DE102009005526A1 - Bioreaktor und Verfahren zur Biomasseerzeugung - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Bioreaktor und ein Verfahren zur Biomasseerzeugung vorgeschlagen. Eine Mischung aus Wasserlinsen und Mikroalgen wird kaskadenartig durch übereinanderliegende Flachbetten eines Bioreaktors geleitet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Bioreaktor und ein Verfahren zur Biomasserzeugung durch mindestens eine lebende Spezies sowie die Verwendung von Wasserlinsen und Algen zur Biomasseerzeugung.
  • Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Nachahmung der Photosynthese zur Bindung von Kohlendioxid. Es ist beispielsweise bekannt, hierzu eine Algensuspension zu beleuchten, um das Wachstum der Algen anzuregen. Die Algen verbrauchen Kohlendioxid oder sonstige Kohlenwasserstoffe zum Wachstum und zur Bildung von Biomasse. Um möglichst alle Algen in der Algensuspension mit Licht und Kohlendioxid zu versorgen, wird die Algensuspension üblicherweise sehr stark umgewälzt. Dies kann jedoch anlagenmäßig und/oder verfahrenstechnisch bzw. energetisch aufwendig sein oder sogar das Wachstum der lebenden Spezies stören.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu grunde, einen Bioreaktor und ein Verfahren zur Biomasseerzeugung durch mindestens eine lebende Spezies sowie eine Verwendung von Wasserlinsen und Algen zur Biomasseerzeugung anzugeben, wobei eine sehr effektive Biomasseerzeugung ermöglicht wird, insbesondere bei geringem anlagemäßigen und/oder verfahrenstechnischen bzw. energetischen Aufwand.
  • Die obige Erfindung wird durch einen Bioreaktor gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 16 oder eine Verwendung gemäß Anspruch 18 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Medium (z. B. Wasser) mit mindestens einer lebenden Spezies, wie Wasserlinsen oder Algen, über ein Flachbett geleitet wird, insbesondere also das Medium mit geringer Schichtdicke bzw. Höhe strömt. Besonders bevorzugt wird von dem Medium mit der lebenden Spezies nur eine filmartige Schicht in dem Flachbett bzw. in mehreren Flachbetten gebildet. Dies gestattet insbesondere die Bildung einer emersen Kultur der Spezies. Weiter gestattet dies die Erzeugung einer großen Oberfläche, was für den Gasaustausch, insbesondere für die Zuführung oder Aufnahme von Kohlendioxid, und/oder für die Beleuchtung zuträglich ist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das Medium mit der mindestens einer lebenden Spezies über einen Boden geleitet wird und/oder das Flachbett einen Boden aufweist, wobei der Boden transparent und/oder gasdurchlässig ist. Dies gestattet eine unterseitige Beleuchtung und/oder einen Gasaustausch durch den Boden und ist daher einer effektiven Biomasseerzeugung zuträglich.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung durchfließt das Medium mehrere Flachbetten nacheinander, insbesondere meanderförmig, und/oder diskontinuierlich und/oder nur sehr langsam mit einer sehr geringen mittleren Fließgeschwindigkeit, insbesondere von weniger als 0,1 m/s. Versuche haben gezeigt, daß hierdurch die lebende Spezies, insbesondere Wasserlinsen, besonders gut und schnell wächst.
  • Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist ein vorschlagsgemäßer Bioreaktor mehrere übereinander angeordnete Flachbetten für das Medium mit der lebenden Spezies auf. Dies gestattet einen besonders kompakten Aufbau und damit bei geringem anlagemäßigen Aufwand eine sehr effektive Biomasseerzeugung.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß das Medium sowohl eine emerse Kultur einer lebenden Spezies als auch eine submerse Kultur einer (anderen) Spezies bildet oder enthält und zur Biomasseerzeugung verwendet wird. Dies gestattet eine optimale Ausnutzung des Mediums.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß ein Medium mit verschiedenen Spezies zur Biomasseerzeugung eingesetzt wird, insbesondere werden Spezies unterschiedlicher Stämme, Klassen, Ordnungen und/oder Familien zusammen in dem selben Medium verwendet. So kann eine besonders effektive Biomasseerzeugung erfolgen.
  • Besonders bevorzugt werden als lebende Spezies Chloroplastida, Charophyta und/oder Chlorophyta verwendet. Bevorzugt werden Wasserlinsen der Gattung Wolffia und/oder Algen in Form von Mikroalgen verwendet. Besonders bevorzugt werden Kulturen von Wasserlinsen einerseits und Algen andererseits als Mischkultur zur Biomasseerzeugung eingesetzt.
  • Die genannten Merkmale und Aspekte der vorliegenden Erfindung sowie die weiteren sich aus den Ansprüchen und der folgenden Beschreibung ergebenden Merkmale und Aspekte können unabhängig voneinander und/oder in beliebiger Kombination realisiert werden.
  • Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnung. Es zeigt:
  • 1 eine schematische, schnittartige Darstellung eines vorschlagsgemäßen Bioreaktors;
  • 2 einen schematischen Schnitt des Bioreaktors quer zu 1; und
  • 3 einen schematischen Schnitt durch ein Medium mit einer emersen Kultur und einer submersen Kultur.
  • 1 zeigt in einer sehr schematischen, schnittartigen, nicht maßstabsgerechten Darstellung einen vorschlagsgemäßen Bioreaktor 1 zur Biomasseerzeugung durch mindestens eine lebende Spezies.
  • Der Bioreaktor 1 weist mehrere Flachbetten 2 für ein die lebende Spezies enthaltenes Medium 3 auf. Die Flachbetten 2 sind vorzugsweise übereinander angeordnet bzw. geschichtet.
  • Der Bioreaktor 1 weist vorzugsweise ein Gestell 4 auf. Vorzugsweise sind die Flachbetten 2 in das Gestell 4 eingehängt und/oder wechselbar.
  • Die Flachbetten 2 sind vorzugsweise schalenartig ausgebildet. Insbesondere weisen die Flachbetten 2 jeweils einen vorzugsweise umlaufenden Seitenrand 5 auf und/oder sind nach oben hin offen ausgebildet.
  • Die Flachbetten 2 sind vorzugsweise zumindest im wesentlichen horizontal ausgerichtet. Insbesondere weisen die Flachbetten 2 jeweils einen Boden 6 auf, der sich vorzugsweise zumindest im wesentlichen horizontal erstreckt.
  • Die Böden 6 sind vorzugsweise transparent und/oder gasdurchlässig ausgebildet. Dies gestattet eine insbesondere unterseitige Beleuchtung des Mediums 3 bzw. auch einen unter- oder bodenseitigen Gasaustausch des Medium 3 mit der im Bioreaktor 1 vorhandenen Atmosphäre bzw. der Umgebung. Insbesondere kann so auch über die Böden 6 Kohlendioxid oder ein sonstiges kohlenwasserstoffhaltiges Gas aufgenommen werden, das von der lebenden Spezies im Medium 3 gebunden und/oder abgebaut wird.
  • Vorzugsweise sind die Flachbetten 2 insgesamt oder zumindest partiell transparent ausgebildet oder aus transparentem Material, vorzugsweise Kunststoff oder Plexiglas, hergestellt. Alternativ oder zusätzlich sind die Flachbetten 2 vorzugsweise zumindest partiell gasdurchlässig ausgebildet und/oder aus gasdurchlässigem Material hergestellt.
  • Die Flachbetten 2 sind vorzugsweise mit Ab- oder Überläufen 7 versehen, um das Medium 3 von einem Flachbett 2 in das nächste, insbesondere darunterliegende Flachbett 2 überströmen lassen zu können, wie durch die gestrichelten Pfeile in 1 und insbesondere in dem quer dazu verlaufenden Schnitt gemäß 2 angedeutet.
  • Die Überläufe 7 sind vorzugsweise jeweils an einer Stirnseite eines Flachbetts 2 und/oder durch eine Absenkung des Seitenrands 5 gebildet, wie in 2 angedeutet. Besonders bevorzugt ist die Überlaufhöhe bzw. der Überlauf 7 in seiner Höhe verstellbar, beispielsweise durch eine entsprechend verschiebbare Blende oder dergleichen. Jedoch können die Überläufe 7 auch auf konstruktiv andere Art und Weise gebildet und/oder in sonstigen Bereichen des jeweiligen Flachbetts 2 angeordnet sein.
  • Beim Darstellungsbeispiel sind die Flachbetten 2 vorzugsweise abwechselnd zueinander versetzt bzw. verschoben angeordnet, insbesondere in Längsrichtung versetzt und/oder quer zu den Überläufen 7.
  • Das Medium 3 durchströmt die Flachbetten 2 insbesondere nacheinander, besonders bevorzugt meanderförmig.
  • Besonders bevorzugt sind die Flachbetten 2 derart gegeneinander versetzt angeordnet und/oder in unterschiedlichen Größen oder Längen ausgebildet, daß das über einen Überlauf 7 überströmende Medium 3 direkt von dem nächsten Flachbett 2 aufgenommen, insbesondere aufgefangen wird. Hierdurch werden Scherkräfte, die das Wachstum der lebenden Spezies beeinträchtigen können, weitgehend vermieden oder minimiert.
  • Die Flachbetten 2 sind beim Darstellungsbeispiel von vorzugsweise stangenartigen Halteelementen 8 am oder im Gestell 4 gehalten. Insbesondere sind die Halteelemente 8 in das Gestell 4 einhängbar.
  • Beim Darstellungsbeispiel weisen die Flachbetten 2 bzw. deren Seitenränder 5 vorzugsweise Halteabschnitte 9 auf, die die Halteelemente 8 übergreifen bzw. in welche die Halteelemente 8 eingreifen können, um das jeweilige Flachbett 2 zu halten. Insbesondere sind die Halteabschnitte im wesentlichen hakenförmig oder U-förmig ausgebildet und/oder an dem Halteelement 8 einhängbar wie in 2 schematisch angedeutet. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Vorzugsweise sind die Flachbetten 2 längs der Halteelemente 8 und/oder in dem Gestell 4 bzw. Bioreaktor 1 verschiebbar gehalten, insbesondere so daß der bevorzugte abwechselnde Versatz der Flachbetten 2 gegeneinander durch entsprechendes Verschieben realisierbar ist. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Vorzugsweise beträgt die Schichtdicke bzw. Höhe des Mediums 3 in den Flachbetten 2 höchstens 10 mm, insbesondere weniger als 8 mm, ganz besonders bevorzugt im wesentlichen 5 mm oder weniger. Die geringe Schichtdicke ist insbesondere einer guten Beleuchtung der Spezies im Medium 3 zuträglich, wenn die Spezies eine submerse Kultur bildet. Des weiteren wird bei einer emersen Kultur das erforderliche Volumen des Mediums 3 minimiert.
  • Das Medium 3 ist vorzugsweise photoaktiv und/oder biologisch aktiv. Insbesondere kann in dem Medium 3 eine Photosynthese oder eine sonstige lichtbenötigende Reaktion ablaufen. Das Medium 3 enthält hierzu mindestens eine lebende Spezies, wie bereits erwähnt.
  • Entsprechend wird das Medium 3 vorzugsweise beleuchtet. Insbesondere weist der Bioreaktor 1 eine Beleuchtungseinrichtung 10 auf.
  • Die Beleuchtungseinrichtung 10 oder deren Leuchtmittel 11 (beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise Lichtleiter, gegebenenfalls aber auch Leuchtdioden oder sonstige Leuchtmittel) ist vorzugsweise zwischen den Flachbetten 2 und/oder mindestens an oder in einem Boden 6 eines Flachbetts 2 angeordnet, insbesondere zwischen jedem Flachbett 2 und/oder jedem Boden 6, wie in den 1 und 2 schematisch angedeutet.
  • Besonders bevorzugt sind die Leuchtmittel 11 bzw. Lichtleiter in den Böden 6 und/oder sonstigen Abschnitten der Flachbetten 2 angeordnet, die vorzugsweise dementsprechend als Hohlkammerprofile, Doppelstegprofile oder dergleichen ausgebildet sind. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Beim Darstellungsbeispiel verlaufen die Lichtleiter beispielsweise entlang oder in den Böden 6.
  • Die Zuleitung der Lichtleiter erfolgt vorzugsweise im Gestell 4, insbesondere in entsprechenden Hohlprofilen, Stegprofilen oder dergleichen des Gestells 4, wie in 2 angedeutet. Die Lichtleiter werden beispielsweise vertikal zu dem entsprechenden Flachbett 2 hin geführt und/oder seitlich in das jeweilige Flachbett 2 bzw. dessen Boden 6 geführt bzw. geleitet. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Der Bioreaktor 1 bzw. das Gestell 4 weist vorzugsweise einen Zulauf 12 und einen Ablauf 13 für das Medium 3 auf, wie in den 1 und 2 schematisch angedeutet. Beispielsweise ist der Zulauf 12 oben in einem Deckel des Gestells 4 angeordnet, so daß das Medium 3 direkt in das erste Flachbett 2 strömen kann. Der Boden des Bioreaktors 1 bzw. Gestells 4 ist vorzugsweise als Sammelwanne ausgebildet, die beim Darstellungsbeispiel direkt mit dem Ablauf 13 versehen ist. Jedoch sind auch andere konstruktive Lösungen möglich.
  • Besonders bevorzugt wird dem Medium 3 Gas 14, insbesondere Kohlendioxid oder ein sonstiges vorzugsweise kohlenwasserstoffhaltiges enthaltendes Gas 14, beispielsweise Rauchgas, sonstige Verbrennungsluft, Bio- oder Klärgas oder dergleichen, gegebenenfalls auch Luft, zugeführt. Der Bioreaktor 1 bzw. das Gestell 4 weist vorzugsweise eine Gaszufuhreinrichtung 15 auf, die in 1 beispielhaft durch einen Gaseinlaß 16 und einem Gasauslaß 17 gebildet oder angedeutet ist.
  • Bei dem Medium 3 handelt es sich insbesondere um eine Flüssigkeit bzw. Suspension oder dergleichen. Dementsprechend ist der Begriff ”flüssig” in einem weiten Sinne zu verstehen, so daß insbesondere neben Suspensionen auch Dispersionen oder sonstige Gemische oder Stoffe mit flüssigen Phasen oder Anteilen umfaßt sind.
  • Insbesondere ist das Medium 3 wäßrig bzw. enthält Wasser und/oder besteht zumindest im wesentlichen aus Wasser.
  • Das Medium 3 enthält als lebende Spezies vorzugsweise biologische aktive bzw. lebende Chloroplastida und/oder Bakterien oder dergleichen.
  • Als lebende Spezies werden insbesondere Charophyta, Chlorophyta oder ganz bevorzugt eine Kombination davon eingesetzt.
  • Besonders bevorzugt wird mindestens eine emerse Kultur einer Spezies, vorzugsweise von Wasserlinsen 18, besonders bevorzugt der Gattung Wolffia, gebildet.
  • Alternativ oder zusätzlich wird vorzugsweise eine submerse Kultur einer (anderen) Spezies, vorzugsweise von Algen 19, insbesondere von Mikroalgen, gebildet.
  • 3 zeigt einen schematischen Schnitt, eine vorschlagsgemäß gebildete Mischkultur des Mediums 3 mit einer emersen Kultur von Wasserlinsen 18 und submersen Kultur von Algen 19. Die 3 zeigt einen schematischen Ausschnitt des Mediums 3 in einem Flachbett 2 bzw. eines auf einen Boden 6 gebildeten Films.
  • Das Medium 3 bzw. Wasser wird vorzugsweise zusammen mit der lebenden Spezies, insbesondere zusammen mit den Wasserlinsen 18 und/oder Algen 19, durch das Flachbett 2 kontinuierlich und/oder diskontinuierlich, besonders bevorzugt jeweils mit einer geringen mittleren Fließgeschwindigkeit von insbesondere weniger als 0,1 m/s, geleitet. Hierdurch wird das Wachstum der lebenden Spezies, insbesondere der Wasserlinsen 18, möglichst wenig gestört bzw. sogar gefördert.
  • Vorzugsweise wird ein geschlossenes System in Form eines Flachbett-Kaskaden-Bioreaktors 1 vorgeschlagen, der insbesondere der emersen Massenkultur von Wasserlinsen 18 sowie der alternativen oder gleichzeitigen submersen Produktion von Mikroalgen 19 dient.
  • Es wird die emerse Anzucht von Wasserlinsen 18 in zumindest quasi ruhender Kultur und die Kombination mit der submersen Kultur von Algen in einem (gemeinsamen) Nährmedium 3 geringer Schichtdicke mit der Technik der kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Produktion von Biomasse verknüpft, so daß ein gegenüber den herkömmlichen Kultursystemen konstruktiv besonders einfaches und/oder effizientes Verfahren ermöglicht wird.
  • Die Flachbetten 2 sind vorzugsweise nur mit geringem Abstand, von beispielsweise 1,5 cm, übereinander angeordnet. Dies ermöglicht eine sehr große Kulturfläche bei minimalem Platzbedarf. Bei einem Raumbedarf von etwa 1 m3 kann beispielsweise so eine Substratoberfläche bzw. Kulturfläche von etwa 50 m2 erreicht werden.
  • Die Böden der Flachbetten 2 sind vorzugsweise wellenartig ausgebildet, um die Oberfläche (weiter) zu vergrößern und so den Gasaustausch über das vorzugsweise gas- bzw. CO2-durchlässige Bodenmaterial zu verbessern.
  • Die Flachbetten 2 sind wahlweise fest oder auswechselbar in den Bioreaktor 1 bzw. das Gestell 4 eingebaut.
  • Das Medium 3 wird vorzugsweise in Form eines Substrat-Organismen-Gemisches (also beispielsweise Wasser mit Wasserlinsen 18 und/oder Algen 19) dem Bioreaktor 1 bzw. den Flachbetten 2 – hier vorzugsweise über den Zulauf 12 – zugeführt. Die Zuführung und damit die Weiterleitung erfolgen vorzugsweise diskontinuierlich oder kontinuierlich bei nur sehr geringer Fließgeschwindigkeit.
  • Der kaskadenartige Übertritt von einem Flachbett 2 zum Nächsten minimiert die Scherkräfte, die auf die mitgeführten Spezies bzw. Organismen, wie Wasserlinsen 18 und/oder Algen 19, wirken.
  • Vorzugsweise weist jedes Flachbett 2 eine sogenannte Tropfkante auf, um sicherzustellen, daß das Medium 3 nicht am Boden 6 des jeweiligen Flachbetts 2 entlang läuft.
  • Wie bereits erwähnt, sind die Überläufe 7 vorzugsweise abwechselnd auf entgegengesetzten Seiten angeordnet, so daß sich ein vorzugsweise serpentinenartiger oder meanderförmiger Gesamtfluß durch den Bioreaktor 1 ergibt.
  • Die Wachstumsbeeinträchtigung ist für die relativ empfindlichen Wasserlinsen 18 auch bei kontinuierlichem Betrieb – insbesondere aufgrund der geringen mittleren Fließgeschwindigkeit – vernachlässigbar gering. Bei diskontinuierlichem Betrieb wird die in den Flachbetten 2 gebildete Biomasse durch das aus einem Vorrat über den Zulauf 12 oder auf sonstige Weise schubartige Nachströmen, vorzugsweise mit frischen Organismen beladene Substrat bzw. Medium 3 verdrängt und kann bei Austritt aus dem Bioreaktor 1 – hier über den Ablauf 13 – geerntet werden.
  • Für die rasche Leerung und Säuberung des Bioreaktors 1 sind die Überläufe 7 vorzugsweise manuell oder anderweitig in ihrer Stauhöhe verstellbar.
  • Bei alleiniger Nutzung des Bioreaktors 1 für die Kultur von Wasserlinsen 18 entfallt ein verhältnismäßig aufwendiger Konzentrierungsprozeß, der bei Algen 19 mit der Separierung der Biomasse verbunden ist. Bei den Wasserlinsen 18 genügt hingegen eine einfache Filtration, beispielsweise über Gazenetze hinter dem Ablauf 13 und/oder in der Sammelwanne des Bioreaktors 1 oder an einer sonstigen geeigneten Stelle im Bioreaktor 1, um die Frischmasse vom Substrat bzw. Medium 3 abzutrennen.
  • Der vorzugsweise sehr geringe Abstand zwischen den Flachbetten 2 erfordert eine entsprechende Anpassung der Beleuchtungseinrichtung 10. Hier bieten sich mehrere Alternativen an:
    • a) Es kann eine Beleuchtung über Lichtleiter an der Unterseite bzw. über die Böden der Flachbetten 2 erfolgen, wie bereits angesprochen. Das Licht wird dann vorzugsweise von einem Lichtsammler mit Tageslicht bzw. nachts mit Leuchtdioden-Licht, insbesondere mit einer Mischung der Wellenlängen von ca. 480 und 720 nm versorgt. Die Lichtverteilung über die Lichtleiter wird nach oben und unten so gewählt, daß sowohl die in dem darunter liegenden Flachbett 2 wachsenden Wasserlinsen 18 direkt beleuchtet werden, als auch die in dem darüber liegenden Flachbett 2 befindlichen Mirkoalgen 19 durch den transparenten Boden 6 hindurch Licht erhalten. Als Führungs- und Stabilisierungselemente für die Lichtleiter bzw. Lichtleitfasern eignen sich insbesondere Doppelstegplatten mit angepaßter Stärke und Stegdimensionierung, also insbesondere sowohl für das Gestell 4 als auch für die Böden 6. Die Zuführung der Lichtleitfasern kann über die schmalen Stirnseiten und/oder über die breiten Seitenflächen erfolgen.
    • b) Es erfolgt eine Beleuchtung direkt über vorzugsweise seitlich in Höhe der jeweiligen Flachbetten 2 einstrahlende Leuchtdioden, insbesondere also durch den transparenten Seitenrand 5 hindurch in das Medium 3. Die Leuchtdioden sind dann vorzugsweise in entsprechenden Reihen angeordnet. Vorzugsweise werden 3 mm Leuchtdioden verwendet. Bei einer Breite der Flachbetten 2 von beispielsweise bis zu 15 cm kann bei einseitiger Einstrahlung noch eine ausreichende Beleuchtungsintensität für optimales Wachstum erreicht werden, wie Vorversuche gezeigt haben. Generell und insbesondere bei breiteren Flachbetten 2 kann der Einsatz von wasserdichten Leuchtdioden erfolgen, also beispielsweise können die Leuchtdioden auch mit in das Flachbett 2 gelegt werden. Entsprechendes gilt natürlich auch für die Lichtleitfasern oder sonstige Leuchtmittel. Diese können ebenfalls also auch direkt in das jeweilige Flachbett 2 gelegt werden und/oder in den Boden 6 mit aufgenommen werden.
    • c) Es erfolgt eine Beleuchtung von der Seite mit einem Lichtleiter bzw. Leuchtmittels in Form eines optisch leuchtenden Films, der insbesondere von einem Lichtsammler mit Tageslicht und/oder Leuchtdioden-Licht, vorzugsweise mit einer Mischung der Wellenlängen von ca. 480 und 720 nm, versorgt wird.
  • Die Oberfläche des Mediums 3 bzw. die geringe Filmschichtdicke des Mediums 3 gestattet einen sehr guten Gasaustausch in Kombination mit der vorgesehenen Oberflächenbelüftung (hier durch den Gaseinlaß 16 und Gasauslaß 17) ohne daß eine turbulente Durchmischung des Mediums 3 nötig ist.
  • In Abhängigkeit von der umgebenden Gaskonzentration, insbesondere CO2-Konzentration, gewährleisten Diffusionsvorgänge über den Luftraum und über das vorzugsweise gasdurchlässige Boden- oder Flachbettmaterial eine ausreichende Gasversorgung, insbesondere CO2-Versorgung, der Organismen bzw. Spezies.
  • Die Kombination aus Flachbettkultur und optimaler Beleuchtung ermöglicht, anders als in bisherigen Kultursystemen, eine kontinuierliche bzw. semikontinuierliche Biomasseproduktion im Bereich der artspezifisch maximalen Wachstumsrate. Vorläufige Experimente belegen eine maximale Verdoppelungszeit für Wasserlinsen 18 der Gattung Wolffia von unter 2 Tagen. Dies ist außerordentlich hoch.
  • Das vorschlagsgemäße Verfahren kann durch die Anordnung von einzelnen Bioreaktor-Modulen oder Quadern, die vorzugsweise über- und/oder nebeneinander angeordnet werden können, besonders bevorzugt modulartig erweitert werden.
  • Die Kultur bzw. Biomasseerzeugung kann sowohl unter sterilen als auch unter untersterilen Bedingungen erfolgen.
  • Besonders hervorzuheben ist, daß der vorschlagsgemäße oder ein ähnlicher Flachbett-Kaskaden-Bioreaktor 1 sich besonders gut für eine emerse Kultur einer lebenden Spezies insbesondere von Wasserlinsen 18, besonders bevorzugt der Gattung Wolffia eignet und zu außerordentlich guten Wachstumsraten führt.
  • Weiter ist hervorzuheben, daß die simultane Kultur von Wasserlinsen 18 und Mikroalgen 19, insbesondere in dem vorschlagsgemäßen Flachbett-Kaskaden-Bioreaktor 1, auf sehr effektive Weise und bei geringem Platzbedarf eine Biomasseerzeugung gestattet.
  • Außerdem ist hervorzuheben, daß das gleichzeitige Beleuchten von in dünner Schicht kultivierten lebenden Spezies über Lichtleitfasern, Leuchtdioden und/oder mit Hilfe von OLFs bei sehr guter Energieausnutzung eine sehr effektive Biomasseerzeugung gestattet.
  • Schließlich ist auch hervorzuheben, daß bisher keine vergleichbare Kulturmethode für Wasserlinsen 18 alleine oder in Kombination mit Algen 19 bzw. Mikroalgen 19 bei der Kohlendioxid-Sequestrierung bzw. zur Biomasseerzeugung vorgeschlagen werden.
    • 1
    Bioreaktor
    2
    Flachbett
    3
    Medium
    4
    Gestell
    5
    Seitenrand
    6
    Boden
    7
    Überlauf
    8
    Halteelement
    9
    Halteabschnitt
    10
    Beleuchtungseinrichtung
    11
    Leuchtmittel
    12
    Zulauf
    13
    Ablauf
    14
    Gas
    15
    Gaszufuhreinrichtung
    16
    Gaseinlaß
    17
    Gasauslaß
    18
    Wasserlinsen
    19
    Algen

Claims (20)

  1. Bioreaktor (1) zur Biomasseerzeugung durch mindestens eine lebende Spezies, mit übereinander angeordneten Flachbetten (2) für ein die lebende Spezies enthaltendes Medium (3).
  2. Bioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbetten (2) transparente und/oder gasdurchlässige Böden (6) aufweisen.
  3. Bioreaktor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbetten (2) eingehängt und/oder wechselbar sind.
  4. Bioreaktor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachbetten (2) schalenartig ausgebildet und/oder Überläufe (7) für das Medium (3) aufweisen.
  5. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) derart ausgebildet ist, daß das Medium (3) die Flachbetten (2) nacheinander, insbesondere mäanderförmig, durchfließt.
  6. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) bzw. die Flachbetten (2) derart ausgebildet ist bzw. sind, daß die Schichtdicke bzw. Höhe des Mediums (3) in den Flachbetten (2) höchstens 10 mm, vorzugsweise weniger als 8 mm, insbesondere im wesentlichen 5 mm oder weniger, beträgt.
  7. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) mindestens eine zwischen Flachbetten (2) und/oder an einem Boden (6) eines Flachbetts (2) angeordnete Beleuchtungseinrichtung (10), insbesondere zwischen jedem Flachbett (2) jeweils Leuchtmittel (11), aufweist.
  8. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) Lichtleiter entlang von Böden (6) der Flachbetten (2) aufweist.
  9. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) derart ausgebildet ist, daß mindestens eine Spezies eine emerse Kultur bildet.
  10. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) derart ausgebildet ist, daß mindestens eine Spezies eine submerse Kultur bildet.
  11. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) gemäß Anspruch 12 oder 13 ausgebildet ist.
  12. Bioreaktor (1) zur Biomasseerzeugung durch mindestens eine lebende Spezies, mit mindestens einer emersen Kultur einer Spezies und mindestens einer submersen Kultur einer anderen Spezies.
  13. Bioreaktor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) als biologisch aktive Spezies sowohl Wasserlinsen (18) als auch Algen (19) enthält.
  14. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) als biologisch aktive Spezies Wasserlinsen (18), insbesondere der Gattung Wolffia, und/oder Algen (19), insbesondere Mikroalgen, enthält.
  15. Bioreaktor (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bioreaktor (1) und/oder die Spezies photoaktiv und/oder biologisch aktiv ist.
  16. Verfahren zur Biomasseerzeugung durch mindestens eine lebende Spezies, wobei ein Medium (3) mit Wasserlinsen (18) als lebende, eine emerse Kultur bildende Spezies durch ein Flachbett (2) geleitet wird, wobei die Durchleitung diskontinuierlich und/oder mit einer mittleren Fließgeschwindigkeit von weniger als 0,1 m/s erfolgt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) durch einen Biorektor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15 geleitet wird.
  18. Verwendung einer emersen Kultur von Wasserlinsen (18) und einer submersen Kultur von Algen (19) zur Biomasseerzeugung, wobei die beiden Kulturen zusammen durch mindestens ein Flachbett (2) geleitet und beleuchtet werden.
  19. Verwendung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserlinsen (18) der Gattung Wolffia verwendet werden.
  20. Verwendung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß Mikroalgen verwendet werden.
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