Technology development for interconnection of biological life support systems in the MELiSSA Pilot Plant
El projecte MELiSSA està concebut com un Sistema de Control Ambiental i Suport Vital bioregeneratiu. S'inspira en un ecosistema terrestre, reproduint les funcions principals en sis compartiments. El concepte es basa en la integració dels compartiments biològics en un llaç tancat, amb l'obj...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis doctoral |
| Fecha de publicación: | 2024 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repositorio: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:305006 |
| Acceso en línea: | https://ddd.uab.cat/record/305006 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | MELiSSA Sistemes de Suport de Vida Life Support Systems Sistemas de Soporte de Vida Fotobioreactors Photobioreactors Fotobioreactores Tecnologies |
| Sumario: | El projecte MELiSSA està concebut com un Sistema de Control Ambiental i Suport Vital bioregeneratiu. S'inspira en un ecosistema terrestre, reproduint les funcions principals en sis compartiments. El concepte es basa en la integració dels compartiments biològics en un llaç tancat, amb l'objectiu de proporcionar les funcions principals de subministrament d'aliments, revitalització de l'atmosfera, recuperació d'aigua i reciclatge de residus. La demostració terrestre i en continu és obligatòria en qualsevol ECLSS. La Planta Pilot MELiSSA té com a objectiu complir aquest requeriment a partir de la caracterització dels compartiments individuals. Un cop caracteritzats els reactors, s'estudia la seva integració en mode continu seguint un procés gradual. El treball presentat es centra en la caracterització biològica i operativa del compartiment fotosintètic i la implementació de la tecnologia necessària per avançar en l'estratègia d'integració. En un primer pas, s'integren tres compartiments. El compartiment nitrificant es connecta al foto-bioreactor en fase líquida i el foto-bioreactor es connecta al compartiment de la tripulació (rates Wistar) en fase gas. Aquesta integració finalitza amb l'assoliment del concepte MELiSSA, ja que és la primera vegada que es connecten tres compartiments amb dues interfícies. En un segon pas, es dissenya i implementa un nou sistema d'il·luminació LEDs al compartiment fotosintètic, substituint l'obsolet sistema basat en halògens. L'eficiència de la il·luminació es millora en un factor de 2.7 reduint la necessitat d'eliminar la calor del foto-bioreactor. La intensitat de llum que arriba a la paret del foto-bioreactor s'incrementa un 30%. La intensificació del procés augmenta fins a un 43% en termes de producció d'oxigen. A més, s'ha validat un mètode per a la caracterització de sistemes d'il·luminació en geometries de foto-bioreactors complexes. El mètode permet mesurar la intensitat de la llum que arriba a la paret del bioreactor mitjançant sensors quàntics esfèrics col·locats al centre del foto-bioreactor. En un tercer pas, es requereix la caracterització operativa i biològica del compartiment fotosintètic. En el present treball es demostra la millora de la productivitat pel que fa a la generació de biomassa i a la revitalització de l'aire. A més, es descriu la influència de la llum en la composició de Limnospira, que és un indicador de l'estat cel·lular i pot proporcionar informació rellevant per a la futura modulació de la qualitat dels aliments en el llaç. A causa de les dificultats trobades en termes de foto-inhibició, es segueix un enfocament de canvi d'escala per a la caracterització i optimització del compartiment. Es desenvolupa i valida un foto-bioreactor a escala laboratori y es demostra que aquest és un sistema vàlid per reproduir el comportament general del compartiment davant els canvis en els paràmetres operatius. A més, s'utilitza per definir els límits operatius i les condicions òptimes de funcionament de cara als propers paquets d'integració. Finalment, tota la informació recollida en els estudis anteriors s'utilitza en el disseny de la integració entre tres compartiments en fase gas, el que requereix l'avaluació de diferents escenaris d'integració. Aquest anàlisi finalitza en la implementació d'una nova tecnologia per a la separació de gasos per acoblar les diferents dinàmiques de compartiments i composicions de les fases gasoses. La finalització d'aquest paquet d'integració representa un èxit rotund en el projecte MELiSSA, ja que és la primera vegada que tres compartiments es troben totalment connectats en fase gas. Els resultats obtinguts en la present tesi signifiquen un pas endavant en la demostració del concepte MELiSSA. Així doncs, la caracterització i intensificació del procés realitzada resultarà fonamental per avançar en les següents fases de demostració de la Planta Pilot MELiSSA. |
|---|