[发明专利]用于光合反应器的反应罩和相关的光合反应器

说明书

本发明涉及一种适用于特别是藻类的光合微生物的培养的光合反应器的反应罩、一种用于制造所述反应罩的方法、一种相关的光合反应器以及使用所述反应器培养光合微生物的方法。

更特别地，本发明涉及一种反应罩，其首先设计成在水体上漂浮，其次在所述反应罩的第一和第二开口之间限定气体/液体培养介质双向流动路径。

本发明涉及任何光合微生物（即能够在阳光和例如二氧化碳的富含碳的气体的环境中在适当的营养培养介质中生长和进行光合作用的任何生命形式）的培养，微藻是这种生命形式的主要代表。

光合微生物的比较表现水平的分析造成给予微藻培养的优先权，在我们星球上，微藻是最古老的光合作用参与者。不同于直立植物，它们不具有构造成很长以接近水和光的任何复杂构件。它们不需要通过难以降解的代谢物（纤维素、木质素）来强化其根茎。结果是转移的微藻培养效率增加，因为与开口田地内的最佳植物的10吨比较，表面生产率可以达到100吨（干重）每公顷每年。所有生物量均可以投入使用，而主要培养物的收获通常只涉及谷物（特别除了至少留下根系的甘蔗和喂养动物植物）。

在本发明所涉及的光合微生物中，更特别是包括例如微藻、藓原丝、小的宏观藻类和多细胞植物离体细胞的水生植物。这些水生植物特别是在医药、人类和动物营养、真皮美容、能源和环境领域中具有令人感兴趣的表现。

关于大多数光合微生物，这种来源的入口基本上包括在适当反应器内进行辅助培养。由于光线是其主要基础，培养介质应该具有接收光通量的光学界面。培养光合微生物的难点在于它们本身形成作为其主要基础的光线透过的障碍。培养物的生长将因此在光线不再透过培养物厚度时得到稳定。这种现象称为自遮荫。

“光路长度”允许不同圈养模式的特征，并且如下限定：

-从其通过透明光学界面进入培养物直到相对的不透明壁的光路长度；或者

-在圈养物经由两个相对设置的透明光学界面接收光线时，为两个透明光学界面分开的距离的一半。

这种光路长度在几厘米和几分米之间变化，并且大多确定了最后生长阶段的每单位时间和每单位光学表面的（单位为g/m²/j的表面生产率）以及培养物的浓度（单位为g/L）的生物量的生产。用来确保小水生植物的培养的不同的圈养模式可因此根据这种特征长度来分类。

光合反应同样伴随着二氧化碳（CO2）的消耗以及氧（O2）的产生。过多的氧妨碍这种反应，而二氧化碳的缺失由于缺乏待转换的基础而使反应中断。气体/液体的界面因此应该设置用于在这些气体和液体相之间进行质量转移。为了促进这种交换并避免不均匀性，培养物应该作为用来在所述光学界面处以及在此气体/液体界面处更新生物体的混合物的根源。

光合反应器的第一已知的实施例包括盆或罐类型的开口容器，其中培养物在重力作用下得以保持，并且具有单独形成光学界面和液体/气体界面的自由表面。培养物在盆内通过例如浆轮类型的一个或多个机械搅动装置混合。由此形成的盆培养物可覆盖相当大的表面面积，并且此实施例是大多数当今世界微藻生产的基础，其可以达到数千吨的干重。通过这种类型的反应器产生的光合生物体主要是：

-所谓的极端藻类，其介质是掠食者和竞争者的天敌，例如螺旋藻或杜氏盐藻类；或者

-所谓的优势藻类，它比其他类型更能够经受机械应力或污染物，例如小球藻、栅藻、骨条藻、长耳齿状藻或者微绿球类藻。

光合反应器的第二已知实施例也包括储槽或罐类型的开口容器，但是其尺寸小于第一已知实施例的盆的尺寸。这些容器通常具有相对于阳光透明的侧壁，使得光学界面通过液体介质和透明侧壁两者形成。

在此第二实施例中，传统上借助于将空气注射到储槽下部，这造成在液体中上升直到自由表面的气泡的形成。由此形成的气泡的表面形成气体/液体界面。当上升到该表面时，气泡向上携带培养物，由此产生可以延伸到整个容积的对流运动。二氧化碳（CO₂）有时被添加到注射空气中，从而提供根据百分之几的预定摩尔分数的额外的碳。

由于小于第一实施例的盆的容积，第二已知实施例的储槽适用于更加受控的培养物，特别是用来在水产养殖中为鱼苗喂养软体动物的幼虫或活猎物的微藻的培养物。频繁清洁这些储槽以及单纯和批量接种使得储槽内的污染得以限制。由于物种多达几十种，由此培养的微藻具有相对接近的温度和光线需求，使其可以在公共位置中培养。

具有开口容器形式的这两种实施例提供了从一到几分米的光路长度。