DE102012206416B3

DE102012206416B3 - Zuchtvorrichtung für phototrophe Kulturen

Info

Publication number: DE102012206416B3
Application number: DE201210206416
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2032-04-19

Abstract

Eine Zuchtvorrichtung für phototrophe Kulturen (4) weist eine Vorrichtung (3; 7) zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen einfallendem Licht in lichtstarke und in lichtschwache Abschnitte auf, damit die lichtstarken Abschnitte in tiefere Schichten der phototrophen Kulturen vordringen können, und mit einem Fördermittel (12, 13), das in der Lage ist, zumindest einen Teil der phototrophen Kulturen (4) abwechselnd in einen lichtgebündelten Bereich und einen nicht lichtgebündelten Bereich der Zuchtvorrichtung zu fördern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zuchtvorrichtung für phototrophe Kulturen.
Aus dem Stand der Technik sind Lichtverteilungsvorrichtungen für Zuchtvorrichtungen zur Optimierung einer Kultivierung von phototrophen Kulturen, wie z. B. Mikroalgen, Makroalgen, Algen im Allgemeinen oder phototrophen Bakterien, bekannt.
Die Lichtverteilung in die phototrophe Kultur stellt bei den Zuchtvorrichtungen einen wichtigen Faktor dar, da die Wachtumsrate der phototrophen Kultur von der Intensität der in die phototrophe Kultur zugeführten Lichtstrahlung abhängt. Ist die Intensität der Lichtstrahlung zu gering, sinkt die Absorptionswahrscheinlichkeit, so dass weniger Zellen der phototrophen Kultur einen Dunkelzyklus ausführen können und sich damit das Wachstum verlangsamt. Falls die Intensität der Lichtstrahlung zu hoch ist, ist die Absorptionswahrscheinlichkeit im Wesentlichen hundert Prozent; jedoch kommt es durch die hohe Energiedichte von Photonen zur Zellschädigung und damit zum Absterben von Zellen. Ein Absterben von Zellen bewirkt ein geringes Wachstum der phototrophen Kultur. Zudem ist das Wachstum ab einer gewissen Intensität der Strahlung nicht mehr zu steigern.
Bei einigen phototrophen Kulturen, die eine hohe Kulturmediumsdicke aufweisen, besteht ein Problem darin, dass die Eindringtiefe des Lichts durch Streuung, Absorption und Reflexion extrem stark verringert wird. Dies führt zu einem Absterben des Kulturbereichs, dem kein Licht zugeführt wird, da dieser Kulturbereich wegen Lichtmangel keine Photosynthese betreiben kann. Hingegen kann der dem Licht ausgesetzte Kulturbereich nicht alle zugeführten Lichtphotonen für die Photosynthese ausnutzen, da die maximal mögliche Wachstumsrate nicht proportional mit den zugeführten Lichtphotonen ansteigt, sondern begrenzt ist.
Der Ertrag an Biomasse pro Fläche wird von diesen Faktoren maßgebend beeinflusst:

• Zellkonzentration (Biomassenkonzentration)
• Lichtintensität
• CO₂ Konzentration
• PH Wert
• Temperatur

Bei hohen Zellkonzentrationen ist der Ertrag pro Volumen sehr hoch. Wie bereits ausgeführt, nimmt allerdings die Lichtintensität (der Sonne) in Folge der massiven Absorption nach wenigen Zentimetern stark ab und reicht u. U. nicht mehr aus, um die für die Photosynthese erforderliche Mindestwerte bereit zu stellen. Folglich kann eine Ertragssteigerung pro Fläche nur erfolgen, wenn die Intensität auch in größeren Tiefen noch ausreichend ist.
Aus JP 6165669 ist eine Lichtverteilungsvorrichtung bekannt, die einen Kollektor zur Aufnahme von Licht beinhaltet, der oberhalb einer mit Algen versehenen Wasseroberfläche angeordnet ist. Der Kollektor ist mit Abstrahlteilen verbunden, die in das Wasser hineintauchen. Das in den Kollektor eintretende Licht kann über die Abstrahlteile an die Algen abgestrahlt werden.
Eine solche Ausführungsform weist den Nachteil auf, dass eine Zuchtvorrichtung mit einer derartigen Lichtverteilungsvorrichtung nur eine geringe Produktivität besitzt, da die Abstrahlfläche unabhängig von der Strahlungsintensität immer gleich ist. Somit ist das Volumen der phototrophen Kultur, das die Photosynthese betreibt, während des Großteils des Betriebs der Zuchtvorrichtung kleiner als das Volumen, das nach dem Beerschen Gesetz möglich wäre.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass sich bei einer hohen Strahlungsintensität einzelne Bereiche der phototrophen Kultur stark erwärmen können, was zu einer Schädigung der phototrophen Kultur führen kann. Ferner besteht ein Nachteil darin, dass die Materialkosten für die einzelnen Bauteile der Zuchtvorrichtung hoch sind.
Des Weiteren ist aus der aus der DD 219 210 A1 eine Vorrichtung zur Kultivierung phototropher Kulturen unter Nutzung von Sonnenlicht bekannt. Dabei wird eine Organismensuspension in einem Kreislauf zirkuliert, der aus einem kompakten Behälter, in dem optimale Wachstumsbedingungen eingestellt werden, und einem durchsichtigen Rohr, dem eigentlichen Reaktor, besteht, der in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolspiegels verläuft und in dem Wachstum und biochemische Leistungen der phototrophen Organismen erfolgen.
Aus der DE 23 58 701 A1 ist eine Vorrichtung zur Aufzucht von Algen bekannt, bei der ein Strömungskanal vorgesehen ist, in dem Algen und geeignete Nährstoffe enthaltendes Wasser strömt, wobei der Strömungskanal wechselweise künstlich beleuchtete Hellzonen und Dunkelzonen aufweist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, die vorstehend beschriebenen Probleme zu beseitigen und den Ertrag pro Fläche kostengünstigst zu steigern.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und dem Verfahren nach Anspruch 13 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Grundidee dabei ist, das Sonnenlicht gebündelt eindringen zu lassen, bzw. im Algenmedium immer weiter zu bündeln, um in tiefere Schichten vordringen zu können und damit den Ertrag pro Fläche zu steigern. Eine Ertragssteigerung wird mit Hilfe des nachfolgend erläuterten Flashinglight Effektes erzielt. Unter Flashinglight Effekt ist zu verstehen, dass das Wachstum pro Volumen konstant bleibt, wenn in kleinen Zeitskalen nur Lichtblitze mit teils hohen bis 5 sehr hohen Intensitäten zur Verfügung gestellt werden. Typische Zeitwerte hierfür sind: Zeit der Periode (t_cycling) t_c = 100 ms (10 Hz), wobei die Belichtung ungefähr (t_light) t_l = 30 ms und die Dunkelheit (t_darkness) t_d = 70 ms sein kann.
Durch Vorsehen einer Strömung des Algenmediums senkrecht zu den lichtstarken und lichtschwachen Abschnitten, wandern die Algenzellen abwechselnd entlang der lichtstarken und der lichtschwachen Abschnitte und erfüllen damit die Bedingungen für den Flashinglight Effekt. Daraus resultiert, dass das Wachstum damit in allen Bereichen des Reaktors maximal ist und die Eindringtie-1fe des Lichts vervielfacht wurde, und damit auch der Ertrag pro Fläche. Die Parameter für den Flashinglight Effekt können durch die Art und Größe der Fokussierung, die Strömungsgeschwindigkeit und deren vertikalen Abstand (k) zum Algenmedium leicht variiert werden.
Vorteile, die durch die Erfindung erzielt werden können:

• Vervielfachung der Produktivität pro Fläche durch Vergrößerung des photosynthetisch aktiven Volumens pro Fläche
• Sehr billige und störungsarme Bauweise
• Geringer Energieeintrag durch geringe Reibung (großes Volumen ohne Richtungsänderung, geringe Strömungsgeschwindigkeit ist ausreichend)
• Kühlung des Algenmediums durch Wasser (günstig), welches als optische Medium eingesetzt wird
• Verhinderung der Photoinhibition
• Effizienteres Ausnutzen der CO₂ Versorgung, durch geschlossenen Reaktor
• Ausnutzen der gesamten Strahlungsintensität, die pro Fläche einfällt (nicht wie bei vertikal angeordneten Reaktoren, die sich selber verdecken)
• Geringe Installationskosten, da horizontal und nicht vertikal
• UV-Absorption (Wasserschicht)
• Kühlung (Wasserschicht)
• Verdunstungsschutz (da durch Lichtbündelungsvorrichtung abgedeckt)
• Kontaminationsschutz (da durch Lichtbündelungsvorrichtung abgedeckt)
• Betrieb mit Sonnenlicht möglich
• Minimierung des Reflexionsverlustes durch Halbzylinder und Beschichtung auf den Trennfolien der Lichtbündelungsvorrichtung
• Gaszufuhr über optionale Lenzklappen (keine zusätzliche Energie nötig)
• Gasabtransport über optionales Druckventil

Im Folgenden werden Ausführungsformen nach Aspekten der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert:
1 zeigt eine Prinzipskizze eines Bioreaktors gemäß einer ersten Ausführungsform ”mit zusätzlicher Wasserschicht”.
2 zeigt eine Prinzipskizze eines Bioreaktors gemäß einer zweiten Ausführungsform ”ohne zusätzlicher Wasserschicht”.
3 zeigt eine Prinzipskizze eines Bioreaktors gemäß einer dritten Ausführungsform in Linsenbauweise.
4 zeigt eine Bauweise eines Bioreaktors gemäß 2.
5 zeigt eine Pumpenanordnung zur Bewegung des Algenmediums quer zur Längsrichtung des Bioreaktors.
6 zeigt die Eindringtiefe von gebündeltem Licht (Bildmitte) und normaler Belichtung (links und rechts) des Algenmediums. Der dunkle Teil repräsentiert die Lichtintensität nahe null. Je heller die Schattierung wird, desto höher ist die Lichtintensität.
Bevor die detaillierte Beschreibung der einzelnen Bauweisen erfolgt, soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass die Grundidee der Erfindung mit mehreren Bauweisen umgesetzt werden kann. Insbesondere kann die Fokussierung auch mit hier nicht dargestellten Fokussiereinrichtungen realisiert werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.
Basisbauweise 1: Vielfach gekrümmte Außenhaut gemäß Fig. 1, mit zusätzlicher Wasserschicht
Die erste Bauweise weist eine Kammer 1 auf, die als Fokussiereinheit bzw. Lichtbündelungsvorrichtung dient, und die eine transparente Außenhaut 3, mit einem Bodenabschnitt 5, einem Seitenabschnitt 6 und einem gekrümmten Abschnitt 7 besitzt. In 1 (wie auch in den übrigen 2, 3 und 4) ist nur ein Teil der Kammer gezeigt; in Wirklichkeit erstreckt sich die Konstruktion auf beiden Seiten weiter. Die Kammer 1 ist mit einem Fluid, hier Wasser 2, gefüllt. Die Kammer 1 befindet sich auf einem oberhalb des Algenmediums 4 als phototrophe Kultur, vorzugsweise schwimmt sie darauf. Die Außenhaut 3 weist zur Sonne hin eine Vielzahl an gekrümmten Abschnitten 7 auf.
Durch das Vorsehen der Strömung des Algenmediums senkrecht zu den lichtstarken und lichtschwachen Abschnitten, die durch die Lichtbündelungsvorrichtung erzeugt werden, wandern die Algenzellen abwechselnd entlang der lichtstarken und der lichtschwachen Abschnitte und erfüllen damit die Bedingungen für den Flashinglight Effekt.
Die Form und Krümmung der gekrümmten Abschnitte 7 ist gemäß einer vorzugsweisen Ausgestaltung durch Zuführen bzw. Abführen einer Menge an Fluid in bzw. aus der Kammer 1 veränderbar und kann so an die örtlichen Gegebenheiten, wie z. B. den Sonnenstand, angepasst werden.
Fällt nun das Sonnenlicht senkrecht von oben ein, wird es durch die gekrümmten Oberflächen 7 und den hohen Brechungsindex des Wassers 2 in lichtstarken Bereichen konzentriert und kann so tiefer in das Algenmedium 4 eindringen (siehe 6). In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Wasserschichtdicke variabel, um bei verschiedenen Strahlungsintensitäten den Brennpunkt im Algenmedium vorteilhaft zu verschieben und damit die kontinuierliche vertikale Ausleuchtung zu verbessern.
Das Fluid in der Kammer 1 kann die Erwärmung der phototrophen Kultur reduzieren. Vorteilhafter Weise kann die Temperatur der phototrophen Kultur durch die Menge des Fluids geregelt werden. Das Fluid nimmt in der Fokussiereinheit einen Teil der Wärme der phototrophen Kultur auf und verhindert somit die starke Erwärmung. Ist die Erwärmung des Fluids zu stark, kann dieses extern gekühlt werden.
Basisbauweise 2: Vielfach gekrümmte Außenhaut gemäß Fig. 2, ohne zusätzlicher Wasserschicht
Bei dieser Variante ist der Abschluss durch die vielfach gekrümmte Außenhaut 3 nicht auf einer Wasserschicht wie in der oben genannten Bauweise, sondern direkt auf dem Algenmedium 4 aufgebracht. Im Übrigen entspricht der Aufbau 1. Dabei ergeben sich folgende Vor- und Nachteile.

• Die Kühlung über die obere Wasserschicht ist nicht mehr vorhanden (Kann jedoch durch eine dickere Algenschicht und damit mehr Wasser bzw. Fluid im Algenmedium kompensiert werden. Zudem kann durch geeignete Materialien der Wärmetransfer vom Algenmedium/Wasser in die Luft verbessert werden)
• Es wird nur eine Trennschicht benötigt (in Form der gekrümmten Abschnitte 7)
• Wenig Materialaufwand
• Reflexionsverluste werden minimal gehalten
• Sehr einfacher Aufbau

Jeder einzelne gekrümmte Abschnitt 7 hat die Form eines langgestreckten Halbzylinders und wird vorzugsweise wie in 4 dargestellt und im Nachfolgenden beschrieben hergestellt.
Auf das Algenmedium wird eine transparente Plastikfolie 10 gelegt und diese dann mit einem Gitter 11, welches die Abstände der Krümmung definiert, nach unten gedrückt. Dadurch wird die transparente Plastikfolie 10 gekrümmt und es entsteht eine sehr homogene vielfach gekrümmte Außenhaut 3, welche zudem sehr dünn ist.
Ein weiterer Vorteil dabei ist, dass die Lichtintensität bei ausreichender Algendichte an keinem Punkt im Reaktor größer ist als die Sonnenintensität zu diesem Zeitpunkt. Dies ist der Fall, da das Licht erst im Algenmedium gebündelt wird, wobei dort direkt wieder Absorption stattfindet, welche idealerweise die Intensität auf einem Niveau verharren lässt.
Basisbauweise 3: Linsenbauweise gemäß Fig. 3
Bei dieser Bauweise werden mit Wasser 2 oder einem anderen geeigneten Medium gefüllte, langgezogene Linsen 9 auf das Algenmedium 4 aufgebracht. Die Linsen 9 bestehen aus einer Linsenoberseite 9a und einer Linsenunterseite 9b. Dabei gibt es zwei Varianten:

• Linsen haben direkten Kontakt zum Algenmedium 4
• Es besteht eine Luftschicht 8 zwischen Linsen und Algenmedium (ähnlich einer Luftmatratze)

Ein Vorteil der Linsenbauweise gegenüber der Version mit vielfach gekrümmter Außenhaut ist, dass die Krümmung der Linse deutlich geringer sein kann (in 3 nicht maßstäblich dargestellt), da die rückseitige Krümmung 9b der Linse (die untere Seite in 3) die Fokussierung erhöht. Durch eine Luftschicht 8 (ähnlich einer Luftmatratze) zwischen Algenmedium 4 und Linsen 9 kann das gesamte Bauteil auf dem Algenmedium schwimmen und so als sehr billiges Upgrade für bestehende Open Pond Anlagen eingesetzt werden.
Der übrige Aufbau ist gleich dem der vorherigen beschriebenen Ausführungsformen.
Weitere Optimierungsmöglichkeiten
Im folgenden Abschnitt werden mögliche Optimierungen der Bauweisen aufgezeigt. Dabei ist vor allem das Problem des Brennpunktes Thema. Zum besseren Verständnis zwei Szenerien:

• Ist die Sonnenintensität gering, sollte der Brennpunkt nicht tief im Algenmedium liegen, da bis dorthin die Strahlung durch die Absorption schon schwach ist und die minimale Intensität aufgrund der starken Abschwächung aller Strahlen nicht mehr erreicht werden kann
• Ist die Sonnenintensität hoch, sollte der Brennpunkt tief im Algenmedium liegen, da die Strahlung aufgrund der hohen Intensität tiefer in das Medium eindringen kann und damit erst später gebündelt werden muss.

Optimierungen des Brennpunktes durch Variation des Abstandes k (siehe Fig. 1):
Für die Optimierung des Brennpunkts ist es vorteilhaft, wenn eine Wasserschicht oberhalb des Algenmediums vorgesehen wird. Durch eine geeignete Veränderung des Abstands (k) von der vielfach gekrümmten Außenhaut bis zum Algenmedium kann dann der Brennpunkt genau um diese Veränderung im Algenmedium verschoben werden.
Optimierung des Brennpunktes durch Veränderung der Krümmung:
Durch die vorteilhafte Veränderung der Krümmung der Halbzylinder oder Linsen ist es möglich, den Brennpunkt im Algenmedium zu verschieben und damit den Reaktor an die einfallende Sonnenintensität anzupassen. Die Veränderung der Krümmungsradien wird vorteilhafter Weise durch einen erhöhten Binnendruck des optischen Mediums und eine leicht dehnbar vorgesehene Außenhülle erreicht.
Reflektierender Boden:
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung liegt darin, den Boden mit einer reflektierenden Schicht zu versehen. Dadurch wird Licht, welches bis zum Grund vordringt, noch weiter genutzt, indem es wieder in den Reaktorraum durch Reflexion zurückgeleitet wird.
Kreislauf, Vorlauf und Rücklauf gemäß 5:
Da sich das Algenmedium 4 unter der Lichtbündelungsvorrichtung quer zu deren Verlauf (in Pfeilrichtung) bewegen muss, um den Flashinglight Effekt nutzen zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Algenmedium in einem Kreislauf bewegt wird. Dies geschieht in einer zumindest teilweisen transparenten Leitung 13, die als Kreislauf geschlossen ausgebildet ist. Der Vorlauf 12a ist direkt unterhalb der Lichtbündelungsvorrichtung angeordnet, so dass das Algenmedium quer zur Bestrahlungsrichtung des Lichts bewegt wird. Der Rücklauf 12b geschieht mit einem Teil der Leitung, der das Algenmedium wieder an den Ausgangspunkt zurückbringt. Dies wird im Folgenden mit Rückfluss bezeichnet.
Der Rückfluss des Algenmediums wird dadurch realisiert, dass er unterhalb einer ersten Algenschicht verläuft, aber selber noch im lichtkonzentrierten Bereich ist. Mit anderen Worten, der Rückfluss fließt in der unteren Hälfte des Algenmediums in dem dieser mit dem konzentrierten Restlicht beleuchtet wird. Auch hier ist also noch Photosynthese möglich.
Der Kreislauf kann vorteilhafter Weise von einem Fördermittel wie einer Pumpe 13, vorzugsweise einer Zahnradpumpe, weiter vorzugsweise einer langgestreckten Zahnradpumpe mit vorgegebener Förderrate individuell in seiner Geschwindigkeit einstellbar sein. Es kann von Vorteil sein, dass eine Förderpumpe die Förderrate bestimmt, und dass diese Förderpumpe insbesondere steuerbar ist. Dadurch kann der zuvor genannte Effekt zur Variation der Dauer der Lichtexposition weiterhin verbessert werden und eine flexiblere Verwendung der Vorrichtung ist möglich. Dies kann die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung erhöhen.
Insbesondere kann es dadurch auch ermöglicht werden, die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich genau zu steuern. Bei einer hohen Strahlungsintensität wird die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit verringert. Bei einer geringeren Intensität wird die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich durch Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit erhöht. So kann die individuelle Bestrahlungsdauer abhängig von der vorherrschenden Intensität mittels einer Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit gesteuert und/oder geregelt werden.
Vorteilhaft kann dabei auch sein, dass der Durchflussquerschnitt der Leitung 12 entlang seiner Länge nicht homogen ist. Dies kann in verschiedenen Bereichen zu verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten führen. Es kann insbesondere von Vorteil sein, dass der Querschnitt verändert werden kann. So kann die Strömungsgeschwindigkeit noch besser an die Rahmenbedingungen, beispielsweise die Lichtverhältnisse, angepasst werden. Es kann ein weiterer Vorteil sein, dass die von dem Fördermittel vorgegebene Förderrate individuell einstellbar ist. Es kann von Vorteil sein, dass eine Förderpumpe die Förderrate bestimmt, und dass diese Förderpumpe insbesondere steuerbar ist. Dadurch kann den zuvor genannten Effekt zur Variation der Dauer der Lichtexposition weiterhin verbessert werden und eine flexiblere Verwendung der Vorrichtung ist möglich. Dies kann die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung erhöhen.
Insbesondere kann es dadurch auch ermöglicht werden, die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich genau zu steuern. Bei einer hohen Strahlungsintensität wird die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit verringert. Bei einer geringeren Intensität wird die Verweildauer der Zellen in dem bestrahlten Bereich durch Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit erhöht. So kann die individuelle Bestrahlungsdauer abhängig von der vorherrschenden Intensität mittels einer Anpassung der Strömungsgeschwindigkeit gesteuert und/oder geregelt werden.
Der Kreislauf muss nicht zwingend mit dem Rücklauf gemäß 5 versehen sein, bei dem der Rücklauf unterhalb des Vorlaufs ebenfalls an der Photosynthese teilnehmen kann. Vielmehr kann der Rücklauf auch auf gleicher Ebene wie der Vorlauf vorgesehen werden, so dass auch während des Rücklaufs die Photosynthese gewährleistet ist. Dadurch kann eine solche Anlage auch in sog. Open-pond-Anlagen eingesetzt werden.
Kontrollieren des Wachstumsprozesses:
Um den Wachstumsprozess der Algen zu überwachen und zu steuern, erden vorteilhafter Weise mehrere Eingänge und Sensoren benötigt, welche in den folgenden Abschnitten behandelt werden.
CO₂ Gas-Luftgemisch:
Der Reaktorraum (Algenmedium) weißt darüber hinaus vorteilhafter Weise geeignete Eingänge auf, durch die ein CO₂ Gas-Luft-Gemisch eingebracht werden kann, um das für die Photosynthese nötige CO₂ zur Verfügung zu stellen. Optional ist diese Einführung mit einer PH Sonde reguliert.
Nährstoffe:
Da Mikroalgen Nährstoffe benötigen, ist vorteilhafter Weise eine Vorrichtung vorgesehen, welche es zulässt, dass während des Betriebs des Reaktors Nährstoffe eingegeben werden können.
Sensoren zur Wachstumsüberwachung:
Es gibt eine Reihe von Sensoren, die für die Überwachung des Algenwachstums wichtig sind, darunter vor allem:

• PB-Sonde
• Temperatur
• Nährstoff-Sensoren
• Absorptionsmessung (online Biomassenbestimmung; wichtig um den Erntezeitpunkt zu bestimmen)

Diese Sensoren sind vorteilhafter Weise im Reaktorraum integriert.
Aberntung bzw. Zuleitung der Algen:
Des Weiteren ist vorteilhafter Weise eine Vorrichtung (Schlauchverbindung) vorhanden, welche eine Aberntung des Algenmediums erlaubt. Gleichzeitig ist ein Frischwasserzulauf vorgesehen, welcher im Falle einer kontinuierlichen Aberntung für einen Ausgleich des Wasserstandes im Reaktor sorgt. Über diesen Zulauf kann auch jederzeit ein bereits vorbereitetet Algengemisch zugeführt werden.

Claims

Zuchtvorrichtung für phototrophe Kulturen (4) mit – einem lichtbestrahlten Bereich phototropher Kulturen, – einer Vorrichtung zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen einfallendem Licht (3; 7), zur Schaffung abwechselnd angeordneter lichtstarker und lichtschwacher Abschnitte, für eine größere Eindringtiefe der lichtstarken Abschnitte in tiefere Schichten der phototrophen Kulturen, und mit – einem Fördermittel (12; 13), das dazu angepasst ist, zumindest einen Teil der phototrophen Kultur (4) entlang der abwechselnd angeordneten lichtstarken und lichtschwachen Abschnitte zu fördern.
Zuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Vorrichtung zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen einfallendem Licht (3; 7) eine separate Fluidschicht (2), vorzugsweise Wasser, vorgesehen ist.
Zuchtvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen einfallendem Licht (3; 7) eine Vielzahl länglicher halbzylindrisch ausgebildeter gekrümmter Oberflächen (7) aufweist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen einfallendem Licht (3; 7) eine Vielzahl länglicher halbzylindrisch konvex ausgebildeter gekrümmter Oberflächen aufweist, sowie gegenüberliegend eine entsprechende Vielzahl länglicher halbzylindrisch konkav ausgebildeter gekrümmter Oberflächen aufweist, so dass daraus Linsengeometrien (9a, 9b) gebildet werden.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beleuchtungsvorrichtung vorgesehen ist, die dazu angepasst ist, Lichtblitze zur Verfügung zu stellen, deren Zeitwerte (t_cycling) vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Hz bis 100 Hz, d. h. t_c = 2 s bis 10 ms, noch vorzugsweise t_c = 100 ms (d. h. 10 Hz) betragen, wobei die Belichtung (t_light) im wesentlichen von 2/3 bis 1/3 der Zyklenzeit, noch vorzugsweise t_l = 30 ms bei t_c = 100 ms, und die Dunkelheit (t_darkness) von 1/3 bis 2/3 komplementär, noch vorzugsweise t_d = 70 ms bei t_c = 100 ms, ist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Art und Größe der Lichtbündelung, die Strömungsgeschwindigkeit und/oder der vertikale Abstand (k) zu den phototrophen Kulturen variabel gestaltbar ist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Fördermittel (13) mindestens eine die phototrophen Kulturen führende Leitung (12) aufweist, die derart angeordnet ist, dass die Leitung zumindest teilweise in dem von Licht bestrahlten Bereich der Zuchtvorrichtung verläuft.
Zuchtvorrichtung gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (12) als Kreislauf ausgebildet ist, wobei eine Vorlaufpassage (12a) vorgesehen ist, die direkt unterhalb der Vorrichtung zur Bündelung von in die phototrophen Kulturen (4) einfallendem Licht angeordnet ist, sowie eine zweite Passage, die Rücklaufpassage (12b), die unterhalb der ersten Passage angeordnet ist und die phototrophen Kulturen zurück an den Anfang der ersten Passage leitet, um den Kreislauf zu schließen, so dass die phototrophen Kulturen (4) auch im Rücklauf noch an der Photosynthese teilnehmen.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 8, wobei der Querschnitt entlang der Leitung (12) nicht konstant ist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Querschnitt der Leitung (12) veränderbar ist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Fördermittel eine steuerbare Förderpumpe (13), vorzugsweise eine Zahnradpumpe, aufweist.
Zuchtvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unterhalb der phototrophen Kulturen ein Boden mit reflektierender Oberfläche vorgesehen ist.
Verfahren zur Steuerung einer Zuchtvorrichtung für phototrophe Kulturen (4), insbesondere einer Zuchtvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Teil der phototrophen Kulturen durch ein Mittel zum Bestrahlen der phototrophen Kulturen mit Licht bestrahlt wird, und wobei die Dauer der Lichtexposition der phototrophen Kulturen durch Steuern eines Fördermittels des Kulturmediums in den phototrophen Kulturen verändert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Veränderung der Dauer der Lichtexposition durch Verändern einer Flussrate des Teils der phototrophen Kulturen (4) durch die Leitung (12) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14, wobei zur Veränderung der Dauer der Lichtexposition eine Querschnittsfläche der Leitung (12) verändert wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei zur Veränderung der Dauer der Lichtexposition die Förderleistung des Fördermittels verändert wird.