Construction, design and analysis of photo-bio-reactors: modeling of the radiation field, the mass transfer phenomena and growth kinetics of microscopic algae

Fil: Heinrich, Josué Miguel. Universidad Nacional del Litoral. Facultad de Bioquímica y Ciencias Biológicas; Argentina.La biotecnología de microalgas ha adquirido gran importancia en los últimos años debido a la gran cantidad de productos de interés que pueden obtenerse a partir de su cultivo. Estos productos van desde la propia biomasa para consumo animal o humano, hasta productos extraídos de su estructura como triglicéridos (potenciales materias primas para la producción de biodiesel), carotenoides, proteínas, productos bio-activos utilizados por la industria farmacéutica, etc. Por otro lado, la gran variedad de especies de microalgas existentes y los desarrollos en la ingeniería genética y metabólica posicionan al cultivo de microalgas como una plataforma biotecnológica de gran potencial para la producción de diversos productos de interés tecnológico y/o comercial. A pesar del gran desarrollo logrado en los últimos tiempos, existen aún numerosos problemas que son necesario resolver a fin de lograr una tecnología de cultivo eficiente y rentable. Con este trabajo, se busca abordar la resolución de cuestiones asociadas al análisis de los foto-bio-reactores en escala de laboratorio; principalmente en relación con el modelado del campo de energía radiante; el modelado de los fenómenos de transporte que ocurren dentro de los reactores; y, con la obtención de un modelo cinético que exprese la velocidad de crecimiento celular como una función de la disponibilidad de luz en el cultivo.The microalgae biotechnology has acquired great importance in recent years due to the large number of products of interest which may be obtained from its culture. These products range from biomass for animal or human consumption, to products extracted from its structure such as triglycerides (potential raw materials for biodiesel production), carotenoids, proteins, bio-active compounds used by the pharmaceutical industry, etc.. Moreover, due to the wide variety of existing microalgal species and the developments in genetic engineering and metabolic, microalgae have become a potential platform for the production of various products of technological interest. Despite the great development achieved in recent times, there are still many problems that need to be solved in order to achieve a efficient cultivation technology. With this work, we seek to address the resolution of issues associated with the analysis of reactors at laboratory scale, mainly in relation to the modeling of radiant energy field, the modeling of the transport phenomena occurring within the reactors and obtaining a kinetic model that expresses the cell growth rate as a function of the light availability in the culture. The objectives outlined try to achieve the development of models that can be used as a basis for the design, optimization and scaling-up of photo-bio-reactors. In this sense, it is intended that the values of the parameters included in the models and its functionality with the different variables of the system do not depend on the reactor configuration.Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnica