DE102007000815A1 - Freiluftphotobioreaktor - Google Patents

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Günter Wich
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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind Freiluftphotobioreaktoren mit artifiziellen Strahlungsquellen, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquellen ein oder mehrere aus der Gruppe, enthaltend mit LEDs bestückte Formteile, Lichtleiter, lumineszierende Formteile eingesetzt werden, welche im Innern des Reaktors angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft Freiluftphotobioreaktoren mit artifiziellen Strahlungsquellen.
  • Freiluftphotobioreaktoren werden insbesonders zur Massenproduktion von Mikroalgen und Makroalgen, von photosynthetischen Bakterien, von Moosen oder anderen Pflanzenzellkulturen eingesetzt. Derartige Mikroalgen und Cyanobakterien sind in der Lage, mit Hilfe von Lichtenergie, CO2 und Wasser in Biomasse umzuwandeln (Photosynthese). Mikroalgen können in verschiedene Klassen eingeteilt werden. Die vier wichtigsten Klassen sind Bacillariophyceae (Diatoms), Chlorophyceae (Grünalgen), Cyanophyceae (Blaualgen) und Chrysophyceae (Goldalgen). Bacillariophyceae und Chrysophyceae fixieren CO2 in Form von Kohlenhydraten und natürlichen Ölen. Blaualgen fixieren neben CO2 auch Stickstoff aus der Atmosphäre. CO2 als Kohlenstoffquelle für die Algenkultivierung kann dabei als Luft, als mit CO2 angereicherte Luft, als CO2-haltiges Abgas oder als reines CO2 in den Photobioreaktor zugeführt werden. Solche Photobioreaktoren können auch zur CO2-Entfernung aus Abgasen eingesetzt werden.
  • Die Massenproduktion von Algenbiomasse als Nahrungsmittel, nachwachsender Energie- oder Chemierohstoff wird wegen der im Vergleich zum Produktwert verhältnismäßig hohen Stromkosten heute bevorzugt in Flachwassser-Algenfarmen oder offenen Bioreaktoren unter ausschließlicher Nutzung der direkten Sonnenlichteinstrahlung durchgeführt. Aufgrund der Robustheit von für die Massenproduktion eingesetzter Algen, ist deren Handhabung in offenen Becken oder innerhalb, von durch Pontons oder Bojen abgegrenzten, schwimmenden Begrenzungen möglich und erfordert keinen geschlossenen Reaktor. Die offenen Bioreaktoren bestehen im allgemeinen aus großen offenen flachen Beckenanlagen, z. B. Rundbeckenanlagen mit Durchmessern bis zu 45 m, und umlaufenden Mischarmen oder großen offenen flachen Gerinneschleifen mit Umwälzpropellern.
  • Die Sonnenlichtabsorption im Süß-, Salz- oder Meerwasser erlaubt aber nur kurze Lichtweglängen von wenigen Zentimetern bis Dezimetern und erfordert daher für die Massenproduktion einen sehr grossen Flächenbedarf der Algenfarmen, da mit zunehmender Tiefe die Lichteinstrahlung abnimmt und man daher nur mit relativ flachen Becken arbeiten kann. Da außerdem die Algen in der Nacht, mangels Sonnenlichteinstrahlung, ihre Photosyntheseaktivität einstellen und durch ihren Respirationsstoffwechsel bis zu 30% der tagsüber gebildeten Biomasse wieder veratmen, wird der Nettoflächenertrag zusätzlich begrenzt.
  • Aus der WO-A 91/18970 ist die Ausleuchtung von Algenreaktoren mittels LEDs oder Lasern bekannt. Die WO-A 2007/070452 beschreibt mit LEDs bestückte Panels als Lichtquellen für Photobioreaktoren. In der JP-A 10-98964 werden mit LEDs bestückte Acrylglaszylinder als Lichtquelle zur Ausleuchtung von Tanks mit Algenkulturen beschrieben. Aus der JP-A 2002-315569 sind mit LEDs bestückte Acrylglasscheiben als Lichtquelle für Algenkulturen bekannt. LED-Leuchtkörper, welche in flexible, transparente Materialien, insbesondere auf Acrylatbasis, eingeschlossen sind, werden in der JP-A 11-89555 als Lichtquellen zur Kultivierung von Algen eingesetzt. Die JP-A 2000-325073 beschreibt einen zweigeteilten Tank zur Algenaufzucht, welcher mittels einer transparenten und mit LEDs bestückten Acrylplatte geteilt wird.
  • Es bestand daher die Aufgabe, Freiluftphotobioreaktoren zur Verfügung zustellen, mit möglichst gleichmäßigem Lichteintrag im Reaktorvolumen, und gleichmäßigem Lichteintrag unabhängig von der Tages- und Jahreszeit, um damit den Flächenertrag zu steigern.
  • Gegenstand der Erfindung sind Freiluftphotobioreaktoren mit artifiziellen Strahlungsquellen, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquellen ein oder mehrere aus der Gruppe enthaltend mit LEDs bestückte Formteile, Lichtleiter, lumineszierende Formteile eingesetzt werden, welche im Innern des Reaktors angeordnet sind.
  • Die Freiluftphotobioreaktoren können beliebige Formgestalt aufweisen. Bei im Freiland aufgestellten Freiluftphotobioreaktoren sind beispielsweise rechteckige Wannen, runde Becken, oder ganz oder teilweise in den Boden eingelassene Becken denkbar. Die Seitenwände oder Böden der Reaktoren können aus beliebigen Materialien, lichtdurchlässigen oder nicht transparenten, gefertigt sein. Beispielsweise aus Metall oder Kunststoff.
  • Die Freiluftphotobioreaktoren können auch in Binnengewässern oder auf dem offenen Meer errichtet werden. Auch hier sind beliebige Formgestalten möglich. Die Seitenwände oder Böden der Reaktoren können starr oder flexibel sein, beispielsweise aus Folie ausgeführt sein. Auch hierzu können beliebige Materialien wie Metall oder Kunststoff eingesetzt werden. Die Seitenwände können fest im Boden verankert werden oder schwimmend in Form von Folien gebildet werden. Die Bodenflächen können durch den See- oder Meeresgrund gebildet werden oder starr bzw. flexibel als Folie mit schwimmenden Seitenwänden verbunden sein. In einer besonderen Ausführungsform können Seiten und/oder Bodenflächen durch ein Filtermedium gebildet werden, das für die Algen eine Transportbarriere darstellt, aber für Wasser, Luft oder CO2 durchlässig ist.
  • Die Dimensionierung ist beliebig und kann von Seitenlängen bzw. Durchmessern von wenigen Metern bis zu 100 m betragen, vorzugsweise bis zu 30 m. Während bei Errichtung der Freiluftbioreaktoren im Freiland die Tiefe im allgemeinen 1 bis 2 m nicht überschreiten wird, sind der Tiefe der Reaktoren bei Errichtung in Binnengewässern oder auf dem Meer weniger Grenzen gesetzt. Es sind Tiefen von einem Meter bis zu 100 Metern denkbar, vorzugsweise Tiefen bis zu 30 Metern.
  • In Binnengewässern oder Offshore erfolgt die Verankerung der Freiluftphotobioreaktoren vorzugsweise an Masten, Pfeilern, Bojen, Pontons oder auch Offshore-Plattformen, die gleichzeitig Trägerfunktion für erneuerbare Energieerzeugungssysteme, wie Photovoltaik oder Windenergie, und gegebenenfalls Energiespei chersysteme übernehmen. In einer besonderen Ausführungsform kann der Freiluftphotobioreaktor auch durch die Tanks von großen Tankschiffen begrenzt werden.
  • Bei küstennahen Freiluftphotobioreaktoren werden diese, zur Verankerung mittels Verspannungen, bevorzugt höhenregulierbar, an wasserbaulich erstellten Begrenzungswänden oder fest im Boden verankerten Stützen fixiert. Die Zwischenabstützung großer Flächen erfolgt in Tidengewässern bevorzugt an schwimmenden Bojen oder Pontons.
  • Die Freiluftphotobioreaktoren können offen sein oder mit, vorzugsweise transparenten, Folien oder Platten abgedeckt sein. Als Abdeckung eignen sich auch schwimmende Folien mit integrierten Fresnel-Linsen und daran angeordneten Lichtleitern. Geeignet sind auch Folien, welche mit einer dünnen Photovoltaik-Schicht beschichtet sind oder Folien aus organischem Photovoltaik-Material. Die damit tagsüber aufgefangene Energie kann über ein Speichermedium an LED-Formkörper weitergegeben werden.
  • Der Lichteintrag in den Freiluftphotobioreaktor erfolgt neben der Sonneneinstrahlung mittels artifizieller Strahlungsquellen. Es können mit LEDs bestückte Formteile eingesetzt werden. Geeignete LEDs sind strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente von organischen oder anorganischen Halbleitern. Bei den LEDs kann es sich um bereits mit Kunststoff, meist Silicon, verkapselte Dioden oder um unverkapselte Dioden handeln. Die LEDs können im Infrarot-Bereich, im sichtbaren Bereich oder im UV-Bereich strahlen. Die Auswahl hängt von der beabsichtigten Anwendungen ab. Für die Photosynthese in Freiluftphotobioreaktoren werden LEDs bevorzugt, welche im sichtbaren Bereich strahlen, insbesondere rotes Licht. Die in dem Formkörper eingebetteten LED-Leuchtkörper können bei gleicher Wellenlänge emittieren. Es können aber auch LED-Leuchtkörper mit unterschiedlicher Strahlungscharakteristik miteinander kombiniert werden. Im allgemeinen sind mehrere LED-Leuchtkörper miteinander leitend verbunden, in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die Leuchtkörperanordnung kann mit Sensoren verbunden sein, sowie mit Mess/Steuerungseinrichtungen. Die Anzahl der Leuchtkörper und deren Anordnung zueinander hängt von deren Anwendung ab. Die LED-Leuchtkörper können kontinuierlich oder gepulst betrieben werden.
  • Die mit LEDs bestückten Formteile können aus beliebigen Materialien gefertigt sein, welche bei der eingestrahlten Wellenlänge transparent sind. Beispiele sind thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe wie Acrylglas, Polyethylen, Polypropylen, PVC, Polyamide, Polyester wie PET. Geeignet ist auch Quarzglas. Bevorzugt werden LED-Silicon-Formteile eingesetzt wie sie in der DE-A 10 2007 025 749 beschrieben werden. Bei diesen LED-Formteilen sind die LEDs in einer Siliconmatrix eingebettet, welche aus einer inneren weichen Siliconmatrix gebildet wird, weiche von einer oder mehreren härteren Siliconmatrices umgeben ist.
  • Geeignete artifizielle Strahlungsquellen sind auch Lichtleiter. Ein Lichtleiter ist eine Faser aus einem transparenten, lichtdurchlässigen Material, meist Glas oder Kunststoff, die dem Transport von Licht oder Infrarotstrahlung dient. Beispiele für Lichtleiter sind Lichtwellenleiter, Glasfasern, polymere optische Fasern oder andere lichtleitende Bauteile aus Kunststoff sowie Faseroptik-Komponenten. Geeignet sind auch phosphoreszierende Lichtleiter, welche Licht über viele Stunden speichern können, und das tagsüber aufgenommene Sonnenlicht, während der Nacht abgeben können. Die Lichtleiter sind so ausgerüstet, dass das Licht gleichmäßig über die gesamte Ausdehnung des Lichtleiters abgegeben wird. Gegebenenfalls können die Lichtleiter mit einer Linse, beispielsweise einer Fresnel-Linse, ausgerüstet werden, um das Licht vor Einleitung in den Lichtleiter zu bündeln und zu verstärken. Der Einsatz von Lichtleiter-Formteilen als Strahlungsquelle neben LED-Formteilen ist beim Betrieb am Tag vorteilhaft.
  • Bei den Lichtleitern werden solche auf der Basis von Thermoplastischen Silicon-Elastomeren (TPSE) bevorzugt. Thermoplastische Siliconelastomere enthalten einen Organopolymeranteil, beispielsweise Polyurethan oder Polyvinylester, und einen Siliconanteil, meist auf Basis von Polydialkylsiloxan-Basis der obengenannten Spezifikation. Geeignete Thermoplastische Siliconelastomere sind im Handel erhältlich, beispielsweise die entsprechenden GeniomerR-Typen der Wacker Chemie.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Lichtleiter am Kopf mit einer Fresnel-Linse, mit vorzugsweise bis zu 1000-facher Sonnenlichtverstärkung, ausgestattet und leiten das Licht in die Tiefe des Freilichtphotobioreaktors. Durch geeignete Formgebung, beispielsweise über Prismen, kann das Licht gleichmäßig an die Umgebung abgegeben werden.
  • In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform werden die Lichtleiter mit schwimmenden Folien kombiniert, welche mit integrierten Fresnel-Linsen ausgestattet sind. Die Lichtleiter werden an der Unterseite der Folien angeordnet und leiten das mit der Fresnel-Linse eingefangene Licht nach unten in die Tiefe. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sind auch Folien mit integrierten LEDs.
  • Die Formgestalt der LED-Formteile und der Lichtleiter ist beliebig. Sie können in Form von Schläuchen vorliegen, als Bänder, als Rohre, als Stäbe, als Platten, als Prismen oder in Form von Matten. Platten, Matten oder Bänder werden, insbesondere bei LED-Formteilen als Strahlungsquelle, vorzugsweise dazu eingesetzt um die Innenwände des Freiluftphotobioreaktors mit Strahlungsquellen auszustatten. Die Ausgestaltung in Form von Rohren, Stäben, Prismen oder Schläuchen bietet sich für den Einbau von Strahlungsquellen im Reaktorinnenraum an.
  • Zur gleichmäßigen Versorgung mit Licht im Innenraum können mehrere LED-Formteile, die von dem Reaktorinhalt umströmt werden und beispielsweise als Rohre, Schläuche oder Platten ausgebildet sind, als Rohr-, Schlauch- oder Plattenbündel zu Lichteinbauten zusammengefasst werden. Die Leuchtkörper können in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in einer solchen Weise zueinander versetzt angeordnet werden (z. B. verdrillt), dass sie den Umgebungsraum vollständig und homogen ausleuchten. Der Freiluftphotobioreaktor kann auch LED-Formteile in Röhren- oder Plattenform enthalten, die von dem Reaktorinhalt durchströmt werden. Dabei können mehrere Rohre oder Platten zu Rohr- oder Plattenbündel zusammengefasst werden. Die Dimensionierung der LED-Formteile oder der Lichtleiter-Formteile ist beliebig und kann der Reaktorgröße angepasst werden.
  • Die artifiziellen Strahlungsquellen können in den Freiluftphotobioreaktor fest eingebaut werden. Bevorzugt werden bei Freiluftphotobioreaktoren, insbesondere bei Offshore-Photobioreaktoren, die Strahlungsquellen an Verspannungen netzartig in großer Anzahl angeordnet. Mit einer solchen Anordnung lassen sich große Flächen bis in Wassertiefen von mehreren Metern bis 100 Metern gleichmäßig ausleuchten. Die Eckpunkte der Verspannungen können an fest im Boden verankerten Masten oder Pfeilern, an wasserbaulich, tief-, hoch-, apparate- bzw. schiffbaulich erstellten Becken- bzw. Tankwänden oder aber an schwimmend verankerten Bojen oder Pontons befestigt sein.
  • Der Abstand zwischen den LED-Formteilen und/oder den Lichtleiterformteilen kann durch unterstützende Lichtverteilung im Inneren eines Freilichtphotobioreaktors mit lumineszierenden Formteilen, beispielsweise lumineszierenden Lichtcarrier-Partikeln erhöht werden. Bevorzugt werden lumineszierende Silicon-Schwebekörper mit eingestellter optimaler Wellenlänge und minimaler Dichtedifferenz zum wässrigen Medium. Diese lumineszierenden Silicon-Schwebekörper bestehen bevorzugt aus einem oder mehreren lumineszierenden Stoffen in einer Siliconmatrix aus beispielsweise thermoplastischen Siliconelastomeren wie in EP 1412416 B1 oder EP 1489129 B1 beschrieben. Solche lumineszierende Lichtcarrierpartikel zirkulieren im Freiluftphotobioreaktor, wobei sie sich an der Wasseroberfläche mit Licht aufladen, nach unten sinken und das Licht in der Tiefe abgeben. Auch ist der Lichteintrag allein oder in Kombination durch lumineszierende Formteile oder Folien möglich, die mechanisch über einen Antrieb geführt, Licht von der Wasseroberfläche in die Tiefe transportieren. Lumineszierende Lichtcarrierpartikel können zur Lichtaufladung auch durch einen externen Loop geführt werden. Als artifizielle Strahlungsquelle können auch ausschließlich lumineszierende Formteile, insbesondere lumineszierende Schwebekörper eingesetzt werden.
  • Der Freiluftphotobioreaktor ist mit Einrichtungen zur Befüllung bzw. zur Zufuhr von Nährstoffen und Zufuhr von CO2-haltigen Gasen ausgestattet. Weitere Einrichtungen sind solche zur Produktabtrennung, beispielsweise mittels Pumpen oder Rechen, und Entleerung.
  • Als CO2-Quelle geeignet sind Luft, mit CO2 angereicherte Luft, CO2-haltiges Abgas oder reines CO2. In einer bevorzugten Ausführung werden die CO2-haltigen Gase, beispielsweise Luft oder CO2-haltige Abluft, von unten in den Freiluftphotobioreaktor, über die Fläche verteilt, zugegeben. Durch die höhere, grundflächensparende Bauweise der offenen Freiluftphotobioreaktoren wird im Falle am Grund eingeleiteter Luft, CO2-haltiger Luft oder reinem CO2 eine längere Gasverweilzeit eingestellt (die Aufstiegsgeschwindigkeit der Gasblasen bleibt gleich) und dadurch eine wesentlich bessere CO2-Abreicherung bzw. Ausnutzung erreicht. Darüberhinaus reduziert bzw. verhindert ein tieferes Becken den Verdunstungsverlust bei Wasser, was insbesondere in wasserarmen (ariden) küstenfernen Regionen der Erde vorteilhaft ist.
  • Besonders bevorzugt ist die Kombination der mit artifiziellen Strahlungsquellen ausgerüsteten Freiluftphotobioreaktoren mit Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung. Vorzugsweise werden die Freiluftphotobioreaktoren mit dezentral, unmittelbar an den Reaktoren, erzeugtem Strom aus Photovoltaik-Anlagen, Windkraftanlagen oder Gezeitenkraftwerken versorgt. Weiter wird die Kombination mit Anlagen zur Tag/Nacht-Stromspeicherung bevorzugt, dadurch wird die Abhängigkeit von der direkten Sonnenlichteinstrahlung reduziert.
  • Bei Offshore-Installation der Freiluftphotobioreaktoren wird Photovoltaik-Strom bevorzugt, welcher besonders bevorzugt durch Hochleistungssolarzellen erzeugt wird, die mit, durch Fresnel-Linsen bis zu mehr als 1000-fach verstärktem, Sonnenlicht versorgt werden.
  • Besonders bevorzugt ist die Kombination der Freiluft-Photobioreaktoren mit Offshore-Windenergieparks, wobei die Fläche der Windenergieparks mit einer Wassertiefe von wenigen Metern bis wenigen 10 Metern zur Installation der Freiluft-Photobioreaktoren genutzt wird, und die Masten der Windenergieanlagen für die Fixpunkte der Seitenwände und netzartigen Verspannung der LED-Formteile und Lichtleiter oder der Folien mit integrierten LEDs oder Lichtleitern genutzt werden.
  • Durch Speicherung des am Tag oder bei starkem Wind regenerativ erzeugten Überschußstroms und dessen Abgabe bei Nacht oder Windstille wird eine tageszeitliche Vergleichmäßigung und Intensivierung der Algenproduktion erreicht.
  • Das hier beschriebene Konzept der Beleuchtung mit artifiziellen Strahlungsquellen kann auch zur Ausrüstung von bestehenden Algenfarmen mit künstlicher Beleuchtung genutzt werden. Es können auch mehrere Freiluftphotobioreaktoren kombiniert werden, beispielsweise zur Schaffung von großflächigen Algenfarmen.
  • Durch die optimierte konstruktive Anordnung einer großen Anzahl von LED-Formteilen oder Lichtleitern, flächenmäßig gleichmäßig verteilt über große Freiluftphotobioreaktoren, beispielsweise Algenfarmen, wird eine wirtschaftliche Massenproduktion von Algenbiomasse ermöglicht. Mit den LED-Formteilen kann eine Vielzahl von LEDs zu Reaktorleuchteinbauten zusammengefasst werden, die somit eine optimale Beleuchtung einer Algenfarm und Steigerung des Flächenertrags wirtschaftlich ermöglicht.
  • Aufgrund der Einbettung der LEDs in eine Matrix werden Fouling und Belagsbildung deutlich reduziert.
  • Die Freiluftphotobioreaktoren können zur autotrophen und heterotrophen Massenproduktion von Algenbiomasse, sowie zur Produktion von Wertstoffen aus Algenbiomasse wie Proteinen, Vitaminen, pharmazeutischen Wirkstoffen, Lipiden, sowie Öl aus CO2, Wasser und mineralischen Nährstoffen, eingesetzt werden. Weitere Anwendungen sind die mixotrophe Produktion von Wertstoffen unter Zufütterung organischer Kohlenstoffquellen und die Entfernung von CO2 aus Kraftwerks- oder Industrieabgasen.
  • Die so hergestellt Algenbiomasse eignet sich als Energierohstoff, Chemierohstoff, Nahrungsmittel, und zum Einsatz in kosmetischen und medizinischen Anwendungen.
  • Die Erfindung wird in 1 bis 2 beispielhaft erläutert:
  • 1: Freiluftphotobioreaktor, in der Ausgestaltung einer Hochleistungsalgenfarm, mit LED-Formteilen und Lichtleitern mit Fresnellinsenkopf im Wechsel, netzartig aufgespannt zwischen Pontons als Hochleistungsphotovoltaik-Modulträger und Energiespeicher.
  • 2: Freiluftphotobioreaktor, in der Ausgestaltung einer Hochleistungsalgenfarm, mit LED-Formteilen und Lichtleitern mit Fresnellinsenkopf im Wechsel, netzartig aufgespannt zwischen den Masten eines Offshore-Windenergieparks als Generatorträger und Energiespeicher.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 91/18970 A [0005]
    • - WO 2007/070452 A [0005]
    • - JP 10-98964 A [0005]
    • - JP 2002-315569 A [0005]
    • - JP 11-89555 A [0005]
    • - JP 2000-325073 A [0005]
    • - DE 102007025749 A [0015]
    • - EP 1412416 B1 [0023]
    • - EP 1489129 B1 [0023]

Claims (26)

  1. Freiluftphotobioreaktoren mit artifiziellen Strahlungsquellen, dadurch gekennzeichnet, dass als Strahlungsquellen ein oder mehrere aus der Gruppe enthaltend mit LEDs bestückte Formteile, Lichtleiter, lumineszierende Formteile eingesetzt werden, welche im Innern des Reaktors angeordnet sind.
  2. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese im Freiland, in Binnengewässern oder auf dem offenen Meer errichtet werden.
  3. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände oder Böden starr oder flexibel, aus lichtdurchlässigen oder nicht transparenten, Materialien gebildet werden.
  4. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese an Masten, Pfeilern, Bojen, Pontons oder Offshore-Plattformen verankert werden, oder durch die Tanks von großen Tankschiffen begrenzt werden.
  5. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei küstennahen Freiluftphotobioreaktoren diese, zur Verankerung mittels Verspannungen, an wasserbaulich erstellten Begrenzungswänden oder fest im Boden verankerten Stützen fixiert werden.
  6. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die mit LEDs bestückten Formteile LEDs, welche im sichtbaren Bereich strahlen, eingesetzt werden.
  7. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Lichtleiter Lichtwellenleiter, Glasfasern, polymere optische Fasern, lichtleitende Bau teile aus Kunststoff, Faseroptik-Komponenten oder phosphoreszierende Lichtleiter eingesetzt werden.
  8. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die die Lichtleiter mit einer Linse, beispielsweise einer Fresnel-Linse, ausgerüstet werden.
  9. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit LEDs bestückte Formteile in Kombination mit Lichtleitern eingesetzt werden.
  10. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als mit LEDs bestückte Formteile LED-Silicon-Formteile eingesetzt werden.
  11. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Formteile und die Lichtleiter in Form von Schläuchen, als Bänder, als Rohre, als Stäbe, als Platten, als Prismen oder in Form von Matten vorliegen.
  12. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur unterstützenden Lichtverteilung lumineszierende Schwebekörper, bevorzugt lumineszierende Silicon-Schwebekörper eingesetzt werden.
  13. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als artifizielle Strahlungsquelle ausschließlich lumineszierende Formteile, insbesondere lumineszierende Schwebekörper, eingesetzt werden.
  14. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet dass als artifizielle Strahlungsquelle allein oder in Kombination lumineszierende Formteile oder Folien eingesetzt werden, die mechanisch über einen Antrieb geführt, Licht von der Wasseroberfläche in die Tiefe transportieren.
  15. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Formteile oder Lichtleiter in den Freiluftphotobioreaktor fest eingebaut werden oder an Verspannungen netzartig in großer Anzahl angeordnet sind.
  16. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit Folien oder Platten abgedeckt sind, welche gegebenenfalls mit integrierten Fresnel-Linsen und daran angeordneten Lichtleitern ausgestattet sind, und/oder mit einer dünnen Photovoltaik-Schicht beschichtet sind und/oder aus organischem Photovoltaik-Material bestehen.
  17. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit Anlagen zur regenerativen Stromerzeugung gekoppelt werden.
  18. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit Anlagen zur Tag/Nacht-Stromspeicherung gekoppelt werden.
  19. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass bei Offshore-Installation der Freiluftphotobioreaktoren Photovoltaik-Strom oder anderer regenerativ erzeugter Strom eingesetzt wird.
  20. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Freiluftphotobioreaktoren mit Offshore-Windenergieparks gekoppelt werden.
  21. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass diese mittels Ausrüstung von bestehenden Algenfarmen mit mit LEDs bestückten Formteilen und/oder Lichtleitern und/oder lumineszierende Formteile erhalten werden.
  22. Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Freiluftphotobioreaktoren zur Schaffung von großflächigen Algenfarmen kombiniert werden.
  23. Verfahren zur autotrophen und heterotrophen Massenproduktion von Algenbiomasse, sowie zur Produktion von Wertstoffen aus Algenbiomasse mit Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 22.
  24. Verfahren zur mixotrophen Produktion von Wertstoffen unter Zufütterung organischer Kohlenstoffquellen mit Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 22.
  25. Verfahren zur Entfernung von CO2 aus Kraftwerks- oder Industrieabgasen mit Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 22.
  26. Verwendung der mit Freiluftphotobioreaktoren nach Anspruch 1 bis 22 hergestellten Algenbiomasse als Energierohstoff, Chemierohstoff, Nahrungsmittel, und zum Einsatz in kosmetischen und medizinischen Anwendungen.
DE102007000815A 2007-10-04 2007-10-04 Freiluftphotobioreaktor Ceased DE102007000815A1 (de)

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