NL2002309C2 - Fotobioreactor en werkwijze voor het kweken van algen. - Google Patents

Description

Fotobioreactor en werkwijze voor het kweken van algen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een fotobioreactorstelsel omvattende een hellend groeivlak voor algen, aan de stroomafwaartse zijde 5 aangesloten op een houder, welke houder verbonden is met de inlaat van een pomp, waarbij de afVoer van die pomp verbonden is met de stroomopwaartse zijde van dat hellende groeivlak, waarbij dat hellende groeivlak omvat een gotensamenstel met ten minste drie naast elkaar aangebrachte en zich in hoofdzaak op dezelfde wijze uitstrekkende goten.

10 Een dergelijk stelsel is bekend uit WO 03/066799 Al. Daarin wordt een aantal goten beschreven waarin algenkweek plaats kan vinden.

Bovendien is uit US 5,981,271 een fotobioreactorstelsel bekend waarbij een tweetal op elkaar aansluitende hellende vlakken beschreven waarbij op elk hellend vlak een waterfilm gehandhaafd wordt waarop de algen gekweekt worden.

15 Een dergelijke teeltmethode stelt hoge eisen aan de positionering van de draagvlakken. Deze moeten zeer nauwkeurig gepositioneerd worden en reeds de geringste afwijking, en met name afwijking ten opzichte van de horizontaal in de richting dwars op de stroomrichting leidt tot enerzijds plaatsen die geen of onvoldoende water ontvangen en anderzijds plaatsen die teveel water ontvangen.

20 Het is een doel van de onderhavige uitvinding dit nadeel te vermijden en in een verbeterde fotobioreactor te voorzien die goedkoper vervaardigd kan worden en minder gevoelig is voor het later opnemen verzakkingen, bezettingen en dcrgclijkc.

Dit doel wordt bij de hierboven beschreven fotobioreactorstelsel verwezenlijkt doordat die goten met een helling van 0,5 - 5% zijn aangebracht en waarbij in die goten 25 stuwen zijn aangebracht.

Volgens de onderhavige uitvinding wordt het vlak waarop de algen gekweekt worden onderverdeeld in een groot aantal subvlakken, dat wil zeggen de aan elkaar grenzende goten. Deze goten strekken zich in hoofdzaak in dezelfde richting uit maar in principe vormt het geen probleem indien een goot wat lager ligt dan de daaraan 30 grenzende goot. In beide goten zullen de algen nog steeds van voldoende water voorzien worden aannemend dat bij de stroomopwaartse zijde aan elk van de goten voldoende water toegevoerd wordt. Dergelijke goten zijn in de stand der techniek als 2 teeltgoten of andere goten algemeen bekend en kunnen bijzonder eenvoudig vervaardigd worden.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding worden dergelijke goten eenvoudig vervaardigd door het voorzien in een hellende bodem. Het aanbrengen 5 van dergelijke hellende bodems is in de stand der techniek voor het vervaardigen van draagbodem voor gewassen algemeen bekend (eb-vloedsystemen). Vervolgens worden op deze hellende bodem met regelmatige tussenruimten verticale schotten geplaatst, die de tussenschotten tussen de betreffende goten vormen. Daarna wordt in waterdichtheid een verdere afwerking van de goten voorzien door over dit geheel folie aan te brengen. 10 Daarbij is het niet noodzakelijk dat hetzij de bodem hetzij de schotten hetzij de aansluiting tussen bodem en schotten waterdicht is.

Vanzelfsprekend is het mogelijk op andere wijze in de goten te voorzien. Zo is het mogelijk goten van de rol te gebruiken, die bij installatie in de gewenste vorm gebracht worden en voor het vergroten van de sterkte met elkaar gekoppeld kunnen worden.

15 Volgens de uitvinding zijn middelen aanwezig om de stroming van het water door de goten te beïnvloeden. Dergelijke middelen kunnen stuwen omvatten zoals natuurlijke stuwen bestaande uit dwarsschotten die onder of in de goten gemonteerd kunnen worden of met behulp van het doorblazen van gassen kan op enigerlei plaats de stroming tegengehouden worden. Daarmee is het mogelijk bij verhoudingsgewijs grote 20 waterdiepte zeer beperkte stroming van het water te verkrijgen. Bij voorkeur ligt de waterdiepte in de goten tussen 0,5 en 5 cm en is meer in het bijzonder ongeveer 2,5 cm.

Volgens een bijzondere uitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de fotobioreactor die hierboven beschreven is, geplaatst in een ten opzichte van de omgeving afgesloten teeltruimte. Daardoor is het niet langer mogelijk dat altijd in de 25 omgeving aanwezige algen of andere micro organismen of verontreinigingen, de algengroei in de fotobioreactor verstoren. Daardoor kan met zeer kwetsbare gemakkelijk te verdringen algen in de fotobioreactor gewerkt worden omdat deze geen concurrentie hebben van andere algsoorten of door verontreinigen aangetast kunnen worden. Bovendien wordt daardoor de bedrijfszekerheid van de reactor vergroot en kan 30 gewaarborgd worden dat steeds het gewenste algensoort gekweekt wordt. Dit kan zowel een zoetwater- als een zoutwateralgsoort zijn. Een dergelijke afgesloten ruimte kan enige verstelbare ruimte omvatten maar is bij voorkeur uit een lichtdoorlatend 3 materiaal vervaardigd zodat inwendige verlichting zover mogelijk beperkt kan worden. Meer in het bijzonder wordt de afsluiting gevormd door een in de stand der techniek als zodanig bekende teeltruimte zoals een kas. Een dergelijke kas kan elke uitvoering hebben zoals een tunnelkas, een kas met kappen en dergelijke. Bovendien kan voor de 5 omhulling van de fotobioreactor elk materiaal gebruikt worden zoals kunststof, glas en dergelijke.

Bij het in een gesloten ruimte kweken van algen is het mogelijk dat door de invloed van straling de temperatuur van het water waarin de algen opgekweekt worden te hoog wordt. In dat geval moeten maatregelen genomen worden om koeling te 10 verwezenlijken. Dit kunnen niet algemeen bekende maatregelen zijn zoals het actief koelen van het circulerende water. Volgens een bijzondere uitvoering van de uitvinding wordt de circulatiesnelheid van het water in de goten onder andere geregeld afhankelijk van de temperatuur daarvan. Bij een hogere temperatuur wordt een hogere omloop snelheid gekozen zodat door de buffende werking van een eventueel aanwezig mengvat 15 respectievelijk buffervat temperatuurspieken vereffend kunnen worden. Volgens een bijzondere uitvoering van de onderhavige uitvinding kan verdere koeling verkregen worden doordat uit de goten verdampend water dat neerslaat op de wand van de afsluiting ten opzichte van de omgeving (kaswand) teruggevoerd wordt in het systeem.

Daarmee wordt dadelijk een verder voordeel van de onderhavige uitvinding 20 aangegeven. Door het in een gesloten ruimte telen, kan het waterverlies onder andere met de hierboven genoemde maatregel beperkt worden of zelfs volledig voorkomen worden zodat op elke locatie op aarde, ook op plaatsen waar watergebrek heerst de teelt uitgevoerd kan worden.

Volgens een verdere uitvoering van de onderhavige uitvinding wordt kooldioxide 25 of ander groeibevorderend gas toegevoerd. Dit kan zowel in de teeltruimte zijn als aan het water dat aan de algen toegevoegd wordt. Bij ge wast cc It in de hierboven beschreven gesloten uitvoering van de onderhavige uitvinding hoeft verlies van CO2 niet gevreesd te worden zodat met een beperkte doses van CO2 het optimale effect in een dergelijke gesloten teeltruimte verwezenlijkt kan worden. Hierin worden onder 30 micro-algen alle microscopische soorten planten in het bijzonder eencellige planten bestaan die groeien in een vloeistofomgeving. Voor verdere ventilatie is het mogelijk in 4 het teeltruimte ventilatiemiddelen zoals een ventilator of een met fijn gaas afdekbare doorlatende opening aan te brengen.

Door het hoge gehalte van de C02 in de omringende lucht is het ook mogelijk om het waterniveau in de tijd te variëren (bekend als het eb- en vloedsysteem) bijvoorbeeld 5 door de stuwen te verhogen - verlagen. Bij het lage waterniveau komen de organismen dan beter in contact met de C02 van de omringende lucht. Het voordeel van deze werkwijze is dat algen die op het grensvlak van water en lucht gedijen ook in het systeem geteeld kunnen worden. De oogst kan hierbij via een zuigsysteem plaatsvinden.

10 De onderhavige uitvinding wordt hieronder nader aan de hand van een in de tekening afgebeeld uitvoeringsvoorbeeld verduidelijkt. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch in perspectief een fotobioreactor aangebracht in een teeltruimte; en 15 Fig. 2 een detail van de gootconstructie volgens de uitvinding.

In fig. 1 is met 1 een teeltruimte zoals een kas getoond. Begrepen moet worden dat een dergelijke teeltruimte op enigerlei andere wijze uitgevoerd kan worden. Deze teeltruimte is voorzien van een zijwand 2 en een niet nader aangegeven kapconstructie.

20 De bodem van de teeltruimte (zie fig. 2) is met 17 aangegeven en is hellend afgevoerd. De hellingshoek bedraagt bij voorkeur enkele procenten. Zoals uit fig. 2 blijkt, wordt op dit hellende bodcmvlak 17 een aantal schotten 18 geplaatst cn vervolgens wordt over deze schotten een foliemateriaal 19 aangebracht. Dit fo Hernat er iaal kan in principe elk soort foliemateriaal zijn maar is bij voorkeur een 25 waterdicht materiaal dat verhoudingsgewijs glad is waardoor aanhechting van algen en dergelijke zoveel mogelijk voorkomen kan worden. Als voorbeelden wordt een PE of HDPE-folie genoemd. Op de hierboven beschreven wijze ontstaat door een combinatie van folie 19, schotten 18 en bodem 17, een gootsamenstel 10 opgebouwd uit een aantal allerlei grenzende goten 11. In principe hebben deze goten allen dezelfde helling. Het is 30 mogelijk dat door plaatselijke omstandigheden geringe verschillen optreden. Omdat de goten ten opzichte van de hierna te bespreken waterdiepte slechts beperkte breedte hebben, zal het effect van het enigszins scheef staan in horizontale richting, dat wil 5 zeggen in de richting in figuur 2 van links naar rechts, geen effect hebben op de volgende aangrenzende goot.

Uit fïg. 1 blijkt dat het gootsamenstel 10 in de teeltruimte 1 aangebracht is. Bovendien kunnen in de flg. 2 verwezenlijkte goten 11 stuwen 12 aangebracht worden 5 waarbij daardoor ook zonder circulatie van water in de goten water blijft staan. Het gotensamenstel heeft een stroomopwaartse zijde 13 die verhoudingsgewijs hoog ligt en een stroomafwaartse zijde 14 die verhoudingsgewijs laag ligt. Bij de stroomafwaartse zijde is een voor alle goten en een gemeenschappelijke opvang aanwezig die via een leiding 15 verbonden is met een mengvat 6. Uit mengvat 6 komt een leiding 8 die 10 verbonden is met een pomp 9 en aan de stroomopwaartse zijde 13 alle goten in hoofdzaak gelijkmatig van water voorziet. In de bovenzijde van het mengvat komt een CO2 toevoerleiding 7 uit. Om het schematisch in het mengvat aangeduide watemiveau te handhaven is een buffervat 5 aanwezig. Op dit buffervat 5 is behalve een uitwendige toevoer een leiding 4 aangesloten die verbonden is met een inwendige goot 3 van de 15 eindwand2.

De hierboven beschreven constructie werkt alsvolgt. Water wordt met behulp van pomp 9 gecirculeerd vanaf de stroomopwaartse zijde 13 aan de stroomafwaartse zijde 14. Naar behoefte wordt CO2 in het mengvat 6 gedoseerd en door het water wat met pomp 9 naar de stroomopwaartse zijde 13 gepompt wordt, geabsorbeerd en bij het 20 doorstromen van de goten 11 weer afgegeven. Omdat de teeltruimte 1 in het algemeen uit lichtdoorlatend materiaal bestaat, kan de bestraling een plaatselijk verhoogde temperatuur ontstaan terwijl de buitentemperatuur aanzienlijk lager is. In dat geval zal water uit de goot verdampen en aan de zijdelings wanden zoals aan het wand 2 condenseren. Door de aanwezigheid van goot 3 kan dit gecondenseerde water via 25 leiding 4 terugstromen in de waterbuffer 5. Op deze wijze gaat geen water verloren en is het niet noodzakelijk water toe te voeren terwijl toch in een effectieve koeling voorzien kan worden. Zelfs tevens is het mogelijk deze koeling verder te optimaliseren door het aanbrengen van bijzondere warmtewisselaarspompen en dergelijke.

Doordat het buffervat in combinatie met het mengvat een aanzienlijk volume 30 heeft, is het mogelijk piektemperaturen weg te nemen door de stroomsnelheid van het water in het gotensamenstel 10 te verhogen. Daardoor kan meer warmte in het mengvat 6 6 respectievelijk buffervat 5 opgenomen worden. Dit is slechts tijdelijk verlaagd maar kan bij gedeeltelijk bewolkt weer voldoende zijn.

Na het lezen van bovenstaande beschrijving zullen degenen bekwaam in de stand der techniek duidelijk varianten opkomen die voor de handliggend zijn. Deze liggen 5 binnen het bereik van de bijgaande conclusies.

Claims (12)

1. Fotobioreactorstelsel omvattende een hellend groeivlak voor algen, aan de stroomafwaartse zijde (14) aangesloten op een houder (6), welke houder verbonden is met de 5 inlaat van een pomp (9), waarbij de afvoer van die pomp verbonden is met de stroomopwaartse zijde (13) van dat hellende groeivlak, waarbij dat hellende groeivlak omvat een gotensamenstel (10) met ten minste drie naast elkaar aangebrachte en zich in hoofdzaak op dezelfde wijze uitstrekkende goten (11), met het kenmerk, dat die goten met een helling van 0,5 - 5% zijn aangebracht en waarbij in die goten stuwen (12) zijn 10 aangebracht.

2. Stelsel volgens conclusie 1, waarbij die goten op een hellend bodemvlak (17) zijn aangebracht.

3. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die goten omvatten verticale (18) en horizontale (17) dragers en een daaroverheen aangebracht buigzaam folie (19).

4. Stelsel volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij die goten in een gesloten 20 teeltruimte (1) zijn aangebracht.

5. Stelsel volgens conclusie 4, waarbij die teeltruimte een lichtdoorlatcndc afscheiding ten opzichte van de omgeving omvat.

6. Stelsel volgens een van de conclusies 4 of 5, waarbij die teeltruimte een afscheiding ten opzichte van de omgeving omvat, die voorzien is van vochtopvangmiddelen (11).

7. Stelsel volgens conclusie 6, waarbij die vochtopvangmiddelen (11) in stromende verbinding staan met die goten. 30

8. Stelsel volgens een van de conclusies, waarbij die houder (6) een CO2 toevoer (7) omvat.

9. Werkwijze voor het kweken van algen omvattende het op een hellend groeivlak kweken van algen bij het over dat hellende groeivlak circuleren van water van een stroomopwaartse locatie van dat groeivlak naar een stroomafwaartse locatie van dat groeivlak, waarbij het groeivlak omvat ten minste drie naast elkaar aangebrachte en 5 zich in hoofdzaak op dezelfde wijze uitstrekkende goten, met het kenmerk, dat in elk van die goten een minimum waterhoogte van 1 cm wordt gehandhaafd, waarbij de stroming van water door die goten op enigerlei plaats tegengehouden wordt.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij die goten verwezenlijkt worden door het 10 voorzien in een voor die goten gemeenschappelijke hellende bodem, het daarop aanbrengen van verticale schotten en het over die bodem en die schotten plaatsen van een folie.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, waarbij de circulatiesnelheid van dat water in 15 die goten afhankelijk van de watertemperatuur in die goten is.

12. Werkwijze volgens een van de conclusies 9-11, waarbij die goten in een ten opzichte van de omgeving afgesloten ruimte zijn aangebracht en bij verhoogde temperatuur water uit die goten verdampt, aan die afsluiting ten opzichte van die 20 omgeving condenseert en van daar aan die goten teruggevoerd wordt.