[发明专利]生物反应器

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年12月19日递交的美国临时申请No.61/577,547的优先权的利益，其全部内容为所有目的而通过引用合并于此。

技术领域

各个实施例涉及一种生物反应器。

背景技术

原油储备快速减少。目前，诸如微藻之类的光合自养生物的培育已经被确定为处理上述主要问题的潜在策略。微藻可被用作用于生物燃料生产的替代原料。与快速减少的原油储备不同，微藻是可再生的且提供快速的生长。与在生物柴油生产中普遍观察到的高植物油成本相比，由于高达80％干重的高脂类甘油三酯和快速的指数生长速率，微藻潜在地以低原材料成本提供高的产油率。除了生物柴油生产，微藻目前被培养，以生产用于保健品、水产饲料、色素成分、多不饱和脂肪酸和其它精细化工的材料，而在收获有用的脂类和材料后收集的废弃的细胞碎片可被转换为替代的生物柴油形式，包括生物甲烷、生物乙醇和生物氢气。

微藻的培育可被分类在两个主要的系统下：开放式系统(例如水道池塘)或者封闭式系统(例如光生物反应器)。目前，因为与建造和操作开放式系统相关的低成本，开放式系统仍然为工业上最普遍的培育系统。但是，开放式水道池塘的关键缺点在于生物量的面积和体积生产率低。另外，水道池塘容易被污染，且混合不佳。因此，其不能有效地利用光，且与封闭式系统相比使用碳的效率更低。

相比之下，光生物反应器能够以更高的体积生产率生产单物种培养物，且光生物反应器已经被用于大批微藻生物量的工业化生产。此外，为了生产的高价值化合物，在受控培育系统中授权使用单一培养。与开放式水道池塘所获得的生物量浓度相比，传统的光生物反应器能够维持较高的生物量浓度。因此这使得反应器的尺寸要求最小化，同时降低了下游处理成本。

具有小直径的管状光生物反应器目前在微藻的大范围生产中被采用。尽管小直径的管被发现为最大化地利用捕获的阳光，但是需要强的湍流，另外，用于保持通过管长度必需的流率所需要高的泵送压力，使得系统更加昂贵且对于大规模操作不太可行。此外，小的管直径也被发现为会增加生物污垢，降低对盐沉淀的控制，和呈现强氧张力，其一般地对于主动光合作用系统是不利的。

发明内容

根据本发明一方面，提供一种用于光合自养生物生长的生物反应器。所述生物反应器可包括配置为容纳所述光合自养生物的容器，所述容器具有纵向轴线，周向壁围绕所述轴线延伸，其中所述周向壁为半透明的，以使光能够从外侧进入所述容器，从而作用在所述光合自养生物上，其中提供用于在所述容器内沿所述轴线提供光强的不均匀分布的设备。

用于提供光强的不均匀分布的所述设备可包括所述周向壁，使得半透明表面沿所述轴线变化。所述周向壁的周长可沿所述轴线变化。

所述周向壁可具有圆形、椭圆形、正方形、长方形或六边形的形状。

所述周向壁可由半透明材料制成。所述半透明材料可为玻璃或石英或丙烯酸塑料。

所述容器可具有用于将所述容器定位在地面上的底部和当沿所述轴线看时提供在与所述底部相反的端部上的顶部，并且其中所述周向壁的周长可从所述底部朝向所述顶部增加。在各个实施例中，这种容器可使所述容器内的光强分布能够沿所述轴线从容器的底部朝向顶部增加，从而随着光合自养生物在培育过程期间从所述容器的所述底部朝向所述容器的所述顶部向所述容器上方行进，光合自养生物可接收光强的逐渐增加的分布或部分。因此，分布在所述容器内的部分光强从所述容器的所述底部朝向所述顶部增加，使得与接近所述容器的所述底部的光合自养生物相比，接近所述容器的所述顶部的光合自养生物可接收分布在所述容器内的光强的更高比例。

用于在所述容器内沿所述轴线提供光强的不均匀分布的所述设备包括定位在所述容器外侧的至少一个镜子，该至少一个镜子用于将光引导朝向所述半透明周向壁的预定区域或者朝向所述周向壁的预定半透明区域，以便在所述容器内沿所述轴线提供光强的不均匀分布。在各个实施例中，所述镜子可使得容器内的光强的分布能够从所述容器的所述底部朝向所述顶部沿所述轴线增加，从而随着所述光合自养生物在培育过程期间沿从所述容器的所述底部朝向所述容器的所述顶部的方向行进，所述光合自养生物可接收逐渐增加的光强分布。

所述镜子可具有凹形形状，该凹形形状被布置为弯曲远离所述容器的所述周向壁。所述镜子可被布置为至少大体上环绕所述容器的所述周向壁。所述镜子可被布置为至少大体上环绕所述容器的所述周向壁。