JP2005533632A5

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Publication number: JP2005533632A5
Application number: JP2004502703A
Authority: JP
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2006-06-29

Claims

フォトバイオリアクターで気体を処理する方法であって、以下：
少なくとも１種の光合成生物を含有する液体媒体の流れを、該フォトバイオリアクター内に確立する工程；
該フォトバイオリアクターの少なくとも一部分および該光合成生物の少なくとも一部分を、光合成を駆動する能力を有する光の源に曝露する工程；
該光合成生物の、光合成を駆動するために十分な強度での該光への第一の曝露間隔、および該光合成生物の、暗所、または該フォトバイオリアクター内での該光合成生物の選択された増殖を得るために必要とされる光合成を駆動するために不十分な強度の光への第二の曝露間隔を計算する工程；ならびに
該計算する工程において決定された該曝露間隔に基づいて、該フォトバイオリアクター内での該液体媒体の流れを制御する工程、
を包含する、方法。
さらに、以下：
処理されるべき気体のストリームを、前記フォトバイオリアクターに導入する工程；ならびに
該気体から、該フォトバイオリアクターを用いて、ＣＯ_２および／またはＮＯ_Ｘを少なくとも部分的に除去する工程、
を包含する、請求項１に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記導入する工程において導入される前記気体が、発電装置および／または焼却炉由来の燃焼気体を含有する、請求項２に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
フォトバイオリアクターで気体を処理する方法であって、以下：
少なくとも１種の光合成生物を含有する液体媒体の流れを、該フォトバイオリアクター内で確立する工程；
該フォトバイオリアクターの少なくとも一部分および該少なくとも１種の光合成生物を、光合成を駆動する能力を有する光の源に曝露する工程；
該フォトバイオリアクター内での液体流れパターンのシミュレーションを実施し、そして該シミュレーションから、該光合成生物の、光合成を駆動するために十分な強度の光への第一の曝露間隔、および該光合成生物の、暗所、または光合成を駆動するために不十分な強度の光への第二の曝露間隔を決定する工程；
該第一の曝露間隔および該第二の曝露間隔から、該フォトバイオリアクター内での該光合成生物の予測される増殖速度を計算する工程；ならびに
該光合成生物の選択された第一の曝露間隔および選択された第二の曝露間隔を得るように、該フォトバイオリアクター内での該液体媒体の流れを制御して、該計算する工程において決定されるような所望の予測される増殖速度を達成する工程、
を包含する、方法。
気体処理システムであって、以下：
フォトバイオリアクターであって、少なくとも１種の光合成生物を含有する液体媒体を内部に含み、該フォトバイオリアクターの少なくとも一部分は、該光合成生物に光を透過するように構成されており、該フォトバイオリアクターは、処理されるべき気体の源を接続可能であるように構成された入口、該フォトバイオリアクター内での該液体媒体の流れを確立するように構成および配置された流体循環器、ならびに該フォトバイオリアクターから処理された気体を放出するように構成された出口を備える、フォトバイオリアクター；ならびに
コンピュータ実装システムであって、該フォトバイオリアクター内での液体流れパターンのシミュレーションを実施するように、そして該シミュレーションから、該光合成生物の、光合成を駆動するために十分な強度の光への第一の曝露間隔、および該光合成生物の、暗所、または光合成を駆動するために不十分な強度の光への第二の曝露間隔を計算するように、そして該光合成生物の選択された第一の曝露間隔および選択された第二の曝露間隔を得るように、該バイオリアクター内での該液体媒体の流れを制御するように構成されている、コンピュータ実装システム；
を備える、気体処理システム。
前記フォトバイオリアクターが、少なくとも１つの気体入口を備え、該気体入口は、処理されるべき気体のストリームを、該フォトバイオリアクターに導入するように構成および配置されて折、そして前記液体培地中の前記光合成生物は、一旦、該気体のストリームに曝露されると、該気体からＣＯ_２および／またはＮＯ_Ｘを少なくとも部分的に除去し得る、請求項５に記載の気体処理システム。
前記少なくとも１つの気体入口が、発電装置および／または焼却炉由来の燃焼気体の源と流体連絡して接続されている、請求項６に記載の気体処理システム。
前記選択された第一の曝露間隔および前記選択された第二の曝露間隔が、数学モデルによって決定されるような、前記光合成生物の所望の平均増殖速度を与える間隔であり、該数学モデルは、光合成を駆動するために十分な強度の光への曝露と、光合成を駆動するために不十分な強度の光への曝露とへの交互の期間に曝露される場合の、前記光合成生物の増殖速度をシミュレートする、請求項５に記載の気体処理システム。
前記コンピュータ実装システムが、前記フォトバイオリアクター内での前記光合成生物の所望の増殖速度を得るために必要とされる、該光合成生物の、光合成を駆動するために十分な強度の光への選択された第一の曝露間隔、および該光合成生物の、暗所、または光合成を駆動するために不十分な強度の光への選択された第二の曝露間隔を、数学モデルを利用して計算するように、ならびに液体流れパターンのシミュレーションから計算された該第一の曝露間隔および第二の曝露間隔と、該光合成生物の増殖速度をシミュレートする該数学モデルから計算された選択された第一の曝露間隔および第二の曝露間隔との間の差異を最小にするように選択された、前記バイオリアクター内での前記液体媒体の流れを確立するように、さらに構成されており、該数学モデルは、光合成を駆動するために十分な強度の光への曝露と、光合成を駆動するために不十分な強度の光への曝露とへの交互の期間に曝露される場合の、前記光合成生物の増殖速度をシミュレートする、請求項５に記載の気体処理システム。
さらに、以下：
少なくとも１つのセンサであって、該センサは、操作の間、前記フォトバイオリアクターの少なくとも１つの環境条件または性能条件をモニタリングするように構成されている、少なくとも１つのセンサ、
を備え、前記コンピュータ実装システムが、該少なくとも１つのセンサから信号を受信するようにさらに構成されている、請求項８に記載の気体処理システム。
前記コンピュータ実装システムが、前記液体流れパターンのシミュレーションから前記第一の曝露間隔および第二の曝露間隔を計算する際に、前記少なくとも１つのセンサからの前記少なくとも１つの信号を利用するようにさらに構成されている、請求項１０に記載の気体処理システム。
前記少なくとも１つのセンサが、以下：
前記フォトバイオリアクターに入射する光の強度；
該フォトバイオリアクター内の前記液体媒体の光学密度および／または濁り度；
該フォトバイオリアクターへの気体投入流量；
該フォトバイオリアクター内での液体媒体の流量；
該フォトバイオリアクター内での該液体媒体の温度；ならびに
該フォトバイオリアクターに供給される気体ストリームの温度、
からなる群より選択される少なくとも１つの条件をモニタリングするように構成されている、請求項１１に記載の気体処理システム。
前記コンピュータ実装システムが、前記フォトバイオリアクター内での前記液体媒体の流れを制御する際に、本質的にリアルタイムで、前記少なくとも１つのセンサから受信された前記少なくとも１つの信号の変化の原因となるように構成されている、請求項１２に記載の気体処理システム。
前記フォトバイオリアクターが、流体連絡した少なくとも第一の導管および第二の導管、気体ストリームを該第一の導管に導入するように構成および配置された第一の気体多孔分散管；ならびに気体ストリームを該第二の導管に導入するように構成および配置された第二の気体多孔分散管を備え；ここで、
前記コンピュータ実装システムが、前記フォトバイオリアクターによって処理されるべき気体の全体の流量、ならびに該第一の気体多孔分散管および第二の気体多孔分散管への気体の全体の流量の分布を制御することによって、該フォトバイオリアクター内の前記液体媒体の流れを制御するようにさらに構成されている、
請求項８に記載の気体処理システム。
前記コンピュータ実装システムが、前記気体の全体の流量、および該気体の、第一の気体多孔分散管および第二の気体多孔分散管への全体の流量の分布を制御し、前記第一の導管内に、該第一の導管内の気泡の流れの方向に対して向流である方向を有する液体流れを誘導し、そして前記第二の導管内に、該第二の導管内の気泡の流れの方向に対して並流である方向を有する液体流れを有するようにさらに構成されており、請求項１４に記載の気体処理システム。
フォトバイオリアクター装置であって、以下：
流体的に相互接続された、少なくとも第一の導管、第二の導管、および第三の導管であって、該導管のうちの少なくとも１つは、光合成を誘導する能力を有する波長の光に対して少なくとも部分的に透明であり、該導管は、一緒になって、流れループを提供し、該流れループは、該フォトバイオリアクター内に収容される液体媒体が、該流れループ内の起点領域から、該第一の導管、第二の導管、および第三の導管を通って流れ、そして該起点領域へと戻ることを可能にし、
該第一の導管、第二の導管、および第三の導管が、該導管のうちの少なくとも１つが、水平に対してある角度を形成するように構成および配置されており、該角度が、他の導管のうちの少なくとも１つの、水平に対して形成される角度とは異なり、
該導管のうちの少なくとも１つが、水平に対して、１０°より大きく９０°未満である角度を形成する、フォトバイオリアクター装置。
前記導管のうちの少なくとも１つが、水平に対して、１５°より大きく７５°未満である角度を形成する、請求項１６に記載のフォトバイオリアクター装置。
フォトバイオリアクターシステムであって、以下：
フォトバイオリアクターであって、以下：
内部に液体媒体を収容する、流体的に相互接続された、少なくとも第一の導管および第二の導管であって、該導管のうちの少なくとも１つは、光合成を駆動する能力を有する波長の光に対して少なくとも部分的に透過性である、第一の導管および第二の導管、
該第一の導管内に気体ストリームを導入するように構成および配置された、第一の気体多孔分散管、
該第二の導管内に気体ストリームを導入するように構成および配置された、第二の気体多孔分散管、および
該フォトバイオリアクターから気体を放出するように構成された、少なくとも１つの出口、
を備える、フォトバイオリアクター；ならびに
制御装置であって、該フォトバイオリアクターによって処理されるべき気体の全体の流量、ならびに該第一の気体分散管および第二の気体分散管への全体の流量の分布を制御するように構成されており、これによって、該第一の導管において、該第一の導管内の気泡の流れの方向に対して向流である方向を有する液体流れを誘導し、そして該第二の導管において、該第二の導管内の気泡の流れの方向に対して並流である方向を有する液体流れを誘導する、制御装置、
を備える、フォトバイオリアクターシステム。
前記フォトバイオリアクターが、前記第一の導管および第二の導管と流体的に相互接続された、第三の導管をさらに備え、該第一の導管、第二の導管、および第三の導管が、一緒になって、流れループを提供し、該流れループは、前記液体媒体が、該流れループ内の起点領域から、該第一の導管、第二の導管、および第三の導管を通って連続的に流れ、そして該起点領域に戻ることを可能にする、請求項１８に記載のフォトバイオリアクターシステム。
前記第一の気体多孔分散管および第二の気体多孔分散管のうちの少なくとも１つが、内部にＣＯ_２および／またはＮＯ_Ｘを含有する燃焼気体の源と流体連絡して接続されている、請求項１８に記載のフォトバイオリアクターシステム。
フォトバイオリアクターを作動させる方法であって、以下：
該フォトバイオリアクターによって処理されるべき気体の第一のストリームを、第一の気体多孔分散管に導入する工程であって、該第一の気体多孔分散管が、該気体ストリームを、該フォトバイオリアクターの第一の導管に導入するように構成および配置されている、工程；
該フォトバイオリアクターによって処理されるべき気体の第二のストリームを、第二の気体多孔分散管に導入する工程であって、該第二の気体多孔分散管が、該気体ストリームを、該フォトバイオリアクターの第二の導管に導入するように構成および配置されている、工程；
該第一の導管において、該第一の導管内に導入される気体の該第一のストリームから形成される気泡の流れの方向に対して向流である方向を有する液体流れを誘導する工程；ならびに
該第二の導管において、該第二の導管内に導入される気体の該第二のストリームから形成される気泡の流れの方向に対して並流である方向を有する液体流れを誘導する工程、
を包含する、方法。
方法であって、以下：
少なくとも１種の光合成生物を内部に含有する液体媒体を、予め決定されたセットの増殖条件に曝露する工程であって、該増殖条件は、該光合成生物が引き続いてフォトバイオリアクター内で曝露される条件をシミュレートするように選択されており、これによって、該予め選択されたセットの増殖条件に対して、該光合成生物を予備馴化する、工程；
該曝露する工程において予備馴化された光合成生物を採取する工程；および
フォトバイオリアクターに、該採取された光合成生物の少なくとも一部を播種する工程、
を包含する、方法。
前記曝露する工程が、自動細胞培養および試験システムを利用して実施され、該システムは、約１マイクロリットルと約１リットルとの間の内部体積を有するフォトバイオリアクターを備える少なくとも１つの培養チャンバを備える、請求項２２に記載の方法。
前記光合成生物が引き続いて前記フォトバイオリアクター内で曝露される条件をシミュレートするように選択された、前記予め決定されたセットの増殖条件が、以下：
液体媒体の組成、液体媒体の温度、液体媒体の温度の変動の規模、頻度、および間隔、ｐＨ、光の強度、光および暗所の曝露間隔、供給気体の組成、ならびに供給気体の温度、からなる群より選択される少なくとも１つの条件を誘導する、請求項２２に記載の方法。
一体化燃焼方法であって、以下：
燃料を燃焼デバイスで燃焼させて、熱い燃焼気体ストリームを生成する工程；
該熱い燃焼気体ストリームを乾燥器に供給し、そして該乾燥器内で、該燃焼気体ストリームを冷却する工程；
該冷却された燃焼気体を、液体媒体を内部に収容するフォトバイオリアクターの入口に通す工程であって、該液体媒体は、少なくとも１種の光合成生物を含有する、工程；
該燃焼気体から、該光合成生物を用いて、少なくとも１つの物質を少なくとも部分的に除去する工程であって、該少なくとも１種の物質は、該生物によって、増殖および再生のために利用される、工程；
該少なくとも１種の光合成生物を含有する該液体媒体の少なくとも一部分を、該フォトバイオリアクターから除去する工程；
該除去する工程において除去された該液体媒体を、該供給する該工程において該熱い燃焼気体を供給された該乾燥器で乾燥させて、乾燥した藻類バイオマス生成物を生成する工程；ならびに
該乾燥された藻類バイオマス生成物を、前記燃焼工程において燃焼される燃料として、そして／または前記燃焼工程において燃焼される燃料の製造のために、使用する工程、
を包含する、方法。
前記燃焼デバイスが、発電機および／または焼却炉設備を備えるか、あるいは発電機および／または焼却炉設備の一部分を形成する、請求項２５に記載の一体化燃焼方法。
前記少なくとも部分的に除去する工程において前記燃焼気体から少なくとも部分的に除去される前記少なくとも１つの物質が、ＣＯ_２および／またはＮＯ_Ｘを含有する、請求項２５に記載の一体化燃焼方法。
前記少なくとも部分的に除去する工程の後に、さらに、以下：
処理された気体を、前記フォトバイオリアクターの気体出口から放出する工程、
を包含する、請求項２５に記載の一体化燃焼方法。
前記フォトバイオリアクターの前記気体出口から放出された、前記処理された気体が、熱交換器を通過し、前記熱い燃焼気体を該フォトバイオリアクターの前記入口に通す前であって、該熱い燃焼気体を前記乾燥器に供給する前または後に、該熱い燃焼気体を該熱交換器に通過させることによって、該熱交換器に熱が供給される、請求項２８に記載の一体化燃焼方法。
前記乾燥された藻類バイオマス生成物が、油および／または燃焼性有機気体を含有する少なくとも１つの燃料生成物を生成するために使用される、請求項２５に記載の一体化燃焼方法。
前記制御する工程において、前記液体媒体の前記流れが、コンピュータ実装システムを利用して制御され、該コンピュータ実装システムは、前記フォトバイオリアクター内の液体流れパターンのシミュレーションを実施し、そして該シミュレーションから、該光合成生物の、光合成を駆動するために十分な強度の光への、計算された実際の第一の曝露間隔、および該光合成生物の、暗所、または光合成を駆動するために不十分な強度の光への第二の計算された実際の曝露間隔を決定し、そして該計算された実際の第一の曝露間隔および第二の曝露間隔と、前記計算する工程において計算された前記第一の曝露間隔および第二の曝露間隔との間の差異を最小にするように選択された、該バイオリアクター内での前記液体媒体の流れを確立するように構成されている、請求項１または４に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記フォトバイオリアクター内での前記液体流れパターンが、再循環ボルテックスおよび乱流渦のうちの少なくとも１つによって特徴付けられる、請求項１または４に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法、あるいは請求項５に記載の気体処理システム。
前記計算する工程において計算される、選択された増殖速度を生じるために必要とされる前記第一の曝露間隔および第二の曝露間隔が、数学モデルを利用して決定され、該数学モデルは、光合成を駆動するために十分な強度の光への曝露と、光合成を駆動するために不十分な強度の光への曝露とへの交互の期間に曝露される場合の、前記光合成生物の増殖速度をシミュレートする、請求項３１に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記計算する工程の前に、さらに、以下：
前記数学モデルにおいて利用される少なくとも１つの方程式を、増殖速度対前記少なくとも１種の光合成生物を含有する液体媒体を収容するパイロット規模のバイオリアクターを使用して作製された光曝露間隔データに対して曲線を当てはめることによって、該少なくとも１つの方程式の、少なくとも１つの調節可能なパラメータを決定する工程、
を包含する、請求項３３に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記パイロット規模のフォトバイオリアクターが、自動細胞培養および試験システムを備え、該システムは、約１マイクロリットルと約１リットルとの間の体積を有するフォトバイオリアクターを備える少なくとも１つの培養チャンバを備える、請求項３４に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記制御する工程において利用される、前記コンピュータ実装システムが、操作の間、前記フォトバイオリアクターの少なくとも１つの環境条件または性能条件をモニタリングするように構成された少なくとも１つのセンサから、信号を受信するようにさらに構成されている、請求項３１に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記コンピュータ実装システムが、前記計算された実際の第一の曝露間隔および第二の曝露間隔を決定する際に、前記少なくとも１つのセンサからの少なくとも１つの信号を利用するようにさらに構成されている、請求項３６に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記少なくとも１つのセンサが、以下：
前記フォトバイオリアクターに入射する光の強度；
該フォトバイオリアクター内の前記液体媒体の光学密度および／または濁り度；
該フォトバイオリアクターへの気体投入流量；
該フォトバイオリアクター内での液体媒体の流量；
該フォトバイオリアクター内での該液体媒体の温度；ならびに
該フォトバイオリアクターに供給される気体ストリームの温度、
からなる群より選択される少なくとも１つの条件をモニタリングするように構成されている、請求項３７に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記コンピュータ実装システムが、前記フォトバイオリアクター内での前記液体媒体の流れを制御する際に、本質的にリアルタイムで、前記少なくとも１つのセンサから受信された前記少なくとも１つの信号の変化の原因となるように構成されている、請求項３８に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法。
前記フォトバイオリアクター内の前記少なくとも１種の光合成生物が、藻類を含む、請求項１、４、２２または２５に記載の方法、あるいは請求項５に記載の気体処理システム。
光合成を誘導する能力を有する光の前記源が、太陽を含む、請求項１または４に記載のフォトバイオリアクターで気体を処理する方法、あるいは請求項１６に記載のフォトバイオリアクター装置、あるいは請求項１８に記載のフォトバイオリアクターシステム。