[发明专利]用于生物质生产的适应气候的生物反应器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2009年11月19日提交的美国临时申请No.61/281,552的权益，该申请通过引用方式被整体纳入本文。

技术领域

本公开内容涉及生物反应器（bioreactors），更具体地，涉及光生物反应器，例如用于藻类培养。

共同研究协议的当事人

本申请描述以及要求的一些主题是根据Biopharmia AS和代表亚利桑那大学的亚利桑那校务委员会之间的一个书面共同研究协议开发的。

背景技术

对矿物燃料的替代品进行开发是一项巨大的科技和经济课题。这些替代燃料具有提供可靠和可持续的能量源的潜力，同时极大限制了由于燃烧矿物燃料而释放到环境中的二氧化碳。术语“生物燃料”指的是源自生物并且以某种方式从植物或其他有机体（organism）的生物质中获得的燃料。生物燃料可以是固体、液体或气体形式，并且能够以各种方式使用，涵盖从燃烧木材用于加热到使用生物乙醇和生物柴油作为运输用燃料。当考虑液体运输用燃料时，研究和开发了多种原料。尤其是，从谷物中获得的乙醇突出地成为了最成熟和广泛商业化的选择。然而近来，使用谷物作为生物燃料原料的许多缺点已经变得明显。任何生物燃料原料绝对不能与食品供应竞争，从而被认为是一种可行的大规模替代燃料。不与食品生产竞争或者不妨碍食品生产的生物燃料是有吸引力的，因为最终产品是一种近似等同于石油基燃料的燃料，并且不需要对目前的运输用燃料基础设施的任何大的重新改造。基于电能或燃料电池的车辆将需要完全新的车辆设计以及被显著修改的燃料或功率分配系统。当考虑开发生物燃料原料时，还重要的是考虑生产该原料需要的水消耗以及土地面积。

近来，微藻类已成为一种有前景的生物燃料原料，因为它们满足许多上述标准。微藻类生物质的脂类部分可被转化为一种近似等同于石油柴油的柴油形式。另外，藻类的生产不在任何显著方面妨碍世界食品生产。

目前使用两种普遍方法进行藻类培养。开放系统（例如开放的池塘或水沟）的建造和运行都是非常经济的；然而，它们具有显著的缺点，诸如污染风险、环境条件的波动、以及较低和较不可靠的生产率。封闭系统（诸如光生物反应器）相对于开放系统具有的优点是对环境条件的控制、低污染风险、以及更高的生产率和可靠性。闭合系统的主要缺点是它们相对高的构造成本和运行成本。

发明内容

此处公开了如下的生物反应器（诸如光生物反应器，例如用于藻类培养物），所述生物反应器具有闭合系统的优点并且还具有相对低的构造成本和运行成本。所公开的生物反应器还是模块化的，允许简单按比例扩大，并且能够轻易调整（例如自动地调整）用于最优化培养条件，诸如入射的曝光量。

在一个实施方案中，所公开的生物反应器包括：第一板和第二板（它们中的一个或两个对于光是基本透明的），其中所述第二板被部署为邻近于所述第一板，第一板和第二板沿着第一纵向边缘、第二纵向边缘、第一水平边缘、第二水平边缘、以及在所述第一水平边缘和所述第二水平边缘之间的至少一个中间水平密封部被密封，由此形成沿竖向轴线串联的用于容纳流体的至少两个腔室，其中两个或更多个腔室中的每一个被定向为相对于所述竖向轴线成一个角度，其中所述角度是约0°到约90°，所述腔室中的至少一个被定向在大于0°的角度处，以及其中在所述第一水平边缘、所述第二水平边缘以及中间水平密封部的每一个中存在至少一个开口；一个支承结构，包括至少一个水平支承物，其中所述水平支承物位于中间水平密封部的位置处或附近；一个贮存器，位于第一板和第二板的第二水平边缘下方；以及用于将流体从贮存器泵送至第一板和第二板的第一水平边缘的装置。在一些实施例中，大于0°的角度是约30°到约75°。

在一些实施例中，所述第一板和第二板的至少一个是透明的。在另一些实施例中，所述第一板和第二板由柔性材料（例如，聚乙烯）或刚性材料（例如，聚碳酸酯）制成。

在一些实施方案中，所述生物反应器包括两个或更多个中间水平密封部（诸如2-100个中间水平密封部）。在具体实施例中，所述一个或多个中间水平密封部相对于底板或地面近似水平、相对于底板或地面向上成角度、或者相对于底板或地面向下成角度。在一些实施例中，所述生物反应器包括多个水平中间密封部，所述水平中间密封部可包括水平、向上成角度或向下成角度的密封部的任意组合（即，中间水平密封部不需要都相互平行或者都平行于底板或地面）。