CN101466821A - 用于co2截存的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了使用藻类截存CO₂的方法和装置，包含多个垂直悬挂的生物反应器，每个生物反应器是半透明的，并包括由多个折流板形成的流动通道。培养罐含有水和至少一种藻类的悬浮液，并包括多个气体喷口，用于将含有CO₂的气体导入到悬浮液中。培养罐与每个通道的入口流体连通，使悬浮液在光的存在下流过通道。泵将悬浮液泵到通道入口中。

Description

用于CO2截存的方法和装置

关于联邦资助的研究或开发的陈述

不适用。

背景

发明领域

本发明总的来说涉及CO₂截存的领域，更具体涉及使用藻类截存CO₂的装置和方法。

发明背景

一段时间以来，全球二氧化碳(CO₂)水平的持续增加引起了全世界的关注。根据体积测算，在工业革命开始时，每一百万份空气中有大约280份CO₂，而今天，每百万份(ppm)中有360份，增加了30％。每年增加2ppm，并且仍在上升。如果目前的趋势持续下去，在21世纪后半叶，大气中CO₂的浓度将加倍，达到大约700ppm。现在，许多科学家相信，在过去50年中观察到的全球变暖，大部分可以归因于这种人类活动导致的二氧化碳的增加。

众所周知，绿色植物通过光合作用摄入CO₂。光合作用将可再生的太阳光能转化成活的生物可以利用的能量。在叶绿素的存在下，植物利用太阳光将CO₂和水转化成碳水化合物，直接或间接地供给了几乎所有动物和人类对食物的需要；作为该过程的副产物，释放出氧气和一些水。影响光合作用速率的主要因素是有利的温度、光强度水平和二氧化碳的利用度。大多数绿色植物非常利于响应远高于目前大气水平的CO₂浓度。

尽管有许多方法来增加生物系统例如植物摄取二氧化碳，但已经证实，以成本效率合算的方法做到这一点是困难的。各种不同的藻类株系提供了最快的CO₂摄取。基于海洋的富集项目是侵入性的，可能导致的问题比它们所能解决的更多。特别是它们倾向于生长水草形式的藻类，可能伤害或毁坏整个生态系统。此外，没有办法来收获通过这类方式生产的藻类。

基于陆地的藻类系统在捕获CO₂上非常有效，但是受限于可用的陆地空间和成本。在开放的被动系统或分批式系统中，每年从每公顷藻类中只可能生产大约150公吨的干生物质。利用这些数字，即使不考虑天气和水的可用性，也需要超过200公顷的开阔地来捕获从1000兆瓦燃气轮机发电站的排出。对于大量藻类的生产来说，关键的是光的存在。藻类利用光将CO₂转化为糖，即光合作用。不幸的是，光只能穿透到藻类的活培养物中几厘米的深度。当藻类生物体繁殖时，培养物的密度增加，光穿透的程度降低。某些研究利用光学纤维的用途，这在迄今为止都是昂贵得难以问津并且没有效益。

因此，对于以成本效益合算的方式将藻类暴露于足够量的光下、使用藻类截存CO₂的装置和方法，存在着需求。

发明概述

本文描述了利用藻类从气体中截存和除去CO₂的装置和方法。该公开的装置和方法提供了截存CO₂的连续工艺，其中使用一个或多个生物反应器，每个都具有折流板通道(baffled channels)，允许藻类与CO₂反应。每个生物反应器由透明的或半透明的聚合物材料形成，聚合物材料形成通过其中的通道，这是廉价并容易制造的。此外，穿过透明的或半透明聚合物材料的通道提供了暴露于光的大的表面积，允许藻类更多地暴露在光下，并使通道的构造具灵活性。

在一个实施方案中，截存CO₂的装置包括含有水和至少一种类型藻类的悬浮液的培养罐。培养罐含有多个气体喷口，用于将含有CO₂的气体导入到悬浮液中。装置还包括一个或多个生物反应器，每个都形成了通道，用于悬浮液流过其中，其中每个生物反应器包括入口和多个折流板。每个入口优选位于每个生物反应器的顶部，并与培养罐流体连通。此外，装置包括泵，用于将悬浮液泵到一个或多个生物反应器顶部的入口。

在另一个实施方案中，截存CO₂的方法包括将含有CO₂的气体导入到充满了水和至少一种藻类的悬浮液的培养罐中，以便CO₂溶解在悬浮液中。该方法还包括利用重力流动将悬浮液从培养罐通过多个垂直悬挂的生物反应器进行流动，该多个生物反应器每个都具有带有多个水平折流板的培养通道。此外，方法包括将生物反应器暴露于光。另外，方法包括通过光合作用将CO₂转化为至少一种有机化合物。

公开的方法和装置的许多优点之一是结合了动态或连续的工艺而不是分批式的工艺。连续工艺允许将光最大限度暴露于不断运动的藻流。因此，与分批式系统相比，每个藻类生物体当它连续流过本公开的系统时，终归将暴露于光。

前面对本发明的特点和技术优点进行了相当宽泛的概述，以便可以更好地理解下面的本发明的详细描述。本发明的其它特点和优点将在构成本发明权利要求书主题的后文中描述。本技术领域的专业人员将会认识到，所公开的概念和具体的实施方案容易被用作基础，来修改或设计用于执行本发明的同样目的的其它结构。本技术领域的专业人员还应该认识到，这些等价的构造没有背离在所附的权利要求书中提出的本发明的精神和范围。

附图简述

为了具体说明本发明的优选实施方案，现在将对附图进行参考，其中：

图1显示了利用藻类截存CO₂的装置的示意图；

图2显示了生物反应器培养通道的实施方案的一部分的横截面侧视图和正视图；

图3显示了生物反应器培养通道的另一个实施方案；

图4A显示了带有垂直的折流板的生物反应器的立视图；

图4B显示了实施方案的立视图，具有向上角度的折流板；

图4C显示了实施方案的立视图，具有平行构造的向上和向下角度的折流板；

图4D显示了实施方案的立视图，具有全部向下角度的折流板；

图5A显示了在长方形矩阵形式中，一个或多个生物反应器构型的顶视图；

图5B显示了在另一种长方形矩阵形式中，一个或多个生物反应器构型的顶视图；

图5C显示了在多边形构造中，一个或多个生物反应器构型的顶视图；以及

图6显示了生物反应器的清洁装置。

注解与术语

某些术语在下面的说明书和权利要求书中通篇用于指称具体的系统部件。本文件不打算区分名称不同而不是功能不同的部件。在下面的讨论和权利要求书中，术语＂including＂(包括)和＂comprising＂(包含)用于开放模式，因此应该被解释为意味着“包括，但不限于……”。

优选实施方案的详细描述

图1示出了使用藻类截存CO₂的装置的实施方案。在该实施方案中，装置包含培养罐101、泵122以及一个或多个生物反应器131。培养罐101、泵122和生物反应器131彼此之间都是流体连通的，并且彼此之间都通过多个导管或管线相连。

培养罐101中充有藻类和水的悬浮液。通常，培养罐101具有长方形结构。但是，培养罐101可以具有任何构型，即普通专业人员了解的最适于培养藻类的圆柱形。培养罐101由耐腐蚀的材料制成，例如聚合物或不锈钢。在优选实施方案中，培养罐101由塑料、塑料衬垫、处理过的金属或其组合构建。根据另一个实施方案，培养罐101对于大气是密闭的，因此装置100是封闭系统。封闭的系统防止污染藻类悬浮液以及防止水蒸发。因此，进入培养罐101的气体只能通过气体喷口103。此外，所有进入生物反应器131的培养基和流体优选无菌，以进一步防止污染。也就是说，悬浮液在无菌条件下流过生物反应器131。在本文中使用时，无菌条件可以是指本技术领域的普通专业人员所了解的足以维持无菌环境没有污染性细菌或微生物的条件。

培养罐101还包括至少一个气体喷口103。气体喷嘴103将含有CO₂的气体导入到培养罐101中。气体喷嘴103可以含有任何类型的适合的入口，例如阀、喷嘴或气体扩散器。在优选实施方案中，多个气体喷口103包含多个气体扩散器。气体扩散器将导入的气体打碎成更小的、更易溶解的气泡。按照另一个优选实施方案，多个气体喷口103位于培养罐的底部。

任何适合的藻类都可以在罐101中培养。在优选的实施方案中，使用的藻类物种是小球藻(Chlorella)。其它适合的藻类物种的例子包括但不限于红藻、褐藻、螺旋藻(Spirulina)或其组合。按照优选实施方案，藻类物种优选为非丝状的，以便不堵塞装置。在实施方案中，藻类物种是大约1微米到大约15微米范围内的单细胞藻类物种。

一般来说，使用水、即自来水或蒸馏水来培养藻类。在一个实施方案中，水是无菌的并且不含任何污染物。可选地，盐水可用于培养盐水藻类物种。但是，根据具体的藻类物种，可以使用任何本技术领域的专业人员所了解的适合的培养基。在另一个实施方案中，可以在培养罐101中留有多条鱼。鱼消耗藻类并以粪便的形式产生硝酸盐。鱼的粪便被用于进一步给藻类提供养分。在其它的实施方案中，培养罐101可以包括一个或多个进料入口，用于为藻类导入或提供其它养分。一个或多个进料入口可以与一个或多个装有特定类型的养分、矿物质、培养基等的进料罐相连。在一个实施方案中，一个或多个进料罐可以与培养罐串联或并联放置。优选进料入口和进料罐维持在无菌条件下。

进料导管120从培养罐101延伸到泵122。泵122是任何能够泵出悬浮液的合适装置。合适的装置的例子包括但不限于离心泵、叶轮泵或回转泵。在一个实施方案中，进料导管120还包括空气入口阀124，允许更多的含有CO₂的气体来饱和藻类悬浮液。空气入口阀124允许气体进入进料导管120，但是不允许任何藻类悬浮液逸出。因此，藻类悬浮液始终被供应有二氧化碳。进料导管120还从泵122延伸到入口多支管151。入口多支管151将富含CO₂的藻类悬浮液分配到每个生物反应器131的入口132。每个生物反应器131的入口132优选位于每个生物反应器131的顶部，以便藻类悬浮液向下流过生物反应器，如图2中所示。

生物反应器131一般用任何透明的或半透明的聚合物材料构建。换句话说，能够透过光的聚合物材料。此外，聚合物材料优选为柔性材料。柔性材料允许生物反应器补偿不同的流速，并易于操作。在某些情况下，聚合物材料甚至可以具有弹性性质。适合的材料的例子包括但不限于聚丙烯、聚苯乙烯、聚丙烯-聚乙烯共聚物、聚氨基甲酸酯或其组合。在优选实施方案中，生物反应器131由聚乙烯制成。可以使用任何类型的聚乙烯，包括高密度聚乙烯或低密度聚乙烯。此外，聚合物材料被UV处理以经得起重复和长时间地暴露于光。

聚合物材料的厚度在大约3mm到大约10mm的范围内，更优选在大约4mm到大约6mm。聚合物材料优选具有能够经得起至少50加仑水的重量的抗张强度。

聚合物材料通常被生产成管的形式，并可进行热密封。管状的聚合物材料被折叠形成相邻的侧面，它们被热密封以封闭管状聚合物材料的上端和下端，并形成内部流动通道133，它在后文进一步详细描述。应该认识到，生物反应器131可以由两个聚合物材料的平板制成，它们被热密封以密封生物反应器131的侧面。

根据优选的实施方案，生物反应器131在构型上基本上是平面的。在示例性的实施方案中，每个生物反应器大约10英尺高和大约2英尺宽，或者大约10英尺高和大约4英尺宽，或者大约10英尺高和大约10英尺宽。但是，在其它实施方案中，每个生物反应器可以在大约4英尺宽到大约30英尺宽和大约5英尺高到大约20英尺高的范围内。此外，每个生物反应器的高宽比可以是任何比例。在实施方案中，每个生物反应器的高宽比可以在大约10:1到大约1:1的范围内。此外，每个生物反应器131可以具有不同的高度和宽度，以优化循环的藻类暴露在光中。

流动通道133通过多个折流板或隔板135形成。折流板135用于使藻类在每个流动通道133中的停留时间最大化。藻类的停留时间越多，藻类在生物反应器131中暴露于光的时间越长。在实施方案中，藻类在生物反应器131中的停留时间可以在大约1分钟到大约60分钟的范围内，或者在大约5分钟到大约45分钟的范围内，或者在大约10分钟到大约15分钟的范围内。在实施方案中，折流板135可以通过沿着聚合物材料的相邻侧在特定位置上热密封聚合物材料而产生。

折流板135确定了每个生物反应器131中的流动通道133。图2显示了在生物反应器131的典型实施方案中通道133的横切面图。在图2中，h是指每个通道133的高度(每个折流板135之间的空间)，w是指每个通道133的最大宽度。优选h不超过大约3英寸。此外，在大多数实施方案中，h优选不超过大约2英寸。每个通道的宽度w被设置成使得流过每个通道133的藻类接受到足够的光来生存。流过生物反应器的悬浮液的重量使聚合物材料伸展，导致宽度w被维持在最小，以便允许光通过聚合物材料到达流过通道133的悬浮液中所有的藻类。该重量防止了通道133膨胀从而增加宽度w，并阻止了光到达流过通道133的中心的藻类。

在某些实施方案中，折流板135以交替的水平构型排列，以形成基本上水平的通道139和末端通道137。每个水平通道139有开放末端141和封闭末端143。末端通道137围绕上部折流板135的开放末端141和相邻的下部折流板135的封闭末端143而形成。折流板135形成了通道133的迂回构型。当藻类悬浮液向下流过生物反应器131时，每个折流板末端141在藻类悬浮液中产生了湍流。湍流在这些末端141产生了涡流，这使得藻类悬浮液更好地混合。其它的折流板(图4A)可以在与水平排列的折流板135垂直的方向构造，以进一步增加培养悬浮液的停留时间。

现在参考图3，在另一个实施方案中，折流板135角度向上以增加藻类在生物反应器131中的停留时间，如图3所示。也就是说，每个折流板135与生物反应器131的侧面157形成朝向生物反应器131的顶部的向上锐角155。在每个折流板135与生物反应器131的侧面157的交叉点处形成了角落149或窝。角落149在循环的藻类和培养基中可能导致涡流的形成。当藻类流过生物反应器131时，藻类可以在每个角落149处形成的漩涡或混合区中暂时循环或旋转，从而增加了生物反应器131中的藻类暴露于光的时间。在某些实施方案中，折流板可以如图4D所示向下成角。因此，可以想象，折流板135可以与生物反应器131的侧面157成大约30°到大约160°范围内的任何适合的角度。

一般来说，每个折流板135都以相同的角度成角。但是，在其它实施方案中，每个折流板135可以彼此之间形成不同的角度。图4A-D显示了可以整合到生物反应器131中的各种不同的折流板135构型。图4B显示了折流板135都向上成角的实施方案。图4C显示了交替的向上和向下成角平行排列构造的折流板135的实施方案。图4D显示了折流板135都向下成角的实施方案。应该理解，折流板135的排列不限于这些实施方案，而是可以包含无限数量的构型，以增加藻类对CO₂的截存。在带有多个生物反应器131的实施方案中，每个生物反应器可以包含不同的折流板排列或构型，以优化藻类的停留时间。

按照优选实施方案，多个透明的生物反应器131被垂直悬挂或悬吊。生物反应器131可以以任何适合的构型悬吊。但是，希望生物反应器131可以被悬挂成使每个通道133暴露于最大量的光下。图5A-C以从上到下的视角描绘了可以被悬挂或悬吊的生物反应器131的不同变化的示意性顶视图。图5A显示了构造成长方形矩阵形式的生物反应器的典型实施方案。例如，在图5A中，矩阵宽为2个生物反应器，深为6个生物反应器通道。图5B显示了另一个实施方案，其中矩阵宽为6个生物反应器，深为2个生物反应器。在生物反应器以矩阵形式排列的实施方案中，生物反应器131优选隔开不超过6英寸。图5C显示了另一个实施方案，其中生物反应器以多边形构型排列。因此，生物反应器在构型方面提供了近乎不受限制的可能性，以便最大化培养基对光的暴露。

在某些实施方案中，生物反应器131悬挂在不同的高度。在不同高度悬挂生物反应器131改变了藻类悬浮液通过每个生物反应器131的流速。据信，每个生物反应器131的不同流速为每个生物反应器131提供光分配的改进。

现在参考图1，出口多支管153引导来自每个生物反应器131的出口134的液流。典型情况下，出口134位于每个生物反应器的底部并通向出口多支管153。出口多支管153将液流分配到出口导管139中。出口导管139将藻类悬浮液再循环回到培养罐101中。或者，每个生物反应器131具有单独的出口导管，它们与每个出口134相连。然后每个出口导管直接排入培养罐。根据另一个实施方案，每个生物反应器131包括图2所示的气体入口163。气体入口163一般位于每个生物反应器的底部或下端。但是，气体入口163可以位于生物反应器131的任何部位。在一个实施方案中，气体入口163可以与气体供应线107相连。此外，气体入口163可以包括阀，用于调节进入生物反应器131的气体流。气体入口163的功能将在下面更详细地描述。在其它实施方案中，出口多支管153可以具有一个或多个通气孔，以排出生物反应器中存在的任何过量的氧气。一个或多个通气孔可以包含一个或多个排气阀。此外，一个或多个通气孔可以以能够维持生物反应器131中的无菌条件的方式排出多余的氧气。

现在参考图6，在另一个实施方案中，生物反应器131包括至少两个清洁构件148，导致粘附于生物反应器131内部的任何藻类脱落并流过生物反应器131。在某些实施方案中，清洁构件148是可移动地水平放置在生物反应器131的任何一面上的细长条或辊。换句话说，生物反应器131位于清洁构件之间。在实施方案中，清洁构件148与布置在生物反应器131两侧的垂直轨道146相连。清洁构件148可以压缩每个构件148之间的生物反应器131，并沿着生物反应器131的高度向上或向下垂直移动，以释放出附着在生物反应器131内表面上的任何藻类。此外，清洁构件148可以通过活动螺臂与垂直轨道146相连，以便清洁构件148上下移动以压缩或释放每个生物反应器131。清洁构件148可以通过计算机控制或人工进行操作。

在另一个实施方案中，提供了人工光源。尽管优选的光源是自然光，但也可以利用一种或多种人工光源。适合的人工光源的例子是荧光灯、卤素灯等。在具体的实施方案中，使用了金属卤素灯和钠汽灯的组合。人工光源可以排列在一个或多个生物反应器131的周围，以便为每个生物反应器131中的藻类提供同样多的光。

再次参考图1，在另一个实施方案中，装置包括藻类收获器171。罐出口导管163从培养罐101通向藻类收获器171。一般来说，藻类收获器171包含滤器，从藻类悬浮液中滤出藻类。藻类收获器171还包含传送器，经过加热装置以从藻类中除去水分。传送器运行到收集器，收集器能够滤出干燥的藻类。

在另一个实施方案中，装置包括水回收装置或再循环器173。水蒸气从培养罐101通过水再循环导管161被泵到水再循环器173。在某些实施方案中，水再循环器173包括冷凝水蒸气的冷凝器。此外，水再循环器173包含过滤系统，用于在将再循环的水送回到培养罐101之前对水进行纯化。可选地，水再循环器173可以包含本技术领域的专业人员所知的任何用于纯化水的装置。

在另一个实施方案中，一个或多个生物反应器131被保护外壳181完全覆盖。外壳181的功能是延长生物反应器131的寿命并保护它们免受环境因素例如风和雨。在一个实施方案中，保护外壳181是匡西特活动房(Quonset)型外壳。Quonset外壳优选由可以透光的防气候的材料制成。适合的材料的例子包括但不限于聚乙烯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯或玻璃。在另一个实施方案中，保护外壳181是温室型围罩。在这样的实施方案中，在温室型围罩内产生的热可以转变成电能，用于为添加的人工光源供电。

在另一个实施方案中，各种不同的管线例如入口导管120或出口导管139可以布于深深的地下以冷却培养基和藻类。不受理论的限制，大地可以用作天然的散热器或热交换器，以便从管线内较为温暖的流体吸收热量。即时在炎热的夏季月份中，大地仍可保持足够的凉度，以冷却流过装置100的培养基和藻类。

在一个实施方案中，用于截存CO₂的方法包括迫使包含CO₂的气体通过气体喷口103进入含有藻类和水的悬浮液的培养罐101中。气体喷口103将气体鼓泡到藻类悬浮液中。在一个实施方案中，气体喷口103由供气管线107供气。优选将环境空气在培养罐101中鼓泡。然后气体中的CO₂溶解在藻类悬浮液中。一般来说，进入进料导管120的藻类悬浮液具有预定的CO₂浓度。在实施方案中，CO₂水平不超过大约5,000ppm，或者不超过大约2,500ppm，或者不超过大约1,000ppm。超过某个水平的CO₂浓度导致藻类悬浮液变酸，从而阻碍了藻类的生长。富含CO₂的藻类悬浮液从培养罐101通过进料导管120泵到入口多支管151。

在一个实施方案中，培养罐101位于地下。因此，泵122将藻类悬浮液从地下的培养罐101通过进料导管120泵到生物反应器131的顶部。在另一个实施方案中，培养罐101被升高到与生物反应器131的顶部相同的高度。在这样的实施方案中，藻类悬浮液通过重力从培养罐流到入口多支管151中。泵122改为用于将藻类悬浮液从出口管线139泵到培养罐101中。

入口多支管151将藻类悬浮液分配到每个垂直悬挂的生物反应器131的顶部。藻类悬浮液也通过重力流动从入口多支管151向下流过生物反应器131的迂回通道133。当悬浮液向下流过生物反应器131时，混合物中的藻类暴露于光，优选自然光。藻类摄取或截存溶解在悬浮液中的CO₂，通过光合作用的过程将其转化为糖和碳水化合物。在光合作用中，光子冲击生物体中的叶绿体。叶绿体含有化合物叶绿素。在叶绿素和CO₂的存在下发生化学反应，形成碳水化合物、糖和氧气。因此，通过光合作用的自然过程，藻类截存了CO₂并将其转化成其它有用的含碳化合物。产生的化合物对于藻类来说是允许藻类进一步生长和生产的养分源。当不能得到光时，藻类进行细胞呼吸，将糖转化为能量用于藻类的进一步生产。在一个实施方案中，每年每公顷土地可以截存大约1,000到大约1,200吨CO₂。

在其它因素中，藻类悬浮液的流速依赖于生物反应器131的高度。一般来说，流过每个生物反应器的悬浮液的流速可以在大约1加仑/小时到大约100加仑/小时的范围内，优选从大约5加仑/小时到大约75加仑/小时，更优选从大约10加仑/小时到大约50加仑/小时。或者，藻类悬浮液通过生物反应器的流速可以在大约1cm/s到大约50cm/s的范围内，优选从大约3cm/s到大约25cm/s，更优选从大约5cm到大约15cm/s。

在一个实施方案中，藻类悬浮液通过出口多支管153离开生物反应器131，该出口多支管将来自每个生物反应器的出口合并成单一的出口导管139，将富集的藻类重新沉积在培养罐101中。在另一个实施方案中，每个生物反应器131都具有直接流入培养罐101的出口导管。或者，每个生物反应器131具有将藻类导入另一个生物反应器131的入口的出口导管。因此，在包含一个以上生物反应器131的实施方案中，藻类可以通过每个生物反应器流通或循环至少一次，以最大化藻类对光的暴露。最后，来自一个或多个生物反应器131的藻类最终返回到培养罐101，然后一再地通过一个或多个生物反应器131连续再流通。因此，连续工艺的优点是，即使某些藻类在一个循环中没有接收到足够的光，但因为藻类通过一个或多个生物反应器131的连续重新分配，那些藻类最终仍有机会暴露于光中。

在一个实施方案中，通过气体入口163将气体例如二氧化碳引入(例如鼓泡)到每个生物反应器131中。气体可以从供气107或从另一个源例如环境空气导入。任何适合的气体都可以从气体入口导入到生物反应器131中。导入到生物反应器131中的气体可用于几种目的。例如，气体通过生物反应器131的鼓泡行动可以促进生物反应器131中的藻类和培养基的进一步搅拌和混合。不受理论的限制，气体的导入也可以用于维持藻类的光合作用速度，因为光合反应依赖于CO₂浓度。如果生物反应器131中CO₂的浓度降得太低，藻类可能停止其光合作用。此外，将含有CO₂的气体通过气体入口导入到生物反应器131中，可以提供从环境空气中吸收或截存CO₂的其它方法。

在一个实施方案中，藻类的生长或浓度可以通过测量穿透每个生物反应器的光水平来监测。例如，如果光水平低于大约250英尺烛光，藻类的生长可能达到饱和点或密度，在该饱和点或浓度下光不能穿透生物反应器的最内部区域。在另一个实施方案中，可以使用本技术领域的专业人员已知的测量细胞密度(即细胞/mL培养液)的方法或装置，来测量藻类的生长或浓度。例如，装置和方法例如但不限于Coulter

或者离心可用于测定细胞密度。一旦从光的水平确定了藻类的生长已经达到最大值，通过收获导管163将藻类悬浮液从培养罐101泵到藻类收获器171中。此外，装置100内部的条件可以使用任何适合类型的监测装置来监测。其它可以被监测的变量包括但不限于pH、温度、流速和压力。

一般来说，藻类收获器171被用于除去和回收藻类，以便将其用于其它目的。在一个实施方案中，从藻类悬浮液过滤藻类，然后将其放置在传送器带上。传送器带经过干燥室或加热器以干燥藻类。然后收集干燥的藻类供将来使用。在某些实施方案中，干燥的藻类被用于生产供生物柴油用的油。干燥的藻类可用于许多应用，包括但不限于家畜的营养片、烧木材炉子的燃料、以及纸制品的成分。过滤的水通过再循环导管165返回培养罐101。一般来说，本公开的方法和装置能够将某个区域的CO₂水平降低大约100ppm到大约1,900ppm。

尽管已经详细地描述了本发明及其优点，但应该理解，本文可以进行各种不同的改变、替换和修改，而不背离所附的权利要求限定的本发明的范围。同样地，对权利要求书中的步骤的顺序描述并不意味着要求步骤顺序地执行，或者在开始进行另一个步骤之前必须完成特定的步骤。

Claims (39)

1.截存CO₂的装置，其包含一个或多个半透明的生物反应器，所述生物反应器有贯通其中的通道，用于含有藻类的悬浮液在光的存在下连续流动。

2.权利要求1的装置，还包括包含水和至少一种藻类的悬浮液的培养罐，其中所述培养罐包含多个气体喷口，用于将含有CO₂的气体导入到所述悬浮液中。

3.权利要求2的装置，其中所述生物反应器具有位于一个或多个生物反应器顶部的入口，每个入口与培养罐流体连通。

4.权利要求3的装置，还包括泵，用于将悬浮液泵到一个或多个生物反应器的入口。

5.权利要求2的装置，其中所述一个或多个生物反应器具有多个形成通道的折流板。

6.权利要求5的装置，其中所述多个折流板水平排列。

7.权利要求5的装置，其中所述多个折流板以一定角度排列。

8.权利要求7的装置，其中所述多个折流板以向上的角度排列。

9.权利要求7的装置，其中所述多个折流板以不同的角度排列。

10.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器垂直悬挂。

11.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器是半透明的。

12.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器由柔性聚合物材料制成。

13.权利要求12的装置，其中所述聚合物材料来自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚丙烯酸或其组合。

14.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器包括气体入口。

15.权利要求1的装置，其中所述通道具有多个垂直的折流板。

16.权利要求1的装置，其中所述藻类包括小球藻(Chlorella)。

17.权利要求1的装置，其中所述通道的宽度不超过大约3英寸。

18.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器以矩阵的构型排列。

19.权利要求1的装置，还包含人工光源。

20.权利要求1的装置，其中所述一个或多个生物反应器的底部包括将所述悬浮液返回到培养罐中的出口。

21.权利要求1的装置，还包括与培养罐流体连通的藻类收获器。

22.权利要求2的装置，还包含与培养罐流体连通的水再循环器。

23.权利要求1的装置，其中每个生物反应器设置在至少两个构件之间，所述至少两个构件可移动地水平设置在每个生物反应器的任何一面上。

24.截存CO₂的方法，包括：

形成水和藻类的悬浮液；

将悬浮液流过在一个或多个半透明的生物反应器中形成的通道；

将藻类暴露于光下；以及

通过光合作用将CO₂转变为有机化合物。

25.权利要求24的方法，还包括

将含有CO₂的气体导入装有悬浮液的培养罐中，以便CO₂溶解在悬浮液中；以及

通过重力流动使悬浮液从所述培养罐通过通道。

26.权利要求24的方法，其中所述通道包括多个折流板，所述折流板在通过通道的悬浮液流中产生涡流。

27.权利要求26的方法，其中所述多个折流板向上成角以产生涡流。

28.权利要求24的方法，还包括将悬浮液泵到通道的入口。

29.权利要求24的方法，还包括使悬浮液以每小时大约10加仑的流速通过通道。

30.权利要求25的方法，其中所述气体是环境空气。

31.权利要求24的方法，其中所述悬浮液被暴露于阳光。

32.权利要求24的方法，还包括将悬浮液返回到培养罐。

33.权利要求24的方法，还包括监测穿透每个通道的光水平。

34.权利要求24的方法，还包括将含有CO₂的气体导入到一个或多个生物反应器中。

35.权利要求26的方法，还包括使悬浮液流连续通过通道，直到光水平达到小于大约250英尺烛光。

36.权利要求35的方法，还包括在光水平达到大约250英尺烛光后通过过滤除去藻类。

37.权利要求24的方法，还包括测量悬浮液的细胞密度。

38.权利要求24的方法，其中将悬浮液流过在一个或多个半透明的生物反应器中形成的通道包括使悬浮液以大约5cm/s到15cm/s范围的流速流动。

39.权利要求24的方法，其中将悬浮液流过在一个或多个半透明的生物反应器中形成的通道包括使悬浮液在无菌条件下流过通道。

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