“Diseño de fotobioreactor airlift para la optimización de la producción de hidrógeno por Chlamydomonas reinhardtii usando un modelo matemático”

“Diseño de fotobioreactor airlift para la optimización de la producción de hidrógeno por Chlamydomonas reinhardtii usando un modelo matemático”

Contenido

INTRODUCCIÓN        

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA        

OBJETIVO GENERAL        

OBJETIVOS ESPECÍFICOS        

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO        

LIMITACIONES        

MARCO TEORICO        

SISTEMA DE CULTIVO DE MICRO-ALGAS        

FACTORES DE CULTIVO QUE AFECTAN EL CRECIMIENTO        

LUZ        

NUTRIMENTOS        

TEMPERATURA        

pH        

TRANSFERENCIA GASEOSA        

FOTOBIOREACTORES        

DISEÑO DE UN FOTOBIORREACTOR        

FBR  TUBULAR TIPO AIRLIFT        

DISEÑO DE UN FBR        

DISTRIBUCIÓN DE LA LUZ        

MEZCLADO        

FUENTE DE CARBONO        

BIBLIOGRAFÍA        

INTRODUCCIÓN

El uso cada vez más frecuente de las energías renovables específicamente en el área de los biocombustibles aumenta en medida que el cambio climático y exceso de los gases de efecto invernadero presentan un problema irreversible por la quema de combustibles derivados del petróleo. El desarrollo de alternativas limpias y renovables de energía es de interés primario considerando el aumento de contaminantes relacionados con el uso desmedido  y situación energética en el mundo. Recientemente, los biocombustibles, entre los que se pueden mencionar, el biodiesel, bioetanol, e hidrógeno, han tenido gran auge en el mundo debido a la necesidad de producir energía de manera lo más limpia sustentable posible, dentro de estos el hidrógeno se muestra como una de las más atractivas soluciones debido a que es un combustible que posee un alto contenido de energía en comparación con los combustibles de hidrocarburos, de la misma forma es importante mencionar que se postula como la mejor opción cuando en el proceso de la producción  se involucra el uso de residuos que puedan ser constituyentes de la contaminación actual mostrándose ecológicamente sustentable ya que no produce dióxido de carbono (CO2) tanto en su producción como en su combustión, siendo el combustible ideal del futuro para reemplazar los combustibles fósiles.

El presente trabajo se plantean parámetros para el diseño de un fotobioreactor tubular de tipo airlift para la optimización en el proceso de crecimiento y producción de hidrógeno  de la microalga Chlamydomonas reinhardtii para un mejor aprovechamiento en la fijación de CO2 obtenido del proceso de la fermentación para la producción de bioetanol. Logrando con el diseño de este fotobioreactor controlar los parámetros que intervienen en el proceso de crecimiento y producción de hidrógeno: pH, Temperatura, luminosidad, sedimentación.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Los métodos de producción del hidrógeno que se usan en la actualidad carecen de eficiencia y a su vez no se presentan económicamente viables como se requiere para suplir las necesidades mundiales de hidrógeno, mucho menos si se pretende utilizar en el área energética. En concreto 96% del hidrógeno requiere como energía primaria combustibles fósiles, siendo el 95% de la producción “cautiva”, es decir, se produce para consumo propio de las industrias que lo demandan. Por el lado económico cabe destacar que su producción centralizada está gobernada por factores esencialmente políticos, lo que resulta en precios volátiles y elevados. Así mismo, en ausencia de alternativas viables, el agotamiento de las reservas de petróleo, estimadas en no más de 40 años (BP, 2015).

Existen pocas tecnologías que aúnan la producción de hidrógeno como combustible empleando energías renovables. Dentro de este tipo de formas se encuentra el uso de la biomasa que engloba el uso de los sistemas biológicos y la optimización del uso de la energía luminosa a la que se estará expuestos los microorganismos.  De tal manera que en este proyecto se  implementará una forma de generación viable y por tanto eficiente y así mismo amigable con el medio ambiente haciendo uso de microalga Chlamydomonas reinhardtii como alternativa energética a partir de una biofotólisis.

Para llevar a cabo esto es necesario hacer uso de birreactores en los que podamos establecer las condiciones óptimas así como la manipulación de principales variables para llevar a cabo el cultivo de las microalgas y posteriormente así la producción de hidrógeno, todo esto se llevará a cabo a partir de un modelo matemático expresado por una serie de  Ecuaciones Diferenciales.

OBJETIVO GENERAL

Proponer un fotobioreactor de tipo airlift capaz de medir y controlar variables como pH, temperatura, flujo luminoso para la fotoproducción de hidrógeno a partir de microorganismos fotóautotrofos, utilizando iluminación artificial por diodos emisores de luz (LEDS).

OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Diseñar un fotobioreactor para el crecimiento y producción de hidrogeno por microalgas.

Modelar un prototipo del diseño del fotobioreactor.

Imprimir el modelo 3D

Instrumentar el fotobioreactor

Establecer condiciones óptimas para el crecimiento celular.

Cuantificar la cantidad de hidrógeno producido en g/L.

Determinar la eficiencia del birreactor

JUSTIFICACIÓN DEL PROYECTO

Optimizar los procesos de  la producción biológica del hidrógeno utilizando fotobioreactor más eficientes y de esta manera disminuir los costos de birreactores utilizados en esta área, así como  los costos de la generación  pudiendo mostrarse como la mejor alternativa de generación de energía en un futuro, desde el punto de vista ambiental hacer frente al cambio climático logrando con la producción y consumo de gas hidrógeno disminuir la producción de gases de efecto invernadero a través del uso de las energías renovables. Al mismo tiempo sincronizar dos procesos de producción de energía que es la producción de etanol a partir de jugo de betabel utilizando el CO2 producto denominado de desecho ya que no tiene otro uso, para su posterior uso en la producción de hidrógeno por cianobacterias usando este método como tratamiento atmosférico.

...