Solicitud de patente de biorreactor
Muchas personas no están familiarizadas con la palabra "diatomea". De hecho, las diatomeas existen en diferentes formas en cada rincón de nuestras vidas, pero son difíciles de detectar a simple vista. Hablando de eso, lo que la mayoría de la gente piensa son las diatomeas y el barro de diatomeas. De hecho, las diatomeas y el lodo de diatomeas son completamente diferentes. Las diatomeas se utilizan ampliamente. No lo mires (a nivel de micras), pero está lleno de tesoros. Hablemos en detalle del “secreto” de las diatomeas.
La diatomea es una de las algas más abundantes de la Tierra, con cientos de miles de especies y unas 16.000 especies comunes. Es una planta unicelular con un tamaño de 0,6 micras a 10 micras y de diversas formas. Los frústulos de diatomeas están compuestos principalmente de sílice micronanoestructurada con una pureza superior al 98. Las diatomeas son también el fitoplancton más importante y están ampliamente distribuidas. Donde hay agua, hay agua. Por su variedad y gran cantidad, se le llama el "pastizal" del océano.
El 70% del oxígeno de la Tierra es liberado por el plancton. El plancton produce 36 mil millones de toneladas de oxígeno cada año, lo que representa más del 70% del contenido de oxígeno en la atmósfera terrestre. El número de diatomeas representa más del 60% del plancton. Suponiendo que no haya diatomeas en la Tierra ahora, el oxígeno de la Tierra se agotará en menos de tres años.
Las diatomeas no solo pueden producir oxígeno, sino que también tienen un alto valor de aplicación industrial. Los micronanobiomateriales extraídos de las conchas de diatomeas tienen las características de alta resistencia, resistencia al impacto, resistencia a altas temperaturas, resistencia al envejecimiento, resistencia a la corrosión, aislamiento acústico y preservación del calor. Son materiales bioinorgánicos de alta pureza únicos en la naturaleza. Los micronanobiomateriales de corteza de diatomeas son estructuras finas porosas de varios niveles en forma de panal con una alta superficie específica.
Desde 2007, los investigadores de Georgia Tech han estado desarrollando una técnica para diseñar genéticamente pseudohienas, con la esperanza de utilizarla para crear una nueva estructura de silicio. Mediante el uso de técnicas de replicación genética para estudiar el proceso mediante el cual las diatomeas construyen células complejas de sílice, el objetivo final de los investigadores es encontrar una técnica para crear nanomateriales en el laboratorio.
En términos generales, el cultivo cerrado de diatomeas en mi país se limita a la investigación y la producción a pequeña escala, y no puede utilizarse para la producción industrial a gran escala debido a los altos costos de producción. Los reactores tubulares son los dispositivos cerrados de cultivo de diatomeas más comunes. Sus costos de construcción y operación son altos, lo que los dificulta su uso para el cultivo general a gran escala con bajo valor agregado.
Las empresas estatales alemanas utilizan fotobiorreactores tubulares para cultivar chlorella. La producción anual de algas en polvo es de 130 a 150 toneladas, pero debido a los costos de producción, es difícil de mantener. No existen muchos tipos de diatomeas en cultivo abierto en mi país, como Spirulina, Chlorella, Salina, etc. Debido a que se utiliza principalmente para producir productos de alto valor agregado, como productos para el cuidado de la salud y extracción de pigmentos, no se puede utilizar como materia prima industrial en grandes cantidades.
Actualmente existen dos tipos principales de fotobiorreactores utilizados para el cultivo de diatomeas: el tipo cerrado y el tipo abierto. Los fotobiorreactores cerrados incluyen principalmente reactores tubulares y reactores de placas. Sus principales ventajas son la baja contaminación, el fácil control y la alta densidad del líquido de algas. Sin embargo, sus desventajas también son muy obvias, como los altos costos operativos, el gran consumo de agua de refrigeración y la limpieza. Dificultades de gestión, etc.
El fotobiorreactor abierto se refiere a un sistema de cultivo en piscina abierta. Tiene las ventajas de un bajo costo operativo, no necesita enfriamiento y es fácil de manejar. Sin embargo, es susceptible a la contaminación por organismos extraños y la producción se ve afectada. Clima inestable y baja densidad de cultivo.
Para resolver estos problemas, el científico jefe del Centro de Bioingeniería: el académico Wang, un experto en acuicultura de renombre internacional y académico de la Academia Estadounidense de Ingeniería, se ha dedicado a la investigación del cultivo a escala abierta. de diatomeas durante muchos años, y su tecnología ahora ha alcanzado el nivel líder en el mundo.
▲Base de cultivo de diatomeas del Centro RD de Bioingeniería Zhao Kai
A finales de la década de 1990, el académico Wang estableció y operó con éxito un sistema comercial para cultivar diatomeas en un sistema abierto: las algas Chaetoceros. Las diatomeas producidas se utilizan en la industria de piensos acuáticos y en 2004 se solicitó una patente relacionada en los Estados Unidos.
Sobre esta base, el académico Wang dirigió el equipo nacional para desarrollar soluciones técnicas específicas para resolver los problemas de los reactores abiertos que son susceptibles a la contaminación biológica extraña, la baja producción y la producción inestable, resolviendo eficazmente los problemas mencionados anteriormente. . pregunta.
Mediante un diseño razonable y una tecnología de sistema de cultivo abierto de diatomeas desarrollada de forma independiente, se han reducido los costos de producción y mantenimiento, se ha logrado una producción continua de alta densidad y se han resuelto los cuellos de botella técnicos de los fotobiorreactores cerrados y los biorreactores abiertos tradicionales.
En la actualidad, utilizando la tecnología de cultivo de diatomeas del Centro RD, la producción anual de cultivo de diatomeas puede alcanzar las 120 toneladas por hectárea (polvo seco de diatomeas), mientras que la producción anual de cultivos en tierra es en su mayoría inferior a 15 toneladas por hectárea.
▲Polvo seco de diatomeas
La producción diaria de diatomeas cultivadas en el Centro de Investigación y Desarrollo de Bioingeniería de Zhaokai se ve afectada por la luz solar y la temperatura. Puede producir entre 0,1 y 0,2 g de algas secas por litro de agua, y la producción máxima diaria puede alcanzar los 0,4 g por litro. Calculado en base a las jornadas laborales efectivas de 300 días al año y la profundidad del reactor de 0,3 m, se pueden producir 1,20 toneladas de algas secas por hectárea al año y 36.000 litros de bioaceite en base a 30 extracciones de petróleo.
El bioaceite de diatomeas se puede utilizar para producir biodiesel y combustible de aviación. El queroseno de aviación tiene requisitos estrictos en cuanto a poder calorífico, densidad y rendimiento a baja temperatura. El combustible de aviación extraído de las diatomeas puede reemplazar al queroseno de aviación convencional. Después de usar combustible de aviación de diatomeas, las emisiones de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos en el escape se pueden reducir significativamente y las emisiones de sulfuros se pueden reducir a 1/60 del queroseno de aviación tradicional.
Las características del sistema de producción a escala de diatomeas del Zhaokai Bioengineering RD Center son las siguientes:
1. La detección abierta de especies de diatomeas es sistemática y no requiere una biblioteca de especies de diatomeas tradicional ni ampliada. cultivo.
2. Fórmulas innovadoras de cultivo de diatomeas y cultivo selectivo y direccional de diatomeas objetivo.
3. El proceso especial de control de algas garantiza que el grado de dominancia de diatomeas objetivo alcance 96, sin pretratamiento del agua entrante.
4. Controle eficazmente la alimentación del plancton, y no habrá reducción del rendimiento ni aglomeración de algas causada por la alimentación de organismos enemigos durante el proceso de cultivo.
5. Las diatomeas se pueden cultivar de manera abierta en condiciones naturales. Las diatomeas se pueden producir de manera estable en condiciones naturales como altas temperaturas, luz intensa y lluvia. No es necesario construir un invernadero ni desinfectar. el cuerpo de agua.
6. El costo de producción es bajo y se puede proporcionar una gran cantidad de materias primas de diatomeas de bajo costo para un procesamiento profundo, lo que tiene una fuerte ventaja económica competitiva.
La tecnología de cultivo abierto de diatomeas desarrollada por el Centro RD también tiene grandes ventajas en el costo de producción y puede extenderse a muchas industrias que antes no podían aplicarse por cuestiones de costos, como la bioenergía, la protección bioambiental, biomedicina, aditivos alimentarios, aditivos alimentarios, etc.
El desarrollo del cultivo de diatomeas y la industria de procesamiento profundo es de gran importancia, lo que se refleja principalmente en los siguientes cinco aspectos:
1. ". En la producción de diatomeas, se pueden elegir zonas costeras, marismas, pantanos y tierras salino-álcalis. El desarrollo del cultivo de diatomeas no reducirá el área de plantación de alimentos, y las tierras salino-álcalis se pueden convertir gradualmente en tierras de cultivo fértiles.
2. El cultivo de diatomeas es una industria verde. Por cada tonelada de diatomea producida, se pueden absorber aproximadamente 1,6 toneladas de dióxido de carbono y se puede liberar 1 tonelada de oxígeno.
3. Las diatomeas tienen un alto valor de aplicación. Pueden extraer nanomateriales porosos naturales y producir fármacos antibacterianos y antitumorales. Tienen grandes perspectivas de aplicación en las industrias de piensos, químicas y otras.
4. No se utilizan herbicidas, pesticidas ni otros productos químicos nocivos en el proceso de producción de diatomeas, y no hay ningún impacto ambiental adverso.
5. Las diatomeas contienen aproximadamente 1/3 de cáscaras de diatomeas, 1/3 de proteína vegetal y 1/3 de aceite, todos los cuales tienen un alto valor de aplicación. .
En definitiva, el desarrollo y aplicación de las diatomeas supondrá un enorme sistema industrial ecológico y una revolución en el campo de los materiales que no sólo cubrirá las necesidades de diversos sectores de alta gama, precisión y corte. materiales de vanguardia en nuestro país, pero también juega un papel muy importante en la industria, la agricultura, la defensa nacional, la medicina, la alimentación, la seguridad energética y otros aspectos.