DE3600634A1 - Verfahren zur durchfuehrung lichtabhaengiger produktionsprozesse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur durchfuehrung lichtabhaengiger produktionsprozesse und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Massenproduktion von photosynthetisierenden Organismen und weiterer lichtabhängiger Produktionsprozesse (Photokatalyse).
Bisher ist die Massenkultivierung lichtabhängig wachsender Organismen auf engstem Raum daran gescheitert, daß über die Oberflächenbeleuchtung kein ausreichender Lichtein­ trag möglich war. Um größere Kulturvolumina zu erreichen, wurde deshalb die beleuchtete Oberfläche in flachen Teichanlagen vergrößert. Der enorme Bedarf an ausgeleuch­ teter Fläche ist jedoch in einem industriellen Prozeß wirtschaftlich nicht zu verwirklichen. Ähnliches gilt sinngemäß für photokatalytische Prozesse.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, durch das der Einsatz lichtabhängiger Organismen zur Erzeugung von Bio-Produkten in wirtschaftlicher Weise ermöglicht wird. Ferner soll durch das Verfahren die wirtschaftliche Durchführung von Produktionsprozessen ermöglicht werden, bei denen Licht eine auslösende oder permanente Rolle spielt, wie z.B. Photoaktivierung, Photosensibilisierung, Photokatalyse.
Diese Aufgabe ist durch ein Verfahren gelöst, das die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere Merkmale des erfundenen Verfahrens und Merkmale von Vorrichtungen, die zur Durchführung des erfundenen Verfahrens geeignet sind, sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch das erfundene Verfahren wird je nach der Abstrah­ lungscharakteristik der verwendeten Lichtquelle ein abgegrenzter Raum optimal belichtet. Werden die Licht­ quellen derart angeordnet, daß sich die belichteten Räume überschneiden, kann das Kulturvolumen im Prinzip beliebig groß gewählt werden. Lichtqualität und Licht­ quantität kann für jede Lichtquelle je nach Anforderung inividuell innerhalb des Raktionsraumes gesteuert werden.
Durch das erfundene Verfahren wird es möglich, lichtab­ hängige biologisch-chemisch-physikalische Prozesse vor allem im biotechnologisch-industriellem Bereich und dessen Größenordnungen wirtschaftlich durchzuführen. Je nach Anordnung der Lichtquellen kann auch die Licht­ intensität oder die Wellenlänge des verwendeten Lichtes im Kulturraum gesteuert werden. Dadurch werden z.B. Produktionsprozesse möglich, bei denen chemisch-physika­ lische Photokatalyse mit mikrobiologischen Prozessen verknüpft werden. Die Massenproduktion von autotrophen Mikroorganismen ist nicht länger abhängig von dem Tag- Nacht-Rythmus oder von großflächigen Teichanlagen. Dadurch wird die in Industrieanlagen geforderte flächen­ sparende Hochbauweise möglich.
Das erfundene Verfahren ermöglicht die Erzeugung von Stoffen aus Organismen, die bisher nicht als industriell erzeugbar und verwertbar erschienen.
In Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens können unterschiedliche Lichtquellen verwendet werden. Z.B. können stabförmige Lichtquellen oder kugelförmige Lichtquellen oder eine Kombination dieser beiden Lichtquellenarten verwendet werden. Ferner wird vorgeschlagen als Lichtquelle ein (oder mehrere) Lichtleitfaserbündel in dem Reaktions­ raum der Kulturen anzuordnen, dessen einzelne Lichtleit­ fasern innerhalb des Reaktionsraumes aufgefächert sind, und die in einer solchen Weise präpariert sind, daß dieselben Licht in radialer Richtung abstrahlen.
In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren Ausfüh­ rungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Verwendung von stab­ förmigen und kugelförmigen Lichtquellen,
Fig. 2 schematisch eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens unter Verwendung eines aufgefächerten Lichtleitfaserbündels,
In Fig. 1 ist mit (RG) ein Reaktionsgefäß bezeichnet, das aus Edelstahl hergestellt ist. Mit (1) ist die Zuleitung eines Nährmediums bezeichnet, und mit (2) ist die Zulei­ tung eines Reaktionsgases benannt. Medium und Reaktionsgas werden bei (3) vermischt in das Reaktionsgefäßt (Kultur­ raum) gegeben, in dem sich lichtabhängige Organismen (9) befinden. Im Reaktionsgefäß (RG) sind im unteren Teil (B) stabförmige Lichtquellen (4) angeordnet; im oberen Teil (A) des Gefäßes sind kugelförmige Lichtquellen (10) ange­ bracht. Durch eine Leitung (6) verläßt das Abgas das Reaktionsgefäß, während die Kultursuspension durch eine Leitung (7) aus dem Reaktionsgefäß herausgeführt wird. Das dargestellte Ausführungsbeispiel ist z.B. geeignet, autotrophe Mikroorqanismen anzuzüchten.
In Fig. 2 ist mit (RG) wiederum das Reaktionsgefäß bezeichnet, in dem z.B. eine Mirkoorganismen-Kultur (14) in wässriger Lösung enthalten sein kann. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Reaktionsgefäß von einem Lichtleitfaserbündel (11) als Lichtquelle durchzogen, das im Gefäßinneren in seine einzelnen Lichtleitfasern (11 a) aufgefächert ist. Die einzelnen Lichtleitfasern sind in dem aufgefächerten Bereich in einer solchen Weise behandelt, daß sie durch den Lichtleitfasermantel hindurch radial Licht in das Behälterinnere, d.h. in die Kultur von Mikroorganismen abstrahlen.
Dieses Licht wird dem Lichtleitfaserbündel (11) von seinen beiden Enden her zugeführt, und zwar ausgehend von einer Lichtquelle (12), deren Strahlen durch eine Beleuchtungs­ optik (13) in die jeweiligen Stirnflächen des Lichtleit­ faserbündels (11) eingestrahlt werden.

Claims (7)

1. Verfahren zur Durchführung lichtabhängiger Produktionsprozesse, insbesondere Verfahren zur Massen­ produktion von photosynthetisierenden Organismen unter Verwendung von die Kulturen beleuchtender Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquellen (4; 10; 11) in das Reaktionsgefäß (RG) der Organismen (9) eingetaucht werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Lichtquellen in das Reaktionsgefäß (RG) eingebracht wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den unterschiedlichen Bereichen des Reaktionsgefäßes (RG) der Organismen (9) Licht unterschiedlicher Intensität und/oder Wellenlänge eingebracht wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionsgefäß (RG) der Organismen stabförmige Lichtquellen (4) angeordnet sind.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionsgefäß (RG) der Organismen (9) kugelförmige Lichtquellen (10) angeordnet sind.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionsgefäß (RG) der Organismen (9) eine Kombination von stabförmigen und kugelförmigen Lichtquellen (4; 10) angeordnet ist.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle in das Reaktionsgefäß (RG) der Organismen (9) ein Lichtleitfaserbündel (11) angeordnet ist, dessen einzelne Lichtleitfasern (11 a) im Inneren des Gefäßes aufgefächert und in dem aufgefächerten Bereich derart präpariert sind, daß dieselben Licht in radialer Richtung abstrahlen.
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