EP2155853A2 - Assembly and method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium - Google Patents

Assembly and method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium

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EP2155853A2
EP2155853A2 EP08758393A EP08758393A EP2155853A2 EP 2155853 A2 EP2155853 A2 EP 2155853A2 EP 08758393 A EP08758393 A EP 08758393A EP 08758393 A EP08758393 A EP 08758393A EP 2155853 A2 EP2155853 A2 EP 2155853A2
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EP
European Patent Office
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medium
light
fibers
gas
arrangement according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08758393A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Hilmar Franke
Christian Schneider
Armed Wagner
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Universitaet Duisburg Essen
Original Assignee
Universitaet Duisburg Essen
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Filing date
Publication date
Application filed by Universitaet Duisburg Essen filed Critical Universitaet Duisburg Essen
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G02OPTICS
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    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02Photobioreactors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
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    • C12M31/02Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor
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    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M31/00Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/08Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40Solar thermal energy, e.g. solar towers

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium, such as an algal suspension, and / or for the production of biomass and a use of such an arrangement or method for the conversion of carbon dioxide into biomass.
  • the present invention is particularly concerned with mimicking photosynthesis for binding carbon dioxide. It is known to illuminate an algae suspension for this purpose in order to stimulate the growth of the algae.
  • the algae consume carbon dioxide for growth and biomass production.
  • the algal suspension can be circulated very strongly and / or the surface of the algae suspension can be made as large as possible. However, this can be plant and / or procedural or energy consuming.
  • the present invention is based on the object, an arrangement and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium, such as an algal suspension, and / or for the production of biomass and a use of such an arrangement or such a method for the conversion of carbon dioxide in Indicate biomass, wherein a simple structure, a simple, cost-effective and / or energy-saving process flow and / or high efficiency is or will be possible.
  • 8BBTATtQUNQSKOPfE A basic idea of the present invention is to use photoconductive fibers for the supply of light. This fiber concept leads in particular to two advantages.
  • the transport of light to the liquid medium can take place over long lengths, for example of a few 100 m. It is thus possible, for example, to use light collectors or collectors, such as collector mirrors, for the concentration of sunlight in order to collect and supply larger amounts of light to the liquid medium.
  • the fibers permit a three-dimensional illumination of the liquid medium, ie a three-dimensional distribution of the light in the liquid medium.
  • the light is thus distributed in different areas of space, in particular depths, within the medium.
  • the three-dimensional distribution of the light or illumination of the medium thus takes place in contrast to the hitherto customary at least substantially two-dimensional illumination from a surface or side actually three-dimensionally and thus with much improved distribution and effectiveness.
  • the fibers terminate in different spatial regions, in particular in depths, preferably vertically offset, in the liquid medium.
  • a particular tree-like or optimal distribution of the light in the liquid medium in a desired spatial illumination range can be achieved.
  • a further embodiment variant which can also be implemented alternatively or independently, provides that the light is distributed in three dimensions in the liquid medium by means of gas bubbles.
  • the supply of the gas and the light takes place preferably at the same time via hollow fibers.
  • a proposed use of the arrangement or the method are characterized in that a liquid medium with algae, such as an algal suspension, is used, wherein light in the medium three-dimensional and wherein carbon dioxide is introduced in the form of gas bubbles in the medium to stimulate the growth and / or proliferation of algae and thereby form biomass.
  • a liquid medium with algae such as an algal suspension
  • Fig. 1 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a first embodiment
  • Fig. 2 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a second embodiment
  • FIG. 3 shows a schematic, not to scale, section of a light-conducting fiber of the arrangement according to FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a schematic, not to scale, section of another light-conducting fiber of the arrangement according to FIG. 2;
  • Fig. 5 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a third embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic, not to scale representation of a proposed arrangement 1 according to a first embodiment.
  • the arrangement 1 serves the three-dimensional distribution of light 2 (schematically in Fig. 1 indicated) in a liquid medium. 3
  • the medium 3 is in particular a suspension or the like. Accordingly, the term "liquid” is to be understood in a broad sense to understand, so that in particular suspensions, dispersions or other mixtures or substances are included with liquid phases or proportions.
  • the medium 3 is preferably photoactive and / or biologically active.
  • a reaction that requires photosynthesis or another light 2 may take place in the medium 3.
  • the medium 3 contains for this purpose a biologically active species, in particular algae, other bacteria or the like.
  • the medium 3 is aqueous or contains water and / or strong light-scattering.
  • an algal suspension is particularly preferably used as medium 3.
  • the medium 3 contains an algae mixture culture, which preferably occurs at least in similar form in rivers, ponds or the like. Such mixed cultures are namely particularly resistant to environmental influences, diseases and / or other disorders.
  • the arrangement 1 is preferably used with algae or with an algae suspension as the medium 3, the following description is primarily focused on the algae growth induced by the induced light 2. However, these statements apply accordingly to other species or photo- or bioactive media 3.
  • the arrangement 1 has light-conducting fibers 4 for the supply of the light 2.
  • the fibers 4 terminate in different spatial regions, in particular at least partially in different depths and / or vertical planes, in the medium 3. This permits a three-dimensional distribution of the light 2 in the medium 3, as shown in FIG. playfully, only schematically indicated.
  • the fibers 4 Starting from a bundle (main bundle) 5 of fibers 4, branching or branching into individual bundles 6 and / or individual fibers 4 takes place, as exemplified in FIG. 1.
  • the fibers 4 preferably terminate individually, ie separately in the medium 3.
  • several fibers 4 may end together in the medium 3, for example as individual bundles 5.
  • the light emerges at least substantially or exclusively at the end of the respective fiber 4 and illuminates the medium 3 in the respective spatial region, as indicated by dashes in FIG. 1.
  • the fibers 4 can also emit more or less light laterally along the respective fiber 4. Even so, an optimized three-dimensional distribution of light 2 in the medium 3 can take place. With appropriate design of the fibers 4, it is even possible that at least substantially the total light is already emitted laterally over the running in the medium 3 lengths of the respective fiber 4 and optionally only a relatively small proportion at the end of the respective fiber 4 in the medium third is emitted. In this case, the fibers 4 preferably extend substantially over longer distances parallel to each other or, for example, coiled or meandering through the medium 3 and may possibly even all end in a plane or depth in the medium 3.
  • the light exit surfaces - especially the ends - of the fibers 4 are not colonized by the algae. Accordingly, excessive purification or algae exemption is not required. Rather, it results in a self-organizing system that uses as efficiently as possible the introduced light 2 for algae growth.
  • the fibers 4 can dive loosely into the medium 3 or hang into it, optionally also as a bundle 5 or 6, which then branch in particular.
  • the arrangement 1 in particular lattice- or rod-like mounts 7 in the medium 3, which are arranged in particular in different planes or depths to hold the fibers 4 or bundles 5, 6 or lead.
  • the holders 7 form intermediate bottoms in a container or tank 8 with the medium 3 in order to allow the fibers 4 or bundles 5 or 6 to end in different spatial regions within the medium 3.
  • the fibers 4 or bundles 5, 6 can be movable at least in the end regions in the medium 3, in particular by a flow of the medium 3.
  • the supply or introduction of the fibers 4 or bundle 5/6 is preferably carried out from above, in the embodiment by an upper bracket or cover 9 or the like.
  • the fibers 4 or bundles 5/6 preferably extend at least substantially vertically from top to bottom in the medium 3. This is particularly advantageous when the density of the fibers 4 is greater than the density of the medium 3, that is not float.
  • the fibers 4 or bundles 5/6 may extend from the bottom to the top into the medium 3 and / or in another way-for example transversely-into the medium 3 or at least in sections thereof.
  • the fibers 4 are preferably made of plastic, glass or other material suitable for light conduction or structure. In particular, it is also possible to use composite materials or composite structures, for example with laminations. Alternatively, ie independently, or in addition to the three-dimensional distribution of the light 2 in the medium 3 through the fibers 4, the fibers 4 or bundles 5/6 permit an optimized supply of the light 2.
  • sunlight is preferably used for illuminating the medium 3 or the algae, even if basically any other light can be used.
  • the term "light” is preferably to be understood in a broad sense that not only visible light but, for example, alternatively or additionally also infrared light and / or ultraviolet light according to the medium 3 can be supplied.
  • the energy supply via the fibers 4 of the medium 3 can also serve purposes other than the photosynthesis and / or stimulation of the biological growth and / or the conversion of carbon dioxide into biomass provided in the illustration example.
  • the arrangement 1 preferably has a Lichtsammei dressed, in particular a collector mirror 10, for collecting sunlight, as shown schematically in Fig. 1.
  • the collected sunlight or other light from another illumination device can then be passed through the fibers 4 or in particular a bundle 5 or 6 to the container or tank 8 with the medium 3, in particular with very low losses.
  • leads of several 100 m are possible. This is very advantageous, especially in the case of a large amount of light, since correspondingly large areas, light collecting devices or the like are required and / or corresponding structural conditions must and / or can be taken into account.
  • the arrangement 1 preferably has a device 1 1 for the introduction of gas, which contains in particular carbon dioxide or consists thereof.
  • gas which contains in particular carbon dioxide or consists thereof.
  • gas for example, flue gas, sewage gas, biogas, air or the like can be initiated.
  • the device 11 has in particular a bottom, a sieve 12 or another suitable introduction means, to introduce or dispense the gas, in particular in the form of gas bubbles 13 in the medium 3, as indicated schematically in Fig. 1.
  • the gas supply or -ein takes place in particular at the bottom and / or at a certain depth, preferably of at least 5 to 6 m, to allow a good exchange of gas or a good supply of the medium 3 and thus the algae with the gas.
  • the gas above the medium 3 - in the horrin- game for example, above the cover 9 or within the container or tank 8 sucked and fed back through the device 11, so recirculated to a particularly good utilization or a particularly good degradation of Gas, in particular of carbon dioxide to achieve.
  • the fibers 4 or bundles 5, 6 in particular branch out in a tree-like manner in order to distribute the light 2 in different spatial regions within the medium 3-ie three-dimensionally-in the medium 3.
  • the light is introduced via gas bubbles 13 and, in particular, is distributed three-dimensionally in the medium 3.
  • the introduction or generation of the gas bubbles 13 is preferably via hollow fibers 4, but can also be done in other ways.
  • the fibers 4 for supplying the light 2 are preferably at least partially and / or partially hollow in order to be able to supply not only the light 2 but also the gas at the same time.
  • the gas bubbles 13 form.
  • the gas bubbles 13 preferably initially have a size of essentially 1 to 10 .mu.m, in particular 2 to 5 .mu.m. At this size, the gas bubbles 13 form particularly suitable sound boxes for the light to be picked up.
  • the hollow fibers 4 simultaneously emit the light at their ends in the areas where the gas bubbles 13 are formed.
  • the gas bubbles 13 can be quasi "filled” with light 2.
  • a kind of fog or cloud of glowing gas bubbles 13 is generated.
  • the glowing gas bubbles 13 - by way of example, a luminous gas bubble 13 is shown in an enlarged detail in FIG. 2 - migrate upwards through the medium 3.
  • the gas bubbles 13 tend to be larger due to the decreasing fluid pressure.
  • the gas can dissolve in the medium 3 or be absorbed by the algae or the like, so that the gas bubbles 13 accordingly tend to be smaller. If necessary, these two effects can be compensated for, so that the size of the gas bubbles 13 remains at least largely the same.
  • the introduction of the gas preferably takes place at a depth of about 3 to 50 m, preferably 5 to 10 m, into the medium 3.
  • the introduction of the gas is again, as in the first embodiment, preferably on the bottom side or from below.
  • a sieve 12 or the like can be used for the formation of the gas bubbles 13 or manipulation of the sizes of the gas bubbles 13, if necessary.
  • the desired gas bubble size can be very easily influenced by appropriate selection of the inner diameter of the hollow fibers 4.
  • 3 and 4 show by way of example two possible, different cross-sections of the hollow fibers 4, each in a schematic, not to scale representation.
  • FIG. 3 is a so-called band-gap fiber.
  • the gas is preferably carried out exclusively via the inner or central channel 14, but if necessary also via the other peripheral hollow channels 15 of this fiber 4.
  • the light pipe is then only in the mantle of the fiber 4th
  • the light pipe can be made via the peripheral hollow channels 15.
  • the inner diameter I of the hollow fibers 4 or central channels 14 is preferably at most 10 .mu.m, in particular substantially 5 to 9 .mu.m.
  • the arrangement 1 or device 11 preferably has a feed device 16, in particular with a housing under gas pressure, in order to introduce the gas into the hollow fibers 4 and to couple the light 2 into the fibers 4.
  • the gas is supplied, for example via a pump 17 or the like, and in particular enters the front side into the channels 14 and 15 a.
  • the light 2 becomes, for example, via light-conducting fibers 4 or a fiber bundle 6 or the like - in turn, in turn, from a light collecting device, such as the collector mirror 10-or-V-on-another EB lighting device, which is only schematically indicated in FIG - added or forwarded.
  • Fig. 2 shows the coupling only very schematically.
  • the light is introduced on the front side into the beginnings of the hollow fibers 4.
  • the container or tank 8 or the medium 3 is preferably associated with a circulation device, such as a circulation pump 18, an agitator or the like.
  • a circulation device such as a circulation pump 18, an agitator or the like.
  • Fig. 5 shows a schematic representation of a third embodiment of the proposed arrangement 1 or device 11.
  • the production and introduction of the gas bubbles 13 preferably via a grid, a screen 12 a hole bottom or the like.
  • it may also be an intermediate floor act.
  • the light coupling into the gas bubbles 13 takes place in that the gas is passed through small holes or channels in an optically transparent or light-conducting material and forms the gas bubbles 13 at the exit and receives light 2.
  • the sieve 12 or the perforated bottom of a plate, and / or transparent material is preferably made of plastic, in particular with a thickness of about 3 to 10 mm.
  • the plate preferably has a plurality of small holes with a diameter of at most 50 microns.
  • the gas enters the medium 3 through these holes.
  • the illumination preferably takes place through the transparent plate material and / or on the gas side.
  • Over the length of the holes or holes - ie over the thickness of the plate - quasi "hollow optical waveguide" are formed with the flowing gas as the interior and the bottom plate as an optical sheath.
  • the resulting gas bubbles 13 can optically couple to the light field or light 2 and vice versa so the light 2 can be absorbed by the gas bubbles 13.
  • the light 2 can also be coupled in any other way, in particular possibly also laterally, into the optically translucent or transparent plate with the holes through which the gas is introduced into the medium 3 to form the gas bubbles 13 become.
  • pipes or other protrusions, extensions or the like for example with a length of about 1 to 2 m, can be additionally attached or projected upwards or projecting or connected in some places of the floor, in which fiber optic cables are routed.
  • the end face of these tubes can then be formed, for example, with a hole construction or a structure such as the base plate.
  • the gassing and exposure of the reactor volume or the medium 3 can be made uniform.
  • a plurality of intermediate floors which are formed according to the second or third embodiment and are arranged or offset, for example, at different heights or depths, can be used.
  • much smaller gas bubbles 13 are formed.
  • the initial diameter of the gas bubbles 13 is for example 0, 1 to 10 microns, preferably less than 1 micron, in particular substantially 0.2 to 0.6 microns.
  • Such small gas bubbles 13 can be made in particular by introduction in a corresponding depth, for example about 50 m or more, in the medium 3.
  • the medium 3 can also be pressurized.
  • the introduction of the gas takes place at a pressure of the medium 3 of about 50 to 800 kPa. More preferably, the pressure of the medium 3 at which the gas is introduced is at least about 500 kPa and more to form very small gas bubbles 13. Due to the small size of the gas bubbles 13, it is possible to stimulate them by direct exposure to light, in particular sunlight, to resonance absorption, so that the light is transported when ascending the gas bubbles 13 into the interior of the reactor or up through the medium 3. The exposure of the gas bubbles 13 can in particular be effected again via optical fibers 4 and / or in any other way.
  • gas bubbles 13 can form resonators for the incident light 2.
  • the resonance frequencies depend on the diameter of the gas bubbles 13.
  • gas bubbles 13 with different diameters, in particular with a diameter spectrum covering the supplied light spectrum, are preferably produced.
  • the photosynthesis can be imitated by means of a technical device, namely from carbon dioxide and water under the action of light biomass or CH 2 O-containing compounds and oxygen to produce.
  • a technical device namely from carbon dioxide and water under the action of light biomass or CH 2 O-containing compounds and oxygen to produce.
  • the proposed arrangement 1 can also work or be referred to as a bioreactor, in particular as a fiber-optic photo-bioreactor.
  • sunlight is used, which is collected in particular by means of concentrators, collector mirrors 10 or the like and fed to the medium 3 and in particular is introduced into this, as already explained with reference to the two embodiments.
  • the sunlight may also be collected through a network of fluorescent fibers.
  • the concentrated sunlight or other light is preferably in opti see optical fibers - in the present invention referred to as 4 - fed - and in particular in the form of a bundle 5/6 the bioreactor, in this case the container or tank 8 with the medium 3, fed ,
  • the algal suspension in the entire reactor volume, ie in the entire container 8 be illuminated by means of fiber technology.
  • the fibers 4 in different Spaces in the container 8 ends or branch are connected to the first embodiment.
  • the spatial distribution of the light 2 in the medium 3 can also be effected by means of gas bubbles 13, in particular by a mist of luminous bubbles, as explained with reference to the second embodiment.
  • optical fibers have a twofold meaning in the present invention.
  • the individual effects can also be used independently or exploited.
  • the fibers 2 provide effective light transport over long lengths.
  • the optical fibers 4 serve to illuminate a three-dimensional volume in the container 4. This is done by the preferably tree-like branching and / or by means of the gas bubbles 13.
  • the described invention is intended to help solve the carbon dioxide problem.
  • the proposed arrangement 1 and the proposed method for the degradation of carbon dioxide from the flue gas of fossil power plants are suitable.
  • the flue gas can optionally be simply blown from below into the container 8, as indicated in the two embodiments.
  • Another advantage of the present invention is that not only can carbon dioxide be degraded, but that the biomass produced can also be used as a raw material for fuel, bioethanol, biodiesel or the like.
  • the strong scattering of the medium 3 supports an at least largely uniform or complete illumination of the medium 3 or of the container 8.
  • the IR fraction is separated from the sunlight, and can be used, for example, for other purposes, in particular for drying the biomass produced, such as algae, or the like.
  • a lateral emission can also take place. This can be achieved in particular by correspondingly large curvature of the fibers 4. If necessary, the fibers 4 can accordingly also be strongly curved, in particular coiled, guided or run in the medium 3.
  • a liquid medium such as an algal suspension
  • Light especially sunlight
  • the light is conducted by means of optical fibers in a container with the medium.
  • the light is distributed three-dimensionally in the container.
  • the fibers end in different spatial areas within the container.
  • the light is introduced via the bubbles, wherein the gas is supplied in particular via hollow optical fibers.

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Abstract

The invention relates to an assembly and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium such as an algae suspension and/or for the production of biomass. Light, in particular sunlight, is conducted in a container filled with the medium, by means of fibre optics. The light is distributed three-dimensionally in the container. To achieve this, the fibre optics terminate in different areas inside the container. Alternatively or in addition, the light is introduced via gas bubbles, said gas being supplied in particular via hollow fibre optics.

Description

Anordnung und Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in einem flüssigen Medium Arrangement and method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in einem flüssigen Medium, wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse sowie eine Verwendung einer derartigen Anordnung oder eines derartigen Verfahrens zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse.The present invention relates to an arrangement and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium, such as an algal suspension, and / or for the production of biomass and a use of such an arrangement or method for the conversion of carbon dioxide into biomass.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich insbesondere mit der Nachahmung der Photosynthese zur Bindung von Kohlendioxid. Es ist bekannt, hierzu eine Algensuspension zu beleuchten, um das Wachstum der Algen anzuregen. Die Algen verbrauchen Kohlendioxid zum Wachstum und zur Bildung von Biomasse. Um möglichst alle Algen in der Algensuspension mit Licht und Koh- lendioxid zu versorgen, kann die Algensuspension sehr stark umgewälzt und/oder die Oberfläche der Algensuspension möglichst groß gestaltet werden. Dies kann jedoch anlagenmäßig und/oder verfahrenstechnisch bzw. energetisch aufwendig sein.The present invention is particularly concerned with mimicking photosynthesis for binding carbon dioxide. It is known to illuminate an algae suspension for this purpose in order to stimulate the growth of the algae. The algae consume carbon dioxide for growth and biomass production. In order to supply all algae in the algae suspension with light and carbon dioxide, the algal suspension can be circulated very strongly and / or the surface of the algae suspension can be made as large as possible. However, this can be plant and / or procedural or energy consuming.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in einem flüssigen Medium, wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse sowie eine Verwendung einer derartigen Anordnung bzw. eines derartigen Verfahrens zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse anzugeben, wo- bei ein einfacher Aufbau, ein einfacher, kostengünstiger und/oder energiesparender Verfahrensablauf und/oder eine hohe Effektivität ermöglicht wird bzw. werden.The present invention is based on the object, an arrangement and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium, such as an algal suspension, and / or for the production of biomass and a use of such an arrangement or such a method for the conversion of carbon dioxide in Indicate biomass, wherein a simple structure, a simple, cost-effective and / or energy-saving process flow and / or high efficiency is or will be possible.
Die obige Aufgabe wird durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 oder 15, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 20 oder 39 oder durch eine Verwendung gemäß Anspruch 40 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegen- ~stän~d~der~Unteransprüche: —The above object is achieved by an arrangement according to claim 1 or 15, by a method according to claim 20 or 39 or by a use according to claim 40. Advantageous developments are the subject ~ RESISTING ~ d ~ ~ the dependent claims: -
8BBTATtQUNQSKOPfE Eine grundlegende Idee der vorliegenden Erfindung liegt darin, lichtleitende Fasern zur Zuleitung des Lichts zu verwenden. Dieses Faserkonzept führt insbesondere zu zwei Vorteilen.8BBTATtQUNQSKOPfE A basic idea of the present invention is to use photoconductive fibers for the supply of light. This fiber concept leads in particular to two advantages.
Der Transport von Licht zu dem flüssigen Medium kann über größere Längen, beispielsweise von einigen 100 m, erfolgen. So ist es beispielsweise möglich, Lichtkollektoren oder -sammler, wie Kollektorspiegel, zur Konzentration von Sonnenlicht einzusetzen, um größere Mengen von Licht zu sammeln und dem flüssigen Medium zuzuleiten.The transport of light to the liquid medium can take place over long lengths, for example of a few 100 m. It is thus possible, for example, to use light collectors or collectors, such as collector mirrors, for the concentration of sunlight in order to collect and supply larger amounts of light to the liquid medium.
Weiter gestatten die Fasern eine dreidimensionale Beleuchtung des flüssigen Mediums, also eine dreidimensionale Verteilung des Lichts in dem flüssigen Medium. Das Licht wird also in verschiedene Raumbereiche, insbesondere Tiefen, innerhalb des Mediums verteilt.Furthermore, the fibers permit a three-dimensional illumination of the liquid medium, ie a three-dimensional distribution of the light in the liquid medium. The light is thus distributed in different areas of space, in particular depths, within the medium.
Die dreidimensionale Verteilung des Lichts bzw. Beleuchtung des Mediums erfolgt also im Gegensatz zu der bisher üblichen zumindest im wesentlichen zweidimensionalen Beleuchtung von einer Oberfläche oder Seite her nun tatsächlich dreidimensional und damit mit wesentlich verbesserter Verteilung und Effektivität.The three-dimensional distribution of the light or illumination of the medium thus takes place in contrast to the hitherto customary at least substantially two-dimensional illumination from a surface or side actually three-dimensionally and thus with much improved distribution and effectiveness.
Zur dreidimensionalen Verteilung des Lichts ist gemäß einer Ausführungsvariante vorgesehen, daß die Fasern in verschiedenen Raumbereichen, insbesondere Tiefen, vorzugsweise vertikal versetzt, in dem flüssigen Medium enden. So kann eine insbesondere baumartige bzw. optimale Verteilung des Lichts in dem flüssigen Medium in einem gewünschten räumlichen Beleuchtungsbereich erreicht werden.For the three-dimensional distribution of the light, it is provided according to an embodiment variant that the fibers terminate in different spatial regions, in particular in depths, preferably vertically offset, in the liquid medium. Thus, a particular tree-like or optimal distribution of the light in the liquid medium in a desired spatial illumination range can be achieved.
Eine weitere, auch alternativ oder unabhängig realisiserbare Ausführungsvari- ante sieht vor, daß das Licht mittels Gasblasen in dem flüssigen Medium dreidimensional verteilt wird. Die Zuführung des Gases und des Lichts erfolgt -vorzugsw.eise,gleichzeitig über Hohlfasern.A further embodiment variant, which can also be implemented alternatively or independently, provides that the light is distributed in three dimensions in the liquid medium by means of gas bubbles. The supply of the gas and the light takes place preferably at the same time via hollow fibers.
Eine vorschlagsgemäße Verwendung der Anordnung bzw. des Verfahrens zeichnen sich dadurch aus, daß ein flüssiges Medium mit Algen, wie eine Algensuspension, verwendet wird, wobei Licht in dem Medium dreidimensional verteilt wird und wobei Kohlendioxid in Form von Gasblasen in das Medium eingeleitet wird, um das Wachstum und/oder die Vermehrung der Algen anzuregen und dadurch Biomasse zu bilden. So kann eine sehr effektive Bildung von Biomasse und/oder Bindung von Kohlendioxid erfolgen.A proposed use of the arrangement or the method are characterized in that a liquid medium with algae, such as an algal suspension, is used, wherein light in the medium three-dimensional and wherein carbon dioxide is introduced in the form of gas bubbles in the medium to stimulate the growth and / or proliferation of algae and thereby form biomass. Thus, a very effective formation of biomass and / or binding of carbon dioxide can take place.
Weitere Aspekte, Vorteile und Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung. Es zeigt:Further aspects, advantages and features and characteristics of the present invention will become apparent from the claims and the following description of preferred embodiments with reference to the drawing. It shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform;Fig. 1 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a first embodiment;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer zweiten Aus führungs form;Fig. 2 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a second embodiment;
Fig. 3 einen schematischen, nicht maßstabsgerechten Schnitt einer lichtleitenden Faser der Anordnung gemäß Fig. 2;FIG. 3 shows a schematic, not to scale, section of a light-conducting fiber of the arrangement according to FIG. 2; FIG.
Fig. 4 einen schematischen, nicht maßstabsgerechten Schnitt einer an- deren lichtleitenden Faser der Anordnung gemäß Fig. 2; und4 shows a schematic, not to scale, section of another light-conducting fiber of the arrangement according to FIG. 2; and
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer vorschlagsgemäßen Anordnung gemäß einer dritten Ausführungsform.Fig. 5 is a schematic representation of a proposed arrangement according to a third embodiment.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Komponenten, Bauteile und dgl. die gleichen Bezugszeichen verwenden. Insbesondere ergeben sich entsprechende oder vergleichbare Vorteile, auch wenn eine wiederholte Beschreibung weggelassen ist.In the figures, the same reference numerals will be used for the same or similar components, components and the like. In particular, there are corresponding or comparable advantages, even if a repeated description is omitted.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen, nicht maßstabsgerechten Darstellung eine vorschlagsgemäße Anordnung 1 gemäß einer ersten Aus führungs form. Die Anordnung 1 dient der dreidimensionalen Verteilung von Licht 2 (schema- tisch in Fig. 1 angedeutet) in einem flüssigen Medium 3.Fig. 1 shows a schematic, not to scale representation of a proposed arrangement 1 according to a first embodiment. The arrangement 1 serves the three-dimensional distribution of light 2 (schematically in Fig. 1 indicated) in a liquid medium. 3
Bei dem Medium 3 handelt es sich insbesondere um eine Suspension oder dergleichen. Dementsprechend ist der Begriff "flüssig" in einem weiten Sinne zu zu verstehen, so daß insbesondere Suspensionen, Dispersionen oder sonstige Gemische oder Stoffe mit flüssigen Phasen oder Anteilen umfaßt sind.The medium 3 is in particular a suspension or the like. Accordingly, the term "liquid" is to be understood in a broad sense to understand, so that in particular suspensions, dispersions or other mixtures or substances are included with liquid phases or proportions.
Das Medium 3 ist vorzugsweise photoaktiv und/oder biologisch aktiv. Insbe- sondere kann in dem Medium 3 eine Photosynthese oder eine sonstige Licht 2 benötigende Reaktion ablaufen. Insbesondere enthält das Medium 3 hierzu eine biologisch aktive Spezies, insbesondere Algen, sonstige Bakterien oder dergleichen.The medium 3 is preferably photoactive and / or biologically active. In particular, a reaction that requires photosynthesis or another light 2 may take place in the medium 3. In particular, the medium 3 contains for this purpose a biologically active species, in particular algae, other bacteria or the like.
Insbesondere ist das Medium 3 wäßrig bzw. enthält Wasser und/oder stark lichtbestreuend.In particular, the medium 3 is aqueous or contains water and / or strong light-scattering.
Besonders bevorzugt wird eine Algensuspension als Medium 3 eingesetzt. Insbesondere enthält das Medium 3 eine Algenmischkultur, die vorzugsweise zumindest in ähnlicher Form in Flüssen, Teichen oder dergleichen vorkommt. Derartige Mischkulturen sind nämlich besonders resistent gegen Umwelteinflüsse, Krankheiten und/oder sonstige Störungen.An algal suspension is particularly preferably used as medium 3. In particular, the medium 3 contains an algae mixture culture, which preferably occurs at least in similar form in rivers, ponds or the like. Such mixed cultures are namely particularly resistant to environmental influences, diseases and / or other disorders.
Da die Anordnung 1 vorzugsweise mit Algen bzw. mit einer Algensuspension als Medium 3 eingesetzt wird, wird der folgenden Beschreibung primär auf das durch das eingeleitete Licht 2 induzierte Algenwachstum abgestellt. Jedoch gelten diese Ausführungen entsprechend auch für sonstige Spezies oder photo- bzw. bioaktive Medien 3.Since the arrangement 1 is preferably used with algae or with an algae suspension as the medium 3, the following description is primarily focused on the algae growth induced by the induced light 2. However, these statements apply accordingly to other species or photo- or bioactive media 3.
Die Anordnung 1 weist lichtleitende Fasern 4 zur Zuleitung des Lichts 2 auf. Bei der ersten Ausführungsform enden mehrere oder alle Fasern 4 in verschiedenen Raumbereichen, insbesondere zumindest teilweise in unterschiedlichen Tiefen und/oder Vertikalebenen, in dem Medium 3. Dies gestattet eine dreidimensionale Verteilung des Lichts 2 in dem Medium 3, wie in Fig. 1 bei- spielhaft, nur schematisch angedeutet.The arrangement 1 has light-conducting fibers 4 for the supply of the light 2. In the first embodiment, several or all of the fibers 4 terminate in different spatial regions, in particular at least partially in different depths and / or vertical planes, in the medium 3. This permits a three-dimensional distribution of the light 2 in the medium 3, as shown in FIG. playfully, only schematically indicated.
^V!orzugsw-eise-SÜκLdie_Easern_4_flexibel. Jedoch können grundsätzlich auch starre lichtleitende Stäbe - zumindest abschnittsweise und/oder am Austrittsende ins Medium 3 - eingesetzt werden. Besonders bevorzugt enden die Fasern 4 in verschiedenen Ebenen innerhalb des Mediums 3. Jedoch können die Fasern 4 auch alle unterschiedlich oder unregelmäßig enden.^ V! Orzugsw-else-SÜκLdie_Easern_4_flexibel. However, in principle, rigid light-conducting rods - at least in sections and / or at the outlet end into the medium 3 - can be used. More preferably, the fibers 4 terminate at different levels within the medium 3. However, the fibers 4 may all end differently or irregularly.
Ausgehend von einem Bündel (Hauptbündel) 5 von Fasern 4 erfolgt insbesondere eine Verzweigung oder Verästelung in Einzelbündel 6 und/oder Einzelfasern 4, wie in Fig. 1 beispielhaft angedeutet. Um eine optimale Verteilung des Lichts 2 in dem Medium 3 zu erreichen, enden die Fasern 4 vorzugsweise einzeln, also separat voneinander in dem Medium 3. Jedoch können auch mehre- re Fasern 4 zusammen, beispielsweise als Einzelbündel 5, in dem Medium 3 enden.Starting from a bundle (main bundle) 5 of fibers 4, branching or branching into individual bundles 6 and / or individual fibers 4 takes place, as exemplified in FIG. 1. In order to achieve an optimal distribution of the light 2 in the medium 3, the fibers 4 preferably terminate individually, ie separately in the medium 3. However, several fibers 4 may end together in the medium 3, for example as individual bundles 5.
Das Licht tritt zumindest im wesentlichen oder ausschließlich am Ende der jeweiligen Faser 4 aus und beleuchtet das Medium 3 im jeweiligen Raumbe- reich, wie durch Striche in Fig. 1 angedeutet.The light emerges at least substantially or exclusively at the end of the respective fiber 4 and illuminates the medium 3 in the respective spatial region, as indicated by dashes in FIG. 1.
Je nach Biegung bzw. Krümmung, Material, Oberfläche, Oberflächenaufrau- hung oder dergleichen können die Fasern 4 auch mehr oder weniger Licht seitlich entlang der jeweiligen Faser 4 abgeben. Auch so kann eine optimierte dreidimensionale Verteilung von Licht 2 in dem Medium 3 erfolgen. Bei entsprechender Ausgestaltung der Fasern 4 ist es sogar möglich, daß zumindest im wesentlichen das Gesamtlicht bereits über die im Medium 3 verlaufenden Längen der jeweiligen Faser 4 seitlich abgegeben wird und gegebenenfalls nur noch ein verhältnismäßig geringer Anteil am Ende der jeweiligen Faser 4 in das Medium 3 abgestrahlt wird. In diesem Fall verlaufen die Fasern 4 vorzugsweise im wesentlichen über längere Strecken parallel zueinander oder beispielsweise gewendelt oder mäanderförmig durch das Medium 3 und können gegebenenfalls sogar alle in einer Ebene oder Tiefe in dem Medium 3 enden.Depending on the bending or curvature, material, surface, surface roughening or the like, the fibers 4 can also emit more or less light laterally along the respective fiber 4. Even so, an optimized three-dimensional distribution of light 2 in the medium 3 can take place. With appropriate design of the fibers 4, it is even possible that at least substantially the total light is already emitted laterally over the running in the medium 3 lengths of the respective fiber 4 and optionally only a relatively small proportion at the end of the respective fiber 4 in the medium third is emitted. In this case, the fibers 4 preferably extend substantially over longer distances parallel to each other or, for example, coiled or meandering through the medium 3 and may possibly even all end in a plane or depth in the medium 3.
Versuche haben gezeigt, daß die Lichtaustrittsflächen - insbesondere also die Enden - der Fasern 4 von den Algen nicht besiedelt werden. Dementsprechend ist keine übermäßige Reinigung oder Befreiung von Algen erforderlich. Vielmehr ergibt sich ein selbstorganisierendes System, das möglichst effizient das eingeleitete Licht 2 zum Algenwachstum ausnutzt. Die Fasern 4 können lose in das Medium 3 eintauchen bzw. in dieses hineinhängen, gegebenenfalls auch als Bündel 5 oder 6, die sich dann insbesondere verzweigen.Experiments have shown that the light exit surfaces - especially the ends - of the fibers 4 are not colonized by the algae. Accordingly, excessive purification or algae exemption is not required. Rather, it results in a self-organizing system that uses as efficiently as possible the introduced light 2 for algae growth. The fibers 4 can dive loosely into the medium 3 or hang into it, optionally also as a bundle 5 or 6, which then branch in particular.
Vorzugsweise weist die Anordnung 1 insbesondere gitter- oder stangenartige Halterungen 7 in dem Medium 3 auf, die insbesondere in verschiedenen Ebenen oder Tiefen angeordnet sind, um die Fasern 4 bzw. Bündel 5, 6 zu halten oder zu führen.Preferably, the arrangement 1 in particular lattice- or rod-like mounts 7 in the medium 3, which are arranged in particular in different planes or depths to hold the fibers 4 or bundles 5, 6 or lead.
Besonders bevorzugt bilden die Halterungen 7 Zwischenböden in einem Behälter oder Tank 8 mit dem Medium 3, um die Fasern 4 oder Bündel 5 oder 6 in verschiedenen Raumbereichen innerhalb des Mediums 3 enden zu lassen.Particularly preferably, the holders 7 form intermediate bottoms in a container or tank 8 with the medium 3 in order to allow the fibers 4 or bundles 5 or 6 to end in different spatial regions within the medium 3.
Bedarfsweise können die Fasern 4 bzw. Bündel 5, 6 zumindest in Endberei- chen im Medium 3, insbesondere durch eine Strömung des Mediums 3, beweglich sein.If necessary, the fibers 4 or bundles 5, 6 can be movable at least in the end regions in the medium 3, in particular by a flow of the medium 3.
Die Zuführung oder Einleitung der Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 erfolgt vorzugsweise von oben, beim Ausführungsbeispiel durch eine obere Halterung oder Abdeckung 9 oder dergleichen.The supply or introduction of the fibers 4 or bundle 5/6 is preferably carried out from above, in the embodiment by an upper bracket or cover 9 or the like.
Die Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 erstrecken sich vorzugsweise zumindest im wesentlichen vertikal von oben nach unten im Medium 3. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Dichte der Fasern 4 größer als die Dichte des Me- diums 3 ist, diese also nicht aufschwimmen.The fibers 4 or bundles 5/6 preferably extend at least substantially vertically from top to bottom in the medium 3. This is particularly advantageous when the density of the fibers 4 is greater than the density of the medium 3, that is not float.
Jedoch ist es grundsätzlich auch möglich, daß sich die Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 von unten nach oben in das Medium 3 und/oder auf sonstige Weise - beispielsweise quer - in das Medium 3 erstrecken oder zumindest abschnittswei- se derart geführt sind.However, it is also possible in principle for the fibers 4 or bundles 5/6 to extend from the bottom to the top into the medium 3 and / or in another way-for example transversely-into the medium 3 or at least in sections thereof.
Die Fasern 4 bestehen vorzugsweise aus Kunststoff, Glas oder einem sonstigen zur Lichtleitung geeigneten Material oder Aufbau. Insbesondere können auch Verbundwerkstoffe oder Verbundaufbauten, beispielsweise mit Be- Schichtungen, verwendet werden. Altemativ - also auch unabhängig — oder zusätzlich zu der dreidimensionalen Verteilung des Lichts 2 im Medium 3 durch die Fasern 4 gestatten die Fasern 4 bzw. Bündel 5/6 eine optimierte Zuführung des Lichts 2.The fibers 4 are preferably made of plastic, glass or other material suitable for light conduction or structure. In particular, it is also possible to use composite materials or composite structures, for example with laminations. Alternatively, ie independently, or in addition to the three-dimensional distribution of the light 2 in the medium 3 through the fibers 4, the fibers 4 or bundles 5/6 permit an optimized supply of the light 2.
Beim Darstellungsbeispiel wird vorzugsweise Sonnenlicht zur Beleuchtung des Mediums 3 bzw. der Algen eingesetzt, auch wenn grundsätzlich jedes sonstige Licht verwendet werden kann. In diesem Zusammenhang ist anzumerken, daß der Begriff "Licht" vorzugsweise in einem weiten Sinne dahingehend zu verstehen ist, daß nicht nur sichtbares Licht, sondern beispielsweise alternativ oder zusätzlich auch Infrarot-Licht und/oder ultraviolettes Licht entsprechend dem Medium 3 zugeführt werden kann. Generell kann die Energiezuführung über die Fasern 4 des Medium 3 auch anderen Zwecken als der beim Darstellungsbeispiel vorgesehenen Photosynthese und/oder Anregung des biologischen Wachstums und/oder der Umwandlung von Kohlendioxid in Biomasse dienen.In the illustrated example, sunlight is preferably used for illuminating the medium 3 or the algae, even if basically any other light can be used. In this context, it should be noted that the term "light" is preferably to be understood in a broad sense that not only visible light but, for example, alternatively or additionally also infrared light and / or ultraviolet light according to the medium 3 can be supplied. In general, the energy supply via the fibers 4 of the medium 3 can also serve purposes other than the photosynthesis and / or stimulation of the biological growth and / or the conversion of carbon dioxide into biomass provided in the illustration example.
Die Anordnung 1 weist vorzugsweise eine Lichtsammeieinrichtung, insbesondere einen Kollektorspiegel 10, zum Auffangen von Sonnenlicht auf, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt. Das aufgefangene Sonnenlicht oder sonstiges Licht von einer sonstigen Beleuchtungseinrichtung kann dann über die Fasern 4 bzw. insbesondere ein Bündel 5 oder 6 zu dem Behälter bzw. Tank 8 mit dem Medium 3 mit insbesondere sehr geringen Verlusten geleitet werden. Insbesondere sind so Zuleitungen von mehreren 100 m möglich. Dies ist insbesondere bei großem Lichtbedarf sehr vorteilhaft, da entsprechend große Flä- chen, Lichtsammeieinrichtungen oder dergleichen erforderlich sind und/oder entsprechende bauliche Gegebenheiten berücksichtigt werden müssen und/oder können. Insbesondere ist es so möglich, den Behälter bzw. Tank 8 mit dem Medium 3 in einem nicht dargestellten Gebäude oder dergleichen unterzubringen und beispielsweise trotzdem Sonnenlicht zur Beleuchtung einzu- setzen.The arrangement 1 preferably has a Lichtsammeieinrichtung, in particular a collector mirror 10, for collecting sunlight, as shown schematically in Fig. 1. The collected sunlight or other light from another illumination device can then be passed through the fibers 4 or in particular a bundle 5 or 6 to the container or tank 8 with the medium 3, in particular with very low losses. In particular, such leads of several 100 m are possible. This is very advantageous, especially in the case of a large amount of light, since correspondingly large areas, light collecting devices or the like are required and / or corresponding structural conditions must and / or can be taken into account. In particular, it is thus possible to accommodate the container or tank 8 with the medium 3 in a building, not shown, or the like and, for example, to use sunlight for illumination.
Die Anordnung 1 weist vorzugsweise eine Einrichtung 1 1 zur Einleitung von Gas, das insbesondere Kohlendioxid enthält oder daraus besteht, auf. Beispielsweise kann Rauchgas, Klärgas, Faulgas, Luft oder dergleichen eingelei- tet werden. Beim Darstellungsbeispiel weist die Einrichtung 11 insbesondere einen Boden, ein Sieb 12 oder ein sonstiges geeignetes Einleitungsmittel auf, um das Gas insbesondere in Form von Gasblasen 13 in das Medium 3 einzuleiten bzw. abzugeben, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet.The arrangement 1 preferably has a device 1 1 for the introduction of gas, which contains in particular carbon dioxide or consists thereof. For example, flue gas, sewage gas, biogas, air or the like can be initiated. In the illustrated example, the device 11 has in particular a bottom, a sieve 12 or another suitable introduction means, to introduce or dispense the gas, in particular in the form of gas bubbles 13 in the medium 3, as indicated schematically in Fig. 1.
Die Gaszuleitung oder -einleitung erfolgt insbesondere bodenseitig und/oder in einer gewissen Tiefe, vorzugsweise von mindestens 5 bis 6 m, um einen guten Gasaustausch bzw. eine gute Versorgung des Mediums 3 und damit der Algen mit dem Gas zu ermöglichen.The gas supply or -einleitung takes place in particular at the bottom and / or at a certain depth, preferably of at least 5 to 6 m, to allow a good exchange of gas or a good supply of the medium 3 and thus the algae with the gas.
Bedarfsweise wird das Gas oberhalb des Mediums 3 — beim Darstellungsbei- spiel beispielsweise oberhalb der Abdeckung 9 oder innerhalb des Behälters bzw. Tanks 8 abgesaugt und wieder über die Einrichtung 11 zugeleitet, also rezirkuliert, um eine besonders gute Ausnutzung bzw. einen besonders guten Abbau des Gases, insbesondere des Kohlendioxids, zu erreichen.If necessary, the gas above the medium 3 - in the Darstellungsbei- game, for example, above the cover 9 or within the container or tank 8 sucked and fed back through the device 11, so recirculated to a particularly good utilization or a particularly good degradation of Gas, in particular of carbon dioxide to achieve.
Nachfolgend wird eine zweite Ausführungsform der vorschlagsgemäßen Anordnung 1 und des Verfahrens zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in dem Medium 3 und/oder zur Erzeugung von Biomasse anhand des Schemas gemäß Fig. 2 näher erläutert. Insbesondere werden nur wesentliche Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben, so daß die bishe- rigen Ausführungen und Erläuterungen insbesondere entsprechend oder ergänzend gelten.Hereinafter, a second embodiment of the proposed arrangement 1 and the method for the three-dimensional distribution of light in the medium 3 and / or for the generation of biomass using the scheme of FIG. 2 will be explained in more detail. In particular, only essential differences from the first embodiment will be described, so that the previous statements and explanations apply in particular corresponding or supplementary.
Bei der ersten Aus führungs form verzweigen sich die Fasern 4 bzw. Bündel 5, 6 insbesondere baumartig, um das Licht 2 in verschiedenen Raumbereichen innerhalb des Mediums 3 - also dreidimensional - in dem Medium 3 zu verteilen. Bei der zweiten Ausführungsform ist alternativ oder ergänzend vorgesehen, daß das Licht über Gasblasen 13 eingeleitet und insbesondere dreidimensional in dem Medium 3 verteilt wird. Die Einleitung bzw. Erzeugung der Gasblasen 13 erfolgt vorzugsweise über hohle Fasern 4, kann aber auch auf sonstige Weise erfolgen.In the first embodiment, the fibers 4 or bundles 5, 6 in particular branch out in a tree-like manner in order to distribute the light 2 in different spatial regions within the medium 3-ie three-dimensionally-in the medium 3. In the second embodiment, it is alternatively or additionally provided that the light is introduced via gas bubbles 13 and, in particular, is distributed three-dimensionally in the medium 3. The introduction or generation of the gas bubbles 13 is preferably via hollow fibers 4, but can also be done in other ways.
Bei der zweiten Ausführungsform sind die Fasern 4 zur Zuleitung des Lichts 2 vorzugsweise zumindest abschnittsweise und/oder teilweise hohl ausgebildet, um nicht nur das Licht 2, sondern auch das Gas gleichzeitig zuführen zu kön- nen. Insbesondere erfolgt eine Lichtleitung im Mantel der hohlen Fasern 4, die in Fig. 2 schematisch, nicht maßstabsgerecht angedeutet sind. Beim Einleiten des Gases in das Medium 3 bilden sich die Gasblasen 13. Die Gasblasen 13 weisen vorzugsweise anfänglich eine Größe von im wesentlichen 1 bis 10 μm, insbesondere 2 bis 5 μm, auf. Bei dieser Größe bilden die Gasblasen 13 besonders geeignete Resonanzkörper für das aufzunehmende Licht.In the second embodiment, the fibers 4 for supplying the light 2 are preferably at least partially and / or partially hollow in order to be able to supply not only the light 2 but also the gas at the same time. In particular, there is a light pipe in the jacket of the hollow fibers 4, which are indicated schematically in Fig. 2, not to scale. When the gas is introduced into the medium 3, the gas bubbles 13 form. The gas bubbles 13 preferably initially have a size of essentially 1 to 10 .mu.m, in particular 2 to 5 .mu.m. At this size, the gas bubbles 13 form particularly suitable sound boxes for the light to be picked up.
Die hohlen Fasern 4 geben gleichzeitig das Licht an ihren Enden in den Bereichen ab, in denen die Gasblasen 13 gebildet werden. So können die Gasblasen 13 quasi mit Licht 2 "gefüllt" werden. Es wird eine Art Nebel oder Wolke leuchtender Gasblasen 13 erzeugt.The hollow fibers 4 simultaneously emit the light at their ends in the areas where the gas bubbles 13 are formed. Thus, the gas bubbles 13 can be quasi "filled" with light 2. A kind of fog or cloud of glowing gas bubbles 13 is generated.
Die leuchtenden Gasblasen 13 - beispielhaft ist eine leuchtende Gasblase 13 in einer Ausschnittsvergrößerung in Fig. 2 dargestellt - wandern durch das Medium 3 nach oben. Hierbei werden die Gasblasen 13 aufgrund des abnehmenden Flüssigkeitsdrucks tendenziell größer. Andererseits kann sich das Gas im Medium 3 lösen bzw. von den Algen oder dergleichen aufgenommen werden, so daß die Gasblasen 13 dementsprechend tendenziell kleiner werden. Diese beiden Effekte können sich gegebenenfalls etwa kompensieren, so daß die Größe der Gasblasen 13 zumindest weitgehend gleichbleibt.The glowing gas bubbles 13 - by way of example, a luminous gas bubble 13 is shown in an enlarged detail in FIG. 2 - migrate upwards through the medium 3. In this case, the gas bubbles 13 tend to be larger due to the decreasing fluid pressure. On the other hand, the gas can dissolve in the medium 3 or be absorbed by the algae or the like, so that the gas bubbles 13 accordingly tend to be smaller. If necessary, these two effects can be compensated for, so that the size of the gas bubbles 13 remains at least largely the same.
Um die gewünschte Gasblasengröße zu erreichen bzw. deren Bildung zumindest zu unterstützen, erfolgt die Einleitung des Gases vorzugsweise in einer Tiefe von etwa 3 bis 50 m, vorzugsweise 5 bis 10 m, in das Medium 3.In order to achieve the desired gas bubble size or at least to support its formation, the introduction of the gas preferably takes place at a depth of about 3 to 50 m, preferably 5 to 10 m, into the medium 3.
Die Einleitung des Gases erfolgt wiederum wie bei der ersten Ausfuhrungsform vorzugsweise bodenseitig bzw. von unten.The introduction of the gas is again, as in the first embodiment, preferably on the bottom side or from below.
Zur Formung der Gasblasen 13 bzw. Manipulation der Größen der Gasblasen 13 kann bedarfsweise ein Sieb 12 oder dergleichen eingesetzt werden.For the formation of the gas bubbles 13 or manipulation of the sizes of the gas bubbles 13, if necessary, a sieve 12 or the like can be used.
Alternativ oder zusätzlich kann die gewünschte Gasblasengröße sehr einfach durch entsprechende Wahl des Innendurchmessers der hohlen Fasern 4 beein- flußt werden. Fig. 3 und 4 zeigen beispielhaft zwei mögliche, unterschiedliche Querschnitte der hohlen Fasern 4, jeweils in schematischer, nicht maßstabsgerechter Darstellung.Alternatively or additionally, the desired gas bubble size can be very easily influenced by appropriate selection of the inner diameter of the hollow fibers 4. 3 and 4 show by way of example two possible, different cross-sections of the hollow fibers 4, each in a schematic, not to scale representation.
Bei der Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 handelt es sich um eine sogenannte Band-Gap-Faser. Die Gasführung erfolgt vorzugsweise ausschließlich über den Innen- bzw. Zentralkanal 14, bedarfsweise jedoch auch über die weiteren peripheren Hohlkanäle 15 dieser Faser 4. In diesem Fall erfolgt die Lichtleitung dann nur im Mantel der Faser 4.In the embodiment of FIG. 3 is a so-called band-gap fiber. The gas is preferably carried out exclusively via the inner or central channel 14, but if necessary also via the other peripheral hollow channels 15 of this fiber 4. In this case, the light pipe is then only in the mantle of the fiber 4th
Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtleitung über die peripheren Hohlkanäle 15 erfolgen.Alternatively or additionally, the light pipe can be made via the peripheral hollow channels 15.
Fig. 4 zeigt eine "herkömmliche" Hohlfaser 4. Die Gaszuführung erfolgt hier über den Zentralkanal 14. Die Lichtleitung erfolgt im Mantel der Faser 4.4 shows a "conventional" hollow fiber 4. The gas supply takes place here via the central channel 14. The light conduction takes place in the jacket of the fiber 4th
Um die gewünschte Gasblasengröße zu erreichen, beträgt der Innendurchmesser I der hohlen Fasern 4 bzw. Zentralkanäle 14 vorzugsweise höchsten 10 μm, insbesondere im wesentlichen 5 bis 9 μm.In order to achieve the desired gas bubble size, the inner diameter I of the hollow fibers 4 or central channels 14 is preferably at most 10 .mu.m, in particular substantially 5 to 9 .mu.m.
Die Anordnung 1 bzw. Einrichtung 11 weist beim Darstellungsbeispiel vorzugsweise eine Zuführeinrichtung 16 insbesondere mit einem unter Gasdruck stehendem Gehäuse auf, um das Gas in die hohlen Fasern 4 einzuleiten und das Licht 2 in die Fasern 4 einzukoppeln.In the illustrated embodiment, the arrangement 1 or device 11 preferably has a feed device 16, in particular with a housing under gas pressure, in order to introduce the gas into the hollow fibers 4 and to couple the light 2 into the fibers 4.
Das Gas wird beispielsweise über eine Pumpe 17 oder dergleichen zugeführt und tritt insbesondere stirnseitig in die Kanäle 14 bzw. 15 ein.The gas is supplied, for example via a pump 17 or the like, and in particular enters the front side into the channels 14 and 15 a.
Das Licht 2 wird beispielsweise über lichtleitende Fasern 4 bzw. ein Faser- bündel 6 oder dergleichen - insbesondere wiederum von einer Lichtsammeieinrichtung, wie dem in Fig. 2 nur schematisch angedeuteten Kollektorspiegel 10-oder-V-on-einer-sonstigerLB.eleuchtungseinrichtung oder dergleichen - zufie- führt bzw. zugeleitet. Fig. 2 zeigt die Ankopplung nur sehr schematisch. Insbesondere wird das Licht stirnseitig in die Anfänge der hohlen Fasern 4 einge- leitet. Dem Behälter oder Tank 8 bzw. dem Medium 3 ist vorzugsweise eine Umwälzeinrichtung, wie eine Umwälzpumpe 18, ein Rührwerk oder dergleichen, zugeordnet. So kann eine ausreichende und insbesondere das Wachstum fordernde Bewegung des Mediums 3 bzw. der Algensuspension sichergestellt werden.The light 2 becomes, for example, via light-conducting fibers 4 or a fiber bundle 6 or the like - in turn, in turn, from a light collecting device, such as the collector mirror 10-or-V-on-another EB lighting device, which is only schematically indicated in FIG - added or forwarded. Fig. 2 shows the coupling only very schematically. In particular, the light is introduced on the front side into the beginnings of the hollow fibers 4. The container or tank 8 or the medium 3 is preferably associated with a circulation device, such as a circulation pump 18, an agitator or the like. Thus, a sufficient and in particular growth-demanding movement of the medium 3 or the algae suspension can be ensured.
Fig. 5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine dritte Ausführungsform der vorschlagsgemäßen Anordnung 1 bzw. Einrichtung 11. Hier erfolgt die Erzeugung und Einleitung der Gasblasen 13 vorzugsweise über ein Gitter, ein Sieb 12 einen Lochboden oder dgl. Insbesondere kann es sich auch um einen Zwischenboden handeln. So können die bei der zweiten Ausführungsform aufgrund der hohlen Fasern 4 auftretenden Druckverluste bei der Zuführung des Gases vermieden oder zumindest minimiert werden.Fig. 5 shows a schematic representation of a third embodiment of the proposed arrangement 1 or device 11. Here, the production and introduction of the gas bubbles 13 preferably via a grid, a screen 12 a hole bottom or the like. In particular, it may also be an intermediate floor act. Thus, the pressure losses occurring during the supply of the gas in the second embodiment due to the hollow fibers 4 can be avoided or at least minimized.
Bei der zweiten und dritten Aus führungs form erfolgt insbesondere die Lichteinkopplung in die Gasblasen 13 dadurch, daß das Gas durch kleine Löcher oder Kanäle in einem optisch transparenten bzw. lichtleitenden Material geleitet wird und beim Austritt die Gasblasen 13 bildet und Licht 2 aufnimmt.In the second and third embodiments, in particular the light coupling into the gas bubbles 13 takes place in that the gas is passed through small holes or channels in an optically transparent or light-conducting material and forms the gas bubbles 13 at the exit and receives light 2.
Besonders bevorzugt ist das Sieb 12 bzw. der Lochboden aus einer Platte, und/oder transparentem Material vorzugsweise Kunststoff, insbesondere mit einer Dicke von etwa 3 bis 10 mm, hergestellt. Die Platte weist vorzugsweise eine Vielzahl kleiner Löcher mit einem Durchmesser von höchstens 50 μm auf. Das Gas tritt durch diese Löcher hindurch in das Medium 3 ein. Die Be- leuchtung erfolgt vorzugsweise durch das transparente Plattenmaterial und/oder gasseitig. Über die Länge der Löcher bzw. Bohrungen - also über die Dicke der Platte - werden quasi "hohle Lichtwellenleiter" mit dem strömenden Gas als Innenraum und der Bodenplatte als optischem Mantel gebildet. So können die entstehenden Gasblasen 13 optisch an das Lichtfeld bzw. Licht 2 ankoppeln bzw. umgekehrt kann so das Licht 2 von den Gasblasen 13 aufgenommen werden.Particularly preferably, the sieve 12 or the perforated bottom of a plate, and / or transparent material is preferably made of plastic, in particular with a thickness of about 3 to 10 mm. The plate preferably has a plurality of small holes with a diameter of at most 50 microns. The gas enters the medium 3 through these holes. The illumination preferably takes place through the transparent plate material and / or on the gas side. Over the length of the holes or holes - ie over the thickness of the plate - quasi "hollow optical waveguide" are formed with the flowing gas as the interior and the bottom plate as an optical sheath. Thus, the resulting gas bubbles 13 can optically couple to the light field or light 2 and vice versa so the light 2 can be absorbed by the gas bubbles 13.
Bei der dritten Ausführungsform gelten ansonsten die Erläuterungen und Anmerkungen zur zweiten Ausführungsform insbesondere entsprechend oder er- gänzend. Insbesondere kann wieder ein Kollektorspiegel 10 oder jede sonstige geeignete Beleuchtungseinrichtung zur Zuleitung von Licht - optional wieder über Faserbündel 6 oder dgl. - eingesetzt werden.Otherwise, in the third embodiment, the explanations and remarks on the second embodiment apply in particular correspondingly or in addition. In particular, again a collector mirror 10 or any other suitable lighting device for the supply of light - optionally again on fiber bundles 6 or the like. - Are used.
Alternativ oder zusätzlich kann das Licht 2 jedoch auch auf sonstige Art und Weise, insbesondere ggf. auch seitlich, in die optisch lichtdurchlässige bzw. transparente Platte mit den Löchern, über die das Gas in das Medium 3 zur Bildung der Gasblasen 13 eingeleitet wird, angekoppelt werden.Alternatively or additionally, however, the light 2 can also be coupled in any other way, in particular possibly also laterally, into the optically translucent or transparent plate with the holes through which the gas is introduced into the medium 3 to form the gas bubbles 13 become.
Bei der dritten Ausführungsform können bedarfsweise auch zusätzlich an ei- nigen Stellen des Bodens Rohre oder sonstige Vorsprünge, Verlängerungen oder dgl., beispielsweise mit einer Länge von etwa 1 bis 2 m, angebracht werden oder nach oben abragen bzw. vorspringen bzw. angeschlossen sein, in denen Lichtleitkabel geführt werden. Die Stirnfläche dieser Rohre kann dann beispielsweise mit einer Lochkonstruktion bzw. einem Aufbau, wie die Bo- denplatte ausgebildet werden. So kann die Begasung und Belichtung des Reaktorvolumens bzw. des Mediums 3 vergleichmäßigt werden. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Zwischenböden, die entsprechend der zweiten oder dritten Ausführungsform ausgebildet sind und beispielsweise in unterschiedlichen Höhen bzw. Tiefen angeordnet oder versetzt werden, einge- setzt werden.In the third embodiment, pipes or other protrusions, extensions or the like, for example with a length of about 1 to 2 m, can be additionally attached or projected upwards or projecting or connected in some places of the floor, in which fiber optic cables are routed. The end face of these tubes can then be formed, for example, with a hole construction or a structure such as the base plate. Thus, the gassing and exposure of the reactor volume or the medium 3 can be made uniform. Alternatively or additionally, a plurality of intermediate floors, which are formed according to the second or third embodiment and are arranged or offset, for example, at different heights or depths, can be used.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante werden wesentlich kleinere Gasblasen 13 gebildet. Der anfängliche Durchmesser der Gasblasen 13 beträgt beispielsweise 0, 1 bis 10 μm, vorzugsweise weniger als 1 μm, insbesondere im wesentlichen 0,2 bis 0,6 μm.According to a further embodiment, much smaller gas bubbles 13 are formed. The initial diameter of the gas bubbles 13 is for example 0, 1 to 10 microns, preferably less than 1 micron, in particular substantially 0.2 to 0.6 microns.
Derartig kleine Gasblasen 13 können insbesondere durch Einleitung in einer entsprechenden Tiefe, beispielsweise etwa 50 m oder mehr, in das Medium 3 erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann das Medium 3 auch unter Druck ge- setzt werden.Such small gas bubbles 13 can be made in particular by introduction in a corresponding depth, for example about 50 m or more, in the medium 3. Alternatively or additionally, the medium 3 can also be pressurized.
Besonders bevorzugt erfolgt die Einleitung_des Gases bei einem Druck des Mediums 3 von etwa 50 bis 800 kPa. Besonders bevorzugt beträgt der Druck des Mediums 3, bei dem das Gas eingeleitet wird, mindestens etwa 500 kPa und mehr, um sehr kleine Gasblasen 13 zu bilden. Aufgrund der geringen Größe der Gasblasen 13 ist es möglich, diese durch direkte Belichtung mit Licht, insbesondere Sonnenlicht, zu Resonanzabsorption anzuregen, so daß das Licht beim Aufsteigen der Gasblasen 13 ins Reaktorinnere bzw. nach oben durch das Medium 3 transportiert wird. Die Belichtung der Gasblasen 13 kann insbesondere wieder über Lichtleitfasern 4 und/oder auf sonstige Art und Weise erfolgen.Particularly preferably, the introduction of the gas takes place at a pressure of the medium 3 of about 50 to 800 kPa. More preferably, the pressure of the medium 3 at which the gas is introduced is at least about 500 kPa and more to form very small gas bubbles 13. Due to the small size of the gas bubbles 13, it is possible to stimulate them by direct exposure to light, in particular sunlight, to resonance absorption, so that the light is transported when ascending the gas bubbles 13 into the interior of the reactor or up through the medium 3. The exposure of the gas bubbles 13 can in particular be effected again via optical fibers 4 and / or in any other way.
Es ist anzumerken, daß die Gasblasen 13 Resonatoren für das eingestrahlte Licht 2 bilden können. Die Resonanzfrequenzen hängen von dem Durchmes- ser der Gasblasen 13 ab. Um nicht nur monochromatisches Licht aufnehmen zu können, werden vorzugsweise Gasblasen 13 mit unterschiedlichen Durchmessern, insbesondere mit einem das zugeführte Lichtspektrum abdeckenden Durchmesserspektrum, erzeugt.It should be noted that the gas bubbles 13 can form resonators for the incident light 2. The resonance frequencies depend on the diameter of the gas bubbles 13. In order to be able to absorb not only monochromatic light, gas bubbles 13 with different diameters, in particular with a diameter spectrum covering the supplied light spectrum, are preferably produced.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen kann die Photosynthese mittels einer technischen Einrichtung nachgeahmt werden, nämlich aus Kohlendioxid und Wasser unter Einwirkung von Licht Biomasse bzw. CH2O-enthaltene Verbindungen und Sauerstoff zu erzeugen. Dementsprechend kann die vorschlagsgemäße Anordnung 1 auch als Bioreaktor, insbesondere als faseropti- scher Photo-Bioreaktor arbeiten bzw. bezeichnet werden.In the described embodiments, the photosynthesis can be imitated by means of a technical device, namely from carbon dioxide and water under the action of light biomass or CH 2 O-containing compounds and oxygen to produce. Accordingly, the proposed arrangement 1 can also work or be referred to as a bioreactor, in particular as a fiber-optic photo-bioreactor.
Besonders bevorzugt wird Sonnenlicht verwendet, das insbesondere mittels Konzentratoren, Kollektorspiegeln 10 oder dergleichen gesammelt und dem Medium 3 zugeleitet und insbesondere in dieses eingeleitet wird, wie bereits anhand der beiden Ausführungsformen erläutert. Alternativ oder zusätzlich kann das Sonnenlicht auch durch ein Netz von Fluoreszenzfasern gesammelt werden.Particularly preferably, sunlight is used, which is collected in particular by means of concentrators, collector mirrors 10 or the like and fed to the medium 3 and in particular is introduced into this, as already explained with reference to the two embodiments. Alternatively or additionally, the sunlight may also be collected through a network of fluorescent fibers.
Das konzentrierte Sonnenlicht oder sonstiges Licht wird vorzugsweise in opti- sehe Lichtleitfasern - bei der vorliegenden Erfindung kurz als 4 bezeichnet - eingespeist und insbesondere in Form eines Bündels 5/6 dem Bioreaktor, hier also dem Behälter bzw. Tank 8 mit dem Medium 3, zugeleitet.The concentrated sunlight or other light is preferably in opti see optical fibers - in the present invention referred to as 4 - fed - and in particular in the form of a bundle 5/6 the bioreactor, in this case the container or tank 8 with the medium 3, fed ,
Besonders bevorzugt kann die Algensuspension im gesamten Reaktorvolu- men, also im gesamten Behälter 8, mittels der Fasertechnik beleuchtet werden.Particularly preferably, the algal suspension in the entire reactor volume, ie in the entire container 8, be illuminated by means of fiber technology.
Insbesondere erfolgt dies dadurch, daß die Fasern 4 in unterschiedlichen Raumbereichen im Behälter 8 enden bzw. sich verzweigen, wie anhand der ersten Ausfuhrungsform erläutert. Alternativ oder zusätzlich kann die räumliche Verteilung des Lichts 2 in dem Medium 3 auch mittels Gasblasen 13, insbesondere durch einen Nebel aus leuchtenden Bläschen erfolgen, wie anhand der zweiten Ausführungsform erläutert.In particular, this is done by the fibers 4 in different Spaces in the container 8 ends or branch, as explained with reference to the first embodiment. Alternatively or additionally, the spatial distribution of the light 2 in the medium 3 can also be effected by means of gas bubbles 13, in particular by a mist of luminous bubbles, as explained with reference to the second embodiment.
Damit wird eine dreidimensionale Beleuchtung erreicht. Bei herkömmlicher Beleuchtung von einer Seite bzw. zumindest im wesentlichen nur aus einer Ebene wird wegen der hohen Schwächungskonstante der Algensuspension hingegen nur eine Zone von wenigen mm Eindringtiefe erreicht.This achieves a three-dimensional illumination. In conventional illumination from one side or at least substantially only from one plane, however, only a zone of a few mm penetration depth is achieved because of the high attenuation constant of the algal suspension.
Wie bereits erläutert, kommt den Lichtleitfasern bei der vorliegenden Erfindung eine zweifache Bedeutung zu. Die einzelnen Effekte können auch unabhängig voneinander eingesetzt bzw. ausgenutzt werden.As already explained, the optical fibers have a twofold meaning in the present invention. The individual effects can also be used independently or exploited.
Erstens dienen die Fasern 2 einem effektiven Lichttransport über große Längen. Bei großen anfallenden Kohlendioxidmengen, wie bei einem Kohlekraftwerk, wird sehr viel Licht zur Kohlendioxid-Bindung benötigt. Das erfordert entsprechend große Flächen zum Sammeln des Sonnenlichts mit ent- sprechend langen Transportwegen von über einigen 100 m.First, the fibers 2 provide effective light transport over long lengths. Large quantities of carbon dioxide, such as a coal-fired power plant, require a lot of light to bind carbon dioxide. This requires correspondingly large areas for collecting the sunlight with correspondingly long transport distances of more than a few 100 m.
Zweitens dienen die Lichtleitfasern 4 der Ausleuchtung eines dreidimensionalen Volumens im Behälter 4. Dies erfolgt durch die vorzugsweise baumartige Verzweigung und/oder mittels der Gasblasen 13.Secondly, the optical fibers 4 serve to illuminate a three-dimensional volume in the container 4. This is done by the preferably tree-like branching and / or by means of the gas bubbles 13.
Diesen Prinzipien machen die Anordnung 1 bzw. den Bioreaktor skalierbar.These principles make the arrangement 1 or the bioreactor scalable.
Die beschriebene Erfindung soll helfen, das Kohlendioxidproblem zu lösen. Insbesondere sind die vorschlagsgemäße Anordnung 1 und das vorschlagsge- mäße Verfahren zum Abbau von Kohlendioxid aus dem Rauchgas fossiler Kraftwerke geeignet.The described invention is intended to help solve the carbon dioxide problem. In particular, the proposed arrangement 1 and the proposed method for the degradation of carbon dioxide from the flue gas of fossil power plants are suitable.
Zum Abbau von Kohlendioxid aus Rauchgas kann das Rauchgas gegebenenfalls einfach von unten in den Behälter 8 eingeblasen werden, wie bei den bei- den Ausführungsformen angedeutet. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, daß nicht nur Kohlendioxid abgebaut bzw. gebunden werden kann, sondern daß die erzeugte Biomasse auch als Rohmaterial für Brennstoff, Bioethanol, Biodiesel oder dergleichen verwendet werden kann.To reduce carbon dioxide from flue gas, the flue gas can optionally be simply blown from below into the container 8, as indicated in the two embodiments. Another advantage of the present invention is that not only can carbon dioxide be degraded, but that the biomass produced can also be used as a raw material for fuel, bioethanol, biodiesel or the like.
Die starke Streuung des Mediums 3 unterstützt eine zumindest weitgehend gleichmäßige oder vollständige Ausleuchtung des Mediums 3 bzw. des Behälters 8.The strong scattering of the medium 3 supports an at least largely uniform or complete illumination of the medium 3 or of the container 8.
Es ist anzumerken, daß von dem Sonnenlicht bedarfsweise der IR- Anteil abgetrennt, und beispielsweise für sonstige Zwecke, insbesondere zur Trocknung der erzeugten Biomasse, wie der Algen, oder dergleichen, eingesetzt werden kann.It should be noted that, if necessary, the IR fraction is separated from the sunlight, and can be used, for example, for other purposes, in particular for drying the biomass produced, such as algae, or the like.
Wie bereits erwähnt, kann zusätzlich oder alternativ zu der Aussendung des Lichts an den Faserenden auch eine seitliche Abstrahlung erfolgen. Dies kann insbesondere durch entsprechend starke Krümmung der Fasern 4 erreicht werden. Bedarfsweise können die Fasern 4 dementsprechend auch stark gekrümmt, insbesondere gewendelt, in dem Medium 3 geführt sein oder verlau- fen.As already mentioned, in addition to or as an alternative to the emission of the light at the fiber ends, a lateral emission can also take place. This can be achieved in particular by correspondingly large curvature of the fibers 4. If necessary, the fibers 4 can accordingly also be strongly curved, in particular coiled, guided or run in the medium 3.
Es werden eine Anordnung und ein Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung von Licht in einem flüssigen Medium, wie einer Algensuspension, und/oder zur Erzeugung von Biomasse vorgeschlagen. Licht, insbesondere Sonnenlicht, wird mittels Lichtleitfasern in einen Behälter mit dem Medium geleitet. Das Licht wird dreidimensional im Behälter verteilt. Hierzu enden die Fasern in verschiedenen Raumbereichen innerhalb des Behälters. Alternativ oder zusätzlich wird das Licht über das Blasen eingeleitet, wobei das Gas insbesondere über hohle Lichtleitfasern zugeführt wird.There is proposed an arrangement and a method for the three-dimensional distribution of light in a liquid medium, such as an algal suspension, and / or for the production of biomass. Light, especially sunlight, is conducted by means of optical fibers in a container with the medium. The light is distributed three-dimensionally in the container. For this purpose, the fibers end in different spatial areas within the container. Alternatively or additionally, the light is introduced via the bubbles, wherein the gas is supplied in particular via hollow optical fibers.
Einzelne Merkmale und Aspekte der erläuterten Ausführungsformen und -Varianten können auch beliebig miteinander kombiniert und/oder bei sonstigen Anordnungen oder Verfahren eingesetzt werden. Individual features and aspects of the described embodiments and variants can also be combined with one another as desired and / or used in other arrangements or methods.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Anordnung (1) zur dreidimensionalen Verteilung von Licht (2) in einem flüssigen Medium (3) und/oder zur Erzeugung von Biomasse, mit lichtleiten- den Fasern (4) zur Zuleitung des Lichts (2), wobei das Licht (2) in verschiedene Raumbereiche innerhalb des Mediums (3) verteilbar ist.1. Arrangement (1) for the three-dimensional distribution of light (2) in a liquid medium (3) and / or for the production of biomass, with lichtleiten- fibers (4) for supplying the light (2), wherein the light (2 ) can be distributed into different spatial areas within the medium (3).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) photoaktiv und/oder biologisch aktiv ist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the medium (3) is photoactive and / or biologically active.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) mindestens eine biologisch aktive Spezies, insbesondere Algen, enthält.3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the medium (3) contains at least one biologically active species, in particular algae.
4. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere oder alle Fasern (4) in verschiedenen und/oder nicht in einer Ebene liegenden Raumbereichen, insbesondere Tiefen, in dem Medium (3) enden.4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that several or all fibers (4) in different and / or not lying in a plane space areas, in particular depths, in the medium (3) end.
5. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) über vorzugsweise gitter- oder stangenartige Halterungen (7), insbesondere in verschiedenen Ebenen oder Tiefen, innerhalb des Mediums (3) gehalten sind.5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers (4) via preferably grid or rod-like holders (7), in particular in different planes or depths, are held within the medium (3).
6. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind.6. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers (4) are made of glass or plastic.
7. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) zumindest im wesentlichen vertikal im Medium (3) verlaufen.7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers (4) extend at least substantially vertically in the medium (3).
& Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Bündel (6) der Fasern (4) in Einzelbündel (5) und/oder Einzelfasern (4) verzweigt, die in verschiedenen und/oder nicht in einer Ebene liegenden Raumbereichen, insbesondere Tiefen, in dem Medium (3) enden. & Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a bundle (6) of the fibers (4) branches into individual bundles (5) and / or individual fibers (4) which are arranged in different and / or non-in-plane spatial regions. especially depths in which medium (3) ends.
9. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) und/oder Bündel (5, 6) zumindest in Endbereichen im Medium (3), insbesondere durch eine Strömung des Mediums (3), beweglich sind.9. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers (4) and / or bundles (5, 6) at least in end regions in the medium (3), in particular by a flow of the medium (3), are movable.
10. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung eine Einrichtung (11) zur Einleitung von vorzugsweise Kohlendioxid enthaltendem Gas, insbesondere Kohlendioxid, Rauchgas, Klärgas, Faulgas oder Luft, in das Medium (3) aufweist.10. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement comprises means (11) for introducing preferably carbon dioxide-containing gas, in particular carbon dioxide, flue gas, sewage gas, biogas or air, in the medium (3).
11. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) hohl ausgebildet und durch diese Gas und gleichzeitig das Licht (2) in das Medium (3) einleitbar ist.11. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the fibers (4) formed hollow and by this gas and at the same time the light (2) in the medium (3) can be introduced.
12. Anordnung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) einen Innendurchmesser von höchstens 10 μm aufweisen.12. Arrangement according to claim 1 1, characterized in that the fibers (4) have an inner diameter of at most 10 microns.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas blasenförmig einleitbar, verteilbar und/oder abgebbar ist.13. Arrangement according to one of claims 10 to 12, characterized in that the gas can be introduced into a bubble, distributed and / or deliverable.
14. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (2) von Gasblasen (13) aufhehmbar ist.14. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light (2) of gas bubbles (13) is aufhehmbar.
15. Anordnung (1) zur dreidimensionalen Verteilung von Licht (2) in einem flüssigen Medium (3) und/oder zur Erzeugung von Biomasse, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (2) mittels Gasblasen (13) im Medium (3) verteilbar ist.15. Arrangement (1) for the three-dimensional distribution of light (2) in a liquid medium (3) and / or for the production of biomass, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the light (2) by means of gas bubbles (13) in the medium (3) can be distributed.
16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeich- net, daß die Gasblasen (13) anfänglich eine Größe von im wesentlichen 0,1 μm bis 10 μm, vorzugsweise etwa 1 bis 8 μm, insbesondere etwa 2 bis 5 μm, aufweisen.16. Arrangement according to one of claims 13 to 15, characterized marked, that the gas bubbles (13) initially a size of substantially 0.1 .mu.m to 10 .mu.m, preferably about 1 to 8 .mu.m, in particular about 2 to 5 microns, exhibit.
17. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Gas über einen Boden oder ein Sieb (12) und/oder in einer Tiefe von 3 bis 50 m, vorzugsweise 5 bis 10 m, und/oder bei einem Druck des Medium (3) von etwa 50 bis 800 kPa in das Medium (3) einleitbar ist.17. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the gas via a bottom or a sieve (12) and / or in a Depth of 3 to 50 m, preferably 5 to 10 m, and / or at a pressure of the medium (3) of about 50 to 800 kPa in the medium (3) can be introduced.
18. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß das Licht (2) über ein vorzugsweise gemeinsames Faserbündel18. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light (2) via a preferably common fiber bundle
(5, 6) den Fasern (4) zuführbar ist.(5, 6) can be fed to the fibers (4).
19. Anordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (1) eine Lichtsammeieinrichtung, insbesondere einen Kollektorspiegel (10), zur Aufnahme von Sonnenlicht aufweist, das in das Medium (3) eingeleitet wird.19. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the arrangement (1) has a Lichtsammeieinrichtung, in particular a collector mirror (10) for receiving sunlight, which is introduced into the medium (3).
20. Verfahren zur dreidimensionalen Verteilung von Licht (2) in einem flüssigen Medium (3) und/oder zur Erzeugung von Biomasse, wobei das Licht (2) über Fasern (4) zugeleitet wird, die in verschiedenen Raumbereichen innerhalb des Mediums (3) enden, und/oder wobei das Licht (2) mittels Gasblasen (13) innerhalb des Mediums (3) verteilt wird.20. Method for the three-dimensional distribution of light (2) in a liquid medium (3) and / or for the production of biomass, wherein the light (2) is supplied via fibers (4) which are located in different spatial areas within the medium (3) end, and / or wherein the light (2) by means of gas bubbles (13) within the medium (3) is distributed.
21. Verfahren nach Anspruch 20 dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) photoaktiv und/oder biologisch aktiv ist.21. The method according to claim 20, characterized in that the medium (3) is photoactive and / or biologically active.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium (3) mindestens eine biologisch aktive Spezies, insbesondere Algen, enthält.22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that the medium (3) contains at least one biologically active species, in particular algae.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß Fasern (4) in verschiedenen Tiefen und vertikal versetzt in dem Medium (3) enden.23. The method according to any one of claims 20 to 22, characterized in that fibers (4) in different depths and vertically offset ends in the medium (3).
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) über vorzugsweise gitter- oder stangenartige Halterungen (7), insbesondere in verschiedenen Ebenen oder Tiefen, innerhalb des Mediums (3) gehalten werden.24. The method according to any one of claims 20 to 23, characterized in that the fibers (4) via preferably grid or rod-like holders (7), in particular at different levels or depths, are held within the medium (3).
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind. 25. The method according to any one of claims 20 to 24, characterized in that the fibers (4) are made of glass or plastic.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser (4) zumindest im wesentlichen vertikal im Medium (3) verlaufen.26. The method according to any one of claims 20 to 25, characterized in that the fiber (4) extend at least substantially vertically in the medium (3).
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein Bündel (5, 6) der Fasern (4) in Einzelbündel (5) und/oder Einzelfasern (4) verzweigt, die in verschiedenen Raumbereichen, insbesondere Tiefen, in dem Medium (3) enden.27. The method according to any one of claims 20 to 26, characterized in that a bundle (5, 6) of the fibers (4) in individual bundles (5) and / or individual fibers (4) branches, which in different spatial areas, in particular depths, in the medium (3).
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) und/oder Bündel (5, 6) zumindest in Endbereichen im Medium (3), insbesondere durch eine Strömung des Mediums (3), beweglich sind.28. The method according to any one of claims 20 to 27, characterized in that the fibers (4) and / or bundles (5, 6) at least in end regions in the medium (3), in particular by a flow of the medium (3), are movable ,
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß Gas, insbesondere Kohlendioxid, Rauchgas, Klärgas, Faulgas oder Luft, in das Medium (3) eingeleitet wird.29. The method according to any one of claims 20 to 28, characterized in that gas, in particular carbon dioxide, flue gas, sewage gas, biogas or air, in the medium (3) is introduced.
30. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) hohl ausgebildet und durch diese Gas zur Bildung der Gasblasen (13) und gleichzeitig das Licht (2) in das Medium (3) eingeleitet werden.30. The method according to any one of claims 20 to 29, characterized in that the fibers (4) are hollow and are introduced by this gas to form the gas bubbles (13) and at the same time the light (2) in the medium (3).
31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (4) einen Innendurchmesser (I) von höchstens 10 μm aufweisen.31. The method according to claim 30, characterized in that the fibers (4) have an inner diameter (I) of at most 10 microns.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (2) von Gasblasen (13) aufgenommen wird.32. The method according to any one of claims 20 to 31, characterized in that the light (2) of gas bubbles (13) is received.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasen (13) jeweils einen Resonanzraum für das Licht (2) bilden.33. The method according to any one of claims 20 to 32, characterized in that the gas bubbles (13) each form a resonance space for the light (2).
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasen (13) bodenseitig eingeleitet werden. 34. The method according to any one of claims 20 to 33, characterized in that the gas bubbles (13) are introduced on the bottom side.
35. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasen (13) anfänglich eine Größe von im wesentlichen 0, 1 bis 10 μm, vorzugsweise etwa 1 bis 8 μm, insbesondere 2 bis 5 μm, aufweisen.35. The method according to any one of claims 20 to 34, characterized in that the gas bubbles (13) initially have a size of substantially 0, 1 to 10 microns, preferably about 1 to 8 microns, in particular 2 to 5 microns.
36. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasen (13) mittels eines Siebs (12) erzeugt oder geformt werden.36. The method according to any one of claims 20 to 35, characterized in that the gas bubbles (13) by means of a sieve (12) are generated or formed.
37. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasblasen (13) in einer Tiefe von 3 bis 50 m, vorzugsweise 5 bis 10 m, und/oder bei einem Druck des Medium (3) von etwa 50 bis 800 kPa in das Medium (3) eingeleitet werden.37. The method according to any one of claims 20 to 36, characterized in that the gas bubbles (13) at a depth of 3 to 50 m, preferably 5 to 10 m, and / or at a pressure of the medium (3) of about 50 to 800 kPa are introduced into the medium (3).
38. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Licht (2) über ein vorzugsweise gemeinsames Faserbündel (5, 6) den Fasern (4) zugeführt wird.38. The method according to any one of claims 20 to 37, characterized in that the light (2) via a preferably common fiber bundle (5, 6) is supplied to the fibers (4).
39. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 20 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß Sonnenlicht aufgenommen und als Licht (2) eingesetzt, insbesondere über die Fasern (4) zu dem und/oder in das flüssige Medium (3) geleitet wird.39. The method according to any one of claims 20 to 38, characterized in that sunlight is absorbed and used as light (2), in particular via the fibers (4) to and / or in the liquid medium (3) is passed.
40. Verwendung einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 oder eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 20 bis 39 zur Verwandlung von Kohlendioxid in Biomasse, wobei ein flüssiges Medium (3) mit Algen ver- wendet wird, wobei Licht (2) in dem Medium (3) dreidimensional verteilt wird und wobei kohlendioxidenthaltendes oder daraus bestehendes Gas in Form von Gasblasen (13) in das Medium (3) eingeleitet wird, um das Wachstum und/oder die Vermehrung der Algen anzuregen und dadurch Biomasse zu bilden. 40. Use of an arrangement according to one of claims 1 to 19 or a method according to any one of claims 20 to 39 for the conversion of carbon dioxide into biomass, wherein a liquid medium (3) is used with algae, wherein light (2) in the Medium (3) is distributed in three dimensions and wherein carbon dioxide containing or consisting of gas in the form of gas bubbles (13) in the medium (3) is introduced to stimulate the growth and / or multiplication of algae and thereby form biomass.
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