Tecnología para evitar el ensuciamiento en fotobiorreactores de captura de CO2


Los investigadores han desarrollado una tecnología rentable para reducir las incrustaciones en los fotobiorreactores y facilitar la conversión eficaz de los gases de efecto invernadero en productos valiosos.

Una nueva tecnología de bajo costo puede limitar la acumulación de algas en las paredes de los fotobiorreactores, lo que puede ayudar a convertir el dióxido de carbono en productos útiles. La reducción de esta contaminación evita costosas operaciones de limpieza y permite una mayor fotosíntesis en los tanques. Crédito de la foto: José-Luis Olivares, MIT

Las algas cultivadas en tanques o tubos transparentes alimentados con dióxido de carbono pueden convertir los gases de efecto invernadero en otros compuestos valiosos, como suplementos nutricionales o combustibles. Sin embargo, este método conduce a la acumulación de algas en las superficies, lo que reduce la eficiencia y requiere una limpieza frecuente y laboriosa.

Los investigadores del MIT han desarrollado una tecnología barata para frenar las incrustaciones y permitir la conversión eficiente de los gases de efecto invernadero en productos valiosos. El revestimiento de retención de carga en los contenedores transparentes de bajo voltaje podría limitar el ensuciamiento. Las pruebas de laboratorio exitosas muestran potencial para su aplicación comercial en unos pocos años. Incluso cuando se reducen las emisiones, los gases de efecto invernadero persisten durante siglos. Se requieren tecnologías de emisiones negativas para eliminarlas del aire/los océanos o evitar la liberación de las fuentes. Los métodos biológicos para reducir el CO2 generalmente involucran árboles, pero las algas marinas absorben el 50% del CO2 global y crecen de 10 a 50 veces más rápido que las plantas terrestres.

Las algas son ricas en nutrientes y pueden producir más nutrientes por unidad de área que algunos cultivos. Las algas en los gases de combustión de las centrales eléctricas pueden consumir CO2, nitrógeno y óxidos de azufre. Las especies de microalgas producen 1 kg por cada 2-3 kg de CO2 y pueden usarse para biocombustibles, omega-3 o alimentos. Los ácidos grasos omega-3 son un suplemento dietético de alta calidad que el cuerpo no puede producir por sí mismo y debe obtenerse de los alimentos. El crecimiento de algas comerciales ocurre principalmente en estanques o tubos de fotobiorreactores transparentes. Aunque este último puede rendir entre siete y diez veces más por unidad de superficie, la limpieza frecuente debido a los depósitos en las superficies transparentes afecta a la productividad y provoca costes de funcionamiento. Diseño del sistema de límites de ensuciamiento; Las tuberías no deben ser demasiado pequeñas.

El equipo usó la carga eléctrica negativa natural de las células de algas en la superficie de su membrana para evitar el ensuciamiento. Para alejar las células de algas de las paredes de los vasos, se necesita un material dieléctrico potente y de alta permitividad para crear un campo eléctrico. Los intentos anteriores de aplicar voltaje a los biorreactores utilizaron superficies conductoras. Aún así, el equipo usó superficies no conductoras para lograr una repulsión electrostática pura, creando un campo de fuerza que evita que las algas toquen la superficie y reciban descargas eléctricas. Se descubrió que dos materiales dieléctricos, el vidrio y el dióxido de hafnio, eran más efectivos que los plásticos tradicionales para reducir el ensuciamiento. Una capa muy delgada de 10 a 20 nanómetros sería suficiente para cubrir todo el sistema.

El sistema podría atraer o repeler las células invirtiendo el voltaje para aplicaciones como B. el uso de células humanas para construir órganos artificiales. Este estudio resuelve los cuellos de botella de bioincrustaciones para fotobiorreactores.

Referencia: Victor J. Leon et al, Control electrostático de baja potencia ajustable externamente de la adhesión celular con películas dieléctricas nanométricas de alta k, Materiales funcionales avanzados (2023). DOI: 10.1002/adfm.202300732


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