Fotobiorreactor
Un fotobiorreactor ( PBR ) es un biorreactor que utiliza una fuente de luz para cultivar microorganismos fototróficos . [1] Estos organismos utilizan la fotosíntesis para generar biomasa a partir de luz y dióxido de carbono e incluyen plantas, musgos , macroalgas, microalgas , cianobacterias y bacterias púrpuras .. Dentro del ambiente artificial de un fotobiorreactor, las condiciones específicas se controlan cuidadosamente para las especies respectivas. Por lo tanto, un fotobiorreactor permite tasas de crecimiento y niveles de pureza mucho más altos que en cualquier lugar de la naturaleza o hábitats similares a la naturaleza. Hipotéticamente, la biomasa fototrópica podría derivarse de aguas residuales ricas en nutrientes y dióxido de carbono de los gases de combustión en un fotobiorreactor.
El primer enfoque para la producción controlada de organismos fototróficos fue un estanque abierto natural o un estanque de canalización artificial .. Allí, la suspensión de cultivo, que contiene todos los nutrientes necesarios y dióxido de carbono, se bombea en un ciclo, y se ilumina directamente con la luz solar a través de la superficie del líquido. Este principio de construcción es la forma más sencilla de producción de organismos fototróficos. Pero debido a su profundidad (hasta 0,3 m) y el suministro de luz promedio reducido relacionado, los sistemas abiertos solo alcanzan tasas limitadas de productividad en el área. Además, el consumo de energía es relativamente alto, ya que deben procesarse grandes cantidades de agua que contienen una baja concentración de producto. Los espacios abiertos son costosos en áreas con una población densa, mientras que el agua es escasa en otras. El uso de tecnologías abiertas provoca grandes pérdidas de agua por evaporación a la atmósfera.
Desde la década de 1950 se han utilizado varios enfoques para desarrollar sistemas cerrados, que teóricamente proporcionan densidades celulares más altas de organismos fototróficos y, por lo tanto, una menor demanda de agua para bombear que los sistemas abiertos. Además, la construcción cerrada evita las pérdidas de agua relacionadas con el sistema y se minimiza el riesgo de contaminación por el aterrizaje de aves acuáticas o el polvo. [2] Aunque los sistemas cerrados tienen una mejor productividad en comparación con los sistemas abiertos debido a las ventajas mencionadas, aún deben mejorarse para que sean adecuados para la producción de productos de bajo precio ya que la densidad celular sigue siendo baja debido a varios factores limitantes. [3] Todos los fotobiorreactores modernos han intentado equilibrar entre una capa fina de suspensión de cultivo, una aplicación de luz optimizada, un bajo consumo de energía de bombeo,gastos de capital y pureza microbiana. Sin embargo, la atenuación de la luz en el aumento de escala y el aumento de los requisitos de CO2 con el crecimiento son los dos cambios más inevitables en los cultivos fototróficos que limitan gravemente la productividad de los fotobiorrectores. [4] [5] También se cree que la acumulación de oxígeno fotosintético con el crecimiento de microalgas en fotobiorreactores es un factor limitante significativo; sin embargo, recientemente se ha demostrado con la ayuda de modelos cinéticos que niveles de oxígeno disuelto tan altos como 400% de saturación de aire no son inhibidores cuando la densidad celular es lo suficientemente alta como para atenuar la luz en etapas posteriores de cultivos de microalgas. [6] Se han probado muchos sistemas diferentes, pero solo unos pocos enfoques pudieron funcionar a escala industrial. [7]
El enfoque más simple es el rediseño de los fermentadores de vidrio conocidos , que son lo último en tecnología en muchas instalaciones de producción e investigación biotecnológica en todo el mundo. El reactor de musgo, por ejemplo, muestra un recipiente de vidrio estándar, que recibe luz externamente. Las boquillas de cabezal existentes se utilizan para la instalación de sensores y para el intercambio de gases. [8] Este tipo es bastante común a escala de laboratorio, pero nunca se ha establecido a mayor escala, debido a su tamaño limitado de vasija.
