Reactor de calcio eléctrico para acuarios marinos

TECHNICAL DESCRIPTION

Para resolver de un modo satisfactorio los problemas anteriormente mencionados, el grupo de investigación de Electrocatálisis y electroquímica de polímeros de la Universidad de Alicante ha desarrollado un dispositivo que permite aportar alcalinidad, calcio y otros micronutrientes por contacto con un lecho mineral calcáreo de una corriente de agua de acuario acidificada por medios electroquímicos, lo que presenta importantes ventajas respecto a los sistemas convencionales que usan corrientes gaseosas de CO2.

Los nutrientes generados son necesarios para el desarrollo de organismos acuáticos, principalmente esqueletos coralinos.

Este dispositivo, que puede presentar diferentes configuraciones, está formado por los siguientes elementos:

• reactor electroquímico provisto de una cámara de reacción conteniendo el sustrato sólido mineral y, al menos, un ánodo y un cátodo, los cuales se disponen separados físicamente, evitando contacto eléctrico;

• fuente de alimentación a la que se conectan el ánodo y el cátodo;

• al menos dos conducciones, una que conduce agua procedente del acuario hasta el ánodo y otra que conduce agua procedente de la cámara de reacción al acuario.

Así, desde el acuario o el sumidero del acuario se hace circular un flujo de agua a través de una conducción hacia el reactor electroquímico.

Es en la cámara de reacción donde se van a generar los nutrientes gracias a la disolución del sustrato sólido mineral (generalmente, carbonato cálcico). Ésta puede presentar una geometría tubular u otras, basadas sobre todo en los diversos tipos de filtros de acuario que existen: filtros de mochila, tipo canister, filtros internos, biorreactores, etc.

Tras su paso por el mismo, el flujo de salida del agua de retorno, ya enriquecido con los nutrientes, se conduce de nuevo al acuario o al sumidero.

Reacciones que tienen lugar en la cámara de reacción:

La fuente de alimentación aplica una corriente que provoca la oxidación del agua del acuario en el ánodo, produciéndose protones (H+) que acidifican electrolíticamente el agua que ha entrado a la cámara de reacción desde el acuario o el sumidero del acuario:

2 H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) +4e-

El agua así acidificada disuelve el sustrato sólido mineral contenido en la cámara de reacción y se libera al agua, al menos, iones Ca2+ e iones bicarbonato (HCO3–), siendo esta agua enriquecida retornada posteriormente al acuario:

CaCO3(s) + H+(aq) → HCO3– (aq) + Ca2+(aq)

La velocidad a la que se produce la disolución de las partículas del sustrato sólido contenido en la cámara de reacción depende de la corriente aplicada por la fuente de alimentación, de manera que el aporte de sales se puede regular de forma precisa mediante un control electrónico.

Por último, el uso de este dispositivo no alteraría la composición química del agua del acuario ya que en todas las configuraciones previstas se evitan reacciones secundarias indeseadas de reducción del agua en el cátodo, las cuales afectarían a la composición y pH del agua del acuario.

TECHNOLOGY ADVANTAGES AND INNOVATIVE ASPECTS

VENTAJAS DE LA TECNOLOGÍA

• Se trata de un dispositivo de fácil manejo, principalmente debido a que prescinde del uso de CO2 gas, evitando así regular el flujo del mismo y de los componentes y mecanismos necesarios para ello: bombona de CO2 presurizado, conducciones de gas, manorreductor, válvulas solenoides, electroválvulas, pH-metro acoplado a un regulador de corriente para el control de la electroválvula, etc.

• El hecho de prescindir del uso de gas CO2 redunda en una simplificación de su diseño y una disminución del coste de producción (al tener menos componentes) y de mantenimiento.

• Su gran simplicidad favorece y facilita su uso en acuarios medianos y pequeños de uso doméstico u ornamental.

• El control del ácido necesario para disolver las dosis apropiadas de calcio y alcalinidad se pueden regular automáticamente de forma muy precisa, mediante un sistema de control electrónico de la corriente/voltajes aplicados, sin necesidad de disponer de sistemas más costosos y complejos de almacenamiento y suministro de gases.

• Dado que la dosificación de nutrientes se puede regular de forma fácil y precisa, no sería necesaria la intervención de personal cualificado para evitar incidentes por excesos de acidificación o de otros nutrientes, evitando así afectar negativamente a las especies vivas presentes en el acuario.

• El dispositivo es muy versátil ya que el reactor electroquímico puede adoptar diferentes configuraciones sin afectar a su rendimiento. Igualmente, la cámara de reacción también puede presentar diferentes diseños, en función del tipo de filtro del acuario. De esta forma, el dispositivo podría instalarse en cualquier tipo de acuario.

• El dispositivo podría acoplarse fácilmente a los reactores de calcio convencionales ya instalados, pudiendo reemplazarse los sistemas de conducción y control de gases por el reactor eléctrico.

• El uso del dispositivo no altera la composición química del agua del acuario, evitando así reacciones secundarias indeseadas que pudieran afectar a la composición y pH del agua del acuario.

• Se trata de un dispositivo fácilmente escalable ya que todos sus componentes están disponibles comercialmente y en diferentes medidas.

• El control electrónico facilita su acoplamiento con otros dispositivos de medida automáticos de alcalinidad, calcio u otros nutrientes, permitiendo que se pudiera gestionar su uso de forma automática y/o remotamente.

ASPECTOS INNOVADORES DE LA TECNOLOGÍA

El principal aspecto innovador de la tecnología descrita es el empleo de tecnología electroquímica para aportar calcio, alcalinidad carbónica y otros micronutrientes al agua de un acuario sin necesidad de introducir ninguna corriente gaseosa de CO2 en el sistema, evitando así todos los inconvenientes que ello conlleva.

Además, esta sencilla forma de operar permite un control preciso de los nutrientes aportados como de la acidez generada mediante la simple regulación de la corriente aportada al sistema a través de la fuente de alimentación.

CURRENT STATE OF DEVELOPMENT

La tecnología se encuentra desarrollada a escala laboratorio. El grupo de investigación posee un prototipo demostrativo.

Dicho dispositivo se empleó en un acuario marino de 100 litros de capacidad durante 3 meses. En ese periodo, el consumo eléctrico rondó 1 Wh/día, aportando 2.4 gramos de calcio por cada KWh de consumo eléctrico.

COLLABORATION SOUGHT

Se buscan empresas interesadas en adquirir esta tecnología para su explotación comercial mediante:

• Acuerdos de licencia de la patente.

• Proyectos de I+D para adecuar el dispositivo a las necesidades del cliente.

Tipos de empresas buscadas:

• Empresas que fabriquen reactores de calcio para acuarios marinos o acuarios de arrecife.

• Empresas que fabriquen otro tipo de reactores o dispositivos para acuarios marinos o acuarios de arrecife.

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