el reactor, incluidas las tuberías y los accesorios del medio de cultivo.
- Reemplace el medio de cultivo: Reemplace el medio de cultivo en el fotobiorreactor con regularidad para mantener los niveles de nutrientes y las condiciones de crecimiento óptimas. Antes de reemplazarlo, limpie y esterilice a fondo el reactor. Prepare el medio de cultivo fresco y agregue algas.
- Monitoree los parámetros clave: Monitoree con regularidad los parámetros clave del fotobiorreactor, como el pH, la temperatura, la concentración de dióxido de carbono, la concentración de nutrientes, etc. Lleve un registro y ajústelos y contrólelos con prontitud de acuerdo con la reacción para garantizar la estabilidad y el crecimiento óptimo de las algas.
- Mantenimiento de los equipos: El mantenimiento regular de los fotobiorreactores, como la limpieza, reparación, reemplazo y ajuste de bombas, válvulas, sensores, controladores y otros equipos y accesorios, garantiza su funcionamiento normal y precisión.
- Operación segura: Siga los procedimientos de operación segura al operar fotobiorreactores, use el equipo de protección necesario y preste atención al funcionamiento del equipo y las condiciones ambientales. Garantice la seguridad y la estabilidad del sistema de cultivo.
Aplicaciones del fotobiorreactor
Dado que crean un ambiente para el crecimiento de diferentes microorganismos, los fotobiorreactores tienen muchos usos en diversas industrias. Estas son algunas de las aplicaciones notables de los fotobiorreactores;
- Producción de biocombustibles: Los sistemas de fotobiorreactores se utilizan para cultivar algas y microorganismos responsables de convertir la luz solar, el agua y el dióxido de carbono en biomasa. Esta biomasa sirve como materia prima para producir diversos tipos de biocombustibles, como el biodiesel, el bioetanol y el biobutanol.
- Captura y secuestro de carbono: El uso de algas en PBR permite capturar y utilizar el dióxido de carbono producido por los gases de combustión industriales. Las algas absorben el dióxido de carbono durante su proceso de fotosíntesis, lo que lleva a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. La biomasa generada se puede utilizar para otras aplicaciones valiosas, como biocombustibles o alimento para animales.
- Producción biofarmacéutica: Los fotobiorreactores se utilizan para producir vacunas, anticuerpos y otros compuestos terapéuticos. Los microorganismos o células cultivadas en estos reactores están diseñados para expresar proteínas o moléculas específicas con propiedades medicinales. Estos compuestos luego se cosechan y purifican para su uso en productos farmacéuticos y medicina.
- Producción de nutracéuticos: Por ejemplo, los fotobiorreactores se utilizan para producir ácidos grasos omega-3, carotenoides y otros compuestos nutricionales valiosos. Estas sustancias a menudo se incorporan a suplementos dietéticos y alimentos funcionales para promover la salud y el bienestar. Las microalgas y las cianobacterias son los principales organismos que se emplean en PBR para la producción de nutracéuticos.
- Acuicultura: En acuicultura, los fotobiorreactores se utilizan para producir microalgas que sirven como fuente de alimento principal para peces larvas, mariscos y otros organismos acuáticos. Los PBR aseguran un suministro constante y controlado de microalgas, apoyando el crecimiento y la nutrición de los animales acuáticos jóvenes.
Cómo elegir un fotobiorreactor
Antes de comprar fotobiorreactores a la venta, es aconsejable investigar las necesidades de los compradores objetivo. Además de sus necesidades, revise los factores para seleccionar un acuario perfecto para almacenar y analizar sus requisitos. Uno de los aspectos más importantes del parámetro de un comprador es la cantidad deseada de algas o biomasa. Inicialmente, los compradores buscarán reactores más pequeños para probar su proceso o algoritmos específicos. Sin embargo, si buscan un uso comercial, es posible que necesiten reactores más grandes para satisfacer sus necesidades de escalabilidad.
Otro aspecto importante que los compradores notarán es el tipo de fotobiorreactor preferido. Es posible que los compradores necesiten sistemas cerrados debido a problemas de contaminación o sistemas abiertos para la rentabilidad y la escalabilidad. Además, los microorganismos específicos de los compradores pueden determinar la forma y el tamaño del reactor que elegirán. Por ejemplo, algunas cepas de algas específicas requieren formas específicas de reactores para optimizar la penetración de la luz y el intercambio de gases.
Los compradores también analizarán la tecnología utilizada en el fotobiorreactor. Elija un proveedor que brinde opciones con ventajas y desventajas distintas, como fotobiorreactores tubulares, de panel plano y de mezcla. Los compradores de fotobiorreactores también buscarán fuentes de luz eficientes para un crecimiento óptimo de las algas. Dependiendo de la preferencia del comprador, pueden elegir LED, fluorescente y luz solar natural integrada con sistemas de seguimiento.
Al almacenar PBR, se deben seleccionar aquellos con sistemas de control apropiados para monitorear y regular los parámetros de crecimiento vitales, como la temperatura, el pH, la concentración de CO2 y los niveles de nutrientes. Los fotobiorreactores de calidad superior también tienen procesos automatizados y su eficiencia es excelente. También tienen buenos mecanismos de eliminación de células, por lo que al comprar estos, asegúrese de que posean altas eficiencias de retención de células.
Además, los compradores considerarán los materiales de construcción según el tipo de PBR. Estos incluyen vidrio, acero inoxidable y plásticos transparentes. Además, los compradores considerarán el costo del PBR que comprarán. Intentarán equilibrar el rendimiento del PBR y su costo, incluidos los gastos operativos.
Preguntas frecuentes sobre el fotobiorreactor
P: ¿Cuáles son los tipos de biorreactores utilizados en PBR?
A: Los fotobiorreactores suelen utilizar estos dos tipos de biorreactores: biorreactores celulares y de panel plano. Este último se utiliza ampliamente para cultivar grandes poblaciones de microalgas en un espacio limitado. Esto se debe a que son fáciles de cosechar debido a su alta tasa de intercambio de gases. Sin embargo, los PBR pueden ser caros y la cantidad de intercambio de gases podría compensar el gasto.
P: ¿Se pueden utilizar los biorreactores en el futuro?
A: Los biorreactores serán útiles en el futuro, especialmente cuando los humanos necesiten encontrar fuentes alternativas de energía. El uso de biorreactores puede ayudar en esta búsqueda al ayudar en la producción de biocombustibles. Los biorreactores también son valiosos en el campo de la medicina. Ayudan a crear tejidos y órganos en laboratorios que se pueden utilizar para trasplantes. A medida que el mundo avanza, los biorreactores seguirán desempeñando un papel en el desarrollo sostenible y el progreso social.
P: ¿Cuáles son los límites de los biorreactores?
A: El uso de biorreactores está limitado por los altos costos operativos y de capital, los complejos requisitos de control y monitoreo, las limitaciones de escalabilidad y la necesidad de conocimiento y tecnología especializados.