CN109152341B - 借助于co2源来培养光合生物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目标在于借助于连续或不连续的CO2源来培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的方法。

Description

借助于CO2源来培养光合生物的方法
本发明的目标在于借助于连续或不连续的CO2源来培养光合生物的方法。
微观藻类和蓝细菌是能够产生各种不同类型的有机物质(例如蛋白质、糖类、脂质)的单细胞光合微生物，并且被认为是用于获得高附加值产品(例如功能性多糖、类胡萝卜素、维生素、不饱和脂肪酸等)的最佳生物。
关于大型藻类，其食用价值使得它们的培养特别令人感兴趣。
此外，在培养微观藻类、蓝细菌和大型藻类的过程中，二氧化碳(其是地球变暖的主要因素)被消耗，并因而被去除。这些光合生物具有比陆生植物更短的增殖时间(和因此可以有效地减少二氧化碳的量)，在贫瘠的环境中快速地成长，并且可以直接利用来自发电厂或工厂的燃烧气体。
为了通过以高产率产生微观藻类、蓝细菌和大型藻类和/或目的化合物来有效地去除二氧化碳，需要拥有使得能够适应间歇性二氧化碳源的设备，因为二氧化碳在传统上就是以该形式被排出到大气中。
目前，气体排出物尤其被直接注入到培养系统中，在那里它被转移至培养的液体相。在间歇性生产源停止阶段期间，培养物消耗残留的溶解碳，这可以导致生长限制，如果溶解碳变得不足。
气体排出物也可以被注入到系统上游的液体溶液中以形成经碳酸化的溶液，其然后用于对培养系统进行供给。这使得能够在停止阶段期间拥有溶解碳源。然而，碳的大量溶解意味着必须在与培养系统的 pH调节不相容的高pH下进行工作，这需要施加酸源，因为通过微观藻类生长对溶解碳的消耗使培养基碱化。
因此，本发明的一个目的是提供使得能够用间歇性气态CO2源来进行光合生物的最佳培养的方法。
本发明的另一个目的是提供使得能够用间歇性气态CO2源来协调光合生物的培养系统在溶解碳供应方面和在pH调节方面的持续需求的方法。
因此，本发明的目标在于具有大于pHH的pH的第一水性组合物和具有小于pHB的pH的第二组合物用于在包含培养基的培养系统中培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的用途，
其中：
-所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物通过使由连续或不连续的CO2源产生的CO2，碱，水，和任选地藻类培养基的全部或部分组分进行接触来获得；
-所述具有小于pHB的pH的第二水性组合物通过将由所述源产生的CO2溶解在水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中来获得；
所述培养基的pH是这样的，即使得：
-当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物和/或由所述源产生的CO2，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；
-当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，优选地直至所述培养基的 pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；和
-任选地，当所述培养基的pH低于pHH，特别是低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，特别地直至所述培养基的pH达到中间值pHI。
令人惊讶地，根据本发明使用所述两种水性组合物使得能够确保光合生物的培养系统在溶解碳供应方面的持续需求，同时允许pH调节，这整个一切甚至用间歇性气态CO2源也是可能的。
“微观藻类”意指用显微镜才能看见的藻类。
“蓝细菌”意指蓝细菌门(Cyanobacteria)，蓝藻纲(Cyanophyceae) 的细菌。
“大型藻类”意指大的藻类或巨大的藻类，即比微观藻类大的藻类。
“CO2源”意指产生CO2(尤其以气态形式)的源，或者包含CO2 (尤其以气态形式)的组合物(尤其是气态的)。
该源可以是连续的，即在给定的时间段(例如一小时、一天或一周)内，以非零流量释放CO2。
特别地，该非零流量是恒定的。
备选地，所述源可以是不连续的，即在给定的时间段(例如一小时、一天或一周)内，时而以非零流量释放CO2，时而不产生CO2。
“藻类培养基”意指使得能够对所述光合生物进行培养的介质。
除了所述选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物(即藻类生物质)外，所述培养基还包含允许所述光合生物生长和/或通过所述光合生物来产生目的分子的组分。
所述培养基例如由下列组分组成：水，用于所述光合生物的营养成分例如矿物盐(例如硝酸盐、铵、磷酸盐、硫酸盐和铁、镁类型的金属等等)，碳酸根离子，甚至糖类型的有机成分。
“pHH”意指培养基的pH的上限。pHH尤其是为了与进行培养的光合生物的生理学相容而定义的。因此，pHH可以是这样的值，在超过该值时，所述光合生物的生长和/或通过所述光合生物的目的分子的产生不再是最佳的。
“pHB”意指培养基的pH的下限。pHB尤其是为了与进行培养的光合生物的生理学相容而定义的。因此，pHB可以是这样的值，在低于该值时，所述光合生物的生长和/或通过所述光合生物的目的分子的产生不再是最佳的。
pHB和pHH围绕pHI。该中间值特别地是允许所述光合生物的最佳生长和/或目的分子的最佳产生的pH。
“第一水性组合物”意指具有大于pHH的pH的包含水的组合物，特别是水性溶液。
所述第一水性组合物任选地包含藻类培养基的全部或部分组分 (如上面所定义的)。
该第一水性组合物包含碳酸根离子和碳酸氢根离子，碳酸根和碳酸氢根离子尤其是在那里占多数的碳酸化种类。
溶解无机碳(dissolved inorganic carbon；DIC)尤其包括碳酸根离子、碳酸氢根离子和碳酸。
在所述第一水性组合物中，DIC占多数地以碳酸根离子和碳酸氢根离子的形式。
所述碱使得能够增加所述第一水性组合物的pH，和DIC浓度。
例如，在处于25℃的包含9％的CO2的工业烟气的情况下，pH 和DIC如在下表中所示的那样相关联：
Figure BDA0001771442120000041
“第二水性组合物”意指具有小于pHB的pH的包含水的组合物，特别是水性溶液。
所述第二水性组合物任选地包含藻类培养基的全部或部分组分 (如上面所定义的)。
该第二水性组合物包含碳酸，碳酸尤其是在那里占多数的碳酸化种类。
在所述第二水性组合物中，DIC占多数地以碳酸的形式。
例如，在处于25℃的包含9％的CO2的工业烟气的情况下，所述第二水性组合物的pH在平衡状态下为4.42，和DIC浓度为3mM。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述光合生物选自由下列各项组成的组：
-微观藻类，特别是小球藻属(Chlorella)、微拟球藻属 (Nannochloropsis)、衣藻属(Chlamydomonas)、四爿藻属 (Tetraselmis)、栅藻属(Scendesmus)、拟小球藻属(Parachlorella)、紫球藻属(Porphyridium)、丛粒藻属(Botryococcus)和新绿藻属(Neochloris)的微观藻类；
-蓝细菌，特别是节旋藻属(Arthrospira)、束丝藻属 (Aphanizomenon)和集胞藻属(Synechocystis)的蓝细菌；和
-大型藻类，特别是石莼属(Ulva)、墨角藻属(Fucus)、掌形藻属(Palmaria)的大型藻类。
节旋藻属这一蓝细菌的属通常被称为螺旋藻。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述CO2源由工业烟气构成，所述CO2源特别地选自由下列各项组成的组：锅炉、热动力厂、水泥厂、钢铁工业、精炼厂、氨制造工厂、发酵过程和厌氧消化过程的排放物。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中在所述培养基中的pHI的值为6至10。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中 pHI为在所述培养基中所述光合生物生长的最佳pH。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中在所述培养基中的pHH是这样的，即使得pHH＝pHI+x，x为0.02 至1.5，特别地0.1至0.2。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中在所述培养基中的pHB是这样的，即使得pHB＝pHI-y，y为0.02至 1.5，特别地0.1至0.2。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述碱选自由氢氧化钠和氢氧化钾组成的组。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述培养基的温度为15℃至35℃。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述培养系统为封闭的系统。
“封闭的培养系统”意指通过例如透明材料(以便让光通过)而与其外部环境相隔离的培养围壳。该系统使得能够更好地控制培养条件和特别是碳供应，并且避免由于其他生物引起的外部污染。这最终导致更高的生物质生产率和更好的质量。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的用途，其中所述培养系统为开放的系统。
“开放的培养系统”意指处于周围环境中的培养系统。好处是具有相比于封闭的系统而言较不昂贵的系统。
本发明还涉及借助于连续或不连续的CO2源来培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的方法，其中借由优选地由自动装置操控的管道和阀门来将CO2引导：
-至包含光合生物培养基的培养系统中；和/或
-至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中，以在碱存在下获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物；和/或
-至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中，以通过将由所述源产生的CO2溶解在水中来获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
所述方法的特征为：在借助于来自所述源的CO2和/或分别包含在所述第一和第二水性组合物中的碳酸根离子和碳酸来在所述培养基中培养光合生物以获得光合生物的生物质的过程中：
i当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物和/或由所述源产生的CO2，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；
ii当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，优选地直至所述培养基的 pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；和
iii任选地，当所述培养基的pH低于pHH，特别是低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，特别地直至所述培养基的pH达到中间值pHI。
通常，生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗使得所述培养基的pH增加。
例如，如果考虑培养基在给定的时刻处于pHI，那么在光合生物生长的过程中pH将会增加。当pH已达到pHH时，将会执行动作i 直至pHB。然后，将会执行步骤ii，优选地直至pHI，其中可以重新进行该一连串操作，如果需要。
动作iii可以在下面的情况下执行：当培养基的pH在pHB和pHI之间时，可以执行动作iii，优选地直至pHI。在此情况下，pH将会在光合生物的生长过程中增加，直至pHH。在此情况下，将会执行动作 i，直至pHB。然后，将会执行步骤ii，优选地直至pHI，其中可以重新进行该一连串操作，如果需要。
还可以执行动作iii，而不是等待培养基的pH由于生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗而增加直至pHH。
例如，如果考虑培养基在给定的时刻处于pHI，那么可以执行动作iii直至pHH，然后接上步骤i直至pHB，然后步骤ii直至pHI，就这样继续下去。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述光合生物选自由下列各项组成的组：
-微观藻类，特别是小球藻属、微拟球藻属、衣藻属、四爿藻属、栅藻属、拟小球藻属、紫球藻属、丛粒藻属和新绿藻属的微观藻类；
-蓝细菌，特别是节旋藻属、束丝藻属和集胞藻属的蓝细菌；和
-大型藻类，特别是石莼属、墨角藻属、掌形藻属的大型藻类。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述CO2源由工业烟气构成，所述CO2源特别地选自由下列各项组成的组：锅炉、热动力厂、水泥厂、钢铁工业、精炼厂、氨制造工厂、发酵过程和厌氧消化过程的排放物。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述CO2源是不连续的，并且所述自动装置作用于使包含所述培养基的光合生物培养系统、所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物和所述具有小于pHB的pH的第二组合物相互连接的各个不同阀门，从而使得：
-在所述CO2源产生CO2的情况下，
○将CO2引导至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中以在碱存在下获得所述第一水性组合物，和引导至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中以通过将由所述源产生的CO2溶解在水或水性溶液中来获得所述第二水性组合物；
○(如果需要)将CO2直接引导至所述培养系统中，如果pH是这样的，即使得pHB<pH<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加由所述源产生的CO2和任选地所述第二水性组合物，以便使pH 下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，不再向所述培养基中添加由所述源产生的CO2，和如果需要，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，优选地直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
-在所述CO2源不产生CO2的情况下，
○向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的 pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB。
在所述CO2源不产生CO2的情况下所描述的两个动作可以颠倒。换言之，在通常情况下不存在确定的顺序。此外，可以重复这些动作，如果需要。
根据一个有利的实施方案，在所述CO2源不产生CO2的情况下：
○向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；然后
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH 达到下限pHB。
特别地，在上面提及的两个动作之间，pH增加，特别地从pHI，直至pHH，这是由于生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗。
根据一个有利的实施方案，在所述CO2源不产生CO2的情况下：
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH 达到下限pHB；然后
○向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH。
特别地，在上面提及的第一个动作之前，pH增加，直至pHH，这是由于生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗。然后，所述第一个和第二个动作衔接在一起。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中在所述培养基中的pHI的值为6至10。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中 pHI为在所述培养基中所述光合生物生长的最佳pH。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中在所述培养基中的pHH是这样的，即使得pHH＝pHI+x，x为0.02 至1.5，特别地0.1至0.2。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中在所述培养基中的pHB是这样的，即使得pHB＝pHI-y，y为0.02至 1.5，特别地0.1至0.2。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述碱选自由氢氧化钠和氢氧化钾组成的组。
根据一个实施方案，所述第一水性组合物的pH可以为7.5至9。
根据一个实施方案，在所述第一水性组合物中的DIC浓度可以为 45至1450mM。
根据一个实施方案，所述第二水性组合物的pH在平衡状态下可以为4至5，和特别地为大约4.4。
根据一个实施方案，在所述第二水性组合物中的碳酸浓度可以为 1至5mM，和特别地为大约3mM。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述培养基的温度为15℃至35℃。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述培养系统为封闭的系统。
“封闭的培养系统”意指通过例如透明材料(以便让光通过)而与其外部环境相隔离的培养围壳。该系统使得能够更好地控制培养条件和特别是碳供应，并且避免由于其他生物引起的外部污染。这最终导致更高的生物质生产率和更好的质量。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的方法，其中所述培养系统为开放的系统。
“开放的培养系统”意指处于周围环境中的培养系统。好处是具有相比于封闭的系统而言较不昂贵的系统。
本发明还涉及用于借助于连续或不连续的CO2源来培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的装置，其包含下列元件：
-捕集由所述源产生的CO2的工具A，该工具包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液以及碱，并且允许获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物；
-捕集由所述源产生的CO2的工具B，该工具包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液，并且允许获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
-所述光合生物的培养系统，其配备有测量pH的工具；
-管道和阀门，其使所述CO2源、所述光合生物的培养系统以及所述工具A和B相互连接；
-用于操控和控制在所述CO2源、所述光合生物的培养系统以及所述工具A和B之间的气体流和液体流的系统，优选地自动装置，其特征在于，所述操控系统这样地进行布置，即使得：
○将由所述源产生的CO2引导向所述培养系统和/或所述捕集 CO2的工具A和B；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加来自所述工具B的所述第二水性组合物和/或由所述源产生的 CO2，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便使pH上升，优选地直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI <pHH；和
○任选地，当所述培养基的pH低于pHH，特别是低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，特别地直至所述培养基的pH达到中间值pHI。
所述工具A为例如碳酸化池，其包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液以及碱，在该池中使CO2与所述水或水性溶液以及碱相接触，特别地通过使CO2在事先与所述碱相接触的所述水或水性溶液中起泡。
所述工具B为例如酸化池，其包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液，在该池中使CO2与所述水或水性溶液相接触，特别地通过使CO2在所述水或水性溶液中起泡。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述培养系统为封闭的系统。
“封闭的培养系统”意指通过例如透明材料(以便让光通过)而与其外部环境相隔离的培养围壳。该系统使得能够更好地控制培养条件和特别是碳供应，并且避免由于其他生物引起的外部污染。这最终导致更高的生物质生产率和更好的质量。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述培养系统为开放的系统。
“开放的培养系统”意指处于周围环境中的培养系统。好处是具有相比于封闭的系统而言较不昂贵的系统。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述工具A配备有pH和/或温度探头。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述工具A配备有压力传感器和背压调整器。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述工具A配备有这样的系统，该系统允许从由所述CO2源产生的 CO2开始来形成气泡，特别是具有受控尺寸的气泡，更特别地具有10 μm至50μm的平均尺寸的气泡。
微米级别的小气泡的形成具有增加与所述工具A的接触面积并因此改善CO2的转移的优点。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述工具B配备有这样的系统，该系统允许从由所述CO2源产生的 CO2开始来形成气泡，特别是具有受控尺寸的气泡，更特别地具有10 μm至50μm的平均尺寸的气泡。
微米级别的小气泡的形成具有增加与所述工具B的接触面积并因此改善CO2的转移的优点。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述工具A和B配备有液体出口和气体出口，所述出口是这样的，即使得：
-所述工具A和B的液体出口分别向所述培养系统供给第一和第二水性组合物；
-所述工具A的气体出口与所述工具B相连接；
-所述工具B的气体出口与所述培养系统相连接。
因此，根据该实施方案，多余的烟气有利地在穿过所述工具B后被注入到所述培养系统中。
根据一个特别的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述CO2源直接与所述工具A和B相连接，并且所述工具A和B配备有液体出口和气体出口，所述工具A的气体出口特别地与所述工具 B相连接。
根据一个特别的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述CO2源直接与所述工具A相连接，并且所述工具A和B配备有液体出口和气体出口，所述工具A的气体出口与所述工具B相连接。
根据一个有利的实施方案，本发明涉及前面所定义的装置，其中所述CO2源是不连续的，并且所述自动装置作用于使所述培养系统、所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物和所述具有小于pHB的pH 的第二组合物相互连接的各个不同阀门，从而使得：
-在所述CO2源产生CO2的情况下，
○将CO2引导至所述工具A中以获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物，和引导至所述工具B中以获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
○(如果需要)将CO2直接引导至所述培养系统中，如果pH是这样的，即使得pHB<pH<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加由所述源产生的CO2和任选地来自所述工具B的所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便使pH上升，优选地直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI <pHH；
-在所述CO2源不产生CO2的情况下，
○向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加来自所述工具B的所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB。
在所述CO2源不产生CO2的情况下所描述的两个动作可以颠倒。换言之，在通常情况下不存在确定的顺序。此外，可以重复这些动作，如果需要。
根据一个有利的实施方案，在所述CO2源不产生CO2的情况下：
○向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；然后
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加来自所述工具B的所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB。
特别地，在上面提及的两个动作之间，pH增加，特别地从pHI，直至pHH，这是由于生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗。
根据一个有利的实施方案，在所述CO2源不产生CO2的情况下：
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加来自所述工具B的所述第二水性组合物，以便使pH下降，优选地直至所述培养基的pH达到下限pHB；然后
○向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至优选地所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH。
特别地，在上面提及的第一个动作之前，pH增加，直至pHH，这是由于生长中的光合生物对于在培养基中的溶解碳的消耗。然后，所述第一个和第二个动作衔接在一起。
附图
图1显示了根据本发明的装置。
向碳酸化池(2)供给富含CO2的烟气(1)。气-液转移要么通过气体气氛与液体之间的简单接触，要么通过允许产生小尺寸的气泡以增加转移的装置(21)来确保。围壳内的压力是可变的，这使得能够调节该池中的分压。为了优化该池(2)的运转，可以给该池配备pH/T 探头(22)、压力传感器(23)、背压调整器(24)、安全阀(25) 和管理待碳酸化的液体(27)的进入的液位传感器(26)。可以添加双封套(28)以确保所述碳酸化池的温度调节。与碱性溶液相连接的离心泵(29)的伺服使得能够根据pH设定值和在进口处的气体的CO2组成来产生在碳酸化溶液中的溶解无机碳浓度。
酸化池采取与碳酸化池相同的原理，其中具有通过简单接触的或者经由允许产生小尺寸的气泡的装置(31)而得到改善的气-液转移。该池可以包含安全阀(32)和管理待酸化的液体(34)的进入的液位传感器(33)。通过烟气(1)和/或通过碳酸化池(2)的气体出口向该酸化池直接供给气体，以便使烟气(1)的利用最大化。
除了对于光生物反应器的常规运转来说必需的元件外，元件(4) 具有气体(41)和经碳酸化的液体(42)的入口、通气孔(43)以及安全阀(44)，在封闭系统的情况下。
碳酸化池(2)和酸化池(3)与光生物反应器(4)通过下列相连接：
-气体的管路，其使得能够根据控制参数向该方法的元件(2)、 (3)和(4)独立地供给烟气(1)；
-经碳酸化的液体的管路，其使得能够经由离心泵(11)按照光生物反应器(4)的需要向光生物反应器(4)供给酸性或碱性溶液。
自动装置按照在光生物反应器(4)中测得的pH值和烟气(1) 的可用度来管理电磁阀门的运转。碳酸化池(2)的自动化操作也由自动装置来确保。
与在培养系统中的pH相适应地通过自动装置来使碳酸化池和酸化池伺服。这是因为，碳酸化在碱性pH下享有特权，并且在反应器中碳的生物学消耗也具有使培养基碱化的倾向。为此，以基于在培养系统中的pH的测量的特异性调节方式将这2个池/液体溶液相联合，以便同时提供对于生长来说足够的量的溶解碳，和维持生长的最佳 pH。这基于围绕生长最佳值(pHI)的2个pH设定值(高设定值pHH和低设定值pHB)的确定。最后，因此具有pHB<pHI<pHH。
通过光合生长对溶解碳的消耗引起在培养系统中的pH的增加，当达到高设定值pHH时，注入酸性溶液，直至达到低设定值pHB。
当达到低设定值pHB时，注入经碳酸化的溶液(碱性的，pH> pHI)，直至达到生长的最佳pH。
溶解碳的消耗引起培养基的碱化，直至达到高设定值pHH，从而导致循环重现。
需注意的是，设定值pHB和pHH可以选择为非常接近pHI，从而最终使得能够将pH维持于生长最佳值。
实施例
所述CO2源是包含9％的CO2的工业烟气。
分别在碳酸化池和酸化池中的所述第一和第二水性组合物处于 25℃的温度。
在碳酸化池中，所述第一水性组合物的pH和DIC浓度如在下表中所示的那样相关联：
Figure BDA0001771442120000161
因此，碱(尤其是强碱)的添加使得能够增加所述第一水性组合物的DIC浓度，和因此在碳酸化池中贮存的DIC的量。
在酸化池中，所述第二水性组合物的pH在平衡状态下为4.42，和DIC浓度为3mM。

Claims (15)

1.具有大于pHH的pH的第一水性组合物和具有小于pHB的pH的第二组合物用于在包含培养基的培养系统中培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的用途，
其中：
-所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物通过使由连续或不连续的CO2源产生的CO2，碱，水，和任选地藻类培养基的全部或部分组分进行接触来获得；
-所述具有小于pHB的pH的第二水性组合物通过将由所述源产生的CO2溶解在水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中来获得；
所述培养基的pH是这样的，即使得：
-当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物和/或由所述源产生的CO2，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB；
-当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；和
-任选地，当所述培养基的pH低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，
其中在所述第一水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸根离子和碳酸氢根离子的形式，所述DIC的浓度为45至1450mM，并且
其中在所述第二水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸的形式。
2.借助于连续或不连续的CO2源来培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的方法，其中借由由自动装置操控的管道和阀门来将CO2引导：
-至包含光合生物培养基的培养系统中；和/或
-至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中，以在碱存在下获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物；和/或
-至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中，以通过将由所述源产生的CO2溶解在水中来获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
所述方法的特征为：在借助于来自所述源的CO2和/或分别包含在所述第一和第二水性组合物中的碳酸根离子和碳酸来在所述培养基中培养光合生物以获得光合生物的生物质的过程中：
i.当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物和/或由所述源产生的CO2，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB；
ii.当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；和
iii.任选地，当所述培养基的pH低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI；
在所述培养基中，所述pHI的值为6至10；
在所述培养基中，所述pHH是这样的，即使得pHH＝pHI+x，x为0.02至1.5；
在所述培养基中，所述pHB是这样的，即使得pHB＝pHI-y，y为0.02至1.5；
所述碱选自由氢氧化钠和氢氧化钾组成的组；
所述培养基处于15℃至35℃的温度下，
其中在所述第一水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸根离子和碳酸氢根离子的形式，所述DIC的浓度为45至1450mM，并且
其中在所述第二水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸的形式。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述第一水性组合物具有7.5至9的pH，并且其中所述第二水性组合物具有4至5的pH。
4.根据权利要求2的方法，其中所述光合生物选自由下列各项组成的组：
-微观藻类；
-蓝细菌；和
-大型藻类。
5.根据权利要求4的方法，其中
-所述微观藻类选自由下列各项组成的组：小球藻属(Chlorella)、微拟球藻属(Nannochloropsis)、衣藻属(Chlamydomonas)、四爿藻属(Tetraselmis)、栅藻属(Scendesmus)、拟小球藻属(Parachlorella)、紫球藻属(Porphyridium)、丛粒藻属(Botryococcus)和新绿藻属(Neochloris)的微观藻类；
-所述蓝细菌选自由下列各项组成的组：节旋藻属(Arthrospira)、束丝藻属(Aphanizomenon)和集胞藻属(Synechocystis)的蓝细菌；和
-所述大型藻类选自由下列各项组成的组：石莼属(Ulva)、墨角藻属(Fucus)、掌形藻属(Palmaria)的大型藻类。
6.根据权利要求2的方法，其中所述CO2源由工业烟气构成，所述CO2源选自由下列各项组成的组：锅炉、热动力厂、水泥厂、钢铁工业、精炼厂、氨制造工厂、发酵过程和厌氧消化过程的排放物。
7.根据权利要求2的方法，其中所述CO2源是不连续的，并且所述自动装置作用于使包含所述培养基的光合生物培养系统、所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物和所述具有小于pHB的pH的第二组合物相互连接的各个不同阀门，从而使得：
-在所述CO2源产生CO2的情况下，
○将CO2引导至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中以在碱存在下获得所述第一水性组合物，和引导至水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液中以通过将由所述源产生的CO2溶解在水或水性溶液中来获得所述第二水性组合物；
○在需要时，将CO2直接引导至所述培养系统中，当出现下述情况时：pH是这样的，即使得pHB<pH<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加由所述源产生的CO2和任选地所述第二水性组合物，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，不再向所述培养基中添加由所述源产生的CO2，和在需要时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
-在所述CO2源不产生CO2的情况下，
○向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便向所述培养基提供溶解碳，从而引起pH的增加，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加所述第二水性组合物，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB。
8.根据权利要求2的方法，其中所述培养系统为封闭的系统。
9.根据权利要求2的方法，其中所述培养系统为开放的系统。
10.用于借助于连续或不连续的CO2源来培养选自微观藻类、蓝细菌和大型藻类的光合生物的装置，其包含下列元件：
-捕集由所述源产生的CO2的工具A，该工具包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液以及碱，并且允许获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物；
-捕集由所述源产生的CO2的工具B，该工具包含水或者含有藻类培养基的全部或部分组分的水性溶液，并且允许获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
-所述光合生物的培养系统，其配备有测量pH的工具；
-管道和阀门，其使所述CO2源、所述光合生物的培养系统以及所述工具A和B相互连接；
-用于操控和控制在所述CO2源、所述光合生物的培养系统以及所述工具A和B之间的气体流和液体流的系统，其特征在于，所述操控系统这样地进行布置，即使得：
○将由所述源产生的CO2引导向所述培养系统和/或所述捕集CO2的工具A和B；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加来自所述工具B的所述第二水性组合物和/或由所述源产生的CO2，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；和
○任选地，当所述培养基的pH低于pHI时，向所述培养基中添加所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，
所述工具A配备有pH和/或温度探头；和/或
所述工具A配备有压力传感器和背压调整器；和/或
所述工具A配备有这样的系统，该系统允许从由所述CO2源产生的CO2开始来形成气泡；
所述工具B配备有这样的系统，该系统允许从由所述CO2源产生的CO2开始来形成气泡，
其中在所述第一水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸根离子和碳酸氢根离子的形式，所述DIC的浓度为45至1450mM，并且
其中在所述第二水性组合物中，溶解无机碳(DIC)占多数地以碳酸的形式。
11.根据权利要求10的装置，其中所述气泡具有10μm至50μm的平均尺寸。
12.根据权利要求10的装置，其中所述培养系统为封闭的系统。
13.根据权利要求10的装置，其中所述培养系统为开放的系统。
14.根据权利要求10的装置，其中所述工具A和B配备有液体出口和气体出口，所述出口是这样的，即使得：
-所述工具A和B的液体出口分别向所述培养系统供给第一和第二水性组合物；
-所述工具A的气体出口与所述工具B相连接；
-所述工具B的气体出口与所述培养系统相连接。
15.根据权利要求10的装置，其中所述CO2源是不连续的，并且所述用于操控和控制在所述CO2源、所述光合生物的培养系统以及所述工具A和B之间的气体流和液体流的系统为自动装置，所述自动装置作用于使所述培养系统、所述具有大于pHH的pH的第一水性组合物和所述具有小于pHB的pH的第二组合物相互连接的各个不同阀门，从而使得：
-在所述CO2源产生CO2的情况下，
○将CO2引导至所述工具A中以获得具有大于pHH的pH的第一水性组合物，和引导至所述工具B中以获得具有小于pHB的pH的第二水性组合物；
○在需要时，将CO2直接引导至所述培养系统中，当出现下述情况时：pH是这样的，即使得pHB<pH<pHH；
○当所述培养基的pH达到上限pHH时，向所述培养基中添加由所述源产生的CO2和任选地来自所述工具B的所述第二水性组合物，以便使pH下降，直至所述培养基的pH达到下限pHB；
○当所述培养基的pH达到所述下限pHB时，向所述培养基中添加来自所述工具A的所述第一水性组合物，以便使pH上升，直至所述培养基的pH达到中间值pHI，其中pHB<pHI<pHH；
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