DD219210A1

DD219210A1 - Vorrichtung zur kultivierung phototropher organismen unter nutzung von sonnenlicht

Info

Publication number: DD219210A1
Application number: DD25508483A
Authority: DD
Inventors: Peter Roth; Heinz Boehm; Manfred Riemann
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1983-09-23
Filing date: 1983-09-23
Publication date: 1985-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kultivierung phototropher Organismen (Algen, Cyanobakterien, Photosynthesebakterien, mehrzellige Organismen bzw. Teile davon) zum Zwecke der Gewinnung von Biomasse und deren Nutzung fuer biochemische Leistungen, z. B. die Erzeugung von Wasserstoff. Ziel der Erfindung ist die Speicherung der fuer das Wachstum dieser Organismen erforderlichen Solarenergie in Form der chemischen Energie der entstehenden Biomasse oder ihrer Stoffwechselprodukte, wobei die Absorption des Sonnenlichtes durch grossflaechige Reaktoranlagen, fuer deren Beherrschung gegenwaertig noch nicht alle Voraussetzungen existieren und die das Verfahren darueber hinaus oekonomisch erheblich belasten, vermieden werden soll. Erfindungsgemaess wird dieses Ziel dadurch erreicht, dass die Organismensuspension in einem Kreislauf zirkuliert, der aus einem kompakten Behaelter, in dem optimale Wachstumsbedingungen eingestellt werden und einem durchsichtigen Rohr, dem eigentlichen Reaktor, besteht, der in der Brennlinie eines zylindrischen Parabolspiegels verlaeuft und in dem Wachstum und biochemische Leistungen der phototrophen Organismen erfolgen.

Description

Titel der Erfindung

Vorrichtung zur Kultivierung phototropher Organismen unter Eutzung von Sonnenlicht

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Nutzung von Sonnenlicht, die das Wachstum photοsynthetischer Biomasse und unter bestimmten Bedingungen die Photolyse von Wasser,unter Bildung von Wasserstoff mit Hilfe dieser Biomasse ermöglicht. Die Biomasse-kann aus Algen, Cyano- bakterien, Photosynthesebakterien bzw.. Mischkulturen zwischen diesen oder mit anderen Mikroorganismen oder aus anderen phototrophen Organismen bzw. Teilen davon bestehen. Die Erfindung ist in die IPK C 12 1 einzuordnen.

Charakteristik bekannter technischer Lösungen

Die Mehrzahl der bisher publizierten Untersuchungen zur Kultivierung phototropher Organismen geht von der Verwendung von Kunstlicht als Energiequelle für deren Wachstum aus . Dabei ergibt sich prinzipiell ein energetischer Wirkungsgrad von Cl , d. h. es muß mehr Energie- aufgewendet werden als in dem entstehenden Produkt enthalten ist. Die Kosten für die auf diesem Wege ,gebildete Biomasse werden auf-etwa das Zehnfache der bei Verwendung von "Sonnenlicht wachsenden Biomasse geschätzt.

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Die Nutzung, von Sonnenlicht erfolgte .-"bisher fast ausschließlich in sog. Freilandkulturen, d. h. durch Kultivierung von Mikroorganismen auf einer der geringen Energiedichte des Sonnenlichtes entsprechenden großen Fläche. Der Bau. von großflächigen Anlagen ist jedoch mit einem hohen Investitionsaufwand verbunden. Es fehlen technologische Kenntnisse für den Betrieb ausgedehnter, flächenhafter Anlagensysteme zur StoffWandlung. Darüber hinaus sind die Kulturen der Gefahr einer starken Verunreinigung ausgesetzt.

Die bisher beschriebene maximal erreichte Effizienz der Solarenergieumwandlung in die chemische Energie von Algenbiomasse, die auf großer Fläche.wuchs, betrug 4,3 % (Goldman, J. C. Water Research I^ (1979) 119).

Demgegenüber berichteten Pirt.et al. (Pirt, S. J. et al. J. Chem. Techn, Biotechnol. 30. (1980) 25) über eine Effizienz von 18 % (bezogen auf Solarstrahlung)', wobei sie allerdings mit Kunstlicht arbeiteten und die biotechnologischen Vorteile eines geschlossenen Kultivierungssystems gegenüber der offenen flächenhaften Anlage nutzten.

Lediglich im DD-WP 0152807 sowie.in einem weiteren bereits vorgeschlagenen Verfahren (IP-C'12 H/1245741.8) wird die teilweise bzw. ausschließliche Nutzung von Sonnenlicht . beschrieben. ... .

Die im DD-V.T 0152807 vorgeschlagene Kombination von Sonnen- und Kunstlicht verringert einerseits ,den. energetischen Wirkungsgrad der Biomasseproduktion im Vergleich zur ausschließlichen Hutzung von Solarenergie. Die Auslegung großer Flächen mit durchsichtigen Schläuchen, in denen die Organismen der Sonne ausgesetzt werden und wachsen, verbietet die Biomasseproduktion in großem Maßstab aus ökonomischen Gründen. Außerdem sind Plasteschläuche meist unbeständig in ihrer Strahlungsdurchlässigkeit bei Bestrahlung mit Sonnenlicht.

In dem bereits vorgeschlagenen Verfahren (70? G 1227/ 1245741.8) wird die Sanmlung des Sonnenlichtes auf der erforderlichen großen Fläche mit Hilfe von Linsen oder Spiegeln und sein Transport über Lichtleitkabel in das. Innere eines kompakten Permentors beschrieben. Der Transport von Strahlungsenergie mit Hilfe von Lichtleitkabeln erfordert die vorherige Sammlung des Sonnenlichtes durch rotationssymmetrische optische Systeme, die einerseits aufwendig und teuer sind und andererseits präzise in zwei gleichwertigen Koordinaten dem Sonnenstand nachgeführt werden müssen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die den bisher bekannten Vorrichtungen zur Kultivierung suspendierbarer phototropher Organismen innewohnenden Nachteile, zu überwinden. Sie verbindet dabei die Vorteile einer Verwendung von Sonnenlicht mit den bisher lediglich bei künstlicher Belichtung nutzbaren Vorteilen eines Biomassewachstums in einem geschlossenen Reaktionssystem*

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen^ die es gestattet, die zu kultivierenden phototrophen Organismen innerhalb eines geschlossenen Reaktionssystems einer intensiven Sonnenbestrahlung auszusetzen. 5 Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in \ der Brennlinie eines zylindrischen Parabolspiegels 2 ein lichtdurchlässiges Rohr 1 angeordnet ist. Dieses lichtdurchlässige Rohr 1 ist mit einem Rohrsystem 5 verbunden» In diesem Rohrsystem 5 sind eine Umlaufpumpe 4 und ein Behälter 3 angeordnet ♦ Der zylindrische Parabolspiegel 2 ist mit einer nachführeinrichtung 6 ausgestattet.

Die Punktion.der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß eine Suspension phototropher Organismen in einem lichtdurchlässigen Rohr 1 dem durch einen zylindrischen- Parabolspiegel 2 konzentrierten Sonnenlicht, ausgesetzt wird. Zur gleichmäßigen Versorgung der gesamten Suspension mit licht wird diese im geschlossenen Kreislauf umgepumptY Der sich innerhalb des Rohrsystems befindliche Behälter 3 dient sowohl der Beimpfung mit Organismen zu Beginn der Kultivierung sowie der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Produktentnahme als auch der Einstellung optimaler Kulturbedingungen durch Begasung mit luft/COg, kontinuierliche oder diskontinuierliche Zuführung von Iffährmedium sowie Temperatur- , und pH-Regelung.

Die Nachführung des Spiegels nach dem Sonnenstand geschieht am einfachsten um die Brennlinie als Achse bei Einstellung der Brennlinie in Ost-West-Richtung. Effektiver ist die gleichzeitige Nachführung auch um die vertikale Achse, wodurch Rohr und Spiegel jede beliebige Lage im Raum

einnehmen können. ' <

Durch Kombination mehrerer zylindrischer Parabolspiegel und lichtdurchlässiger Rohre kann die Vorrichtung in beliebiger Größe errichtet werden. ,

Beispiel 1

Das Glasrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 2 cm und einer länge von 200 cm befindet sich in der in Ost-West-Richtung eingestellten Brennlinie eines gleich langen zylindrischen Parabolspiegels 2 mit einer Breite von 160 cm und einer Brennweite von 80 cm. Das Rohrsystem 5 mit der Umlaufpumpe.4 und dem Behälter 3 mit einem Volumen von 100 ml, über den Beimpfung mit Organismen und Produktentnahme sowie Begasung, Zugabe des liährinediums, pH- und

, Temperaturregelung erfolgen, 'bildet zusammen mit dem

_v Glasrohr 1 ein geschlossenes Umlaufsyatem. Eine Nachfuhr-' einrichtung 6 gestattet die kontinuierliche oder stufenweise Drehung des zylindrischen Parabolspiegels 2 um seine Brennlinie.

Beispiel 2

Ein Glasrohr 1 mit einem Innendurchmesser von 2 cm und einer Länge von 200 cm wurde in der in Ost-West-Richtung eingestellten Brennlinie eines gleich langen zylindrischen Parabolspiegels 2 mit der Breite von 160 cm und einer Brennweite von 80 cm, der aus mit Aluminium plattiertem Eisenblech bestand, angebracht. Die Suspension der phototrophen Organismen mit einem Gesamtvolumen von 900 ml wurde mit der Umlaufpumpe 4 im Kreislauf geführt, wobei über den Behälter 3zu Beginn der Kultivierung die Beimpfung und danach Begasung mit 40 1 luft.(5 % CO₂) pro Stunde, Einstellung der Temperatur auf 37 ⁰O und des pH-Wertes auf 6,0 bis 6,5, Zugabe des Mhrmediums und Produktentnahme , erfolgten. Als Hährmedium diente ein rein anorganisches Medium nach Kühl und Lorenzen (Methods in. Cell Physiology' I'. Ed. D. Prescott, Academic Press Uew York 1964, 159 - 87).

Claims

Erfindungsanspruch

. Vorrichtung zur Kultivierung phototropher Organismen unter nutzung von Sonnenlicht, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennlinie eines mit einer nachführeinrichtung 6 versehenen zylindrischen • Parabolspiegels 2 ein lichtdurchlässiges Rohr 1 angeordnet ist, welches mit einem Rohrsystem 5» . in dem sich eine Umlaufpumpe 4 und ein Behälter . befinden, verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parabolspiegel 2 und das lichtdurchlässige Rohr so' konstruiert sind, daß sie jede beliebige Lage im Raum einnehmen können.
3. Vorrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einer beliebigen Zahl zylindrischer Parabolspiegel 2 und lichtdurchlässiger Rohre 1 ausgestattet ist.