DE202013011727U1 - Bioreactor element - Google Patents

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Abstract

Bioreaktor-Element mit erheblicher Längsausdehnung und einer zumindest teilweise transparenten Wandung (2) aus Kunststoff zur Durchleitung einer mit Mikroorganismen beimpften Nährmittellösung (1) zur Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktor-Element einstückig ausgeführt ist und mehrere parallele Kanäle (3, 4, 5) besitzt, von denen wenigstens ein Nährmittel-Kanal (3) von der Nährmittellösung (1) und zumindest ein Beeinflussungs-Kanal (4, 5) von einem, die Herstellung der Biomasse beeinflussenden Fluid durchströmt wird.Bioreactor element with considerable longitudinal expansion and an at least partially transparent wall (2) made of plastic for the passage of a nutrient solution (1) inoculated with microorganisms for the production of biomass by photosynthesis, characterized in that the bioreactor element is designed in one piece and several parallel channels ( 3, 4, 5), of which at least one nutrient channel (3) is flowed through by the nutrient solution (1) and at least one influencing channel (4, 5) is flowed through by a fluid which influences the production of the biomass.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bioreaktor-Element mit erheblicher Längsausdehnung und einer zumindest teilweise transparenten Wandung aus Kunststoff zur Durchleitung einer mit Mikroorganismen beimpften Nährmittellösung zur Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese.The invention relates to a bioreactor element with considerable longitudinal extent and an at least partially transparent wall made of plastic for the passage of a microorganism inoculated nutrient solution for the production of biomass by means of photosynthesis.

Die Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese ist seit längerer Zeit bekannt und wird u. a. in der DE 198 14 253 beschrieben. Dabei kommen zunehmend geschlossene Systeme in Form von Platten- oder Röhrenreaktoren zum Einsatz, die direkt oder indirekt über Lichtleitsysteme mit Sonnenlicht oder künstlichem Licht bestrahlt werden. In geschlossenen Systemen lassen sich die Prozessbedingungen wie Nährstoffgehalt, Temperatur, Lichtintensität und CO2-Versorgung wesentlich genauer steuern als in offenen Anordnungen. Dabei hat es sich jedoch gezeigt, dass die Effizienz der Biomasse-Herstellung oft nicht hoch genug oder der Herstellungsaufwand für den Bioreaktor zu groß ist.The production of biomass by means of photosynthesis has long been known and is used inter alia in the DE 198 14 253 described. Increasingly closed systems in the form of plate or tube reactors are used, which are irradiated directly or indirectly via light-guiding systems with sunlight or artificial light. In closed systems, the process conditions such as nutrient content, temperature, light intensity and CO 2 supply can be controlled much more accurately than in open arrangements. However, it has been shown that the efficiency of the biomass production is often not high enough or the production cost of the bioreactor is too large.

Die Aufgabe der Erfindung ist es daher die Effizienz der Biomasseherstellung mit möglichst geringem Aufwand zu steigern.The object of the invention is therefore to increase the efficiency of biomass production with the least possible effort.

Erfindungsgemäß wurde die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Element einstöckig ausgeführt ist und mehrere parallele Kanäle besitzt, von denen wenigstens ein Nährmittel-Kanal von der Nährmittellösung und zumindest ein Beeinflussungs-Kanal von einem, die Herstellung der Biomasse beeinflussenden Fluid durchströmt wird.According to the invention the object has been achieved in that the element is designed in one piece and has a plurality of parallel channels, of which at least one nutrient channel is traversed by the nutrient solution and at least one influencing channel of a, the production of the biomass influencing fluid.

Während das Fluid des Beeinflussungskanals zur Steigerung der Effizienz der Photosynthese genutzt werden kann, wird über die einstückige Ausführung der Herstellungsaufwand erheblich minimiert und für eine möglichst große Kontaktfläche zwischen Nährmittel-Kanal und Beeinflussungs-Kanal gesorgt. Außerdem entfallen durch die Einstückigkeit auch Abdichtungsprobleme, mit denen ansonsten bei einem langen, aus mehreren hintereinander angeordneten Segmenten zusammengesetzten Reaktor gerechnet werden muss.While the fluid of the influencing channel can be used to increase the efficiency of photosynthesis, the one-piece design of the manufacturing effort is significantly minimized and provided for as large a contact surface between nutrient channel and influencing channel. In addition, the one-piece design also eliminates sealing problems which otherwise have to be reckoned with in the case of a long reactor composed of a plurality of successively arranged segments.

In Abhängigkeit von den Einsatzbedingungen und den Mikroorganismen kann es vorteilhaft sein, wenn das Fluid von einem Kühl- oder Heizfluid, vorzugsweise von einer Kühl- oder Heizflüssigkeit gebildet wird und so die Temperatur im Nährmittel-Kanal beeinflusst wird.Depending on the conditions of use and the microorganisms, it can be advantageous if the fluid is formed by a cooling or heating fluid, preferably by a cooling or heating fluid, and thus the temperature in the nutrient channel is influenced.

Des Weiteren kann die Aktivität der Mikroorganismen noch dadurch gefördert werden, dass das Fluid licht-reflektierende und/oder licht-brechende und/oder den Durchtritt wenigstens einer bestimmten Wellenlänge des Lichts behindernde Licht-Elemente mit sich führt und der Beeinflussungs-Kanal bezüglich des Lichteinfalls vor dem Nährmittel-Kanal angeordnet ist. Beispielsweise kann über mit dem Fluid mitschwimmende, lichtreflektierende, fluoreszierende oder die Wellenlänge des Lichts verändernde Licht-Elemente in Form kleiner Partikel die Lichteinwirkung auf die Mikroorganismen ständig verändert werden.Furthermore, the activity of the microorganisms can be further promoted by the fact that the fluid carries light-reflecting and / or light-refracting and / or obstructing the passage of at least a certain wavelength of light obstructing light elements and the influencing channel with respect to the light is arranged in front of the nutrient channel. By way of example, the effect of light on the microorganisms can be constantly changed by way of small particles which are co-floating with the fluid, light-reflecting, fluorescent or changing the wavelength of the light.

Um den Prozess der Photosynthese auch bei sich ändernden Umwelteinflüssen, wie Lichteinstrahlung und Temperatur aber auch bei sich ändernder Beschaffenheit der Nährmittellösung inklusive ihrer Mikroorganismen steuern zu können, sollten die Zusammensetzung des Fluids und/oder dessen Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Umfang der mitgeführten Licht-Elemente und/oder die Art der mitgeführten Licht-Elemente und/oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Arten von Licht-Elementen veränderbar sein.In order to be able to control the process of photosynthesis even with changing environmental influences, such as light irradiation and temperature but also with changing nature of the nutrient solution including its microorganisms, should the composition of the fluid and / or its flow rate and / or the scope of the entrained light elements and / or the nature of the entrained light elements and / or the composition of different types of light elements be changeable.

Die Lichteinwirkung auf den Nährmittel-Kanal lässt sich alternativ oder ergänzend auf einfache Weise auch durch eine zumindest teilweise Beschichtung oder Beklebung der Wandung des Bioreaktor-Elementes vorzugsweise von außen beeinflussen. Gleiches gilt, wenn die Wandung des Bioreaktor-Elementes oder ein bezüglich des Lichteinfalls vor einem Nährmittel-Kanal angeordneter Beeinflussungs-Kanal ein optisches Prisma bildet.The light effect on the nutrient channel can be alternatively or additionally easily influenced by an at least partial coating or gluing of the wall of the bioreactor element, preferably from the outside. The same applies if the wall of the bioreactor element or an influencing channel arranged with respect to the light incidence in front of a nutrient channel forms an optical prism.

Außerdem kann es von Vorteil sein, wenn zumindest einem, vorzugsweise allen Nährmittel-Kanälen jeweils mehrere Beeinflussungs-Kanäle zugeordnet sind. Einerseits können hierdurch mehrere Beeinflussungs-Kanäle zur Temperierung genutzt werden und andererseits bietet dies auch die Möglichkeit wenigstens einen Beeinflussungs-Kanal zur Zugabe von CO2 in die Nährmittellösung zu verwenden, weshalb dieser CO2-führende Beeinflussungs-Kanal mit dem entsprechenden Nährmittel-Kanal in Verbindung steht.In addition, it may be advantageous if at least one, preferably all nutrient channels each have multiple influencing channels assigned. On the one hand, this allows several influencing channels to be used for temperature control and, on the other hand, also offers the possibility of using at least one influencing channel for adding CO 2 into the nutrient solution, which is why this CO 2 -effecting influencing channel with the corresponding nutrient channel in Connection stands.

Da die Aktivität der Mikroorganismen durch die Zugabe von CO2 wesentlich gesteigert wird, sollte generell zumindest einem Nährmittel-Kanal wenigstens eine Dosiervorrichtung zur Zugabe von CO2 in die Nährmittellösung zugeordnet sein.Since the activity of the microorganisms is substantially increased by the addition of CO 2 , at least one dosing device should generally be assigned to at least one nutrient channel for the addition of CO 2 into the nutrient solution.

Um die Herstellung sehr langer Bioreaktor-Elemente mit möglichst geringem Aufwand zu ermöglichen, sollten diese mittels Extrusionsverfahren in unmittelbarer Nähe ihres Einsatzortes hergestellt werden. Mit Vorteil wird die zur Herstellung der Elemente verwendete Extrusionsmasse dabei von thermoplastischem Kunststoff, insbesondere PMMA, PC, PE, PET oder PVC gebildet. In diesem Fall können die gebrauchten Elemente nach der Zerkleinerung und gegebenenfalls auch einer Reinigung zur Wiederverwendung des Materials dem Extruder zugeführt oder anderweitig wiederverwendet werden.In order to enable the production of very long bioreactor elements with the least possible effort, they should be made by extrusion in the immediate vicinity of their place of use. Advantageously, the extrusion composition used for the production of the elements is formed by thermoplastic material, in particular PMMA, PC, PE, PET or PVC. In this case, the used elements after comminution and possibly also a cleaning for Reuse of the material fed to the extruder or otherwise reused.

Dabei sollte während der Herstellung des Bioreaktor-Elementes außerhalb des Extruders auf das, den Extruder, insbesondere seine Abzugsvorrichtung verlassende Ende des Elementes eine Zugkraft einwirken, welche den Beginn des Bioreaktor-Elementes vom Extruder wegzieht.In this case, during the production of the bioreactor element outside of the extruder on the extruder, in particular its exhaust device leaving end of the element act a tensile force, which pulls the beginning of the bioreactor element from the extruder.

Durch die Herstellung der Bioreaktor-Elemente in der Nähe ihres Einsatzortes entfallen die Transportprobleme, da so nur die Extrusionsvorrichtung sowie die Rohstoffe transportiert werden müssen. Über die Zugkraft kann das Bioreaktor-Element in eine Position gezogen werden, die die weitere Montage erleichtert. Außerdem können hierdurch auch Materialien für die Bioreaktor-Elemente zum Einsatz kommen, die nur wenig elastisch und/oder wenig belastbar sind. Dies ermöglicht problemlos die Herstellung von Biorekator-Elementen mit einer Länge von mehr als 25, vorzugsweise mehr als 50 und insbesondere mehr als 100 m.The production of the bioreactor elements in the vicinity of their location eliminates the transport problems, since so only the extrusion device and the raw materials must be transported. About the tensile force, the bioreactor element can be pulled into a position that facilitates further assembly. In addition, this also materials for the bioreactor elements can be used, which are only slightly elastic and / or less resilient. This easily enables the production of Biorekator elements with a length of more than 25, preferably more than 50 and in particular more than 100 m.

Um den Extruder möglichst umfassend einsetzen zu können, ist es von Vorteil, wenn dieser mobil ausgeführt, d. h. insbesondere auf einem Fahrzeug montiert ist. Auf diese Weise kann der Extruder nach Bedarf einfach zu den entsprechenden Einsatzorten der Bioreaktor-Elemente transportiert werden. Dabei ist es außerdem vorteilhaft, wenn dem Extruder eine Schneid- oder Schredder-Vorrichtung zur Zerkleinerung und vorzugsweise auch eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung gebrauchter Bioreaktor-Elemente zugeordnet sind. Sollen bestehende Bioreaktor-Elemente ersetzt werden, so können diese entsprechend zerkleinert und bei Bedarf auch gereinigt werden. Allein dies kann den Abtransport der gebrauchten Bioreaktor-Elemente sehr erleichtern. Außerdem könnten die Partikel der zerkleinerten Elemente bei der Herstellung neuer Rohr- oder Profil-Elemente wiederverwendet werden.In order to use the extruder as fully as possible, it is advantageous if this carried out mobile, d. H. in particular mounted on a vehicle. In this way, the extruder can be easily transported as needed to the appropriate locations of the bioreactor elements. It is also advantageous if the extruder is associated with a cutting or shredding device for comminution and preferably also a cleaning device for cleaning used bioreactor elements. If existing bioreactor elements are to be replaced, they can be shredded accordingly and, if necessary, also be cleaned. This alone can greatly facilitate the removal of the used bioreactor elements. In addition, the particles of the shredded elements could be reused in the production of new pipe or profile elements.

Den Transport des Bioreaktor-Elementes aus dem Extruder übernimmt eine bekannte Abzugsvorrichtung desselben, welche meist zwei oder mehrere Raupenketten besitzt. Hierzu liegt das Bioreaktor-Element zwischen den gegeneinander gedrückten Laufflächen der Ketten.The transport of the bioreactor element from the extruder takes over a known take-off device thereof, which usually has two or more caterpillar tracks. For this purpose, the bioreactor element lies between the mutually pressed running surfaces of the chains.

Die außerhalb des Extruders auf das, den Extruder verlassende Ende einwirkende und den Beginn des Bioreaktor-Elementes vom Extruder wegziehende Zugkraft sollte von einer Zugvorrichtung aufgebracht werden, deren Zugkraft und/oder Position veränderbar ist. Dies kann vor allem bei sehr langen Bioreaktor-Elementen von Vorteil sein. Alternativ ist es aber auch möglich, dass der Beginn des Bioreaktor-Elementes fixiert und die Zugkraft durch ein Wegbewegen des Extruders erzeugt wird, was bei einer mobilen Montierung des Extruders problemlos möglich sein sollte.The pulling force exerted outside the extruder on the end leaving the extruder and pulling away from the extruder the beginning of the bioreactor element should be applied by a pulling device whose traction and / or position can be varied. This can be particularly advantageous for very long bioreactor elements. Alternatively, it is also possible that the beginning of the bioreactor element fixed and the tensile force is generated by moving away the extruder, which should be easily possible with a mobile mounting of the extruder.

Unabhängig von der Art der Erzeugung der Zugkraft ist es ebenso vorteilhaft, wenn die Zugkraft in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit des Bioreaktor-Elementes am Ausgang des Extruders, insbesondere der Laufgeschwindigkeit der Abzugsvorrichtung und/oder der aktuell hergestellten Länge des Bioreaktor-Elementes eingestellt oder gesteuert wird.Regardless of the type of generating the tensile force, it is also advantageous if the tensile force is set or controlled in dependence on the running speed of the bioreactor element at the outlet of the extruder, in particular the speed of the take-off device and / or the currently produced length of the bioreactor element ,

Des Weiteren kann die Beanspruchung der Bioreaktor-Elemente durch die Zugkraft insbesondere bei der Herstellung sehr langer Bioreaktor-Elemente dadurch vermindert werden, dass das Bioreaktor-Element während der Herstellung zwischen Extruder und dem Beginn des Bioreaktor-Elementes auf wenigstens einer Führungsvorrichtung abgestützt wird, welche in Zugrichtung der Zugvorrichtung beweglich ist oder sich in Zugrichtung bewegende, insbesondere rotierende Führungselemente besitzt.Furthermore, the stress of the bioreactor elements can be reduced by the tensile force, in particular in the production of very long bioreactor elements in that the bioreactor element is supported during manufacture between the extruder and the beginning of the bioreactor element on at least one guide device which in the pulling direction of the pulling device is movable or has moving in the pulling direction, in particular rotating guide elements.

Durch die Herstellung in der Nähe des Einsatzortes können auch Bioreaktor-Elemente mit mehreren Beeinflussungs-Kanälen oder besonderen Querschnittsformen einstückig in sehr großen Längen hergestellt werden. Hierdurch vermindern sich die Abdichtungsprobleme bei den Kanälen erheblich, da die Bioreaktor-Elemente nicht mehr aus einer Vielzahl von Teil-Elementen zusammengefügt werden müssen.Bioreactor elements having multiple interference channels or particular cross-sectional shapes can also be made in one piece in very long lengths by manufacturing near the site of use. As a result, the sealing problems in the channels reduce considerably, since the bioreactor elements no longer have to be assembled from a plurality of sub-elements.

Fehlt den Bioreaktor-Elementen, im Wesentlichen ihrer Wandung eine ausreichende Stabilität, so ist es möglich den Formerhalt über Druckluft zu unterstützen. Hierzu werden die Kanäle am, den Extruder verlassende Ende luftdicht verschlossen und während der Herstellung des Bioreaktor-Elements vom Extrusionswerkzeug des Extruders her mit Druckluft gefüllt.If the bioreactor elements lack sufficient stability, essentially their walls, it is possible to support the retention of shape via compressed air. For this purpose, the channels are hermetically sealed at the end leaving the extruder and filled with compressed air during the production of the bioreactor element from the extrusion tool of the extruder.

Die Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese ist allgemein bekannt, wobei zunehmend geschlossene Systeme in Form von Röhrenreaktoren zum Einsatz kommen, die direkt oder indirekt über Lichtleitsysteme mit Sonnenlicht oder künstlichem Licht bestrahlt werden.The production of biomass by means of photosynthesis is well known, with increasingly closed systems in the form of tubular reactors are used, which are irradiated directly or indirectly via light control systems with sunlight or artificial light.

Im Interesse einer kostengünstigen Konstruktion werden die transparenten Rohre oder flexiblen Schläuche hierbei meist horizontal verlegt. Beim Übergang zu Großanlagen erwiesen sich bisher die Herstellung und der Transport langer Elemente bzw. die Abdichtung zu verbindender Segmente insbesondere bei mehrkanaliger Ausbildung als Hemmnis.In the interest of cost-effective construction, the transparent tubes or flexible hoses are usually laid horizontally. In the transition to large-scale systems, the production and transport of long elements or the sealing of segments to be joined proved hitherto as an obstacle, especially in the case of multi-channel training.

Um die Montage und/oder spätere Fixierung der Bioreaktor-Elemente in einer Stützvorrichtung der Anlage zu erleichtern, sollte das Bioreaktor-Element zwischen seinen Enden wenigstens eine, vorzugsweise im oberen Bereich angeordnete Haltevorrichtung zur Verbindung mit einer das Bioreaktor-Element tragenden Stützvorrichtung besitzen.In order to facilitate the assembly and / or later fixation of the bioreactor elements in a supporting device of the plant, the bioreactor element between its ends should have at least one, preferably arranged in the upper region holding device for connection to a bioreactor element bearing support device.

Nachfolgend soll die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der beigefügten Zeichnung zeigt:The invention will be explained in more detail below with reference to several exemplary embodiments. In the attached drawing shows:

1: einen Querschnitt durch ein einfach aufgebautes Bioreaktor-Element; 1 a cross-section through a simply constructed bioreactor element;

2: einen Querschnitt durch ein Bioreaktor-Element mit prismatischer Außenwandung; 2 a cross-section through a bioreactor element with prismatic outer wall;

3: einen Querschnitt durch ein Bioreaktor-Element mit mehreren, unterschiedlichen Beeinflussungs-Kanälen 4, 5; 3 FIG. 2: a cross-section through a bioreactor element with several different influencing channels. FIG 4 . 5 ;

4: ein Anlagenschema zur Herstellung des Bioreaktor-Elementes; 4 : a plant scheme for the production of the bioreactor element;

5: einen Querschnitt durch die Führungsvorrichtung 10 der Herstellungsanlage; 5 : a cross section through the guide device 10 the manufacturing plant;

6: ein Bioreaktor-Element mit zwei Beeinflussungs-Kanälen (4, 5) und 6 : a bioreactor element with two influencing channels ( 4 . 5 ) and

7: ein Koppelelement 12 zur Befestigung mehrerer Bioreaktor-Elemente. 7 : a coupling element 12 for fixing several bioreactor elements.

Die Bioreaktor-Elemente dienen der Produktion von phototropen Organismen und Zellkulturen unter Lichteinwirkung, weshalb diese Elemente aus einem ganz oder teilweise transparenten Kunststoff gefertigt werden.The bioreactor elements are used to produce photochromic organisms and cell cultures under the action of light, which is why these elements are made of a completely or partially transparent plastic.

Zur Herstellung sehr langer, einstückiger Bioreaktor-Elemente eignet sich insbesondere das Extrusionsverfahren, bei dem eine feste bis dickflüssige und härtbare Masse unter Druck kontinuierlich aus einer formgebenden Düse des Extruders 8 gepresst wird. Dabei können komplexe Strukturen gebildet und weiche wie auch spröde Materialien verarbeitet werden. Wegen der umfassenden Einsatzmöglichkeiten wird die zur Herstellung der Bioreaktor-Elemente verwendete Extrusionsmasse hier von thermoplastischem Kunststoff, insbesondere PMMA, PC, PE, PET oder PVC gebildet.For the production of very long, one-piece bioreactor elements, in particular the extrusion process is suitable in which a solid to viscous and hardenable mass under pressure continuously from a shaping nozzle of the extruder 8th is pressed. Complex structures can be formed and soft as well as brittle materials can be processed. Because of the wide range of possible uses, the extrusion composition used for producing the bioreactor elements is formed here by thermoplastic material, in particular PMMA, PC, PE, PET or PVC.

Nach dem Austritt aus der Düse erstarrt der Kunststoff in einer folgenden und meist wassergekühlten Kalibrierung des Extruders 8. Zur Bildung von Rohr- oder Profil-Elementen besitzt die Kalibrierung oft eine Kalibrierhülse, die dem Formerhalt des Bioreaktor-Elementes dient. Dabei wird das Bioreaktor-Element über Vakuum an die Innenwand der Kalibrierhülse gesaugt. Auch wenn das Bioreaktor-Element wie hier mehrere Kanäle 3, 4, 5 besitzt, so können diese auch am, den Extruder 8 verlassende Ende luftdicht verschlossen werden. So ist es möglich, im Inneren der Kanäle 3, 4, 5 während der Herstellung des Bioreaktor-Elements vom Extrusionswerkzeug des Extruders 8 her einen Luftüberdruck zu erzeugen und so das Bioreaktor-Element von innen zu stützen. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von Bioreaktor-Elementen mit geringer Eigenstabilität erforderlich sein.After leaving the nozzle, the plastic solidifies in a subsequent and usually water-cooled calibration of the extruder 8th , For the formation of pipe or profile elements, the calibration often has a calibration sleeve, which serves to retain the shape of the bioreactor element. The bioreactor element is sucked by vacuum onto the inner wall of the calibration sleeve. Even if the bioreactor element like here several channels 3 . 4 . 5 owns, so these can also on, the extruder 8th leaving end to be hermetically sealed. So it is possible inside the channels 3 . 4 . 5 during the manufacture of the bioreactor element from the extrusion die of the extruder 8th To create an air pressure and thus support the bioreactor element from the inside. This may be necessary in particular in the production of bioreactor elements with low intrinsic stability.

Nach der Kalibrierung schließt sich in der Regel noch eine Abzugsvorrichtung des Extruders 8 an, die das Bioreaktor-Element beispielsweise über sich in Transportrichtung bewegende und gegen das Bioreaktor-Element gedrückte Laufflächen aus dem Extruder 8 befördert.After calibration, usually still another extraction device of the extruder closes 8th on, the bioreactor element, for example, over in the transport direction moving and pressed against the bioreactor element treads from the extruder 8th promoted.

Um die Transportprobleme bei sehr langen Bioreaktor-Elementen zu vermeiden und die Herstellung sehr langer Bioreaktor-Elemente insbesondere auch mit mehreren Kanälen 3, 4, 5 zu erleichtern, erfolgt deren Herstellung in unmittelbarer Nähe ihres Einsatzortes. Hierbei wirkt außerhalb des Extruders 8 auf das, den Extruder 8, insbesondere seine Abzugsvorrichtung verlassende Ende des Elementes eine Zugkraft ein, welche den Beginn des Bioreaktor-Elementes vom Extruder 8 wegzieht. Auf diese Weise können problemlos und kostengünstig Bioreaktor-Elemente mit einer Länge von mehr als 25 m oder gar mehr als 50 m hergestellt werden. Durch die einstückige Fertigung großer Langen entfallen die Abdichtungsprobleme, die sich ansonsten beim Zusammensetzen aus einzelnen Segmenten ergeben würden. Dabei kann die Strecke nach dem Extruder 8, d. h. auch nach der Abzugsvorrichtung zur Abkühlung des Bioreaktor-Elementes genutzt werden.To avoid the transport problems with very long bioreactor elements and the production of very long bioreactor elements especially with multiple channels 3 . 4 . 5 To facilitate, their production takes place in the immediate vicinity of their place of use. This works outside of the extruder 8th on that, the extruder 8th , in particular its exhaust device leaving end of the element, a tensile force, which is the beginning of the bioreactor element from the extruder 8th pulls away. In this way, bioreactor elements with a length of more than 25 m or even more than 50 m can be produced easily and inexpensively. The one-piece production of large lengths eliminates the sealing problems that would otherwise result in the assembly of individual segments. In this case, the route to the extruder 8th , ie be used after the trigger device for cooling the bioreactor element.

Damit der Extruder trotz der Herstellung vor Ort umfassend einsetzbar ist, sollte dieser mobil ausgeführt sein. Hierzu bietet sich die Montage des Extruders 8 auf einem LKW an, von dessen Ladefläche dann der Beginn des Bioreaktor-Elementes weggezogen wird. Im Ergebnis soll durch das Ziehen des Bioreaktor-Elementes dieses möglichst nahe zum Einbauort gebracht werden.So that the extruder can be used extensively in spite of the production on site, it should be designed to be mobile. For this purpose, the assembly of the extruder offers 8th on a truck, from the loading area then the beginning of the bioreactor element is pulled away. As a result, pulling the bioreactor element should bring it as close as possible to the installation site.

Um die Zugkraft auf das, den Extruder 8 verlassende Ende übertragen zu können, wird an diesem ein Koppelstück befestigt, welches gemäß 4 über ein Seil mit einer als Zugvorrichtung wirkenden Seilwinde 9 verbunden ist. Zur Vermeidung einer Überdehnung oder gar Beschädigung des Bioreaktor-Elements infolge zu großer Kräfte, wird die Zugkraft von einer Zugvorrichtung aufgebracht wird, deren Zugkraft und/oder Position veränderbar ist.To the pulling force on that, the extruder 8th To be able to transfer leaving end, a coupling piece is attached to this, which according to 4 via a rope with a winch acting as a pulling device 9 connected is. To avoid overstretching or even damage to the bioreactor element due to excessive forces, the tensile force is applied by a pulling device whose traction and / or position is variable.

Im Interesse einer möglichst geringen Beanspruchung des Bioreaktor-Elementes infolge Reibung wird dieses während der Herstellung zwischen Extruder 8 und dem Beginn des Bioreaktor-Elementes auf einer Führungsvorrichtung 10 abgestützt, die sich über die gesamte Länge des fertigen Bioreaktor-Elementes erstreckt.In the interest of the least possible stress on the bioreactor element due to friction, this is between the extruder during production 8th and the beginning of the bioreactor element on a guide device 10 supported, the extends over the entire length of the finished bioreactor element.

Hierzu besitzt die Führungsvorrichtung 10, wie in 5 dargestellt, über die gesamte Länge verteilt eine Vielzahl von rotierenden Führungselementen in Form von Führungsrollen 11. Diese Führungsrollen 11 stützen das Bioreaktor-Element von unten und führen dieses außerdem beidseitig bezüglich der Zugrichtung 13.For this purpose, the guide device has 10 , as in 5 represented, over the entire length distributed a plurality of rotating guide elements in the form of guide rollers 11 , These leadership roles 11 support the bioreactor element from below and also guide this on both sides with respect to the pulling direction 13 ,

Somit kann das, den Extruder 8 verlassende Ende des Bioreaktor-Elementes von dem Seil der Zugvorrichtung in der Führungsvorrichtung 10 bis zur Endposition gezogen werden.Thus, that, the extruder 8th leaving end of the bioreactor element of the cable of the pulling device in the guide device 10 be pulled to the final position.

Um möglichst viel Biomasse produzieren zu können, umfasst die Anlage eine Vielzahl parallel und horizontal verlaufender, sehr langgestreckter Bioreaktor-Elemente mit einer zumindest teilweise transparenten Wandung 2 aus Kunststoff, durch welche eine mit Mikroorganismen beimpfte Nährmittellösung 1 zur Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese geführt wird. Damit der Aufwand für die Lagerung der Bioreaktor-Elemente begrenzt bleibt, wird die entsprechende Stützvorrichtung für diese Bioreaktor-Elemente von mehreren entlang der Bioreaktor-Elemente angeordneten und voneinander horizontal beabstandeten, feststehenden Stützmasten gebildet. Zwischen den Stützmasten verlaufen über den jeweils zu tragenden Bioreaktor-Elementen Tragelemente, die sich auf den entsprechenden Stützmasten abstützen und mit den zu tragenden Bioreaktor-Elementen über wenigstens ein Halteelement 14 an mindestens einem, zwischen zwei benachbarten Stützmasten liegenden Abstützpunkt verbunden sind. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen den Stützmasten sehr groß sein, ohne dass die Abstützung der Bioreaktor-Elemente beeinträchtigt wird.To be able to produce as much biomass as possible, the plant comprises a plurality of parallel and horizontally extending, very elongated bioreactor elements with an at least partially transparent wall 2 plastic, through which a microorganism inoculated nutrient solution 1 for the production of biomass is guided by photosynthesis. So that the effort for the storage of bioreactor elements remains limited, the corresponding support device for these bioreactor elements is formed by a plurality of along the bioreactor elements arranged and spaced from each other horizontally, fixed support masts. Between the support masts extending over the respective bioreactor elements to be supported elements that are supported on the corresponding support poles and with the bioreactor elements to be supported via at least one holding element 14 are connected to at least one, lying between two adjacent support poles support point. In this way, the distance between the support poles can be very large, without the support of the bioreactor elements is impaired.

Selbst bei Bioreaktor-Elementen mit einer Länge von 50 m oder mehr genügt es, wenn der Abstand zwischen zwei benachbarten Stützmasten wenigstens 6 m und der Abstand zwischen zwei benachbarten Abstützpunkten zumindest 1 m beträgt.Even with bioreactor elements with a length of 50 m or more, it is sufficient if the distance between two adjacent support poles is at least 6 m and the distance between two adjacent support points is at least 1 m.

Die Tragelemente erstrecken sich annähernd über die gesamte Länge der Bioreaktor-Elemente und werden beispielhaft von einem flexiblen Stahlseil gebildet. Die Haltelemente 14 können, wie in 7 angedeutet, längenveränderbar oder aber ganz einfach als Haken geformt sein.The support elements extend approximately over the entire length of the bioreactor elements and are exemplified by a flexible steel cable. The holding elements 14 can, as in 7 indicated, variable in length or simply be shaped as a hook.

Eine derartige Stützkonstruktion ist nicht nur mit geringen Kosten, sondern auch mit einem geringen Montageaufwand verbunden.Such a support structure is not only associated with low costs, but also with a low installation cost.

Neben der indirekten Abstützung über die Trag- und Halteelemente 14 stützen sich die Bioreaktor-Elemente auch direkt auf den Stützmasten, insbesondere auf, an den Stützmasten befestigten Stützarmen ab.In addition to the indirect support on the support and holding elements 14 The bioreactor elements are also supported directly on the support masts, in particular on support arms attached to the support masts.

Für eine möglichst kompakte Anordnung sind die Bioreaktor-Elemente in mehreren übereinander liegenden, horizontal verlaufenden Reihen angeordnet. Dabei stützt sich jede, auf einer Seite der Stützmasten verlaufende Reihe von Bioreaktor-Elementen auf jeweils einem Stützarm der jeweiligen Stützmasten ab.For a compact arrangement, the bioreactor elements are arranged in a plurality of superimposed, horizontally extending rows. In this case, each row of bioreactor elements extending on one side of the support masts is supported on a respective support arm of the respective support masts.

Um eine Verbindung der Halteelemente 14 mit den Bioreaktor-Elementen zu erleichtern, können die Bioreaktor-Elemente gemäß 1 im oberen Bereich angeordnete Haltevorrichtungen 7 aufweisen.To connect the holding elements 14 to facilitate with the bioreactor elements, the bioreactor elements according to 1 arranged in the upper region holding devices 7 exhibit.

Bei der Ausführung gemäß 7 sind mehrere benachbarte Bioreaktor-Elemente im Bereich der Abstützpunkte über jeweils ein Koppelelement 12 miteinander verbunden. Die Koppelelemente 12 wiederum sind über jeweils zwei Halteelemente 14 an zwei Tragelementen befestigt.In the execution according to 7 are several adjacent bioreactor elements in the region of the support points via a respective coupling element 12 connected with each other. The coupling elements 12 in turn are each about two holding elements 14 attached to two support elements.

In ihrer einfachsten Ausführung haben die Bioreaktor-Elemente nur einen Kanal, den Nährmittel-Kanal 3 für die Nährmittellösung 1. Zur Schaffung optimaler Prozessbedingungen kann es aber notwendig sein, dass die Bioreaktor-Elemente daneben wie in den 1 bis 3 sowie 5 bis 7 einen oder mehrere Beeinflussungs-Kanäle 4, 5 aufweisen.In their simplest form, the bioreactor elements have only one channel, the nutrient channel 3 for the nutrient solution 1 , To create optimal process conditions, it may be necessary that the bioreactor elements next to it as in the 1 to 3 such as 5 to 7 one or more influencing channels 4 . 5 exhibit.

Das Extrusionsverfahren erlaubt auch bei diesen Bioreaktor-Elementen mit mehreren Kanälen 3, 4, 5 die einstückige Herstellung.The extrusion process also allows for these multi-channel bioreactor elements 3 . 4 . 5 the one-piece production.

Da die Mikroorganismen meist nur in einem schmalen Temperaturbereich optimal wirken können und sich die Bioreaktor-Elemente bzw. die darin enthaltene Nährmittellösung 1 bei intensiver Sonneneinstrahlung schnell aufheizen oder im Winter zu stark abkühlen können, wird wenigstens ein Beeinflussungs-Kanal 4 von einem Kühl- oder Heizfluid 6 durchströmt. Um die Abkühlung bzw. Aufheizung der Nährmittellösung 1 vom Beeinflussungskanal 4 her zu unterstützen, sollte der Wärmewiderstand zwischen Nährmittel-Kanal 3 und Beeinflussungs-Kanal 4 möglichst gering sein. Hilfreich ist hier eine großflächige Trennwand zwischen beiden Kanälen 3, 4. Außerdem können dem Nährmittel-Kanal 3 wie in 3, 6 und 7 auch mehrere Beeinflussungskanäle 4 für ein Heiz- oder Kühlfluid 6 zugeordnet werden. Bei der Ausführung gemäß 3 ist der Nährmittel-Kanal 3 sogar gänzlich mit derartigen Beeinflussungs-Kanälen 4 umschlossen.Since the microorganisms can usually only work optimally in a narrow temperature range and the bioreactor elements or the nutrient solution contained therein 1 If you heat up quickly in intense sunlight or cool off too much in winter, at least one influencing channel will be created 4 from a cooling or heating fluid 6 flows through. To cool or heat up the nutrient solution 1 from the influencing channel 4 Hereto, the thermal resistance between nutrient channel should support 3 and bias channel 4 be as low as possible. Helpful here is a large partition between the two channels 3 . 4 , It also allows the nutrient channel 3 as in 3 . 6 and 7 also several influencing channels 4 for a heating or cooling fluid 6 be assigned. In the execution according to 3 is the nutrient channel 3 even entirely with such influencing channels 4 enclosed.

Um den Lichteinfall bezüglich der Nährmittellösung 1 zu beeinflussen, kann die Wandung 2 des Bioreaktor-Elementes oder wie in 2 ein bezüglich des Lichteinfalls vor dem Nährmittel-Kanal 3 angeordneter Beeinflussungs-Kanal 4 ein optisches Prisma 15 bilden. Hierbei können auch mehrere Prismen 15 realisiert werden, die dabei unterschiedlich ausgerichtet sein können.To the light incidence with respect to the nutrient solution 1 can affect the wall 2 of the bioreactor element or as in 2 with respect to the light incidence in front of the nutrient channel 3 arranged influencing channel 4 an optical prism 15 form. This can also be several prisms 15 be realized, which can be oriented differently.

Für die Erzeugung der Biomasse benötigen die Mikroorganismen der Nährmittellösung 1 meist auch zusätzlich zuzuführendes CO2. Daher ist zumindest einem Nährmittel-Kanal 3 wenigstens eine Dosiervorrichtung zur Zugabe von CO2 in die Nährmittellösung 1 zugeordnet. Diese Dosiervorrichtung wird bei 3 von einem CO2-führenden Beeinflussungs-Kanal 5 gebildet wird, der über mehrere Durchbrüche mit dem Nährmittel-Kanal 3 in Verbindung steht. Alternativ kann der CO2-führende Beeinflussungs-Kanal 5 auch von einem porösen Schlauch gebildet werden, der im Nährmittel-Kanal 3 liegt.For the production of the biomass, the microorganisms need the nutrient solution 1 usually also additional CO 2 to be supplied. Therefore, at least one nutrient channel 3 at least one metering device for the addition of CO 2 in the nutrient solution 1 assigned. This metering device is at 3 from a CO 2 leading influence channel 5 is formed, which has several breakthroughs with the nutrient channel 3 communicates. Alternatively, the CO 2 -effecting influencing channel 5 also be formed by a porous tube in the nutrient channel 3 lies.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19814253 [0002] DE19814253 [0002]

Claims (12)

Bioreaktor-Element mit erheblicher Längsausdehnung und einer zumindest teilweise transparenten Wandung (2) aus Kunststoff zur Durchleitung einer mit Mikroorganismen beimpften Nährmittellösung (1) zur Herstellung von Biomasse mittels Photosynthese, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktor-Element einstückig ausgeführt ist und mehrere parallele Kanäle (3, 4, 5) besitzt, von denen wenigstens ein Nährmittel-Kanal (3) von der Nährmittellösung (1) und zumindest ein Beeinflussungs-Kanal (4, 5) von einem, die Herstellung der Biomasse beeinflussenden Fluid durchströmt wird.Bioreactor element with considerable longitudinal extent and an at least partially transparent wall ( 2 ) made of plastic for the passage of a microorganism inoculated nutrient solution ( 1 ) for the production of biomass by means of photosynthesis, characterized in that the bioreactor element is made in one piece and a plurality of parallel channels ( 3 . 4 . 5 ), of which at least one nutrient channel ( 3 ) of the nutrient solution ( 1 ) and at least one influencing channel ( 4 . 5 ) is flowed through by a, the production of the biomass influencing fluid. Bioreaktor-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid von einem Kühl- oder Heizfluid (6), vorzugsweise von einer Kühl- oder Heizflüssigkeit gebildet wird.Bioreactor element according to claim 1, characterized in that the fluid from a cooling or heating fluid ( 6 ), preferably formed by a cooling or heating fluid. Bioreaktor-Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid licht-reflektierende und/oder licht-brechende und/oder den Durchtritt wenigstens einer bestimmten Wellenlänge des Lichts behindernde Licht-Elemente mit sich führt und der Beeinflussungs-Kanal (4, 5) bezüglich des Lichteinfalls vor dem Nährmittel-Kanal (3) angeordnet ist.Bioreactor element according to claim 1 or 2, characterized in that the fluid carries light-reflecting and / or light-refracting and / or the passage of at least a certain wavelength of the light obstructing light elements with it and the influencing channel ( 4 . 5 ) with respect to the light incidence in front of the nutrient channel ( 3 ) is arranged. Bioreaktor-Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des Fluids und/oder dessen Strömungsgeschwindigkeit und/oder der Umfang der mitgeführten Licht-Elemente und/oder die Art der mitgeführten Licht-Elemente und/oder die Zusammensetzung unterschiedlicher Arten von Licht-Elementen veränderbar sind.Bioreactor element according to claim 3, characterized in that the composition of the fluid and / or its flow rate and / or the circumference of the entrained light elements and / or the type of entrained light elements and / or the composition of different types of light Elements are changeable. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem, vorzugsweise allen Nährmittel-Kanälen (3) jeweils mehrere Beeinflussungs-Kanäle (4, 5) zugeordnet sind.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that at least one, preferably all nutrient channels ( 3 ) each have several influencing channels ( 4 . 5 ) assigned. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einem Nährmittel-Kanal (3) wenigstens eine Dosiervorrichtung zur Zugabe von CO2 in die Nährmittellösung (1) zugeordnet ist.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that at least one nutrient channel ( 3 ) at least one metering device for the addition of CO 2 in the nutrient solution ( 1 ) assigned. Bioreaktor-Element nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosiervorrichtung von einem CO2-führenden Beeinflussungs-Kanal (5) gebildet wird, welcher mit wenigstens einem Nährmittel-Kanal (3) in Verbindung steht.Bioreactor element according to claim 6, characterized in that the metering device from a CO 2 -deriving influencing channel ( 5 ) formed with at least one nutrient channel ( 3 ). Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktor-Element zwischen seinen Enden wenigstens eine, vorzugsweise im oberen Bereich angeordnete Haltevorrichtung (7) zur Verbindung mit einer das Bioreaktor-Element tragenden Stützvorrichtung besitzt.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that the bioreactor element between its ends at least one, preferably arranged in the upper region holding device ( 7 ) for connection to a support device carrying the bioreactor element. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bioreaktor-Element eine Länge von mehr als 25, vorzugsweise mehr als 50 und insbesondere mehr als 100 m hat.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that the bioreactor element has a length of more than 25, preferably more than 50 and in particular more than 100 m. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere PMMA, PC, PE, PET oder PVC besteht.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that it consists of a thermoplastic material, in particular PMMA, PC, PE, PET or PVC. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (2) vorzugsweise außen zumindest teilweise beschichtet oder beklebt ist.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that the wall ( 2 ) is preferably at least partially coated or glued on the outside. Bioreaktor-Element nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (2) oder ein bezüglich des Lichteinfalls vor einem Nährmittel-Kanal (3) angeordneter Beeinflussungs-Kanal (4, 5) ein optisches Prisma (15) bildet.Bioreactor element according to one of the preceding claims, characterized in that the wall ( 2 ) or a light incident in front of a nutrient channel ( 3 ) arranged influencing channel ( 4 . 5 ) an optical prism ( 15 ).
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