CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção encontra seu campo de aplicação dentre os fotobiorreatores para a conversão fotossintética de gases do efeito estufa em bioprodutos do metabolismo microalgal. De forma mais especifica a invenção trata de reatores e processo para produção e utilização como insumos industriais de biomassa, sais inorgânicos, exopolimeros e compostos orgânicos voláteis, a partir da conversão de gases do efeito estufa, principalmente o dióxido de carbono, gerados por diversas fontes de emissões industriais, tais como, siderúrgicas, termoelétricas , indústrias de processamento de cimento, etc.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] A atual preocupação mundial com as mudanças climáticas e as emissões de gases de efeito estufa pela queima de combustíveis fósseis e as emissões industriais têm acelerado a busca e desenvolvimento de tecnologias alternativas que possam mitigar este problema. Um dos principais gases geradores do efeito estufa é o dióxido de carbono (C0 ₂ ) . Do total das emissões antropogênicas do C0 ₂ , as usinas de processamento de cimento são responsáveis pela produção mundial de aproximadamente cinco por cento. A elaboração do cimento e a extração dos agregados para o concreto têm impactos ambientais significativos que precisam ser bem gerenciados. Alguns impactos, como as emissões de C0 ₂ dos fornos cimenteiros, têm importância global. Dependendo do processo, uma tonelada métrica de cimento produz aproximadamente 700 quilogramas de C0 ₂ .

[003] Em função da necessidade latente de reduzir a pegada de carbono, acordos internacionais têm sido propostos visando gerenciar estes poluentes. Desta forma, no ano de 1997, as Nações Unidas estabeleceram o Protocolo de Kioto com a ideia de reduzir em 5,2% os gases de efeito estufa com base nas emissões de 1990.

[004] Estes acordos, associados ao aumento da exigência no desenvolvimento de processos sustentáveis, têm pressionado o desenvolvimento de novas rotas tecnológicas visando integrar economia, meio ambiente e sociedade.

[005] Um dos processos que experimentou grande desenvolvimento foi o de biotransformações de poluentes por microalgas, que podem gerar produtos de valor comercial como, por exemplo, óleos e proteínas unicelulares, carboidratos exocelulares , sais inorgânicos e compostos orgânicos voláteis. De uma forma geral, estes produtos são obtidos por intermédio do cultivo de microalgas em reatores específicos. O metabolismo fotossintético destes microorganismos converte os compostos poluentes nos referidos produtos de interesse.

[006] Considerável fração dos processos conhecidos no estado da técnica utiliza configurações de reatores adaptados da indústria química, como reatores de mistura, coluna de bolhas, air-lifts e reatores de fluxo pistonado. Estes sistemas bem como suas variações têm sido desenvolvidos e adaptados visando atender as peculiaridades de bioprocessos que envolvem células microalgais. Em escala laboratorial e até escala piloto, estas configurações têm atendido as necessidades básicas do processo em questão.

[007] Entretanto, no aumento de escala dessas configurações, visando atender projeções de uma demanda industrial, todos esses arranjos não possuem viabilidade operacional. Essa questão decorre da necessidade do aporte de energia luminosa as células, que faz com que ocorram restrições geométricas que limitam o volume de trabalho dos sistemas, uma vez que elevadas áreas superficiais são requeridas para um aporte adequado de luz.

[008] Tais problemas podem ser minimizados por uma característica que células microalgais possuem de armazenar parte da energia luminosa absorvida para uso posterior, fazendo com que parte da reação possa ser desenvolvida no escuro e outra parte em condições luminosas. Estas características tornam possível o uso de reatores híbridos de elevado volume útil que operam em ciclos de claro e escuro.

[009] Assim, um fotobiorreator híbrido, que opera em condições de claro/escuro para conversão fotossintética de resíduos gasosos industriais é algo ainda não conhecido do estado da técnica.

TÉCNICA RELACIONADA

[010] Diversas técnicas de sequestro do C0 ₂ têm sido desenvolvidas em todo o mundo. Entre elas, a conversão biológica por microalgas em fotobiorreatores têm sido considerada de elevado potencial de exploração. Estes processos consistem na transferência do dióxido de carbono para a fase aquosa de vasos de reação iluminados, onde estes micro-organismos convertem esta fonte de carbono em produtos do metabolismo fotossintético (biomassa, sais inorgânicos, exopolímeros e compostos orgânicos voláteis)

( Jacob-Lopes , E.; Gimenes Scoparo, C.H.; Ferreira Lacerda, L.C.M.; Teixeira Franco, T. Effect of light cycles

(night/day) on C0 ₂ fixation and biomass production by microalgae in photobioreactors . Chem. Eng. Process., Vol. 48, pp. 306-310, 2009) .

[011] A publicação acima referida demostra a possibilidade de células microalgais armazenarem parte da energia luminosa captada no período de claro para posterior utilização em períodos de indisponibilidade da fonte de luz. Esta adaptação biológica expande tecnologicamente as possibilidades de uso destes microrganismos como biocatalisadores de reações para conversão de CO ₂ , uma vez que permite projetar fotobiorreatores , que operam em períodos parciais de escuro, facilitando a principal limitação destas reações que é o aporte adequado de energia luminosa as células, atualmente obtido em sistemas de elevada área superficial e reduzido volume reacional.

[012] Para que essa bioconversão ocorra eficientemente, é necessário que a reação ocorra em condições controladas. Há duas configurações básicas de fotobiorreatores : os sistemas abertos no qual os raceways são os mais significativos e sistemas fechados cujas configurações do tipo flat-plate, tubular vertical tipo air-lift, tubular vertical tipo coluna de bolhas, tubular horizontal e fotobiorreatores híbridos são os mais relevantes .

[013] Os sistemas abertos são de fácil construção e operação, porém são ineficientes do ponto de vista de conversão do CO ₂ , uma vez que questões como disponibilidade de energia luminosa, variações de temperatura, problemas de contaminação por invasores, evaporação da água, difusão do C0 ₂ na atmosfera, além de grandes dimensões de terreno limitam sua aplicabilidade com propósito específico de sequestro de C0 ₂ e/ou produção de bioprodutos de baixo valor agregado (Chisti, Y. Biodiesel from microalgae. Biotechnol. Adv. Vol. 25, pp. 294-306, 2007).

[014] Adicionalmente, o regime hidráulico dos fotobiorreatores abertos reflete em baixos tempos de residência do gás injetado na fase líquida do sistema, resultando em baixos tempos de residência para que as microalgas convertam o C0 ₂ das emissões gasosas (Carvalho, A.P.; Meireles, L.A.; Malcata, F.X. Microalgal reactors: a review of enclosed system designs and performances. Biotechnol. Prog. Vol. 22 pp.1490-1506, 2006).

[015] Por outro lado, os sistemas fechados foram desenvolvidos, visando contornar as limitações dos fotobiorreatores abertos, uma vez que um melhor controle das condições fisico, químicas e biológicas da reação é normalmente obtido nesses arranjos.

[016] As diferentes configurações dos sistemas fechados incluem os fotobiorreatores tubulares verticais, que são considerados adequados sob os aspectos de variações de temperatura, problemas de contaminação por invasores, evaporação da água e transferência de C0 ₂ . Porém, a elevada relação altura por diâmetro (L/D) normalmente de 10/1, requerida nessa configuração, visando aumentar a superfície de iluminação reflete em baixos volumes reacionais, limitando seu escalonamento.

[017] Os fotobiorreatores tubulares horizontais, por sua vez, embora apresentem elevada superfície de iluminação são limitados pela penetração e distribuição da luz, assim como pela dinâmica dos fluídos e acúmulo de oxigénio durante o processo. Possuem um elevado custo capital como reflexo da complexidade construtiva dos arranjos.

[018] Os fotobiorreatores fechados do tipo flat-plate, apresentam geometria retangular/plana que objetiva maximizar a superfície de exposição à luz, uma vez que possuem uma orientação vertical inclinada no ângulo adequado para maximizar a captura da radiação solar. Entretanto, limitações de volume reacional os tornam impraticáveis para a escala industrial.

[019] Os fotobiorreatores híbridos combinam dois ou mais. configurações de fotobiorreatores na tentativa de compensar as desvantagens de um sistema e potencializar as virtudes do outro. No entanto, ainda persistem na maioria das configurações os problemas no escalamento relacionados com a relação altura por diâmetro (L/D) (Ramirez, L.; Zepka, Q.L.; Jacob-Lopes, E. Fotobiorreactor : herramienta para cultivo de cianobactérias . Ciência y Tecnologia, Vol. 6(2) , pp. 9-19, 2013) .

[020] Desta forma, no projeto e construção destes vasos de reação a principal variável a ser considerada está relacionada à geometria, expressa pelo equilíbrio entre a relação altura por diâmetro (L/D) que irá se refletir na superfície de iluminação, viabilizando o aumento de escala dos equipamentos.

[021] Recentemente, muitos pedidos de patentes têm sido depositados na tentativa de desenvolver um sistema aplicável a operações industriais, destinadas a conversão de C0 ₂ .

[022] Na publicação O2011086358A2 , propõe-se um fotobiorreator e método de cultivo. Esse fotobiorreator apresenta um reservatório plano para manter o meio de cultura enquanto permite em paralelo a incidência da luz. Uma série de lentes é fixada numa matriz ao longo do tanque. Cada lente é adaptada para concentrar a luz que passa através do meio de cultura distribuindo para diferentes regiões com alta intensidade luminosa. Adicionalmente, a parede do reator é dotada de uma superfície refletora para refletir a luz que não é absorvida no meio de cultura.

[023] O documento alemão DE 102011002763A1 presenta um fotobiorreator tubular com iluminação proporcionada por sistema de LED que ficam dispostos no interior do fotobiorreator . Esta disposição interna consiste em arranjos moldáveis contendo as unidades de iluminação dispostas a curtas distâncias entre si, garantindo assim, uma elevada relação superfície/volume. [024] O documento norte-americano US 20090203116A1 descreve um sistema para melhorar o desempenho em fotobiorreatores dotados de iluminação interna por fibra ótica. A fibra ótica é recolhida para formar um conjunto que passa através de um orifício próximo da posição superior da parede lateral do reator.

[025] O documento de patente norte-americano US 20130029404A1 revela um fotobiorreator para o cultivo de microrganismos fotossintéticos, que compreende um tanque onde se mantém o meio de cultura e células fotovoltaicas que emitem luz em direção à superfície do tanque. As células fotovoltaicas estão dispostas em torno do fotobiorreator por meio de painéis de iluminação, que são colocados num tubo selado feito de material transparente, que será imerso no meio de cultura.

[026] Estes quatro documentos de patentes acima descritos possuem limitações comuns, considerando basicamente a relação altura/diâmetro (L/D) dos fotobiorreatores. Esses protótipos de engenharia são baseados em elevadas relações L/D, o que reflete invariavelmente em reduzidos volumes úteis de trabalho por unidade de fotobiorreator, limitando severamente o potencial de escalonamento e aplicação industrial dos sistemas. Adicionalmente, estão associados ao uso exclusivo de iluminação artificial, que resultará em elevados custos capitais e Operacionais .

[027] O documento espanhol P201200903 apresenta um fotobiorreator que combina o mecanismo de uma coluna de bolhas com um air-lift visando aumentar a produtividade em biomassa, quando comparado aos sistemas operando em separado. Neste sentido, desenvolveu-se um fotobiorreator vertical de forma cilíndrica com fundo plano ou cónico construído com material transparente para transmissão de luz. O fotobiorreator pode estar fechado com uma tampa transparente que evita a entrada de diversas sustâncias, embora a tampa não feche hermeticamente o recipiente de modo que os gases possam sair. Esse documento também mostra um duto de recirculação interno localizado no fundo que permite combinar os efeitos air-lift e coluna de bolhas; além de um trocador de calor para manter a temperatura ótima para o desenvolvimento das microalgas. Ao não considerar a relação L/D a instalação em escala industrial precisaria de muitas unidades de fotobiorreator para obtenção de elevados volumes de reação. Ademais o projeto é limitado por razões estruturais, uma vez que a altura do fotobiorreator proporciona sombreamento entre as diversas subunidades .

[028] A publicação WO 2011/138477A1 descreve um fotobiorreator tipo flat-plate que apresenta recirculação continua de um meio liquido que contém as microalgas através de lâminas de separação que facilitam a absorção de C0 ₂ e da iluminação para a produção de microalgas. A invenção permite que os gases sejam adicionados à cultura a partir do interior da câmara de fornecimento de iluminação, gerando alta eficiência e facilidade de troca de C0 ₂ com o cultivo. As configurações flat-plate embora proporcionem elevada superfície de iluminação, não permitem a obtenção de elevados volumes de trabalho em um único fotobiorreator.

[029] 0 documento de patente norte-americano US 20140017769A1 descreve um fotobiorreator tubular que compreende um tubo, um tanque de circulação e abastecimento de gás onde um tubo é ligado em circuito para o tanque de circulação e a alimentação de gás conectada ao tubo. 0 tubo é construído em plástico e tem uma espessura de parede de no máximo 1 mm. Já o circuito tem um comprimento de pelo menos 100 metros, isto proporciona um aumento da proporção de área de superfície/volume (S/V) de meio de cultura proporcionando um aumento na conversão do sistema. Esse arranjo, no entanto, não permite o aumento para as escalas industrialmente requeridas, pois desconsidera a relação L/D, que é o principal critério que determina a ampliação de escala de fotobiorreatores .

[030] O documento japonês JP2008283937 (A) mostra um fotobiorreator tubular formado por uma estrutura giratória dentro do reservatório que contém o meio de cultura e uma lâmpada _. fixada na estrutura giratória. 0 eixo rotativo gira de maneira controlada fazendo que a lâmpada mova-se em torno do eixo de rotação, atuando como um elemento de agitação e de iluminação simultaneamente. Esta estrutura rotativa, entretanto, está relacionada a danos celulares por cisalhamento, principalmente em microalgas com morfologia filamentosa, limitando severamente o potencial de aplicação industrial.

[031] 0 documento de patente brasileiro PI0701842-8 A2 mostra fotobiorreatores tubulares verticais ligados em serie para proporcionar melhores condições para redução na emissão do principal gás responsável pelo aquecimento global, bem como de outros gases do efeito estufa. Nestes sistemas, a fixação de gás carbónico é incrementada pelo tempo que o gás permanece em contato com o líquido, uma vez que os gases de exaustão são reutilizados para a alimentação das unidades subsequentes. Tendo que vista que esses sistemas basearem-se em elevadas relações L/D, dificilmente seriam escalonáveis a nível industrial.

[032] Diante das limitações do estado da técnica, desenvolveu-se o presente bioprocesso de conversão de dióxido de carbono de emissões industriais, bioprodutos, seus usos e fotobiorreator híbrido. [033] A presente invenção é uma solução tecnológica que permite obter simultaneamente elevadas áreas superficiais de iluminação e elevados volumes reacionais, possibilitando o escalonamento para condições industriais. Essa solução baseia-se na relação geométrica L/D do fotobiorreator . As tecnologias existentes propõem sistemas com relações L/D elevadas, normalmente entre 5 a 10 para permitir elevadas áreas superficiais de iluminação. A invenção aqui mostrada compreende um fotobiorreator que mantêm relação L/D entre 1,0 e 1,5 acoplado a uma plataforma de iluminação, o que permite mediar fases de claro e escuro na reação fotossintética. Dessa forma, são obtidos elevados volumes de reação e também elevadas áreas superficiais na plataforma de iluminação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[034] 0 fotobiorreator híbrido revelado na presente invenção tem como objetivo a bioconversão de gases de efeito estufa, preferencialmente C0 ₂ , em produtos do metabolismo fotossintético. 0 referido fotobiorreator visa maximizar o volume de trabalho e a taxa fotossintética do sistema.

[035] A maximização do volume de reação é obtida por intermédio de um reator de mistura perfeita, construído em material não transparente, de geometria adequada, preferencialmente cilíndrica, com proporções entre altura/diâmetro (L/D) de 1,0 a 1,5, acoplado a uma plataforma de iluminação do tipo torre de lâmina d' água, de dimensão variável, construída em concreto, aço ou polímero, com rugosidades na superfície para o controle da velocidade de escoamento do fluído, operando com recirculação em circuito fechado. Esta plataforma de iluminação pode utilizar energia luminosa natural (solar) ou artificial (lâmpadas fluorescentes, LED, fibra ótica) , ou ainda a combinação alternada das duas formas. Adicionalmente, a plataforma de iluminação pode ser construída em uma geometria aberta (semicircular) ou fechada (tubo sólido), desde que permita o aporte de energia luminosa às células. BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[036] As Figuras 1 e 2 mostram uma representação esquemática de um fotobiorreator híbrido da presente invenção. Há duas modalidades preferidas de arranjos. A primeira consiste de um sistema em que a recirculação do líquido ocorre na própria plataforma de iluminação de ' acordo com a Figura 1, onde pode ser observado um reator (1), sistema de aeração (2), plataforma de iluminação (3), sistema de bombeamento (4), um sistema de tubulação (5), sistema de controle (7) e sensores (8) .

[037] A segunda modalidade consiste de um sistema no qual a recirculação ocorre com o auxílio de um tanque de apoio (6) . Por meio do sistema de tubulação (5) o meio de cultura é reenviado de (6) ao reator principal (1), conforme apresentado na Figura 2.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[038] As características do fotobiorreator híbrido, objeto da presente invenção, serão mais bem percebidas a partir da descrição detalhada que se fará a seguir, a mero título de exemplo, associada aos desenhos acima referenciados, os quais são parte integrante do presente relatório .

[039] A descrição do fotobiorreator híbrido é feita de acordo com a identificação dos respectivos componentes, conforme identificados nas Figuras 1 e 2. A presente invenção refere-se ao equipamento principal e seus acessórios necessários para a condução do processo. 0 referido reator compreende basicamente os seguintes componentes : - um reator (1) de mistura perfeita do tipo coluna de bolhas, contendo um difusor de gases (2), que pode ser do tipo tubo aberto, reto ou curvo, difusor em anel e/ou tubo aberto em Y, o dito reator (1) pode ser construído em material não transparente (concreto, aços inoxidáveis do tipo 304, 304L, 321, 316 e 316L e/ou polímeros reforçados ou não a base de polietileno (HD2), polipropileno, PVC rígido, PTFE, poliamidas) , de geometria adequada, tais como, retangular, quadrada, ou preferencialmente cilíndrica, com proporções altura e diâmetro (L/D) de 1,0 a 1,5, que proporciona a transferência de quantidade de movimento, calor e massa para a reação. Esta é considerada a etapa química do sistema reacional. O reator pode ser operado de forma descontínua, descontínua alimentada e contínua;

- uma plataforma de iluminação (3) , tipo torre de lâmina d' água, de dimensão variável, construída de material rígido rugoso (com elevação e declínio capazes de reduzir a velocidade de escoamento do meio de cultura) , que permite a absorção de energia luminosa (natural e/ou artificial) para a reação. Esta plataforma pode ter configuração de fundo plano com bordas laterais, estruturada em geometria semicircular ou ainda construída em tubulação transparente fechada. A dimensão dessa plataforma está associada à capacidade de armazenamento de energia luminosa da espécie de microalga utilizada e suas proporções volumétricas relacionadas ao volume do fotobiorreator . Consequentemente, a relação volume reacional iluminado/volume reacional no escuro será maximizada ou minimizada em função desta consideração;

- um tanque de armazenamento (6), componente apenas da segunda modalidade (Figura 2) , construído em material não transparente, que serve como tanque de apoio para a contenção do meio de cultura;

- uma estação de bombeamento de fluídos líquidos e gasosos (4) dotada de bombas de deslocamento positivo, centrífugas, axiais, heliocentrífugas , e/ou volumétricas rotativas, de potência dimensionada de acordo com a capacidade operacional do sistema, suficiente para interligar o reator (1) com a plataforma de iluminação (3)e um sistema de aeração, provido de um sistema de controle da vazão de ar, composto por difusores direcionais de ar comprimido.

- um conjunto de tubulações (5) para o deslocamento do fluído reacional, dotada de válvulas (gaveta, globo, pistão, agulha, esfera, diafragma e/ou válvula de fundo) e acessórios de controle de vazão, adequada para interligar o reator (1) com a plataforma de iluminação (3);

- um conjunto de medidores (8) de pH, temperatura, dióxido de carbono e oxigénio que são interligados a um sistema de controle, que auxilia nos ajustes dos parâmetros do processo.

[040] 0 meio de cultura armazenado no reator (1) recebe uma mistura de ar e C0 ₂ proveniente das emissões industriais que é bobeada continuamente por meio do difusor (2), proporcionando o aporte de carbono inorgânico as culturas, em paralelo a agitação e mistura para o meio reacional. Este meio de cultura é deslocado ao longo da plataforma de iluminação (3) , permitindo a captação da energia luminosa pelas células, que desencadeiam a reação fotossintética, convertendo o dióxido de carbono ou outros gases do efeito estufa nos bioprodutos do metabolismo fotossintético. Esta operação é repetida por tempos de residência variáveis através da recirculação do meio de cultura entre o reator (1) e a plataforma de iluminação (3) em circuito fechado. No caso da operação descontinua o tempo de residência será definido pela exaustão dos nutrientes presentes no meio de cultura. Por outro lado, no caso da operação continua, haverá a alimentação de meio de cultura em taxas de diluição proporcionais a velocidade de crescimento das células, com a retirada de meio de cultura em vazões equivalentes as vazões de alimentação. A operação continua será mantida por tempo de residência indefinido, que permita a manutenção das culturas em estado estacionário .

[041] A segunda realização da presente invenção trata de um bioprocesso de conversão do C0 ₂ em uma reação de duas fases (escura e clara) de emissões gasosas geradas no processamento de cimento, através das etapas de:

(a) seleção e adaptação de microalgas as condições físico, químicas e biológicas operacionais do sistema para gerar uma cepa mutante;

(b) inserção no reator da cepa mutante gerada na etapa (a) com concentração inicial do inoculo de cerca de 0,1 a 0,3 g/L, juntamente com o meio de cultura líquido;

(c) propagação da cepa mutante através da manipulação das condições operacionais de temperatura, pH, agitação por aeração de ar comprimido contaminado com dióxido de carbono (1- 25%) . [042] Em um aspecto particular, os procedimentos de adaptação de microalgas as condições físico, químicas e biológicas operacionais da etapa (a) incluem, por exemplo, a exposição das células a concentrações crescentes de C0 ₂ oriundo de emissões gasosas de interesse, a condições de temperatura entre 10-40°C, pH entre 3 a 10, luminosidade entre 0 a 100 klux, com o objetivo de gerar uma cepa mutante pré-adaptada as condições de operação do sistema. Esta cepa mutante deverá estar previamente aclimatada às condições operacionais (físico, químicas e biológicas) requeridas e impostas pela usina de processamento de cimento .

[043] De forma opcional, o bioprocesso de conversão de efluentes gasosos provê uma etapa de tratamento preliminar da emissão gasosa, exceto o C0 ₂ , através de sistemas de separação físico-química para a contenção de material particulado, metais pesados e outros constituintes do gás poluente.

[044] A proporção de inoculo/meio de cultura da etapa (b) do processo pode variar entre 10% (100/1000) a 30% (300/1000) .

[045] Em uma incorporação do bioprocesso de conversão de C0 ₂ , a etapa (c) de propagação da cepa mutante ocorre em temperaturas de cerca de 10 a 40°C, pH inicial do meio ajustado para aproximadamente 7,0 a 8,0 (preferencialmente, 7,8 a 8,0), agitação por aeração de ar comprimido de 0,5 a 1,5 VVM (volume de ar por volume de meio de cultura por minuto) , sendo este ar enriquecido/contaminado com uma proporção de gases de emissão do processamento de cimento, que resulte em um teor de C0 ₂ entre 1 a 25%, preferencialmente 15%, e intensidades luminosas na plataforma de iluminação que variam de 10 a 100 klux.

[046] Operacionalmente, o ponto limitante do processo está associado à capacidade particular de uma espécie em armazenar energia luminosa para posterior utilização no escuro, determinando a velocidade de escoamento do fluido na plataforma de iluminação (3) e o tempo de retorno ao reator (1) .

[047] Outro aspecto do bioprocesso de conversão de gases do efeito estufa, da presente invenção, é a utilização de microalgas pertencentes às classes das cianobactérias, cloroficeas e diatomáceas, como Aphanothece, Synechocystis, Nostoc, Phormidium, Chlorella e Phaeodactylum .

[048] Todas as etapas do bioprocesso de conversão são realizadas em fotoperiodos , que alternam condições de claro e escuro com duração controlada.

Exemplo

[049] A titulo de exemplificação, um evento real pode ser descrito a partir de um reator (1) com relação L/D de 1,46, acoplado a uma plataforma de iluminação (3) capaz de comportar um volume equivalente a 10% do volume do reator (1), dotado de uma bomba de desolamento positivo (4) e tubulações (5) que permitam a interligação entre as duas unidades reacionais. Este fotobiorreator híbrido, operado a partir de uma cepa mutante de Chlorella vulgaris, em meio sintético BG11, a 25°C e com vazão por unidade de volume de 1 VVM (com ar contaminado com 15% de C0 ₂ ) é capaz de fixar na biomassa microalgal 1,2 kg de carbono por metro cúbico de reator por dia, refletindo na produção de 0,66 kg de biomassa microalgal por metro cúbico de reator por dia.

[050] Em uma terceira realização, a presente invenção provê produtos de biorrefinaria microalgal gerados através do bioprocesso de conversão de gases do efeito estufa, tais como biomassa integral (contendo proteína, lipídeos, minerais e carboidratos) , sais inorgânicos (carbonatos e bicarbonatos), exopolímeros (carboidratos , lipídeos e proteínas exocelulares) , além de aminoácidos, ácidos nucléicos, óleos unicelulares, ácidos graxos, exopolissacarídeos , pigmentos naturais e compostos orgânicos voláteis (hidrocarbonetos, aldeídos, cetonas e álcoois) e semi-voláteis . Estes múltiplos bioprodutos são gerados simultaneamente durante os processos de biotransformação de C0 ₂ e podem ser usados na forma de alimentação humana e/ou animal, extração de químicos a granel, químicos finos e combustíveis.

[051] Em uma quarta realização, a atual invenção trata do uso dos bioprodutos resultantes do bioprocesso como insumos industriais, em particular em fábricas de rações de animais, usinas de biocombustíveis e indústrias de base química em geral. Esta gama de possibilidades decorre da composição química da biomassa microalgal gerada, composta por elevadas concentrações de proteínas, lipídeos, carboidratos minerais e pigmentos, presentes intracelularmente , além dos bioprodutos de natureza extracelular , como biopolímeros , aldeídos, cetonas e hidrocarbonetos e outros compostos voláteis e semi-voláteis presentes nos gases de exaustão do fotobiorreator .

[052] A descrição que se fez até aqui do processo e reator, objeto da presente invenção, deve ser considerada apenas como uma possível concretização, e quaisquer características particulares nela introduzida devem ser entendidas apenas como algo que foi descrito para facilitar sua compreensão. Desta forma, não podem de forma alguma ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações que seguem.