JP2023531405A - 直接空気回収技術を用いた藻類の培養のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、藻類培養流体に大気から直接栄養素（例えば、二酸化炭素及び窒素）を供給するシステム及び方法を提供する。大気から直接栄養素を供給することは、運用コスト及び環境への影響を低減し、また、藻類養殖場の場所の自由度をより高めることができる。【選択図】図１

Description

藻類は、培養に必要な栄養分の供給を利用する。藻類は、光合成を利用して、成長のためにＣＯ_２を固定する。一般に、藻類養殖場における高強度培養は、高い生産性をサポートするために、何らかの形でＣＯ_２を添加することを利用する。場合によっては、レースウェイに純粋なＣＯ_２をバブリングして、高い光合成率を維持することもある。しかし、ＣＯ_２を購入するためのコストが高く、２０２０年時点で１トンあたり１００ドル以上かかる。燃焼排ガスから発生する１～２０％のＣＯ_２など、中程度の濃度のＣＯ_２源を利用する方法は、純粋なＣＯ_２を購入するよりも安価であるが、ＣＯ_２源に近い場所に藻類を植えるという制約がある。

藻類も同様に窒素源を利用して成長する。いくつかの海藻類またはシアノバクテリアは、大気から直接Ｎ_２を回収することができるが、Ｎ_２の吸収速度は、生産性の高い期間には律速となる。カラム型やフラットパネル型の密閉型フォトバイオリアクターでは、高い生産性を維持するための十分なＮ_２の吸収量を供給するために、高速のエアバブリングが用いられる。一般的なレースウェイ培養では、これらのシステムのような激しい空気の混合がないため、大気からのＮ_２の吸収を成長のための窒素源としても高い生産性を得ることはできない。

本開示は、大気又は空気から直接栄養素（例えば、二酸化炭素及び窒素）を藻類培養流体に供給するためのシステム及び方法を提供する。大気から直接栄養素を供給することは、運用コスト及び環境への影響を低減し、また、藻類養殖場を配置する際のより大きな適応性を提供する。

本明細書で提供されるシステム及び方法は、９.０以上のｐＨ動作範囲において二酸化炭素の直接空気回収により対応可能な藻類のバイオマス生産性（g/ｍ^２ｄ）の増加や、低いｐＨ値（例えば、１０.２未満のｐＨ値）におけるより高い二酸化炭素の回収を可能にする窒素の直接空気回収により対応可能なバイオマスの生産性の増加など既存のシステムを超える利点があるが、それに限定されるものでない。藻類培養流体中の窒素及び二酸化炭素の直接空気回収に必要なエネルギー使用の低減、プロセスの変動に対する対応力、再現力を向上、並びにバイオマス生産性に対する変動による影響を低減することができる。

いくつかの構成において、本開示は、底面、前記底面に結合された対向する側壁、および少なくとも１つのチャネルに配置された藻類培養流体を有する少なくとも１つのチャネルで藻類を培養し、大気中の二酸化炭素や大気中の窒素を藻類培養流体に直接吸収させるように、藻類培養流体の気体－液体の界面を乱すのに十分なボア波周波数で藻類培養流体を通してボア波を印加する、工程を含み、藻類中の炭素または窒素の大部分は、大気中の二酸化炭素または大気中の窒素に由来するものである。

いくつかの実施形態において、チャネルの底面は、傾斜している。

いくつかの実施形態において、底面の傾斜は、０．５％未満である。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのチャネル内に構成された１つまたは複数の気液混合装置を介してボア波を通過させることをさらに含む。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのチャネルは、少なくとも１つのチャネルの表面の３００ｆｔ^２ごとに１つの気液混合装置を含み、少なくとも１つのチャネルの表面の４００，０００ｆｔ^２ごとに１つの気液混合装置を含む。

いくつかの実施形態において、気液混合装置は、ボア波の流れによって動く。いくつかの実施形態において、培養中に気液混合速度は調整され、消費エネルギーを低減する。いくつかの実施形態において、太陽エネルギーは１つ以上の気液混合装置に電力を供給するために使用され、気液混合の速度が、日射量が少ない時に比べて、日射量が多い時に大きくなる。

いくつかの実施形態において、気液混合装置が、藻類培養流体中に気泡を発生させる。いくつかの実施形態において、気泡の発生率は、ボア波が気液混合装置を通過するときに増加し、ボア波とボア波の間の期間において減少してもよい。

いくつかの実施形態において、少なくとも１つのチャネルは、少なくとも１００ｆｔ^２の表面積を有する。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのチャネルが１０，０００ｆｔ^２から２０，０００，０００ｆｔ^２の表面積を有する。いくつかの実施形態において、ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、藻類培養流体中の最小重炭酸塩濃度が１ｍＭ～１５０ｍＭ、または１０ｍＭ～１５０ｍＭ、または１０ｍＭ～５００ｍＭとなるように調整される。いくつかの実施形態において、藻類培養流体中のナトリウムイオンに当量重炭酸塩濃度が１０ｍＭ～５００ｍＭである。

いくつかの実施形態において、藻類培養流体中のナトリウムイオンの当量重炭酸塩濃度とボア波周波数が、日照時間中の最大ｐＨと最小ｐＨの差を、０．８ｐＨ単位未満、または０．５ｐＨ単位未満、または又は０．４ｐＨ単位未満、又は０．３ｐＨ単位未満に維持されるように選択されている。

いくつかの実施形態において、ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、藻類培養流体のｐＨを１１未満、または１０．６未満、または１０．２未満に維持するように調整される。

いくつかの実施形態において、ボア波発生装置のゲートを変位させることにより、ボア波周波数を調整する。いくつかの実施形態において、ゲートを１０秒から３００秒の周波数で変位させて、藻類培養流体を介してボア波を印加する。いくつかの実施形態において、ボア波発生装置のゲートより後方の藻類培養流体の高さによって、ボア波の強度を調整する。いくつかの実施形態において、藻類培養流体の高さが、ゲートより後方の領域への藻類培養流体の充填率によって調整される。

いくつかの実施形態において、本方法は、少なくとも１つのプロセスパラメータを測定すること、および前記少なくとも１つのパラメータまたは前記少なくとも１つのパラメータの変化率に基づいて、前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整すること、を含む。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのプロセスパラメータは、ｐＨ、溶存酸素量、重炭酸塩濃度、窒素濃度、日射強度、藻類の成長速度、濁度、光学密度、および温度からなる群より選択される。いくつかの実施形態において、少なくとも１つのプロセスパラメータの所望の設定値を維持するために、前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整することを含む。

いくつかの構成において、本開示は、傾斜した底面を有する少なくとも１つのチャネルと、一対の対向する側壁と、少なくとも１つのチャネル内に配置された藻類培養流体とを含む藻類培養システムを提供する。いくつかの実施形態では、傾斜した底面は、傾斜した底面を中断するドロップオフを有する。いくつかの実施形態では、ドロップオフは、少なくとも１つのチャネル内の藻類培養流体の深さよりも大きい高さを有する。

いくつかの実施形態において、落差の高さは、少なくとも１つのチャネル内の藻類培養流体の深さよりも１ｃｍから２０ｃｍ大きい。いくつかの実施形態では、傾斜した底面は、０％から１％の傾斜の割合を有する。いくつかの実施形態において、落差は、少なくとも１つの堰を含む。いくつかの実施形態では、堰は、落差部の直上の藻類培養流体の深さの少なくとも５０％を拡張する高さを有する。

いくつかの構成において、本開示は、藻類培養システムを提供する。藻類培養システムは、傾斜した底面と、一対の対向する側壁と、少なくとも１つのチャネル内に配置された藻類培養流体とを有する少なくとも１つのチャネルを含み、少なくとも１つのチャネルは断面積を有する。システムは、少なくとも１つのチャネルに狭められた領域をさらに含み、狭められた領域は、少なくとも１つのチャネルの断面積より小さい断面積を有する。いくつかの実施形態では、システムは、狭められた領域に配置されたディフューザをさらに含む。ディフューザは、ディフューザを空気と流体連通するように配置するために、藻類培養流体の気液界面の上に延びるパイプに結合され、ディフューザは、空気を藻類培養流体中に吐出するように構成された複数の開口部を有する。

いくつかの実施形態では、対向する側壁は、狭められた領域を形成するために少なくとも１つのチャネル内で内側に突出するセグメントを有する。いくつかの実施形態では、傾斜した底面は、狭められた領域を形成するために垂直方向に上方に延びる突出部を含む。いくつかの実施形態では、傾斜した底面は、狭められた領域を形成する落差を含む。

いくつかの構成において、本開示は、藻類培養システムを提供する。藻類培養システムは、高端から低端まで延びる傾斜した底面と、一対の対向する側壁と、少なくとも１つのチャネル内に配置された藻類培養流体とを有する少なくとも１つのチャネルを含む。システムは、傾斜した底面の低端部に接続されたサンプ（ｓｕｍｐ）を含み、ここで、サンプは、サンプの底部に接続された対向するサンプ壁を含み、サンプは、傾斜した底面の低端部に接続されたサンプを含む。システムは、サンプが流体収集側とエアリフト側とに分離される仕切り壁を含む。ディフューザは、エアリフト側に配置され、ディフューザに空気を吐出する空気移送装置と流体連通している。ディフューザは、空気を藻類培養流体中に吐出し、藻類培養流体をサンプの下端からサンプの上方に構成された保持部に輸送するように構成される複数の開口部を有する。

いくつかの構成において、本開示は、液体入口、未透過液出口、透過液出口、ガス入口、及びガス出口を有するハウジングを備える藻類収穫システムを提供する。ハウジングは、ハウジングを透過液側と未透過液側とに分離する膜を備える。藻類収穫システムは、液体入口と流体連通している藻類培養システムをさらに含み、藻類培養システムは、藻類培養流体および藻類を含み、膜は、藻類培養流体および藻類を、未透過液出口を通してハウジングを出る藻類ペーストと、透過液出口を通してハウジングを出る透過流体とに分離させる。藻類収穫システムは、ハウジングをガス入口を介してガス供給ユニットと流体連通させるガス導管をさらに含み、ガス供給ユニットは、ガス入口に空気を輸送し、二酸化炭素または窒素で透過流体を濃縮して重炭酸塩または窒素－リッチな透過流体を形成するように構成されたものである。

いくつかの構成において、本開示は、藻類培養流体及び藻類を藻類培養収穫装置の液体入口に供給すること、藻類培養流体及び藻類を藻類培養収穫装置内の膜に接触させて藻類ペースト及び浸透流に分離すること、藻類培養収穫装置に空気を供給して浸透流を二酸化炭素又は窒素で富化して重炭酸塩又は窒素－リッチな浸透流を形成すること、を含む方法を提供する。

いくつかの構成において、本開示は、底面、底面に結合された対向する側壁、及び少なくとも１つのチャネル内に配置された藻類培養流体を有する少なくとも１つのチャネル内で窒素が定着する藻類を培養すること、藻類培養流体の気液界面を乱すのに十分なボア波周波数で藻類培養流体を通してボア波を印加し、大気中の窒素を藻類培養流体に直接吸収させること、ここで藻類中の窒素の大部分は大気中の窒素からである、を含む方法を提供する。

いくつかの構成において、本開示は、底面、底面に結合された対向する側壁、及び少なくとも１つのチャネル内に配置された藻類培養流体を有する少なくとも１つのチャネル内で藻類を培養することを含む方法を提供し、ここで、少なくとも１つのチャネルは、空気から藻類培養流体への大気中の窒素又は二酸化炭素の直接吸収を誘発する少なくとも１つの気液混合装置を含む。少なくとも１つのチャネルが、大気中の窒素または二酸化炭素の藻類培養流体への直接吸収を誘導する少なくとも１つの気液混合装置を含み、気液混合装置が、藻類中の窒素または炭素の大部分が大気中の窒素または大気中の二酸化炭素からであるように操作される、方法を提供する。

本発明のこれらおよび他の利点と特徴は、添付の図面と合わせて見たときに、本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。

図１は、二酸化炭素と藻類培養流体との気液平衡の例示的なグラフである。 図２は、本開示のいくつかの実施形態に係る藻類培養システムの概略図である。 図３は、本開示のいくつかの実施形態によるボア波発生器の断面図である。 図４は、本開示のいくつかの実施形態による例示的なボア波の画像である。 図５は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図６は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図７は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図８は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図９は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図１０は、本開示のいくつかの実施形態による気液混合装置の概略図である。 図１１は、本開示のいくつかの実施形態に係る藻類培養システムの概略図である。 図１２は、本開示のいくつかの実施形態に係る気液混合装置及びボア波発生器の概略図である。 図１３は、本開示のいくつかの実施形態による例示的なハーベスタの概略図である。 図１４は、本開示のいくつかの実施形態によるプロセス制御システムの概略図である。 図１５は、本開示のいくつかの実施形態による方法の例示的なステップを示すフローチャートである。 図１６は、本開示のいくつかの実施形態によるバイオマス生産性のグラフである。

上述したように、高レベルの藻類バイオマス生産性（ｇ／ｍ^２ｄ）は、二酸化炭素及び窒素のようなガス状栄養素の補充を培養のために利用する。一般的に、栽培農場は、二酸化炭素の供給源として濃縮二酸化炭素または排ガスの添加を利用する。しかし、この方法では養殖場の運営コストが高くなり、排ガスを利用する場合は養殖場の立地が制限される可能性がある。

本開示は、空気（例えば、大気中の気体）から直接栄養分（例えば、二酸化炭素及び窒素）を藻類培養流体１２に供給するシステム及び方法を提供することによって、前述の欠点に対処するものである。いくつかの実施形態において、本開示は、大気中の二酸化炭素及び大気中の窒素の直接回収を用い、少なくとも８ｇ／ｍ^２ｄのバイオマス生産性のために藻類培養流体１２中の二酸化炭素及び窒素の十分な濃度を維持することができる、システム及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書で提供されるシステム及び方法は、濃縮二酸化炭素、濃縮窒素、及び／又は排ガスを藻類培養流体１２に付与、補充、又は処理することなく実施される。

本明細書で使用されるように、用語「空気」及び「大気」は、地球を取り巻く気体を示す場合があり、これは地域的に変化し、温度及び圧力などの様々な要因の関数である。一例として、用語「空気」及び「大気」は、乾燥体積％（ｖｏｌ％）で、約７８ｖｏｌ％の窒素、約２０．９ｖｏｌ％の酸素、約０．９ｖｏｌ％のアルゴン、約０．０４ｖｏｌ％の二酸化炭素、並びにヘリウム、メタン、クリプトン、水素、亜酸化窒素、キセノン、オゾン、一酸化炭素、二酸化硫黄、二酸化窒素及びアンモニア等の他の元素及び化合物で構成されているガス状組成物を示すことができる。本明細書で使用する場合、「大気中の二酸化炭素」という用語は、空気から得られる二酸化炭素を指すことがあり、「大気中の窒素」という用語は、空気から得られる窒素を示すことがある。

本明細書で使用されるように、「濃縮二酸化炭素」及び「濃縮窒素」の用語は、供給源の総体積に基づいて、２０ｖｏｌ％～１００ｖｏｌ％の二酸化炭素又は窒素を含む二酸化炭素又は窒素の供給源を意味する。例示的な濃縮二酸化炭素または窒素の供給源は、特定の体積割合の二酸化炭素または窒素を含む加圧容器を含んでいた。本明細書で用いられるように、「排ガス」の用語は、化学プロセスまたはプラント（例えば、炉、ボイラー、蒸気発生器）からパイプまたはチャネルを出る排ガスを指し、これは、１ｖｏｌ％～２０ｖｏｌ％の二酸化炭素および少なくとも６５ｖｏｌ％の窒素から構成されている。
Ｉ．二酸化炭素-藻類培養流体の流体平衡
図１は、藻類培養流体１２からの二酸化炭素の分圧が空気の分圧と平衡状態にあるｐＨを、当量重炭酸塩濃度の関数として示す図である。本明細書で用いる場合、「当量重炭酸塩」又は「当量重炭酸塩濃度」という用語は、藻類培養流体１２に溶解した二酸化炭素の濃度を提供するために重炭酸塩及び／又は炭酸イオンと対になるナトリウムイオンのモル濃度を指す場合がある。図１に示すように、藻類培養流体１２中の当量炭酸塩負荷において、媒体（ｍｅｄｉａ）ｐＨが平衡曲線よりも高ければ、空気中から二酸化炭素を取り込む動力が働き、藻類培養流体１２は大気中の二酸化炭素を吸収することになる。

高ｐＨ下で動作することにより、二酸化炭素を藻類培養流体１２に自発的に吸収させることができる。これは、小規模の栽培農場（例えば、２平方フィート未満）には有効な技術であるが、栽培農場の規模が大きくなるにつれて（例えば、１０平方フィート以上）、二酸化炭素の自発的な拡散は拡散律速であり、大規模生産のために藻類に適切なレベルの二酸化炭素および窒素を供給するには不十分になる。すなわち、１０平方フィートより大きい栽培農場の場合、標準的なパドルホイール循環とともに、培地（cultivation media）への二酸化炭素の自発的拡散は、ｐＨが非常に高く、例えば、１０．８より大きく、この生産性で成長できる藻類が少ないようでなければ、藻類の８ｇ／ｍ^２ｄ以上のバイオマス生産性に適した平均相当重炭酸塩レベルを維持するには不十分である。

本開示は、藻類培養流体１２への大気二酸化炭素及び大気窒素の直接空気回収を改善するためのシステム及び方法を提供する。いくつかの実施形態では、本明細書で提供される藻類培養システムは、藻類培養流体１２中の少なくとも１ｍＭの平均当量重炭酸塩濃度を維持し、少なくとも８g／ｍ２ｄのバイオマス生産性を有し、少なくとも１０平方フィートのレースウェイ及び／又はチャネルサイズ内で稼動しながらこれらの指定パラメータを維持するために大気二酸化炭素を十分に直接吸収できるようにするものである。
ＩＩ．藻類培養システム
本開示は、藻類培養システム１を提供する。図２は、本開示のいくつかの実施形態に係る藻類培養システム１を示す図である。藻類培養システム１は、第１チャネル２を含む。チャネル底部は、平坦であってもよいし、傾斜していてもよい。いくつかの実施形態では、第１のチャネル２は、傾斜した底部６ａと、傾斜した底部６ａに結合された対向する側壁５ａ、側壁５ｂとを含む。ポンプシステム８ａ、ポンプシステム８ｂは、藻類培養流体１２を第１のチャネル２から第２チャネル３へ移動させる。第２チャネル３は、傾斜した底部６ｂと、傾斜した底部６ｂに結合された対向する側壁５ｂ、側壁５ｃとを含む。図２に図示されているように、チャネル２、チャネル３は、中央側壁５ｂを共有してもよい。図２には図示されていないが、各チャネル２、チャネル３は、各チャネル２、チャネル３がそれ自身の対向する側壁を有する間隔によって分離されてもよい。

いくつかの実施形態では、ポンプ８ａは、傾斜した底部６ａの高端１０ａから低端１０ｂまで延びるチャネルｖ１に沿ってチャネル２内の藻類培養流体１２を移動させる。ポンプ８ｂは、低端１０ｂで藻類培養流体１２を受け取り、藻類培養流体１２を第１チャネル２内の傾斜底６ａの低端１０ｂから第２チャネル３内の傾斜した底部６ｂの高端９ａに移動させてもよい。

いくつかの実施形態では、ポンプ８ｂは、傾斜した底部６ａの高端９ａから低端９ｂまで延びるチャネルｖ２に沿ってチャネル３内の藻類培養流体１２を移動させる。いくつかの実施形態では、ポンプ８ａは、藻類培養流体１２を、第２チャネル３内の傾斜した底部６ｂの低端９ｂから第１チャネル２内の傾斜底部６ａの高端１０ａに移動させる。このようにして、ポンプ装置８ａ，ポンプ装置８ｂは、藻類培養システム１内を藻類栽培流体１２を循環させる。

図２は２つのチャネルシステムを示しているが、一連の相互に接続されたチャネルが使用できることを理解されたい。例えば、ポンプ８ａを使用して、第２チャネル３から第１チャネル２に流れる藻類培養流体１２を再循環させるのではなく、第３ポンプ（図示せず）が、藻類培養流体１２を傾斜した底部６ｂの低端９ｂから第３チャネル（図示せず）内の傾斜底の高端へ移動させることができる。このプロセスは、チャネル２、チャネル３と同じまたは類似の構造を有する一連のチャネルを用いて繰り返され得る。いくつかの実施形態において、藻類培養システム１は、少なくとも２つのチャネル、又は少なくとも３つのチャネル、又は少なくとも４つのチャネル、又は少なくとも５つのチャネル、から１０未満のチャネル、又は２０未満のチャネル、又は３０未満のチャネル、又はそれ以上のチャネルを含む。いくつかの実施形態において、一連のチャネルの最後のチャネルは、第１チャネル２の高端１０ａに接続される再循環ループを含み、藻類培養システム１内の藻類培養流体１２のための連続する流動ループを確立してよい。さらに、単一チャネルシステムを使用してもよいことが理解される。例えば、ポンプシステム８ａ、ポンプシステム８ｂは、傾斜していても平坦であってもよい一つのチャネル内で、藻類培養流体１２を連続してループで循環させてもよい。

いくつかの実施形態では、チャネル２、チャネル３は、正方形、長方形、又は台形形状を含むが、これらに限定されない断面形状を有する。いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、対向する側壁５ａ、５ｂ、５cが傾斜した底部６ａに垂直である正方形又は長方形の断面形状を有する。いくつかの実施形態では、対向する側壁５ａ、側壁５ｂ、側壁５cは、台形断面形状を作成する角度で傾斜していてもよい。

いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、土のチャネルである。本明細書で使用する場合、「土のチャネル」という用語は、側壁５ａ、側壁５ｂ、側壁５ｃ及び傾斜した底部６ａ、底部６ｂが土などの土の材料で構成されている地中の細長い空洞を指すことがある。土のチャネルは、ライナーで内張りされていてもよい。適切なライナーとしては、プラスチックライナーや、コンクリート、セメント、モルタル、レンガ、およびそれらの組み合わせなどの建築材料が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、１つ又は複数のチャネル２、チャネル３内に配置されたボア波発生器１１を含む。ボア波発生器１１は、ポンプ８ａ、ポンプ８ｂの下流に配置されてもよい。

図３を参照すると、ボア波発生器１１は、チャネル２、チャネル３内の藻類培養流体１２の流れを妨げる、または阻止する可動ゲート１３を含んでもよい。閉位置にあるとき、可動ゲート１３は、ゲート１３のポンプ側に藻類培養流体１２を蓄積する。ゲート１３は、チャネル２、チャネル３を流れ落ちる藻類培養流体１２のボア波をリリースするために、周期的に変位（例えば、リフト）してもよい。

いくつかの実施形態では、ゲート１３は、１０秒から３００秒の間隔で変位され、これは、チャネル２、チャネル３内のボア波周波数を制御するために使用することができる。いくつかの実施形態では、ゲート１３は、少なくとも１０秒、又は少なくとも１５秒、又は少なくとも３０秒、又は少なくとも４５秒、又は少なくとも６０秒毎に、９０秒未満、又は１２０秒未満、又は１５０秒未満、又は１８０秒未満、又は２４０秒未満、又は３００秒未満の間隔で手動、又はコントローラにより制御されて変位される。ボア波周波数は、流量ポンプ８ａ，流量ポンプ８ｂに比例して増加し、すなわち、周波数が高い場合には高い流量が必要となり、周波数が低い場合には低い流量が必要となる。

いくつかの実施形態では、ポンプ８ａ、ポンプ８ｂによって生成される流量は、ゲートを変位させる前にゲートの後ろの流体の高さ及び体積を増加させることによってボア波の強度を増加させるために、ゲート１３に対する変位周波数が一定である間に、増加される。ポンプ８ａ、ポンプ８ｂによって生成される流れは、ボア波の強度を下げるために減少させることもできる。いくつかの実施形態では、ゲートの下流の流体の高さと比較したゲートの後ろの流体の高さが、少なくとも２ｃｍ又は少なくとも４ｃｍ又は少なくとも６ｃｍ又は少なくとも１０ｃｍ又は少なくとも２０ｃｍ又は少なくとも３０ｃｍから６０ｃｍ未満又は９０ｃｍ未満又は１２０ｃｍ未満であるとき、ゲート１３は変位する。流体の高さは、センサ（例えば、レベルセンサ）を用いて観測または判断してもよい。

ボア波は、図４に示されるように、空気と藻類培養流体１２との間に激しい混合を生じさせる。波面１４は常に割れているため、水しぶきと波面１４の高さから追加の表面積が発生する。さらに、波面１４は、藻類培養流体１２に追いやられた空気を巻き込んでいる。波面１４が通過するとき、これらの気泡は、波１５に続く高い乱流の中で混合された後、最終的に表面に上昇する。これにより、高い混合率とともに大量の気液界面の面積が追加で発生し、境界層が減少し、面積あたりの二酸化炭素や窒素の吸収率が増加する。ボア波周波数または強度を変化させ、高い表面積と混合を発生させ、例えば波周波数または強度を上げて生産性の高い期間に多くの二酸化炭素を供給し、生産性の低い期間に低いエネルギーを使用し、例えば波周波数または強度を下げることができるようにすることができる。

図２に戻って参照すると、いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、少なくとも１つの気液混合装置７を含む。少なくとも１つの気液混合装置７は、大気中の二酸化炭素及び大気中の窒素の吸収率を高めるために、藻類培養流体１２上の気液界面を乱すように構成される。

いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、２から３０個の気液混合デバイスを含む。いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、少なくとも２つの気液混合デバイス、または少なくとも３つ、または少なくとも４つ、または少なくとも５つ、から１０未満、または１５未満、または２０未満、または２５未満、または３０未満の気液混合デバイスを含んでいる。いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、１から３０個のボア波発生器１１を含む。いくつかの実施形態では、チャネル２、３は、少なくとも１つのボア波発生器１１、または少なくとも２つ、または少なくとも３つ、または少なくとも５つから１０未満、または１５未満、または２０未満、または２５未満、または３０未満のボア波発生器１１を含んでいる。

いくつかの実施形態では、気液混合装置７は、藻類栽培流体１２の流れによって動力を与えられることがある。本明細書で用いられるように、「藻類培養流体の流れによって動力を与えられる」という表現は、藻類培養流体１２を、藻類培養流体の気液界面を破壊して大気中の二酸化炭素又は大気中の窒素の藻類培養流体１２への直接吸収を引き起こすのに十分な速度で気液混合装置７に通すこと及び／又はその周囲に通すことを示す場合がある。いくつかの実施形態では、「藻類培養流体の流れによって動かされる」という表現は、藻類培養流体１２を少なくとも１つのチャネル２、チャネル３内で、気液混合装置７を動かして、気液混合装置が藻類培養流体の気液界面を破壊して藻類培養流体１２への大気中の二酸化炭素又は大気中の窒素の直接吸収を引き起こすのに十分な速度で循環させることを示すことができる。

図５は、図２のチャネル２内に配置された例示的な気液混合装置７の断面図である。いくつかの実施形態では、気液混合装置７は、傾斜した底部６ａに落差部１７（例えば、より高い傾斜領域又は垂直ドロップオフ領域）を含む。落差部１７は、気液界面の面積を高める高い混合率を発生させ、藻類培養流体１２への二酸化炭素及び／又は窒素の吸収率を向上させる。

いくつかの実施形態では、落差部１７の高さ１８は、チャネル２内の藻類培養流体１２の深さ１９よりも大きい。いくつかの実施形態では、藻類培養流体１２の深さ１９は、藻類培地の気液界面と傾斜底部６ａとの間の距離によって定義される。

いくつかの実施形態では、落差部１７の高さ１８は、藻類培養流体１２の深さ１９の少なくとも１.１倍、又は少なくとも１.２倍、又は少なくとも１.３倍、又は少なくとも１.４倍、又は少なくとも１.５倍、又は少なくとも１.６倍、又は少なくとも１.７倍、又は少なくとも１.９倍以上、２倍未満、又は２.５倍未満、又は３倍未満、又は３.５倍未満、又は４倍未満、又は５倍未満、又は６倍未満、又は７倍未満、又は８倍未満、又は９倍未満、又は１０倍未満とすることができる。

いくつかの実施形態では、落差部１７の高さ１８は、藻類培養流体１２の深さ１９よりも少なくとも１センチメートル（ｃｍ）大きい。いくつかの実施形態では、落差部１７の高さ１８は、深さ１９よりも少なくとも１ｃｍ大きい、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍである。または少なくとも１０ｃｍ、または少なくとも１１ｃｍ、または少なくとも１２ｃｍ、または少なくとも１３ｃｍ、または少なくとも１４ｃｍ、または少なくとも１５ｃｍ、から２０ｃｍ以下、または２５ｃｍ以下、または３０ｃｍ以下、または４０ｃｍ以下、または５０ｃｍ以下、または１００ｃｍ以下である。

いくつかの実施形態では、藻類培養流体１２の深さ１９は、少なくとも１ｃｍ、又は少なくとも２ｃｍ、又は少なくとも３ｃｍ、又は少なくとも４ｃｍ、又は少なくとも５ｃｍ、又は少なくとも６ｃｍ、又は少なくとも７ｃｍ、又は少なくとも８ｃｍ、又は少なくとも９ｃｍ、又は少なくとも１０ｃｍであり、１５ｃｍ未満、又は２０ｃｍ未満、又は３０ｃｍ未満、又は４０ｃｍ未満、又は５０ｃｍ未満である。

いくつかの実施形態では、落差部１７は、傾斜した底部６ａの傾斜の割合よりも大きい傾斜の割合を有する。いくつかの実施形態では、傾斜した底部６ａは、落差部１７の上流の傾斜した底部６ａと同じ又は異なる傾斜の割合で、落差部１７の後に続いている。

いくつかの実施形態では、傾斜した底部６ａ、傾斜した底部６ｂは、少なくとも０.１％の傾斜百分率を有している。いくつかの実施形態では、傾斜した底部６ａ、６ｂは、少なくとも０.０１％、又は少なくとも０.０２％、又は少なくとも０.０３％、又は少なくとも０.０４％、又は少なくとも０.０５％、から０.０６％未満、又は０.０７％未満、又は０.０８％未満、又は０.０９％、又は０.１％以下、又は０.５％以下、又は１％以下、又は２％以下、から３％の傾斜パーセンテージを有している。本明細書で使用される場合、用語「傾斜の割合」は、例えば、（上昇長／ラン長）×１００のようにパーセントで表される傾斜した底部６ａ、６ｂの傾斜を指す場合がある。

いくつかの実施形態では、落差部１７は、少なくとも１００％、または少なくとも２００％、または少なくとも３００％、または少なくとも４００％、または少なくとも５００％、または少なくとも６００％、から７００％未満、または８００％未満、または９００％未満、または１０００％、または垂直落差への急勾配の割合を有している。

図６に示すように、落差部１７は、１つ以上の堰２０を含んでもよい。本明細書で使用する場合、「堰」という用語は、藻類培養流体１２の流動特性を変化させるチャネルの幅の少なくとも一部を横切る障壁を指す場合がある。藻類培養流体１２を堰の上を通過させることにより、乱流及び高い気液混合率が生じ、それによって藻類培養流体１２への二酸化炭素及び／又は窒素の吸収率が向上する。

いくつかの実施形態では、流体が堰２０の上部を流れるように、堰２０の高さ２１は、藻類培養流体１２の深さよりも小さい。いくつかの実施形態では、堰２０の高さ２１は、落差部１７の上の藻類培養流体１２の深さの少なくとも５０％、又は少なくとも５５％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、から深さの８０％未満、又は８５％未満、又は９０％未満、又は９５％未満に延在する。

いくつかの実施形態では、１つ又は複数の堰２０は、チャネル２、チャネル３の幅の少なくとも１０％を延在する。いくつかの実施形態では、１つ以上の堰２０は、チャネル２、チャネル３の幅の少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％から８０％未満、又は９０％未満、又は９５％未満、又はチャネル２、チャネル３の全体の幅に延びている。

いくつかの実施形態では、落差部１７は、落差部１７の長さに沿って一連の堰２０を含む。いくつかの実施形態では、落差部１７は、１～５０の堰２０を含む。いくつかの実施形態では、落差部１７は、少なくとも２の堰、又は少なくとも３の堰、又は少なくとも４の堰、又は少なくとも５の堰、又は少なくとも６の堰、又は少なくとも７の堰、又は少なくとも８の堰、又は少なくとも９の堰、から１０未満の堰、２０未満の堰、３０未満の堰、４０未満の堰、又は５０未満の堰を含んでいる。

いくつかの実施形態では、落差部１７は、低勾配の割合が、少なくとも０.３％、又は少なくとも０.４％、又は少なくとも０.５％、又は少なくとも０.６％、又は少なくとも０.７％、又は少なくとも０.８％、又は少なくとも０.９％、又は少なくとも１％、又は少なくとも１．５％未満、または６％未満、または７％未満、または８％未満、または９％未満、または１０％未満である。

いくつかの実施形態では、１つ以上の堰２０は、藻類培養流体１２が排水されることを可能にする通路２２を含む。通路２２は、藻類培養流体１２が１つ以上の堰２０を通って又はその周囲を流れることを可能にしてもよい。いくつかの実施形態では、通路２２は、１つ又は複数の堰２０の底部に位置する穴である。通路２２は、再循環が停止したときに藻類培養流体１２が落差部１７から排出できるような大きさであってよいが、稼動中に藻類培養流体の大部分が１つ以上の堰２０の上を流れるような十分小さなものである。いくつかの実施形態では、堰２０は、幾何学的形状を有するプレート内の切欠部を有していてもよい。堰２０の切欠部は、三角形（Ｖ字形）、長方形、台形、又は複合形状（堰に少なくとも２つの切欠形状を有する）を有していてもよい。

図７は、図２のチャネル２内に配置された例示的な気液混合装置７の上面図及び側面図を示している。気液混合装置７は、チャネル２に対して小さくなった断面積を有する狭められた領域２３を含む。いくつかの実施形態では、狭められた領域２３は、対向する側壁５ａ、５ｂが内側に突出して、流体速度が増加した状態で小さくなった断面積を形成することから形成されている。狭められた領域２３は、ディフューザ２４と、ディフューザ２４を大気と流体連通するように藻類培養流体１２の表面より上昇する１つ又は複数のパイプ２５とを含む。

狭められた領域２３内の流体速度の増加は、ベルヌーイ効果を利用して、大気からディフューザ２４に空気を引き付ける。ディフューザ２４は、空気を藻類培養流体１２中に（例えば、気泡として）吐出する複数の開口部を含む。気泡は、高い表面積を有し、藻類培養流体１２への二酸化炭素及び／又は窒素の吸収を増加させる。

いくつかの実施形態では、狭められた領域２３内の側壁５ａ、側壁５ｂは、幾何学的形状を有していてもよい。あいくつかの実施形態において、狭められた領域２３内の側壁５ａ、側壁５ｂの幾何学的形状は、円弧状の形状、傾斜した形状、正方形又は長方形の形状を含むが、これらに限定されるものではない。及び、または、狭められた領域２３は、土、コンクリート、モルタル、セメント、及びそれらの組み合わせなどの建築材料をチャネル２に添加して、チャネル２の断面を縮小させることによって形成されてもよい。

いくつかの実施形態では、狭められた領域２３は、幅２６を有する。いくつかの実施形態では、狭められた領域２３の幅２６は、チャネル２の幅２５の９５％未満、又は９０％未満、又は８５％未満、又は８０％未満、又は７０％未満、又は６０％未満、又は５０％未満、又は４０％未満であり、チャネル２の幅２７の少なくとも３０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも１０％未満である。

図８は、藻類培養流体１２中に気泡を生成するためにディフューザ２４に結合される空気搬送装置３７（例えば、ブロワー又はコンプレッサー）を含む例示的気液混合装置７の側面図である。気泡は、より高速の区域または静止型混合器を有する区域で発生させることができ、さらに乱流を与えて境界層を減少させ、発生した気液面積当たりのＣＯ_２および／またはＮ_２吸収率をより大きくすることができる。また、生成される気泡の大きさを制御することで、気泡からＣＯ_２および／またはＮ_２を吸収するために媒体中に十分な滞留時間を確保することができる。気泡の大きさは、ｐＨ、モル濃度、および気泡の生成コスト対ＣＯ_２回収効率に基づいて最適化することができ、空気から供給されるＣＯ_２の実効コストを最小にすることが可能である。ブロワーまたは圧縮装置は、ボア波の流れを含む培地の流れによって動力を得ることができる。媒体の流れ及び／又はボア波の流れを使用して装置に電力を供給する利点は、電力配線を設置及び維持する費用が省かれること、及びボア波の場合、波周波数及び／又は強度に基づいて混合を変化させることが可能であることである。

いくつかの実施形態では、気泡は、各ボア波が通過するときに空気搬送装置によってより高い速度で生成することができるので、気泡は、最大の搬送効率を高めるためにより活発な局部混合でより長く取り込まれることになる。このように気泡のリリースをタイミングよく行うことで、ＣＯ_２および／またはＮ_２の搬送効率が最も高いときに気泡が追加されるため、気泡を生成するために使用するエネルギーをより効率的に使用することができる。

いくつかの実施形態では、ディフューザ２４は、狭められた領域２３の少なくとも一部又は全幅２６に沿って延在する。いくつかの実施形態では、複数のパイプ２５が、ディフューザに空気を供給するために使用される。いくつかの実施形態では、２本から１０本のパイプ２５が使用される。いくつかの実施形態では、１つ以上のパイプ２５は、狭められた領域２３の側壁５ａ、５ｂに近接又は接して配置される。

図９は、図２のチャネル２内に配置された例示的な気液混合装置７の側面図である。気液混合装置７は、チャネル２に対して小さくなった断面積を有する狭められた領域１２３を含む。いくつかの実施形態では、狭められた領域１２３は、垂直上方に延びる突起部１２６を生成する傾斜した底部６ａから形成され、狭められた領域１２３における藻類培養流体の深さ１９を減少させて、流体速度が増加した小さくなった断面積を形成している。

狭められた領域１２３は、ディフューザ１２４と、ディフューザ１２４を大気と流体連通して配置するために藻類培養流体１２の表面より上昇する１つ以上のパイプ１２５とを含む。ディフューザ１２４は、空気を藻類培養流体１２に吐出する複数の開口部を含む。ディフューザ１２４は、増加した流体速度がベルヌーイ効果を介して十分低い圧力を生成し、１つ以上のパイプ１２５及びディフューザ１２４を通して藻類栽培流体１２に空気を引き込む狭められた領域１２３に配置される。

いくつかの実施形態では、傾斜した底部６ａの突出部１２６は、幾何学的形状を有する。いくつかの実施形態では、狭められた領域２３における突起２６の幾何学的形状は、半球形を形成する弓状の壁、三角形又は台形を形成する傾斜した形状、又は正方形又は長方形を形成する垂直な壁を含むが、これらに限定されるものではない。

いくつかの実施形態では、突起部１２６は、高さ１２７が、藻類培養流体の深さ１９の少なくとも５％（例えば。気液界面から傾斜底部６ａまでの距離として測定）、又は少なくとも１０％、又は少なくとも１５％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも２５％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも３５％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも４５％から５０％未満、又は５５％未満、又は６０％未満、又は６５％未満、又は７０％未満、又は７５％未満、又は８０％未満、又は８５％未満、又は９０％未満、又は９５％未満になる深さ１９の高さ１２７を有している。

いくつかの実施形態では、ディフューザ１２４は、狭められた領域１２３の少なくとも一部又は全幅に沿って延在している。いくつかの実施形態では、一連のパイプ１２５が、ディフューザ１２４に空気を供給するために使用される。いくつかの実施形態では、２本から１０本のパイプ２５が使用される。いくつかの実施形態では、１つ以上のパイプ１２５は、狭められた領域１２３の側壁５ａ、５ｂに近接して又は接して配置される。

図１０は、図２のチャネル２内に配置された例示的な気液混合装置７の側面図を示す。図１０に示すように、ディフューザ２２４及び１つ以上のパイプ２２５は、落差部１７上に構成されてもよく、これにより、小さくなった断面積を有する狭められた領域２２３が生成され得る。いくつかの実施形態では、ディフューザ２２４は、落差部１７の少なくとも一部又は全長に沿って延びている。いくつかの実施形態では、ディフューザ２２４は、落差部１７の長さの少なくとも１０％、又は少なくとも２０％、又は少なくとも３０％、又は少なくとも４０％、又は少なくとも５０％、又は少なくとも６０％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも９０％、又は１００％にそって延在している。

図１１は、本開示のいくつかの実施形態に従った藻類培養システム１を示す。藻類培養システム１は、傾斜した底部６（ｃ－ｈ）と、外側側壁５ｄと、傾斜した底部６（ｃ－ｈ）に結合された内側側壁５ｅとを有するチャネル２８を含む。いくつかの実施形態では、外側側壁５ｄは楕円形を形成し、内側側壁５ｅは外側側壁５ｄ内に配置され（例えば、中央に配置され）、連続的にループするチャネル２８を形成している。

いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、チャネル２、３内に配置された２～３０個の気液混合装置７を含む。いくつかの実施形態では、チャネル２８は、少なくとも２つの気液混合装置７、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、又は少なくとも５つ、から１０未満、又は１５未満、又は２０未満、又は２５未満、又は３０未満を含む。

いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、チャネル２８内に配置された１つ又は複数のボア波発生器１１及び１つ又は複数の気液混合装置７を含んでいる。いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、それぞれが上端から下端まで延びる一連の傾斜した底部６（ｃ－ｈ）を含む。いくつかの実施形態では、波発生装器１１及び気液混合装置７は、チャネル２８を傾斜底部６（ｃ－ｈ）領域に区分する。

図１２は、図１１のチャネル２８に配置された例示的な気液混合装置７及びボア波発生器１１を示す。いくつかの実施形態では、傾斜した底部６ｃは、サンプ２９に接続された下端を有する。サンプ２９は、傾斜した、湾曲した、または平坦なサンプ底部３２に接続され、対向するサンプ壁３０、３１を含む。サンプ２９は、サンプ２９を流体収集側３４とエアリフト側３５とに分離する仕切壁３３を含んでもよい。いくつかの実施形態では、エアリフト側３５は、藻類培養流体１２をサンプ２９から保持部３６に搬送する気液混合装置７を含む。

いくつかの実施形態では、気液混合装置７は、エアリフト側３５に配置されたディフューザ３２４に結合された空気搬送装置３７（例えば、ブロア又はコンプレッサ）を含む。空気搬送装置３７及びディフューザ３２４は、藻類培養流体１２に気泡を発生させる。気泡は、サンプ２９の一方の側の平均密度を低下させ、培養液２をその側を上昇させて保持部３６に流入させる。この流れは、ディフューザ３２４への空気の流量を増減させることで、増減する。保持部３６内の流体は、ボア波発生器１１のゲート１３とディフューザ３２４への空気の流量を用いて調節される。ゲート１３は、周波数で変位してチャネル２８内にボア波をリリースし、発生させる。周波数が高く、強度が一定の場合は、ディフューザ３２４への空気の流量を多くし、周波数が低く、強度が一定の場合は、ディフューザ３２４への空気の流量を少なくすることが必要である。

いくつかの実施形態では、チャネル２８は、チャネル２８内の藻類培養流体１２の流れを促進するためのポンプシステム８を含む。

いくつかの実施形態では、チャネル２８は、２個から３０個の気液混合装置７を含む。いくつかの実施形態では、チャネル２８は、少なくとも２つの気液混合装置７、又は少なくとも３つ、又は少なくとも４つ、又は少なくとも５つ、から１０未満、又は１５未満、又は２０未満、又は２５未満、又は３０未満を含んでいる。いくつかの実施形態では、チャネル２８は、２個から３０個のボア波発生器１１を含む。いくつかの実施形態において、チャネル２８は、少なくとも２つのボア波発生器１１、または少なくとも３つ、または少なくとも４つ、または少なくとも５つ、から１０未満、または１５未満、または２０未満、または２５未満、または３０未満のボア波発生器１１を含む。

いくつかの実施形態では、チャネル２８は、チャネル２８の３００ｆｔ２表面積当たり少なくとも１つの気液混合装置７からチャネル２８の４００，０００ｆｔ２表面積当たり１つの気液混合装置７を含む。いくつかの実施形態では、チャネル２８は、チャネル２８の４００ｆｔ２表面積当たり少なくとも１つの気液混合装置７、または少なくとも５００ｆｔ２、または少なくとも１０００ｆｔ２、または少なくとも１５００ｆｔ２、または少なくとも２０００ｆｔ２、または少なくとも２５００ｆｔ２、または少なくとも３０００ｆｔ２、または少なくとも３５００ｆｔ２,または少なくとも４０００フィート２、または少なくとも４５００フィート２、または少なくとも５０００フィート２、または少なくとも１００００ｆｔ２、または少なくとも２００００ｆｔ２、または少なくとも３００００ｆｔ２、または少なくとも４００００ｆｔ２、または少なくとも５００００ｆｔ２から１０００００ｆｔ２以下、または２０００００ｆｔ２以下、または３０００００ｆｔ２以下、または４０００００ｆｔ２以下である。

いくつかの実施形態では、図２又は図１１の１つ以上の気液混合装置７は、乱流混合と共に水しぶき又は気泡の取り込みを生じさせるために、表面を破砕、刻み又は混ぜる固定又は回転表面を含んでもよい。このような回転装置の例としては、米国特許４，３７２，８９５号又は９，０７３，０１６号に記載されているようなディスクエアレータ、米国特許３，５６１，７３８号又は２，６８４，９４１号に記載されているようなブラシエアレータ、米国特許６，９９４，３２９号又は５，１１６，５０１号に記載されているようなパドルホイール、米国特許６，７１５，９１２号又は６，８７７，９５９号等に記載されている表面エアレータが挙げられる。固定または回転表面は、ボア波、カスケードおよび／または滝と組み合わせることができ、例えば、滝は、培養液に落下する前にスプラッシュプレートに当たることができる。回転装置は、ボア波の流れを含む媒体の流れによって動力を得ることができる。媒体の流れや波の流れを動力源とすることで、電源配線の設置やメンテナンスの手間を省くことができ、また波周波数によって混合の度合いを変化させることができるという利点がある。

回転面、送風機、圧縮機、またはベンチュリのためのポンプなどの外部動力を利用する装置については、気液表面積の生成および混合の速度を変化させることができ、生産性の高い期間に多くの二酸化炭素および／またはＮ_２を供給するために必要なときに高い表面積および混合を生成し、ボア波周波数について上述したように必要ないときに低いエネルギーを低生産性時間に使用するようにすることができる。さらに、この装置は、太陽光発電を利用することで、数エーカーの藻類養殖場全体に電源配線を設置し、維持する費用をなくすことができる。また、太陽光発電は、可変な混合を提供するために直接利用され、波動発電機に直接電力を供給するために上述したように、電池貯蔵の要件を最小化または排除することができる。

図１３は、上述の可変な混合に加えて、安定性と生産性を改善するために培養中の制御に使用できる別のＣＯ_２源を提供するために、収穫中に大気からＣＯ_２を吸収するためのシステム３８を示す図である。大気からのＣＯ_２回収の原動力となるｐＨとＣＯ_２を媒体中に貯留する炭酸濃度が十分に高い状態で藻類と媒体を収穫し、気泡を利用した収穫システムで藻類と媒体を分離させ、収穫時に大気中のＣＯ_２を媒体に吸収させ、吸収したＣＯ_２を含む媒体を栽培システムへ戻す制御を行い、直接空気回収により供給するＣＯ_２で大型レースウェイでの高い生産性の藻類培養を実現することができる。天候や生産性に応じて媒体の戻すタイミングを制御することで、ｐＨ調整や生育のために必要な時に余分なＣＯ_２を供給することができる。

図１３に示すように、藻類及び藻類培養流体１２は、藻類培養システム１からハーベスタに輸送され、これはポンプを介して行われてよい。いくつかの実施形態では、ハーベスタは、液体入口、未透過液出口、透過液出口、ガス入口、及びガス出口を有するハウジングを含む。ハウジングは、ハウジングを透過液側と未透過液側とに分離する膜を含んでもよい。膜は、藻類培養流体１２を、未透過液出口を通ってハウジングから出る藻類ペーストと、透過液出口を通ってハウジングから出る透過流体とに分離させる。精製された藻類培養流体を含む透過液は、藻類培養装置１に再利用されてもよい。

いくつかの実施形態では、空気は、分離中にガス導管を介してハーベスタに（例えば、気泡の形態で）供給される。ハーベスタは、低減された二酸化炭素及び／又は窒素濃度を有する空気を吐出するためのガス出口を有していてもよい。精製された藻類培養流体１２を含む透過液は、藻類培養システム１にリサイクルされる際に、二酸化炭素及び／又は窒素が濃縮されてもよい。

藻類培養システム１で使用するための最適なｐＨおよび当量重炭酸塩モル濃度は、種、生産性、および汚染制御によって決まる。高いｐＨ及び高い当量重炭酸塩モル濃度は、レースウェイを汚染し得る種の数を制限するために使用することができる。高重炭酸塩モル濃度はｐＨの変動を抑える緩衝能力を持ち、藻類の成長が遅いときや収穫時にＣＯ_２をより多く回収・貯留することができる。重炭酸塩モル濃度が低いと、より低いｐＨでＣＯ_２を吸収することができ、より多くの種に対応することができる。それぞれの種や株には最適なｐＨと当量重炭酸塩水素モル濃度の範囲があり、汚染に対する耐性もそれぞれ異なる。気液界面での移動速度は、ｐＨと当量重炭酸塩モル濃度の関係で決まる。したがって、対象種、菌株、培養システムごとに、最適なｐＨと当量の重炭酸塩の設定値を個別に設定することができる。

いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、少なくとも１００平方フィート（ｆｔ２）の総表面積を有する１つ又は複数のチャネル２、３、２８を含む。いくつかの実施形態において、藻類培養システム１は、少なくとも１００ｆｔ２、又は少なくとも２００ｆｔ２、又は少なくとも５００ｆｔ２、又は少なくとも１０００ｆｔ２、又は少なくとも５０００ｆｔ２、又は少なくとも７５００ｆｔ２、又は少なくとも１０，０００ｆｔ２の合計表面積を有する１又は複数のチャネル２、３、２８を含む。藻類培養システム１は、または少なくとも２万フィート２、または少なくとも３万フィート２、または少なくとも４万フィート２、または少なくとも５万フィート２、または少なくとも１０万フィート２、または少なくとも５０万フィート２～６０万フィート２未満、または１００万フィート２未満、または５００万フィート２未満、または１００万フィート２未満、または２００万フィート２未満を含む。
ＩＩ．プロセス制御
図１４を参照すると、いくつかの実施形態では、藻類培養システム１は、コントローラ３９と、藻類培養システム１及び／又は藻類培養流体１２におけるプロセスパラメータ（例えば、ｐＨ、溶存酸素量、大気光強度、窒素濃度、二酸化炭素濃度、濁度、光学密度及びバイオマス生産性、藻類培養流体高）をモニターするように構成される１つ以上のプロセス測定装置４０と組み合わせて用いられる。いくつかの実施形態では、プロセス測定装置４０は、藻類培養システム１内又は藻類培養流体１２内に構成された１つ以上のセンサーを含む。好適なセンサーのこれに限定されない例には、ｐＨセンサー、溶存酸素レベルセンサー、光強度センサー、レベルセンサー、又はそれらの組み合わせが含まれる。ｐＨセンサーは、藻類培養流体のｐＨをモニターするように構成されてもよい。

コントローラ３９、１つ以上のプロセス測定装置４０、ボア波発生器１１、ポンプシステム８ａ、ポンプシステム８ｂ、及び任意にディフューザ２４又は空気混合装置７内の空気ブロワー又はバルブは、電気信号を送受信するために電気通信状態に置かれてもよい。好適な接続は、電気信号などのプロセス信号をコントローラ３９、測定装置４０、およびボア波発生器１１の間で送信することを可能にする送信機を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、電気信号は、有線の接続を介して、または無線ネットワーク接続を介して転送されてもよい。他のハードウェア要素は、プロセス制御システムに含まれてもよく、例えば、トランスデューサ、アナログ-デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ、及びデジタル-アナログ（Ｄ／Ａ）コンバータは、プロセス情報がコンピュータ形式で認識可能であり、コンピュータコマンドがプロセスにアクセス可能であるようにするものである。

コントローラ３９は、プロセッサと、ソフトウェアおよびデータを含むメモリとを含み、プロセッサが処理する処理情報の記憶および検索を行うように設計されている。プロセッサは、測定装置４０やボア波発生器１１から入力データを受信したり、信号を処理したりしてもよい。コントローラ３９は、自立的に又は半自立的に動作してもよいし、メモリ又はコンピュータが読み取り可能な媒体（例えば、ハードドライブ、ＣＤ-ＲＯＭ、フラッシュメモリ）から実行可能なソフトウェア命令を読み出してもよいし、ユーザからの入力、又は他のネットワークコンピュータ若しくはサーバ等のコンピュータ若しくはデバイスに論理的に接続している他のソースから、命令を受け取ってもよい。例えば、サーバは、オンサイトまたはリモートでコントローラ３９を介してボア波発生器１１を制御するために使用されてもよい。

プロセッサは、プロセス制御動作の形態を取り得る出力を生成するために信号を処理することができる。例示的なプロセス制御動作は、１つ以上の測定装置４０から得られた測定値に応答して、ボア波発生器１１を使用してチャネル２、チャネル３、チャネル２８内のボア波周波数を調整することを含んでもよい。ボア波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、１つ以上のプロセスパラメータの所望の設定点を変更及び／又は維持するために調整されてもよい（例えば、所望のｐＨ、二酸化炭素濃度、窒素濃度、溶存酸素含有量を維持する）。

いくつかの実施形態では、ボア波周波数、ボア波強度、及び／又は空気混合装置強度を変化させて、より高い又は低い表面積及び混合を発生させ、例えば波周波数を高めて生産性の高い期間に多くの二酸化炭素を供給し、生産性の低い期間に波周波数を低減させることが可能である。

生産性の高い期間には、藻類は、藻類培養流体中の相対的な炭酸塩-重炭酸塩-溶存二酸化炭素濃度が平衡状態になく、媒体からの二酸化炭素の分圧が平衡状態よりも低くなるような十分な速度で二酸化炭素を利用する。このような生産性の高い期間には、二酸化炭素を吸収する駆動力が平衡計算から予測されるよりも大きくなる。また、これらの期間では、平衡ｐＨよりも低いｐＨで空気から二酸化炭素を吸収することができる。生産性の高い期間に波周波数を上げると、気液の面積が大きくなり混合が起こり、二酸化炭素の吸収に必要な駆動力が大きくなるため、その効果が大きくなる。このように、波周波数を変化させることで、より低い総エネルギー使用量で吸収率を高めることができる。

藻類の繁殖により、媒体からＣＯ_２が除去されると媒体のｐＨは上昇する。また、大気からＣＯ_２が吸収されるとｐＨは低下する。波周波数は吸収率を制御する機構を提供するため、波周波数を用いて培養中のｐＨを特定に保つことができる。

窒素固定藻類は、培養液中の溶存窒素を除去し、空気中の窒素を吸収するための駆動力を作り出す。二酸化炭素が重炭酸塩として藻類培養流体中に貯蔵され、後で使用できるのと異なり、窒素は溶存気体として限られた量しか貯蔵されない。一般的に、溶存窒素の貯蔵量は、高い生産性に必要な窒素を供給するのに十分ではない。そのため、生産性の高い期間に生育をサポートするためには、より高い吸収率が必要となります。生産性の高い期間に、より高い表面積と混合を発生させるために、波周波数及び／又はディフューザ２４への空気の流れを変化させることによって、窒素固定藻類の成長をサポートするために十分な窒素を供給することができる。

波周波数または強度を変化させる方法の例として、太陽エネルギーを直接利用して、波の発生用ポンプに電力を供給することが挙げられる。これにより、光強度が高く生産性の高い期間には波周波数または強度を自動的に増加させ、光強度が低く生産性の低い期間には波周波数または強度を減少させることができる。さらに、波周波数を一定にする場合に比べて、蓄電池の必要性が大幅に減るため、波力発電機のエネルギー供給に太陽エネルギーを使う場合のコストを削減することができる。光量が非常に少ない時や夜間には、太陽エネルギーのごく一部を貯蔵して、最低レベルの混合を提供することも可能である。

いくつかの実施形態では、コントローラ３９は、チャネル２、３、２８内のボア波を波周波数でリリースするようにボア波発生器１１を調節する。いくつかの実施形態では、周波数は、少なくとも１０秒ごと、又は少なくとも１５秒ごと、又は少なくとも３０秒ごと、又は少なくとも４５秒ごと、又は少なくとも６０秒ごと、９０秒未満、又は１２０秒未満、又は１５０秒未満、又は１８０秒未満、又は２４０秒未満、又は３００秒未満にボア波発生器１１のゲート１３を上げることにより調節される。ゲート変位速度は、チャネル２、３、２８内のボア波周波数を制御するために使用されてもよい。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、ボア波発生器１１を使用して調整され、藻類培養流体１２の所望のｐＨを維持することができる。いくつかの実施形態において、１つ以上の測定装置４０は、藻類培養流体１２のｐＨをモニターするｐＨセンサーである。いくつかの実施形態では、波周波数、強度またはそれらの組み合わせは、少なくとも９.５、または少なくとも９.８、または少なくとも９.９、または少なくとも１０、または少なくとも１０.１、または少なくとも１０.２、または少なくとも１０.３、または少なくとも１０.４、から１０.５未満、または１０.６未満、または１０.７未満、または１０.８未満、または１０.９未満、または１１の所望のｐＨを維持するように調節されている。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、所望の溶存酸素含有量を維持するためにボア波発生器１１を使用して調整される。いくつかの実施形態において、１つ以上の測定装置４０は、藻類培養流体１２の溶存酸素含有量をモニターする溶存酸素含有量センサーである。いくつかの実施形態では、波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、少なくとも１００％の酸素飽和度、または少なくとも１２０％、または少なくとも１４０％、または少なくとも１６０％、または少なくとも１８０％から２００％未満、または３００％未満、または４００％未満、または５００％未満の酸素飽和度の所望の溶存酸素含量を維持するように調整される。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、藻類培養流体１２の気液界面を乱すために、藻類培養流体１２に空気中の二酸化炭素の直接吸収を引き起こすようにボア波発生器１１を用いて調整され、藻類中の炭素又は藻類培養流体１２に溶解した二酸化炭素の過半数が大気中の二酸化炭素由来となるように、藻類栽培液１２の空気中の二酸化炭素の直接吸収を誘発する。又は少なくとも５５％が大気中の二酸化炭素由来であり、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、又は９０％未満、又は９５％未満、又は１００％が大気中の二酸化炭素由来であるようにする。

いくつかの実施形態では、藻類中の炭素含有量又は藻類培養流体１２中の二酸化炭素含有量は、ＣＨＮ分析器又はガス感知電極（例えば、二酸化炭素感知電極）のような当業者に既知の方法を用いて測定することができる。）これは、藻類中の炭素又は藻類培養流体１２に溶解している二酸化炭素が、他の炭素源（例えば、排ガス）に対して大気中の二酸化炭素に由来する量を推定するために使用されてもよい。例えば、排ガスは、一般的に、大気由来の二酸化炭素と比較して、炭素の年代が古い。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、大気中の二酸化炭素の吸収によって得られる最小重炭酸塩濃度を維持するように、ボア波発生器１１を用いて調整される。いくつかの実施形態において、波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、藻類培養流体１２の全容積にわたって少なくとも１ｍＭの最小重炭酸塩濃度を維持するように調整され、または少なくとも５ｍＭ、または少なくとも１０ｍＭ、または少なくとも１５ｍＭ、または少なくとも２０ｍＭ、または少なくとも２５ｍＭ、または少なくとも３０ｍＭ、または少なくとも３５ｍＭ、または少なくとも４０ｍＭ、または少なくとも４５ｍＭである。または少なくとも５０ｍＭ、または少なくとも６０ｍＭ、または少なくとも７０ｍＭ、または少なくとも８０ｍＭ、または少なくとも９０ｍＭ、から１００ｍＭ未満、または１１０ｍＭ未満、または１２０ｍＭ未満、または１３０ｍＭ未満、または１４０ｍＭ未満である。または１５０ｍＭ以下、または１６０ｍＭ以下、または１７０ｍＭ以下、または１８０ｍＭ以下、または１９０ｍＭ以下、または２００ｍＭ以下、または３００ｍＭ以下、または４００ｍＭ以下、または５００ｍＭ以下である。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、大気中の二酸化炭素の吸収によって得られる平均当量重炭酸塩濃度を維持するように、ボア波発生器１１を用いて調整される。いくつかの実施形態では、波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、藻類培養流体１２の全容量にわたって少なくとも１ｍＭのナトリウムイオンの平均当量重炭酸塩濃度、または少なくとも５ｍＭ、または少なくとも１０ｍＭ、または少なくとも１５ｍＭ、または少なくとも２０ｍＭ、または少なくとも２５ｍＭ、または少なくとも３０ｍＭ、または少なくとも３５ｍＭ、または少なくとも４０ｍＭを維持するように調節される。または少なくとも４５ｍＭ、または少なくとも５０ｍＭ、または少なくとも６０ｍＭ、または少なくとも７０ｍＭ、または少なくとも８０ｍＭ、または少なくとも９０ｍＭ、から１００ｍＭ未満、または１１０ｍＭ未満、または１２０ｍＭ未満、または１３０ｍＭ未満である。または１４０ｍＭ以下、または１５０ｍＭ以下、または１６０ｍＭ以下、または１７０ｍＭ以下、または１８０ｍＭ以下、または１９０ｍＭ以下、または２００ｍＭ以下、または３００ｍＭ以下、または４００ｍＭ以下、または５００ｍＭ以下である。

いくつかの実施形態では、藻類培養流体中のナトリウムイオンの当量重炭酸塩濃度及びボア波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、日照時間中の最大及び最小ｐＨ間の差を０.８ｐＨ単位未満、又は０.７ｐＨ単位未満、又は０.６ｐＨ単位未満、又は０.５ｐＨ単位未満、又は０.４ｐＨ単位未満、又は０.３ｐＨ単位に保つために選択される。本明細書で使用する場合、日照時間という用語は、使用地域の公式な日の出の３０分前から公式な日の入りの３０分後までの時間を指す。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、藻類培養流体１２の気液界面を乱して、空気から藻類培養流体１２への大気圧窒素の直接吸収を引き起こすように、ボア波発生器１１を用いて調整され、藻類中の窒素及び／又は藻類培養流体１２に溶解した窒素の大部分は、大気の二酸化炭素に起因するものである。又は少なくとも５５％が大気中の窒素から、又は少なくとも６０％、又は少なくとも６５％、又は少なくとも７０％、又は少なくとも７５％、又は少なくとも８０％、又は少なくとも８５％、から９０％未満、又は９５％未満、又は１００％が大気中の窒素からであるようにすることができる。いくつかの実施形態において、藻類中の窒素含有量又は藻類培養流体１２中の窒素含有量は、ＣＨＮ分析器又はガス検知電極（例えば、窒素検知電極）等、当業者に既知の方法を用いて測定することができる。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、大気中の窒素の吸収によって得られる平均窒素濃度を維持するように、ボア波発生器１１を用いて調整される。いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、少なくとも１ｍｇ／ｍＬ、又は少なくとも５ｍｇ／ｍＬ、又は少なくとも１０ｍｇ／ｍＬ、又は少なくとも１５ｍｇ／ｍＬの平均窒素濃度を、２０ｍｇ／ｍＬ未満、又は２５ｍｇ／ｍＬ未満、又は３０ｍｇ／ｍＬ未満に維持するよう調節される。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、大気光強度に基づいてボア波発生器１１を用いて調整される（例えば、光強度値が高い間は増加し、光強度値が低い間は減少する）。いくつかの実施形態では、１つ以上の測定装置４０は、大気光強度をモニターするように構成された光強度センサーである。いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、測定された大気光強度値に基づいて１０ｓから３００ｓまで調整される。例えば、波周波数、強度又はそれらの組み合わせは、光強度が高い間（例えば、２００ｌｕｘから１２万ｌｕｘまで）高い周波数、強度又はそれらの組み合わせで増加し、光強度が低い間（例えば、０.０００１ｌｕｘから２００ｌｕｘまで）は減少する（例えば、１００ｓから３００ｓまで）ことがある。

いくつかの実施形態では、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、所望のバイオマス生産性に基づいてボア波発生器１１を使用して調整される。いくつかの実施形態において、バイオマス生産性は測定され、波周波数、強度、又はそれらの組み合わせは、所望の設定点を維持するように調整される。いくつかの実施形態において、波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、少なくとも８g／ｍ^２ｄ、または少なくとも１５g／ｍ^２ｄ、または少なくとも２０g／ｍ^２ｄ、または少なくとも２５g／ｍ^２ｄ、３０g／ｍ^２ｄ未満、３５g／ｍ^２ｄ未満、４０g／ｍ^２ｄ未満、または４５g／ｍ^２ｄのバイオマス生産性を維持するよう調整される。

いくつかの実施形態において、コントローラ３９は、ディフューザ２４内のバルブを制御して、藻類培養流体１２中への空気の拡散速度を制御してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ３９は、ボア波が気液混合装置７を通過するときにディフューザ２４を通して空気を流し、ボア波がディフューザ２４を通過したら空気の流れを止めるように、バルブの制御を行うように、プログラミングを備えている。いくつかの実施形態において、コントローラ３９は、ボア波が気液混合装置７に近づくとディフューザを通る空気流を停止するようにバルブを制御するプログラミングを備えている（例えば、１フィート以内、または２ｆｔ過ぎ、または３ｆｔ、または４ｆｔ、または５ｆｔ、または１０ｆｔ、または１５ｆｔ、またはそれ以上）、そしてボア波がディフューザ２４から離れると（例えば、少なくとも０ｆｔ、１ｆｔ過ぎ、または２ｆｔ、または３ｆｔ、または４ｆｔ、または５ｆｔ、または１０ｆｔ、または１５ｆｔ、またはそれ以上）空気の流れを再開させるように、コントローラ３９は、バルブの制御を行うように、プログラミングを備えている。
ＩＩＩ．使用方法
図１５を参照すると、藻類培養システム１を使用して藻類を製造する例示的な方法１００を示すフローチャートが提供される。ステップ１０２によって示されるように、方法１００は、傾斜した底部６ａ、６ｂ、対向する側壁５ａ、５ｂ、及び少なくとも一つのチャネル２内に配置された藻類培養流体１２を有する少なくとも一つのチャネル２内で、藻類を培養することを含む。方法１００は、ステップ１０４に示されるように、藻類培養流体１２の気液界面を乱すのに十分なボア波周波数で藻類培養流体１２を通してボア波を印加し、空気から藻類への大気中の二酸化炭素及び／又は窒素の直接吸収を引き起こすことをさらに含む。方法１００は、ステップ１０６に示されるように、二酸化炭素及び／又は窒素の藻類培養流体１２への直接吸収を促進するために、少なくとも１つのチャネル２内に構成された１つ又は複数の気液混合装置７を介してボア波を印加することをさらに含んでもよい。いくつかの実施形態において、方法１００は、ステップ１０８に示されるように、藻類培養システム１内の１つ以上のプロセスパラメータに対する所望の設定値を得る又は維持するために、ボア波周波数、強度又はそれらの組合せを調整することを含む。方法１００は、コントローラ３９を利用して、本明細書に記載の藻類培養システム１のいずれか１つに対して１つまたは複数のプロセス制御動作を実施することができる。

以下の例は、説明のために提示されたものであり、いかなる点においても限定することを意図するものではない。
発明の実施例１
スピルリナを６００ｍ^２のレースウェイで１.１ｍ/ｓの超臨界波を発生させながら培養した。波の周期は１.２５分に１回であった。２つの培養条件をテストした。１つ目は、ｐＨ９.５で培養し、毎日ＮａＨＣＯ_３を添加して培養に必要なＣＯ_２を供給する条件である。２つ目は、ｐＨ１０.４でＣＯ_２を添加せず、培養に使うＣＯ_２はすべて直接空気回収によるものであった。第一の条件での生産性は平均１１.８g/ｍ^２ｄ、第二の条件では平均１２.１g/ｍ^２ｄで、ＣＯ_２を添加してもしなくても実質的に同じ生産性が得られた。
発明の実施例２
傾斜した２つのレースウェイを操作してニッツキア（Ｎｉｔｚｓｃｈｉａ ｓｐ．）を培養した。培地中の当量重炭酸濃度は、各レースウェイで０.３モルであった。第一レースウェイはｐＨ９.５程度で動作し、重炭酸媒体を用いて生育に必要なＣＯ_２を供給した。第２レースウェイはｐＨ約１０.５で動作させ、ブロワーとディフューザで気泡を供給し、増殖のためのＣＯ_２源は空気のみとした。２つのレースウェイの生産性を３８日間にわたって追跡した。図１６は、それぞれのレースウェイの生産性をプロットしたものである。各レースウェイの成長速度はほぼ同じであり、各レースウェイの３８日間の平均生産性は２２から２３g/ｍ^２ｄの間であった。
発明の実施例３
ニッツキアの培養は、パドルホイールを用いない波の混合を模擬した２ｍ^２のレースウェイで、平均ｐＨ約１０.４の条件下で実施した。炭酸ナトリウムとして媒体に添加するナトリウムイオンの濃度は０.０１モルから０.３モルまで変化させた。生産性とｐＨの測定は、生育に必要なすべてのＣＯ_２を直接空気回収で供給するように、ＣＯ_２を添加しない栽培で行った。ＣＯ_２は昼夜を問わず吸収され、日中にのみ消費されるため、ｐＨは早朝の最低値から午後の最高値まで変動する。ｐＨの振れ幅とは、最高値と最低値の差のことである。次の表１は、その結果をまとめたものである。炭酸ナトリウム/炭酸水素ナトリウムとしてモル濃度の高いナトリウムを用いた直接空気回収では、生産性が高く、ｐＨスイングも小さくなった。

比較例１
スピルリナを波のない１エーカーのレースウェイで、ｐＨを１０．５の波なしで培養した。波を使わず直接空気回収による藻類生産性は４g/ｍ^２ｄであることがわかった。発明の実施例１に記載したボア波を用いた大型レースウェイでの同条件の場合、生産性は１２g／ｍ^２ｄであった。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態に従って説明されてきたが、明示的に記載されたものとは別に、多くの同等物、代わり得るもの、変形、及び修正が可能であり、本発明の範囲内にあることが理解されるべきである。

前述の議論は、当業者が本発明の実施形態を製造及び使用することを可能にするために提示されたものである。図示された実施形態に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかであろうし、本明細書の一般的な原理は、本発明の実施形態から逸脱することなく他の実施形態及び用途に適用することが可能である。したがって、本発明の実施形態は、図示された実施形態に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理および特徴と一致する最も広い範囲が与えられるべきである。詳細な説明は、図を参照して解釈され、異なる図における同様の要素には同様の参照数字が付される。図は、必ずしも縮尺通りではないが、選択された実施形態を示すものであり、本発明の実施形態範囲を限定することを意図するものではない。熟練した当業者は、本明細書に提供された例が多くの有用な代替案を有し、本発明の実施形態の範囲に入ることを理解するであろう。

本開示は、その適用において、本明細書に記載され又は図面に例示された構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことが理解される。本開示は、他の実施形態が可能であり、様々な方法で実施または実行されることが可能である。また、本明細書で使用される言い回し及び用語は、説明のためのものであり、限定的なものと見なすべきではないことを理解されたい。本明細書における「含む」、「備える」、または「有する」およびそのバリエーションの使用は、その後に列挙した項目およびその同等物、ならびに追加の項目を包含することを意図している。他に指定または限定されない限り、用語「搭載」、「接続」、「支持」、および「結合」ならびにその変形は、広く使用され、直接および間接の搭載、接続、支持、および結合の両方を包含する。さらに、「接続」及び「結合」は、物理的又は機械的な接続又は結合に限定されない。

[関連出願の相互参照]
本出願は、２０２０年６月１１日に出願された米国特許出願第６３／０３８，０２１号の優先権およびその利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。

[政府支援]
本発明は、米国エネルギー省から授与された助成金番号ＤＥ－ＥＥ０００８６３９およびＤＥ－ＥＥ０００８５１６による政府の支援を受けて行われたものである。政府は、本発明について一定の権利を有する。

Claims (27)

1. 底面、前記底面に結合された対向する側壁、および少なくとも１つのチャネルに配置された藻類培養流体を有する前記少なくとも１つのチャネルで藻類を培養し、
   大気中の二酸化炭素や大気中の窒素を前記藻類培養流体に直接吸収させるように、前記藻類培養流体の気体－液体の界面を乱すのに十分なボア波周波数で前記藻類培養流体を通してボア波を印加する、工程を含み、
   前記藻類中の炭素または窒素の大部分は、前記大気中の二酸化炭素または前記大気中の窒素に由来するものである、
   方法。
2. 前記チャネルの前記底面は、傾斜している、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記底面の傾斜は、０．５％未満である、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つのチャネル内に構成された１つまたは複数の気液混合装置を介して前記ボア波を通過させることをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記少なくとも１つのチャネルは、前記少なくとも１つのチャネルの表面の３００ｆｔ^２ごとに１つの気液混合装置を含み、前記少なくとも１つのチャネルの表面の４００，０００ｆｔ^２ごとに１つの気液混合装置を含む、
   請求項４に記載の方法。
6. 前記気液混合装置は、前記ボア波の流れによって動く、
   請求項４に記載の方法。
7. 前記培養中に気液混合速度は調整され、消費エネルギーを低減する、
   請求項４に記載の方法。
8. 太陽エネルギーは前記１つ以上の気液混合装置に電力を供給するために使用され、
   気液混合の速度が、日射量が少ない時に比べて、日射量が多い時に大きい、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記気液混合装置が、前記藻類培養流体中に気泡を発生させる、
   請求項４に記載の方法。
10. 気泡の発生率は、前記ボア波が前記気液混合装置を通過するときに増加し、前記ボア波と前記ボア波の間の期間において減少する、
    請求項９に記載の方法。
11. 前記少なくとも１つのチャネルは、少なくとも１００ｆｔ^２の表面積を有する、
    請求項１に記載の方法。
12. 前記少なくとも１つのチャネルが１０，０００ｆｔ^２から２０，０００，０００ｆｔ^２の表面積を有する、
    請求項１に記載の方法。
13. 前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、前記藻類培養流体中の最小重炭酸塩濃度が１ｍＭから１５０ｍＭになるように調整される、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、前記藻類培養流体中の最小重炭酸塩濃度が１０ｍＭから１５０ｍＭになるように調整される、
    請求項１に記載の方法。
15. 前記藻類培養流体中のナトリウムイオンの当量重炭酸塩濃度が１０ｍＭ～５００ｍＭである、
    請求項１４に記載の方法。
16. 前記藻類培養流体中のナトリウムイオンの当量重炭酸塩濃度とボア波周波数が、日照時間中の最大ｐＨと最小ｐＨの差が０．８ｐＨ単位未満に維持されるように選択される、
    請求項１に記載の方法。
17. 前記藻類培養流体中のナトリウムイオンの当量重炭酸塩濃度とボア波周波数が、日照時間中の最大ｐＨと最小ｐＨの差が０．５ｐＨ単位未満に維持されるように選択される、
    請求項１に記載の方法。
18. 前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせは、前記藻類培養流体のｐＨを１１未満に維持するように調整される、
    請求項１に記載の方法。
19. 前記藻類培養流体のｐＨを１０．６未満に維持するように、前記波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
20. 前記藻類培養流体のｐＨを１０．２未満に維持するように、前記波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
21. ボア波発生装置のゲートを変位させることにより、前記ボア波周波数を調整する、
    請求項１に記載の方法。
22. ゲートを１０秒～３００秒の周波数で変位させて、前記藻類培養流体を介してボア波を印加することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
23. ボア波発生装置のゲートより後方の前記藻類培養流体の高さによって、ボア波の強度を調整する、
    請求項１に記載の方法。
24. 前記藻類培養流体の高さが、前記ゲートより後方の領域への藻類培養流体の充填率によって調整される、
    請求項２３に記載の方法。
25. 少なくとも１つのプロセスパラメータを測定すること、および前記少なくとも１つのパラメータまたは前記少なくとも１つのパラメータの変化率に基づいて、前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整することをさらに含む、
    請求項１に記載の方法。
26. 前記少なくとも１つのプロセスパラメータは、ｐＨ、溶存酸素量、重炭酸塩濃度、窒素濃度、日射強度、藻類の成長速度、濁度、光学密度、および温度からなる群より選択される、
    請求項２５に記載の方法。
27. 前記少なくとも１つのプロセスパラメータの所望の設定値を維持するために、前記ボア波周波数、強度、またはそれらの組み合わせを調整することをさらに含む、
    請求項２５に記載の方法。