DD219210A1 - DEVICE FOR CULTIVATING PHOTOTROPHIC ORGANISMS USING SUNLIGHT - Google Patents
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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.The invention relates to a device for the cultivation of phototrophic organisms (algae, cyanobacteria, photosynthetic bacteria, multicellular organisms or parts thereof) for the purpose of obtaining biomass and their use for biochemical services, eg. As the generation of hydrogen. The aim of the invention is to store the solar energy required for the growth of these organisms in the form of the chemical energy of the resulting biomass or their metabolites, the absorption of sunlight by großflaechige reactor systems, for their mastery currently not all conditions exist and the method beyond economically significant burden, should be avoided. According to the invention, this object is achieved by circulating the suspension of the organism in a circuit consisting of a compact container in which optimum growth conditions are established and a transparent tube, the actual reactor, which runs in the focal line of a cylindrical parabolic mirror and in the growth and biochemical performances of the phototrophic organisms take place.
Description
Vorrichtung zur Kultivierung phototropher Organismen unter Eutzung von SonnenlichtDevice for cultivating phototrophic organisms using sunlight
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.The invention relates to a device for using sunlight, which allows the growth of photοsynthetic biomass and under certain conditions, the photolysis of water, with the formation of hydrogen by means of this biomass. The biomass may consist of algae, cyanobacteria, photosynthetic bacteria or mixed cultures between them or with other microorganisms or other phototrophic organisms or parts thereof. The invention is classified in the IPK C 12 1.
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.The majority of published studies on the cultivation of phototrophic organisms are based on the use of artificial light as an energy source for their growth. This results in principle in an energetic efficiency of Cl, d. H. more energy must be expended than contained in the resulting product. The cost of biomass produced in this way is estimated to be about ten times that of growing biomass using "sunlight".
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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.The use of sunlight has so far been almost exclusively in so-called field crops, ie by cultivating microorganisms on a large area corresponding to the low energy density of sunlight, but the construction of large-scale plants involves a high capital expenditure Knowledge of the operation of extensive, large-scale systems for the conversion of materials Moreover, the cultures are exposed to the risk of severe contamination.
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).The maximum efficiency of solar energy conversion to the chemical energy of algal biomass that has been achieved so far has grown to 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.In contrast, Pirt.et al. (Pirt, SJ et al., J. Chem. Techn., Biotechnol., 30 (1980) 25) have an efficiency of 18 % (in terms of solar radiation) ', but they work with artificial light and the biotechnological advantages of a closed cultivation system over the used open area plant.
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. ... .Only in the DD-WP 0152807 and.in another already proposed method (IP-C'12 H / 1245741.8) is the partial or exclusive use of sunlight. described. ....
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.The proposed in DD-V.T 0152807 combination of solar and artificial light reduces the one hand, the. Energy efficiency of biomass production compared to the exclusive use of solar energy. The design of large areas of transparent tubing in which the organisms are exposed to the sun and grow prohibits biomass production on a large scale for economic reasons. In addition, plastic hoses are usually unstable in their radiation permeability when exposed to sunlight.
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.In the already proposed method (70 G 1227 / 1245741.8) the relaxation of sunlight on the required large area by means of lenses or mirrors and its transport via fiber optic cables into the interior of a compact perimeter is described. The transport of radiant energy by means of optical cables requires the prior collection of sunlight through rotationally symmetric optical systems, which are on the one hand consuming and expensive and on the other hand precisely in two equivalent coordinates must be tracked to the sun.
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*It is the object of the present invention to overcome the inherent disadvantages of culturing suspendible phototrophic organisms heretofore known. In doing so, it combines the advantages of using sunlight with the benefits of biomass growth in a closed reaction system that have hitherto only been exploitable with artificial exposure *
Wesen der ErfindungEssence of the invention
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.The invention has for its object to provide a device ^ which allows exposing the phototrophic organisms to be cultured within a closed reaction system of intense sunlight. 5 The object is achieved in that in the focal line of a cylindrical parabolic mirror 2, a light-transmitting tube 1 is arranged. This translucent tube 1 is connected to a pipe system 5. In this pipe system 5, a circulation pump 4 and a container 3 are arranged. The cylindrical parabolic mirror 2 is equipped with a tracking device 6.
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.The puncture of the device according to the invention consists in exposing a suspension of phototrophic organisms in a transparent tube 1 to sunlight concentrated by a cylindrical parabolic mirror 2. To uniformly supply the entire suspension with light, it is circulated in a closed circuit. The container 3 located inside the pipe system serves both for inoculation with organisms at the beginning of the cultivation and for continuous or discontinuous product removal and for setting optimal culture conditions by gassing with air / COg , continuous or discontinuous supply of Iffährmedium and temperature , and pH control.
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 RaumThe tracking of the mirror according to the position of the sun is most easily done around the focal line as an axis when adjusting the focal line in east-west direction. Effective is the simultaneous tracking also around the vertical axis, whereby tube and mirror any position in space
einnehmen können. ' <can take. '<
Durch Kombination mehrerer zylindrischer Parabolspiegel und lichtdurchlässiger Rohre kann die Vorrichtung in beliebiger Größe errichtet werden. ,By combining several cylindrical parabolic mirrors and translucent tubes, the device can be built in any size. .
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- undThe glass tube 1 with an inner diameter of 2 cm and a length of 200 cm is located in the set in the east-west direction focal line of the same length cylindrical parabolic mirror 2 with a width of 160 cm and a focal length of 80 cm. The pipe system 5 with the circulating pump.4 and the container 3 with a volume of 100 ml, on the inoculation with organisms and product removal and fumigation, addition of the liährinediums, pH and
, Temperaturregelung erfolgen, 'bildet zusammen mit dem, Temperature control, 'forms together with the
v Glasrohr 1 ein geschlossenes Umlaufsyatem. Eine Nachfuhr-' einrichtung 6 gestattet die kontinuierliche oder stufenweise Drehung des zylindrischen Parabolspiegels 2 um seine Brennlinie. v Glass tube 1 a closed circulating sys- tem. A Nachfuhr- 'device 6 allows the continuous or stepwise rotation of the cylindrical parabolic mirror 2 about its focal line.
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).A glass tube 1 with an inner diameter of 2 cm and a length of 200 cm was in the set in the east-west direction focal line of the same length cylindrical parabolic mirror 2 with the width of 160 cm and a focal length of 80 cm, which is clad with aluminum Iron sheet existed, attached. The suspension of the phototrophic organisms with a total volume of 900 ml was circulated by the circulation pump 4, wherein the container 3 at the beginning of the cultivation, the inoculation and then fumigation with 40 1 air. (5% CO 2 ) per hour, adjusting the temperature to 37 0 0 and the pH to 6.0 to 6.5, adding the Mhrmediums and product removal, carried out. A purely inorganic medium for cooling and Lorenzen (Methods in Cell Physiology, Ed., D. Prescott, Academic Press, Uew York 1964, 159-87) served as the curing medium.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DD25508483A DD219210A1 (en) | 1983-09-23 | 1983-09-23 | DEVICE FOR CULTIVATING PHOTOTROPHIC ORGANISMS USING SUNLIGHT |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DD219210A1 true DD219210A1 (en) | 1985-02-27 |
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ID=5550633
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| Country | Link |
|---|---|
| DD (1) | DD219210A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19747994C1 (en) * | 1997-10-17 | 1999-01-28 | Torsten Steinau Verfahrenstech | Photosynthesis bio-reactor for the micro-organism production |
| DE102010043587A1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-10 | Christoph Peppmeier | Breeding device for phototrophic crops, as well as methods for their control |
| DE102012206416B3 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-04 | Christoph Peppmeier | Cultivating device e.g. bioreactor for phototrophic culture e.g. microalga, has conveying units that are provided to promote portion of the phototropic culture alternately along the light-bright and weak portions |
-
1983
- 1983-09-23 DD DD25508483A patent/DD219210A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19747994C1 (en) * | 1997-10-17 | 1999-01-28 | Torsten Steinau Verfahrenstech | Photosynthesis bio-reactor for the micro-organism production |
| DE102010043587A1 (en) * | 2010-11-08 | 2012-05-10 | Christoph Peppmeier | Breeding device for phototrophic crops, as well as methods for their control |
| DE102010043587B4 (en) * | 2010-11-08 | 2012-06-14 | Christoph Peppmeier | Breeding device for phototrophic crops, as well as methods for their control |
| DE102012206416B3 (en) * | 2012-04-18 | 2013-07-04 | Christoph Peppmeier | Cultivating device e.g. bioreactor for phototrophic culture e.g. microalga, has conveying units that are provided to promote portion of the phototropic culture alternately along the light-bright and weak portions |
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Legal Events
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