Modellazione cinetica di un fotobioreattore per la crescita delle microalghe = Kinetic modelling of a photobioreactor for microalgae growth

La presente tesi si propone di applicare un modello cinetico a un sistema reattoristico, rappresentativo di un fotobioreattore esistente, per la produzione di microalghe. La complessità dei meccanismi biologici coinvolti rende particolarmente difficile la modellazione di tali sistemi. Tuttavia, lo sviluppo di un recente modello cinetico, chiamato BIO_ALGAE, ha concesso una previsione della dinamica del reattore. Il modello presenta un elevato numero di parametri che, a causa della complessità dei meccanismi coinvolti, possono essere soggetti a errori di calcolo. Pertanto, la sua applicazione al sistema reattoristico ha richiesto una verifica preliminare di tali parametri. Successivamente, è stato possibile confrontare il nuovo modello con un prototipo precedentemente pubblicato e validato. L’obiettivo principale del lavoro è l’ampliamento del prototipo mediante l’integrazione del nuovo modello, introducendo meccanismi aggiuntivi relativi alle microalghe, tra cui la dipendenza dal fosforo come nutriente. Questo rappresenta la base di partenza per lo studio della dinamica del reattore, ponendo l'attenzione anche alla produttività delle microalghe e al consumo di nutrienti. Un importante fenomeno correlato a questi aspetti è l’inibizione dovuta all’eccessiva presenza di anidride carbonica, che determina una riduzione della velocità di crescita e, di conseguenza, un minore sequestro di essa. I risultati ottenuti hanno dimostrato la possibilità di realizzare sistemi operanti in regime stazionario, dipendenti dalla produttività e dal consumo. Generalizzando i calcoli, è possibile scrivere dei bilanci in funzione delle concentrazioni volute, determinando così un numero indefinito di configurazioni del sistema. Tuttavia, è necessario prestare attenzione all’eccessiva concentrazione di ossigeno, rappresentante una delle principali criticità dei fotobioreattori.