Diseño, modelado y optimización de foto-bioreactores destinados al cultivo de microalgas para diferentes aplicaciones tecnológicas

Abstract

La biotecnología aplicada al cultivo de algas representa un importante campo de estudio en la actualidad. Los productos y aplicaciones que pueden desarrollarse a partir de ellas son muy diversos: producción de biodiesel a partir de sus aceites; bio-remediación de efluentes líquidos y gaseosos; la utilización de la propia biomasa para consumo humano o animal; obtención de productos bio-activos para la industria farmacéutica; obtención de aceites omega 3; etc. Las microalgas unicelulares se encuentran entre los organismos autotróficos más productivos de la naturaleza debido a su elevada eficiencia fotosintética. Sin embargo, actualmente las eficiencias y productividades alcanzadas en grandes reactores son dos o tres órdenes de magnitud menores que el valor teórico esperado. Debido a esto, es importante lograr la optimización tanto de la intensidad de energía que reciben los cultivos de microalgas, como del perfil de longitudes de onda de dicha radiación. Es por ello que se propone en la presente tesis llevar adelante un estudio integral acerca de la influencia del perfil de radiación recibido por un cultivo sobre el crecimiento de las microalgas a través del modelado del campo de energía radiante en los foto-bio-reactores a fin generar modelos intrínsecos que permitan proponer y verificar herramientas aptas para el diseño, optimización y cambio de escala de foto-bio-reactores, destinados a la propagación de microalgas y producción de metabolitos derivados de ellas con diferentes aplicaciones de interés tecnológico.

Microalgal Biotechnology represents an important field of study in the present. The products and applications that can be developed from them are very diverse: biodiesel production from their oils; bioremediation of liquid and gaseous effluents; the use of biomass for human or animal nutrition; bioactive products for the pharmaceutical industry; omega 3 fatty acids; etc. Unicellular microalgae are among the most productive autotrophic organisms in nature due to their high photosynthetic efficiency. However, currently efficiencies and productivities achieved in large reactors are two to three orders of magnitude smaller than the theoretical value expected. Because of this, it is important to achieve the optimization of radiation conditions (both the intensity of the energy and the wavelengths profile) received by microalgae cultures. It is therefore proposed in this thesis to develop a comprehensive study on the influence of radiation profile received by the photo-bio-reactor on microalgal growth through the radiant energy field modeling in order to generate intrinsic models to propose and verify appropriate tools for the design, optimization and scaling of photo-bio-reactors, for microalgal culture and the production of metabolites with different applications of technological interest.