Equilibrium prospetta una soluzione verticale della produzione di
microalghe, basata sull’impego di illuminazione artificiale a LED ad alta
efficienza e attentamente studiati come spettro di emissione ed intensità in
modo da permettere l’ assorbimento dai pigmenti fotosintetici dei fotoni
somministrati, evitando eccessi di luce
che comporterebbero riduzione di efficienza fotosintetica e
differenziando lo spettro a seconda si tratti di coltivazioni di cianobatteri (Spirulina
sp.), microalghe (Chlorella sp.) e
Diatomeee (Phaeodactlilum sp.).
La coltivazione ha luogo 24/24 H.
Infatti, a differenza delle piante superiori le microalghe (in generale) non
richiedono periodi di buio per sintetizzare particolari componenti.
I vantaggi di questo tipo di approccio sono
brevemente elencati di seguito:
- Svincolamento
della produzione dai fattori ambientali. Il bioreattore illuminato
artificialmente può essere di fatto installato ovunque.
- Possibilità
di somministrare un preciso flusso fotonico (PFD) tale da non sorpassare
l’intensità di saturazione luminosa della fotosintesi (Ek) cioè rimanendo
entro la porzione lineare della curva fotosintetica. Questo consente di
approssimare l’efficienza di utilizzazione della luce ad un valore vicino a
quello teorico (circa 20% del PAR).
- Un
altro punto di forza innovativo del sistema di illuminazione adottato da Equilibrium
è la distribuzione quasi-uniforme della luce. Anche nei sistemi colturali indoor,
siano essi tubolari o a pannelli, normalmente la luce viene somministrata
dall’esterno. Questo comporta una perdita di luce assorbita dall’interfaccia
(vetro o plexiglas, ecc.) che si stima intorno al 10%. Inoltre, per favorire
l’esposizione alla luce delle cellule occorre imprimere alla coltura un moto
turbolento che tuttavia non è mai capace di sottoporre le cellule ad un pattern
ordinato di cicli luce-buio. Nel caso di Equilibrium le catenarie (le
strisce luminose) direttamente immerse nella cultura, sono poste a distanza
tale da distribuire in modo uniforme e sufficiente la luce, tenendo conto del
coefficiente di estinzione della luce. In altre parole, nei sistemi colturali
illuminati dall’esterno occorre muovere le cellule dal centro (con scarsa
illuminazione o addirittura al buio) verso le pareti, viceversa con Equilibrium
è la luce, propriamente distribuita dai LEDs che raggiunge le cellule senza
dover sottoporle ad una elevata ed insoddisfacente agitazione. Tuttavia, un
leggero mixing effettuato utilizzando aria compressa mista a CO2 (regolata
automaticamente in base al pH), è necessaria anche per il PBR proposto da Equilibrium
essenzialmente per evitare la sedimentazione delle cellule e per ridurre la
tensione di ossigeno nel reattore.
- Con
Equilibrium il consumo di suolo e molto limitato. In reattore si
sviluppa verticalmente quindi il foot print è incomparabilmente più baso
rispetto ai bacini aperti e ai fotobioreattori convenzionali, sia tubolari che
a pannelli.
- Possibilità
di produrre biomassa o un determinato prodotto (e,g ficocianina, PUFAS,
fucoxantina, proteine, ecc.) in modo continuo e a concentrazione pressoché
costante.
- Possibilità
di adottare un processo continuo di produzione rendendo stabile la produzione e
la composizione della biomassa.
- Il
mantenimento della coltura ad un determinato steady-state aumenta sensibilmente
l’efficienza secondo cui opera il bioreattore, in quanto la quantità di energia
dissipata è molto contenuta.
- Omogeneità
di illuminazione delle cellule. Questo è un aspetto molto importante in quanto Equilibrium
soddisfa in pieno in quanto capace di somministrare la giusta quantità di luce
evitando dissipazione sotto forma di calore (comunemente indicata come
non-photochemical quenching NPQ).
Il punto 6 merita qualche ulteriore precisazione. Sin
dall’inizio della biotecnologia della coltura di microalghe che può fatta
risalire al dopo guerra e precisamente con la prima pubblicazione avvenuta nel
1953 ad opera della Carnegie Institution of New York (Burley 1953), l’argomento
illuminazione ha seriamente occupato molti ricercatori. Il punto è che i mezzi
in mano ad un biotecnologo di rendere omogenea l’illuminazione della coltura
erano sostanzialmente due:
- il primo, usare culture molto diluite in modo che la
luce attraversasse l’intero strato di coltura, però diminuendo fortemente la
produttività in quanto essa dipende anche dalla concentrazione,
- il secondo adottare
colture dense quindi con elevato coefficiente di estinzione della luce ma
imprimendo una elevata velocità (turbolenza) alla coltura.
In alcuni casi si
era anche prospettato che la turbolenza molta elevata potesse rendere possibile
lo sfruttamento dell’effetto flash. Numerosi studi compresi quelli effettuati da
Equilibrium hanno dimostrato che con
Spirulina l’aumento della
velocità oltre la turbolenza (Reynonds > 4000) non comporta misurabili
aumenti di produttività mentre aumenta fortemente il consumo di energia. In
qualche caso è stata persino riscontrata una diminuzione di produttività a
causa del maltrattamento delle cellule specialmente filamentose (e.g.
Spirulina).
Tuttavia, una moderata agitazione con aria risulta utile per mantenere le
cellule in sospensione e ridurre il rischio di tossicità dell’ossigeno che si
accumula per effetto dell’attività fotosintetica. Ma anche questo su argomento
sono stati pubblicati lavori controversi.
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