DE202021104099U1

DE202021104099U1 - Schwimmfähige Photobioreaktor-Anordnung

Info

Publication number: DE202021104099U1
Application number: DE202021104099.8U
Authority: DE
Original assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH
Current assignee: Technische Universitaet Hamburg TUHH
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2031-07-31
Also published as: US20230030365A1

Abstract

Photobioreaktor-Anordnung (1), wobei die Photobioreaktor-Anordnung (1) auf einem Oberflächengewässer (200) schwimmfähig ist, umfassend
a) einen transparenten Photobioreaktor-Behälter (2),
b) einen auf dem Oberflächengewässer (200) schwimmfähigen Schwimmkörper (3) und
c) eine an oder auf dem Schwimmkörper (3) angeordnete den transparenten Photobioreaktor-Behälter (2) haltende Haltevorrichtung (4), wobei der Photobioreaktor-Behälter (2) mittels der Haltevorrichtung (4) in das Oberflächengewässer (200) absenkbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schwimmfähige Photobioreaktor-Anordnung.
Im Rahmen der zunehmenden Bestrebungen, den anthropogenen Klimawandel durch Minderung der Klimagasemissionen zu begrenzen und gleichzeitig die Energie- und Rohstoffversorgung nachhaltig und vor allem versorgungssicher auszubauen, gewinnt die Substitution konventioneller, im Wesentlichen fossiler, Ressourcen und entsprechender Prozesse durch neue biotechnologische Verfahren sowie die Nutzung von nachwachsenden Rohstoffen unterschiedlichster Zusammensetzung und Herkunft immer mehr an Bedeutung. Der Massenkultivierung von Mikroalgen kann hier eine entscheidende Rolle zukommen. Da diese flächenautark erfolgen kann, weisen Mikroalgen gegenüber konventionellen Energie- und Industriepflanzen vielfältige Vorteile auf, welche durch die Verwendung spezieller Produktionsanlagen, wie geschlossenen transparenten Photobioreaktoren (PBR) oder offenen Kreislaufsystemen (Raceway Ponds), erschlossen werden können.
Mikroalgen selbst sind winzig kleine photosynthetisch aktive Organismen mit hohen Wachstumsraten, welche mittels Photosynthese Sonnenenergie und CO₂ zu organischen Verbindungen, wie beispielsweise essentiellen Fettsäuren, wertvollen Proteinbausteinen oder Pigmenten, umsetzen. Diese können dann als Rohstoff in einer Vielzahl von Produkten Anwendung finden. Zudem sind Mikroalgen in der Lage, Speicherstoffe wie Lipide oder Kohlenhydrate in hoher Konzentration zu akkumulieren und gelten daher als potenzieller Rohstoff für künftige biogene Energieträger.
Trotz dieser Eigenschaften ist die kommerzielle Verwertung bislang auf wenige Arten und Produkte, wie beispielsweise Astaxanthin aus Haematococcuspluvialis, begrenzt. Neben der Tatsache, dass sich viele Algentechnologien aufgrund ungenügenden Wissens zu physiologischen Vorgängen und Wirkmechanismen noch in einem relativ frühen Entwicklungsstadium befinden, und Erschwernissen durch aufwändige Zulassungsverfahren, ist dies auch wesentlich auf die fehlende wirtschaftliche Attraktivität aufgrund der aktuellen Kosten für Kultivierung und Aufbereitungsverfahren zurückzuführen.
Da Mikroalgen zum Wachstum Nährstoffe benötigen, welche als Abfallprodukte in industriellen Prozessen und kommunalen Abwässern anfallen, ist es attraktiv, ungenutzten urbanen Raum als Kultivierungsfläche zu erschließen und dabei Stoffkreisläufe zu schließen. Küstenregionen und Hafenstädte bieten hierbei attraktive Standorte, da ungenutzte Oberflächengewässer als Kultivierungsfläche genutzt werden können. Die Abfallströme der standortbedingten Industrie, sowie die kommunalen Abwässer können dabei als Nährstoffströme für die Mikroalgen genutzt werden. Die gewonnene Biomasse kann in einer regionalen Bioökonomie als Rohstoff genutzt werden, womit die Wertschöpfungskette geschlossen wird.
Bislang bringt die Kultivierung und somit die Produktion der Mikroalgen einen hohen Energiebedarf mit sich. Durch die Nutzung von Sonnenenergie heizen sich Photobioreaktoren weit über die Toleranzgrenze von Mikroalgen auf. Dies macht eine Kühlung der Systeme notwendig, die beispielsweise über eine Abschattung oder die aktive Kühlung mit Wasser erfolgt. Ersteres bringt starke Einbußen in der Produktivität mit sich, Letzteres ist sehr energieintensiv.
Die vorliegende Erfindung macht es sich daher zur Aufgabe, eine Kultivierung von Mikroalgen zu ermöglichen, die die Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist und insbesondere eine hohe Produktivität der Algenkultur mit einem möglichst geringen Energieverbrauch kombiniert.
Zur Lösung der Aufgabe stellt die Erfindung eine Photobioreaktor-Anordnung bereit, wobei die Photobioreaktor-Anordnung auf einem Oberflächengewässer schwimmfähig ist, umfassend

a) einen transparenten Photobioreaktor-Behälter,
b) einen auf dem Oberflächengewässer schwimmfähigen Schwimmkörper und
c) eine an oder auf dem Schwimmkörper angeordnete den transparenten Photobioreaktor-Behälter haltende Haltevorrichtung,

Die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung ermöglicht eine effiziente Kultivierung von Mikroalgen, indem die Mikroalgen in einem Photobioreaktor-Behälter kultiviert werden, der einerseits intensiver natürlicher Sonnenstrahlung und hohen Lufttemperaturen ausgesetzt werden kann, andererseits aber mit Hilfe eines passiven Kühlsystems effizient gekühlt werden kann, so dass ein hoher Energieeinsatz durch eine aktive Kühlung vermeidbar ist. Bei der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung, die hier gegebenenfalls auch als „Photobioreaktor-Anlage“ oder „Photobioreaktor-System“ bezeichnet wird, wird eine effiziente passive Kühlung durch Absenken des Photobioreaktor-Behälters in ein Oberflächengewässer ermöglicht, auf dem die Photobioreaktor-Anordnung mit dem Photobioreaktor-Behälter schwimmend angeordnet werden kann. In den transparenten Photobioreaktor-Behälter gelangt Sonnlicht zur Mikroalgenkultur, die mittels Photosynthese von den Mikroalgen zur Bildung von Biomasse genutzt werden kann, vorzugsweise unter Verwendung von anorganischen Kohlenstoffquellen, z.B. CO₂. Zur Kühlung des Photobioreaktor-Behälters und der darin befindlichen Mikroalgenkultur genügt es, den Photobioreaktor-Behälter ausreichend in das Oberflächengewässer abzusenken und eine ausreichende Fläche des Photobioreaktor-Behälters von dem Wasser des Oberflächengewässer umspülen zu lassen. Die Absenkung kann soweit erfolgen, dass eine ausreichende Kühlung ermöglicht wird, ohne zu viel Sonnenlicht durch eine über dem Photobioreaktor-Behälter befindliche Wasserschicht zu verlieren. Zur Feststellung, ob eine ausreichende Kühlung erfolgt, kann beispielsweise eine Temperaturmessung in der Mikroalgenkultur bzw. dem Kulturmedium erfolgen. Diese kann gegebenenfalls beispielsweise zusätzlich mit einer Messung der auf oder in den Photobioreaktor-Behälter einfallenden Lichtmenge kombiniert werden.
Unter einem „Photobioreaktor-Behälter“, hier gegebenenfalls auch einfach als „Photobioreaktor“ (abgekürzt PBR) oder „PBR-Behälter“ bezeichnet, wird ein Bioreaktor-Behälter verstanden, der zur Kultivierung von phototrophen, vorzugsweise photolithoautotrophen, Mikroorganismen, beispielsweise Algen, unter Nutzung von Licht als Energiequelle verwendet wird. Ein „Photobioreaktor-Behälter“ umfasst in der Regel eine für Licht, zumindest Licht der für die Photosynthese nötigen Wellenlänge(n), durchlässige Behälterwandung, die einen inneren Hohlraum zur Aufnahme eines Kulturmediums zur Kultivierung der Mikroorganismen umgibt. Der Photobioreaktor-Behälter kann Mittel zur Umwälzung der Kultur, beispielsweise einen Rührer oder Pumpen, und Mittel zur Eintragung und/oder Abführung von beispielsweise Gasen, wie CO₂, oder von Säuren oder Laugen zur Einstellung des pH-Wertes umfassen.
Der Begriff „geschlossen“ in Bezug auf den Photobioreaktor-Behälter bedeutet hier, dass der Photobioreaktor-Behälter gegenüber dem Wasser des Oberflächengewässers abgeschlossen ist, so dass das Wasser nicht in das Innere des Photobioreaktor-Behälters eindringen kann. Das schließt nicht aus, dass der Photobioreaktor-Behälter über Öffnungen, Anschlüsse oder dergleichen verfügt, über die beispielsweise ein Fluid, z.B. ein Gas, z.B. CO₂, oder eine Flüssigkeit, in den Behälter eingebracht oder entnommen werden können.
Der Ausdruck „auf einem Oberflächengewässer schwimmfähig“ bedeutet, dass die Photobioreaktor-Anordnung, wenn sie auf einem Oberflächengewässer angeordnet wird, nicht untergeht, sondern auf der Oberfläche des Gewässers treibt. Dazu ist die Photobioreaktor-Anordnung so ausgestaltet, beispielsweise mittels geeigneter Schwimmkörper, dass ihre Gewichtskraft kleiner ist als die auf sie wirkende Auftriebskraft.
Unter einem „Schwimmkörper“ wird jeder Körper verstanden, dessen Gewichtskraft kleiner ist als die auf ihn in einem Fluid, z.B. Wasser, wirkende Auftriebskraft. Ein Schwimmkörper weist beispielsweise eine geringere mittlere Dichte auf als das Fluid, z.B. Wasser, oder umfasst einen Hohlkörper.
Der Ausdruck „in das Oberflächengewässer absenkbar“ in Bezug auf den Photobioreaktor-Behälter bedeutet, dass der Photobioreaktor-Behälter zumindest teilweise, vorzugsweise, vollständig, in den Wasserkörper des Oberflächengewässers eingetaucht werden kann, so dass der Photobioreaktor-Behälter zumindest mit einem Teil seiner Oberfläche, vorzugsweise mindestens mit einem für eine genügende Kühlung ausreichenden Teil seiner Oberfläche, beispielsweise mindestens 10%, 20%, 30%, 40%, 50%. 60%, 70% oder mindestens 80% seiner Oberfläche mit dem Wasserkörper des Oberflächengewässers in Kontakt kommt. Der Begriff „absenkbar“ schließt die Verfahrbarkeit des Photobioreaktor-Behälters in im Wesentlichen senkrechter Richtung, d.h. in Schwerkraftrichtung und entgegen der Schwerkraftrichtung, ein, und ist daher nicht so zu verstehen, dass der Photobioreaktor-Behälter nur in Richtung des Oberflächengewässers und in das Oberflächengewässer hinein, sondern so, dass der Photobioreaktor-Behälter ebenso in die entgegengesetzte Richtung verfahren und gegenüber dem Oberflächengewässer angehoben werden kann. „Absenkbar“ schließt ein, dass der Photobioreaktor-Behälter teilweise oder vollständig unter den Wasserspiegel des Oberflächengewässers verbracht werden kann.
Unter einem „Oberflächengewässer“ wird ein oberirdisches oder offenes Gewässer verstanden, ausgenommen Grundwasser, das an der Erdoberfläche einen Wasserspiegel ausbildet. Der Begriff schließt Binnengewässer, Übergangsgewässer, Küstengewässer und Meere oder Teile von Meeren ein. Es kann sich um Süßwasser, Salzwasser oder Brackwassergewässer handeln. Der Begriff schließt sowohl Fließgewässer als auch Stillgewässer ein. Beispiele für Oberflächengewässer sind Flüsse, Bäche, Seen, Teiche etc.
Der Begriff „transparent“ in Bezug auf den „Photobioreaktor-Behälter“ bedeutet, dass die Wandung des Photobioreaktor-Behälter zumindest teilweise, bevorzugt vollständig oder zumindest überwiegend, d.h. zu mindestens 50%, 60%, 70%, 80% oder mindestens 90% aus einem Material besteht, das zumindest für photosynthetisch aktive Strahlung durchlässig ist, d.h. für Licht, dessen Wellenlänge(n) für die Photosynthese durch phototrophe Mikroorganismen, insbesondere die Photosynthese durch Mikroalgen, erforderlich oder geeignet ist (sind), beispielsweise Licht mit Wellenlängen zwischen 380 und 780 nm, 400 nm und 740 nm oder 400 nm und 700 nm.
Unter „Mikroalgen“ werden mikroskopisch kleine Algen verstanden, d.h. phototrophe eukaryotische Mikroorganismen, die einzeln mit bloßem Auge nicht sichtbar sind. Es kann sich um einzellige oder wenigzellige Algen handeln. Beispiele für Mikroalgen sind Tetradesmus obliquus, Chaetoceros sp., Chlorella vulgaris, Dunaliella salina und Haematococcus sp.
Oberflächengewässer sind zur Kühlung eines Photobioreaktor-Behälters gut geeignet, da deren Wasserkörper auch in heißen Sommermonaten in der Regel eine für die Kühlung ausreichend tiefe Wassertemperatur aufweist. Darüber hinaus bewirkt auch die Verdunstungskälte eine ausreichende Abkühlung des Photobioreaktor-Behälters.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung ist

i) der Schwimmkörper rahmenartig um den Photobioreaktor-Behälter herum angeordnet und weist eine den Photobioreaktor-Behälter aufnehmende Aussparung auf,
ii) die den Photobioreaktor-Behälter haltende Haltevorrichtung um die Aussparung herum angeordnet, und
iii) der Photobioreaktor-Behälter in der Aussparung von der Haltevorrichtung in vertikaler Richtung verfahrbar gehalten.

In dieser Ausführungsform umgibt der Schwimmkörper den Photobioreaktor-Behälter rahmenartig und fasst diesen horizontal ein, wobei innerhalb des Schwimmkörpers eine Aussparung gebildet ist, innerhalb derer der Photobioreaktor-Behälter angeordnet ist. Der Schwimmkörper kann den Photobioreaktor-Behälter so einfassen, dass eine rechteckige, quadratische oder auch kreis- oder ellipsenförmige Aussparung gebildet ist. Es ist bevorzugt, dass der Schwimmkörper den Photobioreaktor-Behälter vollständig, d.h. über den ganzen Umfang einfasst. Es ist aber auch möglich, dass der Schwimmkörper den Photobioreaktor-Behälter nur teilweise, z.B. zu 50%, 60%, 70%, 75%, 80%, 85%, 90% oder 95% einfasst, so dass auch in horizontaler Richtung ein freier Zugang zum Oberflächengewässer verbleibt. Der Der Schwimmkörper sorgt nicht nur dafür, dass die Photobioreaktor-Anordnung auf dem Oberflächengewässer schwimmt, sondern vorzugsweise auch für einen mechanischen Schutz des Photobioreaktor-Behälters. Vorzugsweise ist der Photobioreaktor-Behälter daher zumindest soweit vom Schwimmkörper eingefasst, dass beispielsweise Treibgut im Oberflächengewässer zurückgehalten und eine Beschädigung des Photobioreaktor-Behälters von außen verhindert wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Photobioreaktor-Anordnung gemäß der Erfindung ist der Photobioreaktor-Behälter tubulär ausgebildet. Der Photobioreaktor-Behälter umfasst in dieser Ausführungsform ein horizontal angeordnetes geschlossenes Rohr oder Rohrsystem aus einem vorzugsweise starren transparenten Wandmaterial. Es kann sich beispielsweise um ein Rohr oder Rohrsystem aus einem transparenten Kunststoff oder Glas, zum Beispiel Borosilikatglas, handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Material um einen Kunststoff, zum Beispiel ein Vinylpolymer (Polyvinylchlorid, PVC, z.B. Hart-PVC, PVC-U), Polyacrylat (Polymethylmethacrylat, PMMA), Polycarbonat (PC) oder Polyethylen (PE). „Starr“ bedeutet hier, dass es sich um einen im Wesentlichen steifen unelastischen Werkstoff handelt. Es ist aber auch möglich, ein an sich flexibles Kunststoffmaterial, z.B. Silikon, zu verwenden, dessen Wanddicke so ausgestaltet ist, dass es unter normalen Umständen nicht zu einem Kollabieren des tubulären Systems kommen kann. Unter einem „Rohrsystem“ wird ein aus mehreren einzelnen Rohren bzw. Rohrabschnitten zusammengesetztes System verstanden, wobei die Rohre oder Rohrabschnitte miteinander in Fluidkommunikation stehen. „Horizontal“ bedeutet hier, dass die Längsachsen des Rohrs oder der Rohre oder Rohrabschnitte des Rohrsystems im Wesentlichen in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Oberflächengewässers verlaufen. Das Rohr oder die Rohre oder Rohrabschnitte des Rohrsystems haben vorzugsweise einen runden Querschnitt, können aber auch einen polygonalen, rechteckigen, kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt aufweisen. Das Rohr oder Rohrsystem ist in dieser Ausführungsform geschlossen und somit vom Wasserkörper des Oberflächengewässers getrennt, so dass kein Wasser des Oberflächengewässers in das Innere des Photobioreaktor-Behälters gelangt. Das horizontal angeordnete Rohr oder Rohrsystem des Photobioreaktor-Behälters kann mittels der Haltevorrichtung in vertikaler Richtung verfahren und in Kontakt mit dem Wasser des Oberflächengewässers gebracht werden, um eine Kühlung des Photobioreaktor-Behälters zu bewirken. Dazu kann das Rohr oder Rohrsystem nur soweit in das Oberflächengewässer abgesenkt werden, dass eine ausreichende Kühlung erfolgt. Dazu kann das Rohr oder Rohrsystem nur teilweise oder vollständig unter die Wasserlinie des Oberflächengewässers abgesenkt werden. Bevorzugt wird das Rohr oder Rohrsystem nur soweit in das Oberflächengewässer abgesenkt, dass bei ausreichender Kühlung immer noch eine für die Photosynthese ausreichende Lichteinstrahlung erfolgt.
Das Rohr oder Rohrsystem des Photobioreaktor-Behälters ist bei dieser Ausführungsform bevorzugt mäanderförmig horizontal angeordnet. „Mäanderförmig“ bedeutet, dass das Rohr oder Rohrsystem einen gekrümmten oder geschlängelten Verlauf aufweist.
Das Rohr oder Rohrsystem des Photobioreaktor-Behälters ist vorzugsweise an mindestens eine Pumpeinheit angeschlossen, wodurch das Medium mit den Mikroalgen umgewälzt werden kann. Besonders bevorzugt ist zwischen Pumpeinheit und Photobioreaktor-Behälter ein Sammelbehälter angeordnet, der beispielsweise auch zur Ernte der Mikroalgenkultur eingesetzt werden kann. Pumpeinheit und Sammelbehälter sind bevorzugt stationär auf dem Schwimmkörper angeordnet. Die Pumpeinheit kann mit dem Photobioreaktor-Behälter beispielsweise über Schläuche oder dergleichen verbunden sein, um ein geschlossenes System zu erzeugen, indem die Mikroalgen-Kultur umgewälzt werden kann. Die Pumpeinheit kann ein oder mehrere Pumpen umfassen.
Die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung kann ein oder mehrere, d.h. ein, zwei, drei, vier oder mehr Photobioreaktor-Behälter umfassen. In einer Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung eine Mehrzahl von Photobioreaktor-Behältern, d.h. zwei oder mehr Photobioreaktor-Behälter, wobei jeder der Photobioreaktor-Behälter von einer individuellen Haltevorrichtung gehalten und jeder der Photobioreaktor-Behälter individuell mittels der jeweiligen individuellen Haltevorrichtung in das Oberflächengewässer absenkbar ist. Es ist auch möglich, mehrere erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnungen modulartig zu einem größeren System zusammenzuschalten und in Reihe oder parallel zueinander zu betreiben.
In einer alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung mit einer Mehrzahl von Photobioreaktor-Behältern sind mindestens zwei der Photobioreaktor-Behälter von einer gemeinsamen Haltevorrichtung gehalten und gemeinsam mittels der gemeinsamen Haltevorrichtung in das Oberflächengewässer absenkbar.
Die den Photobioreaktor-Behälter haltende Haltervorrichtung ist so an oder auf dem Schwimmkörper angeordnet, dass der Photobioreaktor-Behälter in geeigneter Weise in das Oberflächengewässer abgesenkt werden kann. Dazu ist es in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung mit einer Aussparung in dem Schwimmkörper vorteilhaft, wenn die Haltervorrichtung einen Halterahmen, beispielsweise Metallrahmen, umfasst, der um die Aussparung herum angeordnet ist. Der Halterahmen kann zum Beispiel entlang der die Aussparung auskleidenden Laibung der Aussparung angeordnet und in geeigneter Weise an oder auf dem Schwimmkörper befestigt sein. Der Halterahmen kann daher beispielsweise im Querschnitt die Form des Querschnitts der Aussparung aufweisen und zum Beispiel rechteckig, quadratisch, kreisförmig, elliptisch oder polyedrisch ausgestaltet sein. Der Halterahmen muss aber grundsätzlich nicht der Form der Aussparung folgen. Es sind auch Ausführungsformen von der Erfindung erfasst, bei denen die Querschnittsform des Halterahmens nicht der Form der Aussparung entspricht oder folgt. Der Halterahmen kann aus Metall, beispielsweise Edelstahl, oder anderen geeigneten Materialien, z.B. Kunststoffmaterialien, oder einer Kombination daraus bestehen. Das Material ist bevorzugt möglichst korrosionsbeständig. Der Photobioreaktor-Behälter kann in jeder geeigneten Weise an dem Halterahmen absenkbar und anhebbar angeordnet sein. Beispielsweise kann der Photobioreaktor-Behälter auf einem Tragrahmen angeordnet sein, der so dimensioniert ist, dass er innerhalb des Halterahmens senkrecht zur Ebene des Halterahmens verfahrbar ist. Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung mit einer Aussparung innerhalb des Schwimmkörpers ist der Tragrahmen vorzugsweise so dimensioniert, dass er in der Aussparung vertikal verfahrbar ist. Der Tragrahmen kann Quer- und/oder Diagonalstreben beispielsweise zur stabileren Lagerung des Photobioreaktor-Behälters umfassen. Der Tragrahmen kann beispielsweise ein Metallrahmen sein, zum Beispiel ein Aluminiumrahmen, der für einen kathodischen Korrosionsschutz mit Opferanoden, z.B. Magnesium-Opferanoden, ausgestattet ist. Die Haltevorrichtung umfasst bevorzugt ein Hebesystem, an dem der Photobioreaktor-Behälter direkt oder indirekt befestigt und innerhalb des Halterahmen vertikal verfahrbar ist. Das Hebesystem kann beispielsweise den Halterahmen und den Tragrahmen verbinden, so dass der Tragrahmen mit dem darauf angeordneten Photobioreaktor-Behälter abgesenkt oder angehoben werden kann. Das Hebesystem kann beispielsweise Hubsäulen umfassen, die manuell oder per Motor, z.B. Elektromotor, betätigt werden können, um den Photobioreaktor-Behälter, der beispielsweise auf einem Tragrahmen angeordnet sein kann, abzusenken oder anzuheben. Eine automatische Steuerung des Hubs der Hubsäulen ist ebenfalls möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung ist der Photobioreaktor-Behälter manuell mittels der Haltevorrichtung in das Oberflächengewässer absenkbar. Dazu kann das Hebesystem beispielsweise mit manuell betätigbaren Hubsäulen ausgestattet sein. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung kann der Photobioreaktor-Behälter aber auch, wie oben bereits erwähnt, maschinell, beispielsweise mittels Motoren, z.B. Elektromotoren, abgesenkt oder angehoben werden.
Der Schwimmkörper der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung kann ein- oder mehrteilig ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwimmkörper mehrteilig ausgebildet und umfasst einzelne Schwimmkörpermodule, beispielsweise in Quaderform, die zu einer beliebigen Form, beispielsweise einer im Querschnitt insgesamt rechteckigen oder quadratischen Form, vorzugsweise mit einer Aussparung, zusammengesetzt werden können. Der Schwimmkörper kann, insbesondere bei einer Ausführungsform mit einer eine Aussparung umgebenden Schwimmkörper, einen Wasserdurchlass aufweisen, um eine Verbindung zwischen der Wasseroberfläche innerhalb der Aussparung und der Wasseroberfläche außerhalb der Aussparung herzustellen. Dazu kann der Schwimmkörper an seiner Unterseite Ausnehmungen aufweisen, d.h. Bereiche, in denen der Schwimmkörper nicht auf der Wasseroberfläche aufliegt bzw. in das Oberflächenwasser eintaucht. Das erleichtert den Wasseraustausch zwischen dem Oberflächenwasser innerhalb der Aussparung und außerhalb der Aussparung, um beispielsweise eine oberflächliche Aufheizung des Teils des Oberflächengewässers innerhalb der Aussparung zu vermeiden. Der Schwimmkörper kann auch zwei- oder mehrteilig ausgestaltet sein, wobei die zwei oder mehr Teile des Schwimmkörpers nicht direkt, sondern nur über die Haltevorrichtung miteinander verbunden sind. Beispielsweise kann der Schwimmkörper zweiteilig ausgebildet sein, wobei der Photobioreaktor-Behälter zwischen den beiden Schwimmkörpern mit Hilfe der Haltevorrichtung vertikal verfahrbar gehalten ist. Die separaten Schwimmkörperteile können wiederum aus mehreren Schwimmkörpermodulen zusammengesetzt sein. Bei den Schwimmkörpermodulen kann es sich beispielsweise um luftgefüllte Kunststoffhohlkörper handeln.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung umfasst die Photobioreaktor-Anordnung eine auf dem Schwimmkörper angeordnete Mess- und Steuerungseinheit. Die Mess- und Steuerungseinheit umfasst Sensoren, z.B. Temperatur-, Durchfluss-, Photo-, pH-, pO₂, pCO₂-Sensoren, die beispielsweise wichtige physikalische Parameter des Kulturmediums oder auch der Umgebung erfassen, zum Beispiel Temperatur, pH-Wert, Sauerstoff- und/oder Kohlendioxid-Konzentration im Medium, die Temperatur des Oberflächengewässers, die Lufttemperatur der Umgebung, die Windgeschwindigkeit oder die Lichteinstrahlung auf oder in den Photobioreaktor-Reaktor. Photosensoren können beispielsweise Pyranometer und Sensoren für die photosynthetisch aktive Strahlung (PAR-Sensoren) umfassen. Mittels der Mess- und Steuerungseinheit kann anhand der gemessenen Parameter eine Steuerung der Kultivierungsbedingungen erfolgen, indem beispielsweise der pH-, pO₂ oder pCO₂-Wert reguliert wird. Von der Mess- und Steuerungseinheit erfasste Messdaten können auch drahtlos, z.B. via Funk (z.B. WLAN), an ein außerhalb der Photobioreaktor-Anordnung angeordnetes Steuerungssystem gesendet werden, das ein Steuerungsprogramm umfasst, um beispielsweise eine „Remote“-Steuerung und/oder Messwerteinsicht zu ermöglichen. Der Photobioreaktor-Behälter weist beispielsweise bevorzugt einen Anschluss auf, über den ein Kohlendioxid-Luft-Gemisch, z.B. ein CO₂-Luft-Gemisch mit 10 % (v/v) CO₂-Anteil, in den Photobioreaktor-Behälter eingeleitet werden kann, um die Versorgung der Mikroalgen mit dem für den photosynthetischen Biomasseaufbau wichtigen CO₂ zu verbessern. Darüber hinaus kann die Eintragung von CO₂ in den Photobioreaktor-Behälter auch zur Regulation des pH-Wertes dienen, um diesen bevorzugt im neutralen Bereich (pH 6-8) zu halten. Der CO₂-Anteil kann gegebenenfalls auch an die jeweilige Mikroalgenart angepasst werden. Das CO₂ kann aus einer Druckgasflasche bereitgestellt werden oder beispielsweise aus einem Abgas, z.B. eines Blockheizkraftwerkes. Die Mischung mit Luft kann mittels eines Kompressors erfolgen. Die Gaszufuhr kann mittels Pneumatikschläuchen erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung ist diese so ausgestaltet und eingerichtet, dass der Photobioreaktor-Behälter anhand von Messdaten, die von Sensoren geliefert und von der Mess- und Steuerungseinheit erfasst werden, z.B. zur Temperatur des Kulturmediums im Photobioreaktor-Behälter, automatisch in das Oberflächengewässer absenkbar ist. Beispielsweise kann die Photobioreaktor-Anordnung so ausgestaltet und eingerichtet sein, dass bei Überschreiten einer Maximaltemperatur des Kulturmediums eine automatische Absenkung des Photobioreaktor-Behälters in das Oberflächengewässer erfolgt, gegebenenfalls unter Berücksichtigung der Temperatur des Oberflächengewässers oder des Einfalls von photosynthetisch aktiver Strahlung auf den Photobioreaktor-Behälter. Dazu kann die Mess- und Steuerungseinheit so mit dem Hebesystem der Haltevorrichtung elektrische verbunden sein, dass das Hebesystem über die Mess- und Steuerungseinheit gesteuert werden kann. Das Hebesystem kann dazu über Motoren, z.B. Elektromotoren, verfügen, die automatisch betätigt werden, beispielsweise für den Fall, dass die gewünschte Maximaltemperatur überschritten wird. Die Steuerung kann auch so erfolgen, dass die Eintauchtiefe des Photobioreaktor-Behälters beispielsweise von der Temperatur des Kulturmediums abhängt und dynamisch an die Temperatur angepasst wird. Es ist auch eine Steuerung dergestalt möglich, dass die Eintauchtiefe oder gegebenenfalls die Eintauchfrequenz des Photobioreaktor-Behälters anhand mehrerer Parameter gesteuert wird, beispielsweise anhand der Temperatur des Kulturmediums, der Menge der auf oder in den Photobioreaktor-Behälter einfallenden photosynthetisch aktiven Strahlung und der Temperatur des Oberflächengewässers.
Wie oben bereits erwähnt, umfasst die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung besonders bevorzugt eine Pumpeinheit zur Umwälzung des Mediums in dem Photobioreaktor-Behälter. Vorzugsweise ist die Pumpeinheit mit der Mess- und Steuerungseinheit so elektrisch verbunden, dass sie über die Mess- und Steuerungseinheit automatisch gesteuert werden kann. Beispielsweise kann die Photobioreaktor-Anordnung so eingerichtet sein, dass die Umwälzungsrate des Kulturmediums mittels der Mess- und Steuerungseinheit steuerbar ist. Die Pumpeinheit kann auch dazu dienen, ein in den Photobioreaktor-Behälter eingeleitetes CO₂-Luft-Gemisch besser im Medium zu verteilen. Das Gasgemisch wird in den Photobioreaktor eingeleitet, beispielsweise über Pneumatikschläuche, und die Gasblasen bewegen sich aufgrund der durch die Pumpeinheit erzeugten Umwälzbewegung durch den Photobioreaktor-Behälter, wobei sich das CO₂ in dem Kulturmedium löst und von den Mikroalgen als Kohlenstoffquelle aus dem Medium aufgenommen werden kann.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung weist der Photobioreaktor-Behälter einen Eingang und einen Ausgang auf, die mittels flexibler Leitungen, beispielsweise Schläuchen, mit einem auf dem Schwimmkörper angeordneten Sammelbehälter und einer vorzugweise ebenfalls auf dem Schwimmkörper angeordneten Pumpeinheit verbunden oder verbindbar sind. Es kann sich bei dem Ein- und Ausgang jeweils um Öffnungen mit geeigneten Anschlüssen für den Anschluss der flexiblen Leitungen handeln, bei denen es sich beispielsweise um Pneumatikschläuche, Saug- und Druckschläuche und/oder Spiralschläuche handeln kann. Im Falle eines als Rohr oder Rohrsystem ausgebildeten Photobioreaktor-Behälters sind der Ein- und Ausgang bevorzugt Öffnungen an den Enden des Rohrs oder Rohrsystems. Die Pumpeinheit ist vorzugsweise so mit dem Eingang und Ausgang des Photobioreaktor-Behälters und dem Sammelbehälter verbunden oder verbindbar, dass ein in dem Photobioreaktor-Behälter aufgenommenes Kulturmedium mittels der Pumpeinheit über den Sammelbehälter umgewälzt werden kann. Pumpeinheit und Sammelbehälter sind bevorzugt über Leitungen, z.B. Kunststoffrohre untereinander in Fluidkommunikation verbunden. Unter einer flexiblen Leitung wird hier eine Leitung, z.B. ein Schlauch oder dergleichen, verstanden, die sich bei einer Bewegung des Photobioreaktor-Behälters, z.B. einer Absenkung oder Anhebung des Photobioreaktor-Behälters, mitbewegt, so dass die Verbindung mit dem Photobioreaktor-Behälter bestehen bleibt und nicht abreißt.
Um die beispielsweise für die Mess- und Steuerungseinheit sowie die Pumpeinheit erforderliche elektrische Energie bereit zu stellen, kann die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung beispielsweise einen oder mehrere Sonnenkollektoren oder ein oder mehrere Windräder umfassen. Sonnenkollektoren können beispielsweise auf der Oberfläche zumindest eines Teils des Schwimmkörpers angeordnet sein. Eine Anordnung außerhalb des Schwimmkörpers ist selbstverständlich ebenfalls möglich, wobei die elektrische Verbindung zur Mess- und Steuerungseinheit sowie Pumpeinheit mittels geeigneter elektrischer Leitungen erfolgen kann.
Die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung ist vorteilhaft in einem Verfahren zur Kultivierung einer Mikroalgenkultur einsetzbar. Das Verfahren umfasst bevorzugt das Kultivieren einer Mikroalgenkultur in einem Kulturmedium in einem transparenten Photobioreaktor-Behälter unter Einstrahlung von Sonnenlicht, wobei der Photobioreaktor-Behälter zur passiven Kühlung des durch Sonnenlicht-Einstrahlung aufgeheizten Photobioreaktor-Behälters zumindest teilweise in den Wasserkörper eines Oberflächengewässers abgesenkt wird.
Vorzugsweise wird die Temperatur der Mikroalgenkultur bzw. des Kulturmediums mittels Sensoren gemessen und der Photobioreaktor-Behälter in Abhängigkeit von der Temperatur der Mikroalgenkultur, vorzugsweise automatisch gesteuert, in den Wasserkörper des Oberflächengewässers abgesenkt. Diese temperaturgesteuerte Absenkung des Photobioreaktor-Behälters in das Oberflächengewässer sorgt für eine ausreichende Kühlung. Die Absenkung erfolgt dabei nur soweit, dass eine ausreichende Kühlung bei immer noch ausreichender Lichteinstrahlung ermöglicht wird. Die Lichteinstrahlung kann beispielsweise auch mittels eines Photosensors, z.B. eines Luxmeters, Pyranometers oder eines PAR-Sensors, gemessen und in eine Regelung einbezogen werden, mittels derer eine optimale Absenk-Position des Photobioreaktor-Behälters ermittelt werden kann. In die Steuerung können auch ein, zwei oder mehrere weitere Parameter, beispielsweise die Wassertemperatur des Oberflächengewässers, die Umgebungstemperatur oder die Windgeschwindigkeit einbezogen werden. Das Verfahren kann beispielsweise so ausgestaltet sein, dass die Position des Photobioreaktor-Behälters mittels einer geeigneten Steuerung oder Regelung in einem Bereich gehalten wird, in dem die Menge nutzbarer, d.h. in den Photobioreaktor einfallender, photosynthetisch aktiver Strahlung und die Temperatur des Kulturmediums für die Anzucht der jeweiligen Mikroalgenkultur optimal sind.
Wie schon oben näher in Bezug auf die erfindungsgemäße Photobioreaktor-Anordnung beschrieben, kann die Absenkung des Photobioreaktor-Behälters mittels einer Haltevorrichtung erfolgen, die an oder auf einem auf dem Oberflächengewässer schwimmfähigen Schwimmkörper angeordnet ist, und den Photobioreaktor-Behälter hält.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, kann auch über die Verdunstungskälte eine Kühlung des Photobioreaktor-Behälters bewirkt werden. Dazu kann der Photobioreaktor-Behälter in den Wasserkörper des Oberflächengewässers alternierend abgesenkt und wieder angehoben werden.
Die Erfindung wird im Folgenden rein zur Veranschaulichungszwecken anhand der angehängten Figuren näher erläutert.

1. Räumliche Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung.
2. Draufsicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung.
3. Räumliche Ansicht eines Teils der in 1 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung.
4, 5. Detailansicht eines Teils des Hebesystems der in 1 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung.

1 zeigt eine räumliche Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung 1 schwimmend auf einem Oberflächengewässer 200. Die Photobioreaktor-Anordnung 1 umfasst hier einen im Querschnitt im Wesentlichen rechteckigen Schwimmkörper 3 (s. auch 2), der aus einzelnen quaderförmigen Schwimmkörpermodulen 32 zusammengesetzt ist, von denen hier der besseren Übersicht halber nur zwei dargestellt sind, die an der Außenseite eine Art Anleger bilden. Der Schwimmkörper 3 weist eine Aussparung 5 auf. Innerhalb der Aussparung 5 ist ein Photobioreaktor-Behälter 2 angeordnet, der hier aus einem mäanderförmig angeordneten transparenten Rohr oder Rohrsystem 6 aus geradlinigen zylindrischen Rohrelementen 17 und Kurvenelementen 18, die mit Hilfe von Kupplungselementen 27 miteinander verbunden sind, besteht. Die Aussparung 5 liegt hier nahezu zentral innerhalb des Schwimmkörpers 3, so dass der Schwimmkörper rahmenartig um den Photobioreaktor-Behälter 2 herum angeordnet ist. Eine um die Aussparung 5 an dem Schwimmkörper 3 befestigte Haltevorrichtung 4 hält den transparenten Photobioreaktor-Behälter 2 in der Aussparung 5. Die Haltevorrichtung 4 umfasst hier einen metallenen Halterahmen 7 und einen ebenfalls metallenen Tragrahmen 15, auf dem der Photobioreaktor-Behälter 2 gelagert ist. Der Tragrahmen 15 ist mittels Quer-/Diagonalstreben 16 stabilisiert. Ferner umfasst die Haltevorrichtung 4 ein Hebesystem 8 mit Hubsäulen 14, die hier Gewindespindeln umfassen. In der hier dargestellten Ausführungsform ist der Tragrahmen 15 über vier Hubsäulen 14 des Hebesystems 8 mit dem Halterahmen 7 verbunden, der an dem Schwimmkörper 4 befestigt ist. Mittels des Hebesystems 8 kann der auf dem Tragrahmen 15 gelagerte Photobioreaktor-Behälter 2 in das Oberflächengewässer abgesenkt und auch wieder angehoben werden. Der Tragrahmen 15 ist innerhalb der Aussparung 5 durch Drehen der Gewindespindeln vertikal auf und ab bewegbar. Auf dem Schwimmkörper 3 sind darüber hinaus ein Sammelbehälter 12, eine Pumpeinheit 10 und eine Mess- und Steuerungseinheit 9 angeordnet. Der Sammelbehälter 12 dient beispielsweise dazu, die in dem Photobioreaktor-Behälter 2 herangezogene Mikroalgenkultur zu ernten. Eine zum Rand der Aussparung 5 führende Rohrleitung 19 auf dem Schwimmkörper 3 verbindet die Pumpeinheit 10 mit dem unteren Auslass des Sammelbehälters 12. In dieser Rohrleitung 19 sind ein Anschluss 41 für Elektroden und ein Anschluss 42 für die Probenentnahme vorgesehen. Eine weitere zum Rand der Aussparung 5 führende Rohrleitung 20 entspringt einem oberen Auslass des Sammelbehälters 12. Die Enden 23, 24 der Rohrleitungen 19, 20 zur Aussparung 5 hin können mit dem Eingang 21 und Ausgang 22 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters 2 verbunden werden. Hier nicht dargestellt sind ein Anschluss im Bereich des Eingangs 21 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters für die Zufuhr eines Gases oder Gasgemisches, z.B. eines Luft/CO₂-Gemisches über einen Pneumatikschlauch, der ebenfalls nicht dargestellt ist, und ein Anschluss im Bereich des Ausgangs 22 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters 2, über den Gas oder Flüssigkeit aus dem Photobioreaktor-Behälter 2 entnommen werden kann. Die Verbindungen, die vorzugsweise mittels flexibler Leitungen, z.B. Pneumatikschläuchen, Saug- oder Druckschläuchen und/oder Spiralschläuchen, hergestellt werden, damit der Photobioreaktor-Behälter 2 auf und ab bewegt werden kann, ohne dass die Fluidkommunikation zwischen den auf dem Schwimmkörper befindlichen Rohrleitungen 19, 20 und dem Photobioreaktor 2 unterbrochen oder behindert wird, sind hier nicht dargestellt. Wenn der Eingang 21 und der Ausgang 22 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photo-Bioreaktors 2 mittels flexibler Verbindungsstücke mit den am Rand der Aussparung 5 liegenden Enden 23, 24 der Rohrleitungen 19, 20 verbunden sind, ist ein geschlossenes System realisiert, das den Photo-Bioreaktor 2 und den Sammelbehälter 12 einschließt. Sowohl der Sammelbehälter 12 als auch die Rohrleitungen 19, 20 können aus einem transparenten Material, z.B. Kunststoffmaterial sein. Dies ist jedoch nicht erforderlich. Mittels der Pumpeinheit 10 kann das Kulturmedium in dem geschlossenen System umgewälzt werden. Die Mess- und Steuerungseinheit 9 ist an einem auf dem Schwimmkörper 3 angeordneten Gestell 13, das vorzugsweise ein Metallgestell ist, angeordnet. Die Mess- und Steuerungseinheit 9 dient u.a. zur Mischung des Luft/CO₂-Gemisches anhand von entsprechenden Durchflussmessern, zur Stromverteilung, zur optionalen manuellen Steuerung, zur Steuerung der Pumpeneinheit 10, zur Verarbeitung von Sensordaten und zur Steuerung des Hebesystems 8. Von der Mess- und Steuerungseinheit erfasste Messdaten können auch drahtlos, z.B. per Funk (z.B. WLAN), an ein außerhalb der Photobioreaktor-Anordnung 1 angeordnetes Steuerungssystem übertragen werden, das ein Steuerungsprogramm umfasst, mit dem beispielsweise eine Fernsteuerung der Photobioreaktor-Anordnung 1 und/oder eine Messwerteinsicht ermöglicht wird. Darüber hinaus ist auf dem Schwimmkörper 3 ein Kompressor 40 angeordnet, mit dessen Hilfe die Mikroalgenkultur belüftet werden kann, beispielsweise mit einem Luft/Kohlendioxid-Gemisch. Den äußeren Rand des Schwimmkörpers 3 umgibt ein Geländer 31 mit Ausnahme eines freigehaltenen Bereichs 33, der dazu dient, den Zutritt zur Photobioreaktor-Anordnung 1 zu erleichtern. Hier sind zwei Schwimmkörpermodule 32 angeordnet, die als Anleger fungieren. In dem Schwimmkörper 3 ist ein Wasserdurchlass 34 angeordnet, der hier durch eine Ausnehmung realisiert ist, die im unteren, zur Wasseroberfläche gerichteten Teil des Schwimmkörpers 3 angeordnet ist. Hier nicht zu sehen ist eine entsprechende Ausnehmung auf der gegenüberliegenden Seite des Schwimmkörpers 3. Die Ausnehmung kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass ein Schwimmkörpermodul 32 mit geringerer Ausdehnung in vertikaler Richtung eingesetzt wird, so dass bei einer Verbindung des Schwimmkörpermodul 32 mit dem restlichen Schwimmkörper das Schwimmkörpermodul 32 zwar mit seiner oberen Fläche mit der oberen Fläche des übrigen Schwimmkörpers 3 fluchtet, jedoch mit seiner unteren Oberfläche die Oberfläche des Oberflächengewässers 200 nicht kontaktiert. Der Wasserdurchlass 34 dient dem Wasseraustausch zwischen dem Wasser innerhalb der Aussparung 5 und dem Wasser des Oberflächengewässers 200, das den Schwimmkörper 3 umgibt.
In dem Photobioreaktor-Behälter 2 kann bei hoher Sonneneinstrahlung und hohen Lufttemperaturen eine Mikroalgenkultur kultiviert werden. Die Kultur kann bei Bedarf mittels der Pumpeinheit 10 umgewälzt werden. Um optimale Wachstumsbedingungen hinsichtlich Lichteinstrahlung und Temperatur herzustellen, kann der Photobioreaktor-Behälters 2 mittels des Hebesystems 8 in das Oberflächengewässer abgesenkt oder daraus angehoben werden. Es ist auch möglich, die Kultur mit Kohlendioxid bzw. mit Luft zu versorgen, die mit Kohlendioxid angereichert ist. Hierfür geeignete Anschlüsse an dem Rohr oder Rohrsystem 6 des Photobioreaktor-Behälters 2 sind hier, wie erwähnt, nicht näher dargestellt. Die herangezogene Kultur kann dann je nach Mikroalgenart und sonstigen Bedingungen geerntet werden, beispielsweise nach 7 bis 21 Tagen. Die geerntete Biomasse kann anschließend in geeigneter Weise, abhängig vom gewünschten Produkt, weiterverarbeitet werden, beispielsweise, gewaschen und getrocknet oder aufgeschlossen werden.
2 zeigt eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung 1. Zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen wird daher an dieser Stelle auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
3 zeigt eine räumliche Ansicht eines Teils der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Photobioreaktor-Anordnung 1. Der Ausschnitt zeigt aus einer anderen Perspektive als der in 1 den Bereich des Schwimmkörpers 3 mit dem Sammelbehälter 12 und den davon zur Aussparung 5 führenden Rohrleitungen 19, 20, wobei hier lediglich das Ende 24 der dem oberen Teil des Sammelbehälter 12 entspringenden Rohrleitung 20 zu sehen ist. Eine flexible Leitung als Verbindung zwischen dem Ende 24 der Rohrleitung 20 und dem Ausgang 22 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters 2 ist auch hier nicht dargestellt. Zu sehen sind zwei der vier Hubsäulen 14 des Hebesystems 8 und ein Teil des Tragrahmens 15, auf dem das Rohr oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters 2 gelagert ist.
Die 4 und 5 zeigen eine Detailansicht eines Teils des Hebesystems 8 mit den hier Gewindespindeln umfassenden Hubsäulen 14. 4 zeigt eine räumliche Ansicht einer Hubsäule 14 im Bereich des Eingangs 21 des Rohrs oder Rohrsystem 6 des Photobioreaktor-Behälters 2, 5 eine seitliche Ansicht einer Hubsäule 14 im Bereich des Ausgangs 22 des Rohrs oder Rohrsystems 6 des Photobioreaktor-Behälters 2. Durch Drehen der Gewindespindeln der Hubsäulen 14 kann der Tragrahmen 15 in vertikaler Richtung, wie durch den Pfeil in den beiden Figuren angedeutet, bewegt, d.h. abgesenkt oder angehoben werden. Das Drehen der Gewindespindeln kann manuell oder mittels eines Motors, z.B. Elektromotors, erfolgen. Das Rohr oder Rohrsystem 6 des Photobioreaktor-Behälters 2 ist auf dem Tragrahmen 15 gelagert. Hierzu weist der Tragrahmen hier Auflagen 26 mit einer im Querschnitt kreisabschnittförmigen Ausnehmung auf, die zylindrische Rohrabschnitte des Rohrs oder Rohrsystems 6 aufnehmen kann. Die Hubsäulen 14 sind jeweils am Tragrahmen 15 und am Halterahmen 7 mit Befestigungsmitteln 28, 29 in geeigneter Weise befestigt. Die Befestigungsmittel 29, mit denen die Hubsäulen 14 am Halterahmen 7 befestigt sind, umfassen ein Kugelgelenk, um Spannungen beim Heben und Senken zu vermeiden und um eine Neigung des Tragrahmen 15 und damit schräge Absenkungen zu ermöglichen.

Claims

Photobioreaktor-Anordnung (1), wobei die Photobioreaktor-Anordnung (1) auf einem Oberflächengewässer (200) schwimmfähig ist, umfassend a) einen transparenten Photobioreaktor-Behälter (2), b) einen auf dem Oberflächengewässer (200) schwimmfähigen Schwimmkörper (3) und c) eine an oder auf dem Schwimmkörper (3) angeordnete den transparenten Photobioreaktor-Behälter (2) haltende Haltevorrichtung (4), wobei der Photobioreaktor-Behälter (2) mittels der Haltevorrichtung (4) in das Oberflächengewässer (200) absenkbar ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei i) der Schwimmkörper (3) rahmenartig um den Photobioreaktor-Behälter (2) herum angeordnet ist und eine den Photobioreaktor-Behälter (2) aufnehmende Aussparung (5) aufweist, ii) die den Photobioreaktor-Behälter (2) haltende Haltevorrichtung (4) um die Aussparung (5) herum angeordnet ist und iii) der Photobioreaktor-Behälter (2) in der Aussparung (5) von der Haltevorrichtung (4) in vertikaler Richtung verfahrbar gehalten ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Photobioreaktor-Behälter (2) ein horizontal angeordnetes geschlossenes Rohr oder Rohrsystem (6) aus einem vorzugsweise starren transparenten Wandmaterial umfasst.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach Anspruch 3, wobei das Rohr oder Rohrsystem (6) mäanderförmig horizontal angeordnet ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Mehrzahl von Photobioreaktor-Behältern (2), wobei jeder der Photobioreaktor-Behälter (2) von einer individuellen Haltevorrichtung (4) gehalten ist und jeder der Photobioreaktor-Behälter (2) individuell mittels der jeweiligen individuellen Haltevorrichtung (4) in das Oberflächengewässer (200) absenkbar ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Mehrzahl von Photobioreaktor-Behältern (2), wobei mindestens zwei der Photobioreaktor-Behälter (2) von einer gemeinsamen Haltevorrichtung (4) gehalten sind und gemeinsam mittels der gemeinsamen Haltevorrichtung (4) in das Oberflächengewässer (200) absenkbar sind.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haltevorrichtung (4) einen Halterahmen (7), bevorzugt einen Metallrahmen, mit einem Hebesystem (8) umfasst, an dem der Photobioreaktor-Behälter (2) befestigt und innerhalb des Halterahmens (7) vertikal verfahrbar ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photobioreaktor-Behälter (2) manuell mittels der Haltevorrichtung (4) in das Oberflächengewässer (200) absenkbar ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schwimmkörper (3) mehrteilig ausgebildet ist.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Photobioreaktor-Anordnung (1) eine auf dem Schwimmkörper (3) angeordnete Mess- und Steuerungseinheit (9) umfasst.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Photobioreaktor-Behälter (2) einen Eingang (21) und einen Ausgang (22) aufweist, die mittels flexibler Leitungen (11) mit einem auf dem Schwimmkörper (3) angeordneten Sammelbehälter (12) und einer auf dem Schwimmkörper (3) angeordneten Pumpeinheit (10) verbindbar sind.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach Anspruch 11, wobei die Pumpeinheit (10) so mit dem Eingang (21) und Ausgang (22) des Photobioreaktor-Behälters (2) und dem Sammelbehälter (12) verbunden oder verbindbar ist, dass ein in dem Photobioreaktor-Behälter (2) aufgenommenes Kulturmedium mittels der Pumpeinheit (10) über den Sammelbehälter (12) umgewälzt werden kann.
Photobioreaktor-Anordnung (1) nach Anspruch 10, wobei die Photobioreaktor-Anordnung (1) so ausgestaltet und eingerichtet ist, dass der Photobioreaktor-Behälter (2) anhand von mittels der Mess- und Steuerungseinheit (9) erfassten Messwerten automatisch in das Oberflächengewässer (200) absenkbar ist.