Tipos de Fotobiorreatores
Um fotobiorreator é um sistema de engenharia que fornece um ambiente controlado para o crescimento de organismos fotoautotróficos, como microalgas, cianobactérias e diatomáceas. Os seguintes tipos de fotobiorreatores para cultura de algas são comumente usados para aplicações biotecnológicas.
- Sistemas de lagoa aberta: Este sistema de cultivo tradicional e mais simples ainda é amplamente utilizado para o cultivo de algas ao ar livre. Consiste em uma lagoa rasa, geralmente circular ou em forma de pista de corrida, que está aberta ao ambiente. Embora sejam mais econômicos do que os sistemas fechados, sua produtividade é significativamente menor do que a dos sistemas fechados. Além disso, a qualidade das algas pode ser afetada por contaminação, evaporação e flutuações de temperatura.
- Fotobiorreator tubular: Este biorreator fechado consiste em uma série de tubos transparentes pelos quais o meio de cultura flui. O tubo geralmente é enrolado para aumentar a exposição à luz solar. O fotobiorreator tubular tem alta densidade e controla temperatura, pressão e fornecimento de nutrientes.
- Fotobiorreator coluna: Este reator geralmente tem formato cilíndrico, com paredes de vidro ou plástico transparente. A luz penetra pelas paredes da coluna para que as algas possam absorver a luz e crescer. O fotobiorreator coluna é mais eficiente e menos suscetível à contaminação do que as lagoas abertas, mas a troca de gases é limitada porque as bolhas geralmente estão apenas na coluna de água.
- Fotobiorreator de fluxo de ar unidirecional: Este fotobiorreator tem um filme transparente que permite que as algas cresçam em ambos os lados do filme. Luz e ar são introduzidos de um lado e o gás residual é descarregado do outro. Este sistema tem alta produtividade e troca de gases eficiente, mas vazamento de solução nutritiva é às vezes um problema.
Especificação e manutenção do fotobiorreator
Especificações
- Material: Os fotobiorreatores de vidro têm um recipiente ou corpo de vidro, uma alta barreira à transferência de oxigênio e alta tolerância ao calor. A parte inferior do fotobiorreator geralmente é redonda. O volume é grande, tornando mais fácil para os consumidores misturar e criar algas. A parte superior é um pescoço estreito com uma tampa, o que é mais conveniente para a troca de gases.
- Capacidade: A capacidade do fotobiorreator de vidro é geralmente grande, geralmente entre 2,5 L e 10 L. Além disso, alguns modelos de fotobiorreator oferecem opções de capacidade personalizáveis para necessidades específicas.
- Controle de pH: É crucial manter as culturas de algas no fotobiorreator de vidro nos níveis de pH corretos para um crescimento ideal. Este fotobiorreator também possui um sistema de controle de pH que pode ajustar automaticamente o ácido ou a base para manter o fluido de cultura na faixa de pH desejada. O ajuste automático do pH deste equipamento é geralmente inferior a 0,1.
- Controle de temperatura: A temperatura do meio de cultura tem grande influência no crescimento e reprodução das algas; portanto, o controle de temperatura também é uma função necessária dos fotobiorreatores de vidro. Eles geralmente têm sistemas de controle de temperatura integrados, como unidades de aquecimento/resfriamento e sensores de temperatura, e a faixa de controle de temperatura pode ser entre 15 e 35 graus centígrados.
- Sistema de iluminação: Os sistemas de iluminação dos fotobiorreatores de vidro geralmente usam luzes LED ou sistemas de lâmpadas fluorescentes de luz do dia. Esses sistemas podem fornecer diferentes comprimentos de onda de luz necessários pelas algas para a fotossíntese. Alguns fotobiorreatores também possuem uma função de intensidade de luz ajustável, que pode ajustar a intensidade da luz de acordo com o estágio de crescimento das algas e as necessidades da cultura.
- Taxa de fluxo de ar: A circulação do meio de cultura, a troca de gases e a mistura de algas e meio de cultura no fotobiorreator de vidro dependem da taxa de fluxo de ar. Os fotobiorreatores de vidro geralmente possuem bombas de fluxo de ar ajustáveis que permitem que os usuários ajustem o fluxo de ar para atender a diferentes tipos de cultura e necessidades.
Dicas de manutenção
- Limpeza regular: Limpe regularmente o exterior e o interior do fotobiorreator. Use desinfetantes ou soluções de limpeza aprovadas para equipamentos de processo para limpar. Limpe o exterior primeiro e, em seguida, limpe o interior. Certifique-se de remover algas, bactérias e quaisquer resíduos. Enxágue bem a solução de limpeza com água destilada para evitar qualquer resíduo.
- Esterilização: Esterilize regularmente os fotobiorreatores para evitar contaminação. Use métodos de esterilização a vapor de alta temperatura ou esterilização química para esterilização. Esterilize todo o reator, incluindo tubulações de meio de cultura e acessórios.
- Substituir o meio de cultura: Substitua regularmente o meio de cultura no fotobiorreator para manter os níveis de nutrientes e condições de crescimento ideais. Antes de substituí-lo, limpe e esterilize bem o reator. Prepare o meio de cultura fresco e adicione as algas a ele.
- Monitorar os parâmetros chave: Monitore regularmente os parâmetros chave do fotobiorreator, como pH, temperatura, concentração de dióxido de carbono, concentração de nutrientes, etc. Mantenha registros e ajuste e controle-os prontamente de acordo com a reação para garantir a estabilidade e o crescimento ideal das algas.
- Manutenção do equipamento: A manutenção regular dos fotobiorreatores, como limpeza, reparo, substituição e ajuste de bombas, válvulas, sensores, controladores e outros equipamentos e acessórios, garante seu funcionamento normal e precisão.
- Operação segura: Siga os procedimentos de operação segura ao operar fotobiorreatores, use os equipamentos de proteção necessários e preste atenção ao funcionamento do equipamento e às condições ambientais. Garanta a segurança e a estabilidade do sistema de cultura.
Aplicações do Fotobiorreator
Como eles criam um ambiente para o crescimento de diferentes microrganismos, os fotobiorreatores têm muitas utilizações em várias indústrias. Aqui estão algumas das aplicações notáveis dos fotobiorreatores;
- Produção de biocombustível: Os sistemas de fotobiorreator são usados para cultivar algas e microrganismos responsáveis por converter luz solar, água e dióxido de carbono em biomassa. Essa biomassa serve como matéria-prima para a produção de vários tipos de biocombustíveis, incluindo biodiesel, bioetanol e biobutanol.
- Captura e sequestro de carbono: O uso de algas em PBRs dá margem para capturar e utilizar o dióxido de carbono produzido pelos gases de exaustão industriais. As algas absorvem o dióxido de carbono durante seu processo fotossintético, levando à redução das emissões de gases de efeito estufa. A biomassa gerada pode ser utilizada para outras aplicações valiosas, como biocombustíveis ou ração animal.
- Produção biofarmacêutica: Os fotobiorreatores são usados para produzir vacinas, anticorpos e outros compostos terapêuticos. Os microrganismos ou células cultivadas nesses reatores são projetados para expressar proteínas ou moléculas específicas com propriedades medicinais. Esses compostos são então colhidos e purificados para uso em farmacêuticos e medicamentos.
- Produção de nutracêuticos: Por exemplo, os fotobiorreatores são usados para produzir ácidos graxos ômega-3, carotenóides e outros compostos nutricionais valiosos. Essas substâncias são frequentemente incorporadas a suplementos alimentares e alimentos funcionais para promover a saúde e o bem-estar. Microalgas e cianobactérias são os principais organismos empregados em PBRs para a produção de nutracêuticos.
- Aquicultura: Na aquicultura, os fotobiorreatores são usados para produzir microalgas que servem como fonte de alimento primária para peixes larvais, mariscos e outros organismos aquáticos. Os PBRs garantem um fornecimento consistente e controlado de microalgas, apoiando o crescimento e a nutrição de jovens animais aquáticos.
Como escolher o fotobiorreator
Antes de comprar fotobiorreatores à venda, é aconselhável pesquisar as necessidades dos compradores-alvo. Além de suas necessidades, revise os fatores para selecionar um aquário perfeito para estocar e analisar seus requisitos. Um dos aspectos mais importantes do parâmetro do comprador é a quantidade desejada de algas ou biomassa. Inicialmente, os compradores procurarão reatores menores para testar seu processo ou algoritmos específicos. No entanto, se eles estão procurando uso comercial, podem precisar de reatores maiores para atender às suas necessidades de escalabilidade.
Outro aspecto importante que os compradores notarão é o tipo de fotobiorreator preferido. Os compradores podem precisar de sistemas fechados devido a preocupações com contaminação ou sistemas abertos para custo-efetividade e escalabilidade. Além disso, os microrganismos específicos dos compradores podem determinar a forma e o tamanho do reator que escolherão. Por exemplo, algumas cepas específicas de algas exigem formas específicas de reatores para otimizar a penetração de luz e a troca de gases.
Os compradores também observarão a tecnologia utilizada no fotobiorreator. Escolha um fornecedor que ofereça opções com vantagens e desvantagens distintas, como fotobiorreatores tubulares, de painel plano e de mistura. Os compradores de fotobiorreatores também procurarão fontes de luz eficientes para o crescimento ideal das algas. Dependendo da preferência do comprador, eles podem escolher LED, fluorescente e luz solar natural integrada com sistemas de rastreamento.
Ao estocar PBRs, deve-se selecionar aqueles com sistemas de controle adequados para monitorar e regular os parâmetros de crescimento vitais, como temperatura, pH, concentração de CO2 e níveis de nutrientes. Os fotobiorreatores de alta qualidade também possuem processos automatizados e sua eficiência é excelente. Eles também possuem bons mecanismos de remoção de células, então, ao comprar esses, certifique-se de que possuam altas eficiências de retenção de células.
Além disso, os compradores considerarão os materiais de construção dependendo do tipo de PBR. Esses incluem vidro, aço inoxidável e plásticos transparentes. Além disso, os compradores considerarão o custo do PBR que comprarão. Eles tentarão equilibrar o desempenho do PBR e seu custo, incluindo as despesas operacionais.
Fotobiorreator FAQ
P: Quais são os tipos de biorreatores utilizados em PBRs?
R: Os fotobiorreatores normalmente usam esses dois tipos de biorreatores: biorreatores celulares e de painel plano. Este último é amplamente utilizado para cultivar grandes populações de microalgas em um espaço limitado. Isso ocorre porque são fáceis de colher devido à sua taxa muito alta de troca de gases. No entanto, os PBRs podem ser caros e a quantidade de troca de gases pode compensar a despesa.
P: Os biorreatores podem ser usados no futuro?
R: Os biorreatores serão úteis no futuro, especialmente quando os humanos precisarem encontrar fontes alternativas de energia. O uso de biorreatores pode ajudar nessa busca ajudando na produção de biocombustíveis. Os biorreatores também são valiosos no campo da medicina. Eles ajudam a criar tecidos e órgãos em laboratórios que podem ser usados para transplantes. À medida que o mundo progride, os biorreatores continuarão a desempenhar um papel no desenvolvimento sustentável e no progresso social.
P: Quais são os limites dos biorreatores?
R: O uso de biorreatores é limitado por altos custos operacionais e de capital, requisitos complexos de controle e monitoramento, limitações de escalabilidade e a necessidade de conhecimento e tecnologia especializados.