WO2012010612A1 - Folie, stützstruktur, versorgungseinrichtung, bioreaktor und verfahren zur kultivierung von mikroorganismen - Google Patents

Folie, stützstruktur, versorgungseinrichtung, bioreaktor und verfahren zur kultivierung von mikroorganismen Download PDF

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WO2012010612A1
WO2012010612A1 PCT/EP2011/062387 EP2011062387W WO2012010612A1 WO 2012010612 A1 WO2012010612 A1 WO 2012010612A1 EP 2011062387 W EP2011062387 W EP 2011062387W WO 2012010612 A1 WO2012010612 A1 WO 2012010612A1
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WO
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film
region
reactor space
support structure
carrier liquid
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/062387
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Fuderer
Original Assignee
Eichner, Marcus, Benedikt
Kriwy, Pascal
Fuchs, Florian
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Publication date
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M21/00—Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
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    • C12M—APPARATUS 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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    • C12M23/26—Constructional details, e.g. recesses, hinges flexible
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    • C12M23/00—Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/48—Holding appliances; Racks; Supports

Definitions

  • Foil support structure, supply device, bioreactor and
  • the invention is directed to a film, a supporting structure for holding the film, a film
  • Supply device for supplying a formed by the film reactor space with carrier liquid and / or reaction gas and a bioreactor for culturing microorganisms. Furthermore, the invention relates to a method for the cultivation of microorganisms.
  • bioreactors or photobioreactors biological metabolism with enzymes or microorganisms are carried out.
  • algae, bacteria, fungi or yeasts are used. It is important to provide optimal growth conditions for the microorganisms in the reactor. For this purpose, it must be ensured that in addition to a controlled or defined light input into the reactor space, process-specific parameters, such as temperature, pH value and nutrient concentration, can be precisely controlled or regulated in the bioreactor.
  • the nutrient liquid or carrier liquid must be mixed with a gas or gas mixture or reaction gas.
  • Photobioreactors which are based on what is known as the airlift method have proved particularly suitable among the known designs for photobioreactors for cultivating photochromic microorganisms.
  • a vertically oriented reactor is frequently used in which an ascending gas flow is generated, in particular by introducing air in the lower reactor region, which, in conjunction with fixed loops, generates a fluid circulation or turbulence of the carrier fluid.
  • This system has proven to be advantageous in that turbulence is generated within the reactor which promotes microorganism growth by avoiding / reducing photoinhibition (too long-acting direct solar radiation) or by utilizing the so-called flashing-light effect.
  • the preferred residence time of the organisms to be cultivated in light-intensive areas depends on the light intensity and the organisms to be cultivated.
  • Such a plate photobioreactor is known.
  • the reactor is formed as a superposed vortex cell column formed of a plurality of plate-like walls.
  • the plates themselves are made of a translucent material, such as glass or Plexiglas.
  • Strömungsbowende internals for the formation of a guided turbulent flow are provided which allows in conjunction with the rising reaction gases flow guidance by exploiting the flashing light effect or while avoiding / reducing the photoinhibition.
  • these reactors have the disadvantage that they are expensive and therefore expensive to manufacture on the one hand and on the other hand can only be cleaned poorly due to the structure.
  • the tempering prepares for optimal growth because of the materials used glass and Plexiglas problems. Their field of application is therefore very limited in practice.
  • a film bioreactor for the cultivation of bio-organisms which consists of two identical basic bodies, which together form a housing of a bioreactor.
  • septa are alternately attached to opposite side walls of the housing, which divide the housing into individual sub-chambers. These septa serve as a flow guide, which form a meandering bioreactor space together with the housing in the vertically erected housing.
  • the bioreactor as a result of gas bubbles rising along a meandering flow path, there is a cylindrical movement of the liquid within a reactor space portion bounded by two septa.
  • the reactor chamber surface itself is to be meander-shaped or sinusoidal or curved, although more detailed information on the position and orientation can be found in the document.
  • the housing-forming bases are made of a flexible film that is integral with the septa.
  • the document further discloses a method of manufacturing the bioreactor, which comprises a plurality of method steps for producing the reactor from a translucent material. The method provides, inter alia, that the two bodies forming the housing are glued together along one edge. The bioreactor is therefore not recyclable and therefore can only be disposed of after contamination or feared contamination, so as to avoid the risk of contamination of the culture.
  • film reactors have proven to be not particularly resistant to pressure, so that either very costly to be produced film reactors must be used or the size of the film reactor is limited.
  • the wind and weather resistance in practice causes problems, so that the systems are usually placed in greenhouses. The temperature control of the reactors via the Ambient temperature in the greenhouse. As a result, such a construction causes comparatively high operating costs.
  • a foil device for breeding and mass production of algae which has a carrier liquid filled with a V-shaped bent transparent film tube, which is fastened via a binding material to an overhead support tube. Air is supplied via a pressure tube with an outgoing cannula to the transparent film tube in the lower region, which escapes through cut into the upper region of the film tube upper ends.
  • a film tube section which is determined by a lower and upper Abknick Scheme, formed by the rising air, a cycle of ascending and descending carrier liquid.
  • a special device for targeted flow guidance which ensures an increase in growth by means of flashing light effect or prevention / reduction of photoinhibition, is not provided.
  • a tubular reactor which essentially has a transparent tube or a transparent tube which is exposed to natural light during operation and through which a nutrient solution is continuously circulated.
  • the velocity of the carrier liquid may be selected to cause turbulent flow in the tube to achieve intimate mixing between the gas and the carrier liquid.
  • Such tube photobioreactors have a comparatively complex structure and are associated with corresponding production costs.
  • tubular reactors there is also no controlled exchange of near-light parts of the carrier liquid and light-distant parts of the carrier liquid, so that it is not ensured that the entire carrier liquid is uniformly flooded with sunlight or the entire amount of microorganisms contained in the carrier liquid using the Flashing light effect or prevention / reduction of photoinhibition optimally grows. Due to the comparatively long residence time of the oxygen contained in the reaction gas in the long tube systems without venting, there is the danger of oxygen poisoning, in which the algae to avoid an excess concentration of oxygen slower or no longer grow. Tubular reactors are also characterized by a comparatively low light input based on the reactor volume.
  • All the aforementioned bioreactors also have in common that they are arranged substantially vertically. At high levels of sunlight, the light impinges on the film at an unfavorable angle or enters the light at an unfavorable angle in the reactor, so that the light output and thus the use of sunlight is low. At low sun levels, the angle of impact is more favorable, but there is a risk that neighboring bioreactors shade each other and thereby the luminous efficacy decreases again.
  • the present invention relates to a film for culturing microorganisms, which is preferably and advantageously supported by a support structure or supportable or attachable to the support structure and which together with the support structure and a supply device for supplying a formed by the film reactor space with carrier liquid or nutrient fluid or nutrient concentration and / or reaction gas forms a bioreactor for the cultivation of microorganisms.
  • the film for cultivating microorganisms comprises a light-permeable outer cladding region, which preferably faces the sun and / or another light source, and an inner cladding region.
  • the outer jacket region of the film and the inner jacket region of the film are connected or connectable to one another at their lower side and at their upper side.
  • the outer jacket region and the inner jacket region are connected or connectable with one another such that a reactor space is formed or can be formed between the outer jacket region and the inner jacket region, in which the cultivation of microorganisms can take place or is favored.
  • the film is preferably attachable and / or supportable in the outer jacket region and / or in the inner jacket region to the support structure.
  • the film is further preferably designed so that the interaction with the support structure, a contour or a cross section in the film is formed, which promotes a recirculation or circulation processes of a carrier liquid in the interior of the reactor space or causes or embossed.
  • the contour is formed in the inner shell region and / or outer shell region.
  • the film for culturing microorganisms is designed so that the reactor space formed by the film can be brought into fluid communication with a supply device.
  • a supply device attachable to the support structure and / or support that the film dwells in its position by placing on the support structure and / or by additional measures such as clamping and / or screws and / or gluing and / or tying and / or other known fastening measures attached to the support structure and can be fastened.
  • the carrier liquid F or nutrient fluid or nutrient concentration comprises, in addition to the microorganisms to be cultivated, all components which are required for the cultivation of microorganisms.
  • the individual components of a carrier liquid are well known from the prior art.
  • the by the interaction or the interaction of the support structure and film in a region of the resulting in the film contour is designed so that it promotes circulation or circulation of the carrier liquid, which is located inside the reactor space formed by the film, or imprints or preferably initiates.
  • a controlled Ummélzvorgang or Um Mrsungsvorgang or turbulence or exchange process in which preferably substantially the entire carrier liquid controlled so controlled or guided that substantially the entire carrier liquid temporarily in near-light areas and at other times in far away areas.
  • preferably controlled Ummélzvortician or Um istungsreae take place, in which the flow of the carrier liquid is guided within the reactor space so that preferably substantially all near light parts of the carrier liquid are preferably transported continuously to light distant areas and that preferably substantially all light remote parts of Carrier liquid preferably be transported continuously to the light-near regions of the carrier liquid.
  • Near-light region in this context means that the region is arranged in the immediate vicinity or at a small distance from the cladding region, which faces a light source, preferably the sun, or which represents an area with high light intensity.
  • the Umisselzvortician are designed or directed so that preferably all algae cells of the carrier liquid preferably controlled temporarily exposed to a high light intensity, so that a preferably maximum photosynthetic conversion of the incident light energy is achieved.
  • light is meant in this context any radiation that enables or supports the growth of microorganisms.
  • One aspect of the invention is therefore based on the idea of realizing, with a preferably cost-effective, robust and / or low-maintenance film, an airlift photobioreactor which exploits the flashing light effect / avoidance / reduction of the photoinhibition, ie which has a controlled distribution of the radiation energy at least partially possible.
  • a bioreactor with a film according to the invention preferably has the advantages that, in the case of small pump volumes or small pump volumes of the carrier liquid, a substantially controlled circulation or controlled flow conduction in the reactor space is made possible and, in addition, because of the adherence of the reaction gas to the microorganisms Substantially controlled transport of microorganisms within the reactor space is used, at the same time ensuring a C0 2 fertilization of the microorganisms for Ph value stabilization or is favored.
  • the proposed photobioreactor with the described film preferably allows, inter alia, the application of the flashing light principle or the avoidance / reduction of photoinhibition by excessively high radiation intensities to increase the productivity of the cultivation.
  • deposits in the film can preferably be reduced or avoided by the substantially controlled flow guidance in the reactor.
  • the maintenance and / or cleaning intervals can be extended as a result.
  • a foil a simply constructed, inexpensive and / or robust foil can expediently be used, whereby preferably a cost-effective, installation-friendly and / or low-maintenance bioreactor can be realized.
  • the contour or the cross section forms at least in a part of the inner jacket region and / or outer partial region.
  • the film is also advantageously designed such that the connection of the outer jacket region of the film to the inner jacket region of the film is detachably formed on a lower side and / or an upper side, wherein the lower side and upper side relate to the vertical orientation in the mounted state of the film ,
  • the compound is advantageously carried out as a reversibly releasable connection.
  • the compound is expediently designed in such a way that, after loosening the connection point, the reactor space formed by the film is accessible from the outside for cleaning work and / or the film is preferably completely removable from the bioreactor.
  • the releasable connection is realized by clamping and / or screwing.
  • An inventive embodiment of the film provides in the case of a one-piece film, for example, which is detachably fastened or fastened only in the upper region of the film, the advantage that in the lower part of the film, for example, no joints and thus no vulnerabilities are provided, the tearing the Foil or leakage.
  • a support structure also allows a simple and inexpensive assembly and disassembly of the film and thus a simple and cost-effective design of a reactor space.
  • the recyclability of the film is given by the non-destructive reversible assembly and disassembly, which can reduce the operating costs not least due to the simple, fast and therefore cost-effective cleaning and a contribution to waste prevention is made.
  • the cleaning of the film according to the invention can also be carried out by semi-skilled personnel with commercial high-pressure cleaners without the use of additional special tools.
  • the film is a thin film and more preferably the film has a high flexibility, high weather resistance, and / or low stretchability.
  • a thin film advantageously allows a high light input and can be produced cheaply.
  • the bioreactor is preferably operated at an overpressure of about 0.05 to 0.5 bar, particularly preferably at an overpressure of about 0.1 to 0.2 bar.
  • an overpressure of about 0.05 to 0.5 bar particularly preferably at an overpressure of about 0.1 to 0.2 bar.
  • internal pressure occurs caused by the weight of the carrier liquid pressure in appearance, which is taken into account in the design of the film.
  • an ethylene-tetrafluoroethylene (ETFE) is preferably suitable.
  • the film preferably has a thickness of about 25 to 600 microns, more preferably 25 to 300 microns, more preferably between 50 and 150 microns, and most preferably a thickness of 150 to 300 microns.
  • the flexibility preferably has a positive effect on the handling of the film and the formation of the contour.
  • Film parts can be prepared or formed and suitably assembled, wherein the film preferably in particular at least substantially vertically extending connection region, in which the film is in particular welded and / or glued and / or sewn.
  • a one-piece film has the advantage that no weak points, such as, for example, adhesive seams, are present in the film. Furthermore, a one-piece film is easy and safe to put into operation, since any incorrect assembly steps that could lead to leakage omitted.
  • Substantially vertically extending connection areas have the advantage that the weak points created by them are directed so that they do not coincide with the direction of the highest stress of the film.
  • a multi-part film Compared to a one-piece film, a multi-part film has the advantage that its production is cost-effective in the case of small quantities, so that a film produced from a plurality of film parts by subsequent joining can be economical. In addition to welding and / or gluing and / or sewing any connection techniques for fluid-tight joining of films are conceivable.
  • the film in the inner cladding region is at least partially translucent light-reflecting or black.
  • the region of the film which rests on the support structure formed light-reflecting.
  • the region of the film which rests on the support structure formed light-reflecting.
  • a Such an embodiment of the film in the outer jacket region or at least in a part of the outer jacket region has the advantage that incident light or incident radiation reaches the reactor space to a large extent and remains there.
  • the film is also suitably designed so that it forms a reactor space, which is preferably substantially a prism open at the bases, or preferably substantially a vertical hose.
  • a film with such a reactor space advantageously allows the formation of a stable bioreactor, which also has a large proportion of the outer surfaces facing the light. It can be advantageous to create a bioreactor with such a film, which has based on the reactor volume a large, the sunlight-facing surface, whereby a good light entry is possible.
  • the film is designed in such a way that the reactor space formed by the film tapers in a vertical direction starting from the underside toward the top side.
  • the reactor space formed by the film is a hollow truncated cone open at the base sides or a hollow pyramid stump open at the base sides.
  • a suitable reactor space can be described by the following geometric specifications:
  • the reactor space has an upper base side and a lower base side
  • the upper base side and the lower base side each have an annular base area
  • the outer diameter of the upper base side is smaller than the outer diameter of the lower base side
  • the bases are interconnected by the outer shell region and the inner shell region and form the reactor space
  • the outer edge of the upper base side and outer cladding region are each arranged within the vertical projection of the outer edge of the lower base side.
  • annular base area in this context includes base areas, which in
  • edges of a base are arranged concentrically.
  • the upper base side and the lower base side are arranged concentrically.
  • the geometry of the reactor space described above is described in the context of this application idealized and also includes geometries with small deviations from the idealized geometric definition. Furthermore, the reactor space comprises a contour in at least one partial area and / or over the entire area of the inner and / or outer lateral surface which is superimposed on the abovementioned geometries or must be regarded as implicitly contained in the abovementioned geometries.
  • a film with one of the abovementioned reactor space geometries preferably contributes advantageously to the formation of a bioreactor which ensures low shading with a small space requirement. Such a formation thus preferably increases the yield of microorganisms and the Land use or reduces the land consumption.
  • the prism open at the bases, or when the tube is preferably substantially vertical good light input is possible because of the large surface area facing the sunlight relative to the reactor volume.
  • the light input is preferably higher in high solar states, in particular with high direct irradiation density, as a result of the reactor chamber tapering from the underside to the upper side in the vertical direction than in conventional bioreactors.
  • the special shape of the reactor space formed by the film also preferably causes an improved pressure resistance of the bioreactor even when using comparatively thin films, which can preferably offer better light transmission at lower material costs due to the lower film thickness.
  • a preferred embodiment of the invention further comprises a support structure for holding or supporting or securing the film according to the invention, wherein the support structure has a plurality of trained as a ring elements formed profiles or at least one in the vertical direction substantially helically or meandering extending profile.
  • the profile is preferably designed so that it at least partially corresponds to the contour of the film or at least partially cooperates with the film so that the film forms a contour at least partially in the outer cladding region and / or at least partially in the inner cladding region.
  • the support structure is arranged on the inner jacket region of the film 1.
  • Such a design preferably offers the advantage that the support structure does not and only insignificantly shade the film 1 and thus the reactor space of the bioreactor.
  • the profile or profiles are advantageously designed as a hollow profile or as a solid profile, wherein preferably the outer contour of a profile at least partially corresponds to the contour of the film.
  • the contour of the profile can thus be advantageously taken on the formation of the contour of the film influence.
  • the film can be influenced by the geometry of the support structure, the geometry of the film and / or the outer contour of the profile, the contour and the reactor space so that favorably oriented circulation processes of a carrier liquid in the reactor space.
  • the ring elements of the support structure are expediently designed as circular, polygonal or elliptical or oval rings and are preferably arranged concentrically one above the other. Such a design can be easily and inexpensively finished.
  • a support structure with a frame or framework or support structure is provided with at least one particular vertically extending connecting element, which at least partially connects the profile or the profiles of the support structure with each other and / or at least partially.
  • Such a support structure with a frame and in particular vertically extending connecting elements also has the advantage that a stable, cost-effective and / or easy-to-manufacture support structure is created in a particularly simple manner.
  • Tempering in this context includes both the heat input into the reactor space and the heat removal from the reactor space.
  • the support structure is at least partially made of a material having a high thermal conductivity, preferably a metal.
  • the support structure is formed in a particularly advantageous embodiment of a plurality of ring elements arranged above one another profiles which are arranged concentrically to each other and are held by a plurality of particular vertically extending connecting elements, wherein a liquid flows through the interior of the connecting elements for controlling the temperature of the reactor space.
  • the profile (s) is / are expediently produced in an injection molding process.
  • the arrangement, placement and / or fastening of a preferably integrally formed spiral or profile on a frame preferably made of pipes is also conceivable.
  • the support structure is designed according to one embodiment, that in the interior of the support structure, an open area is created, which is flooded with ambient air.
  • the support structure is such that it holds or supports the film on its outside or that the film is fastened to the outside of the support structure.
  • the flow-through on the inside of the air support structure and resting on the support structure film including reactor space is thus cooled in a natural way by the air flowing through the inner open area.
  • the functional principle of such passive cooling corresponds to that of termite structures. It is thus a simple, energy-saving and cost-effective cooling of the reactor space feasible.
  • the contour in this case promotes a circulation process or circulation processes in a carrier liquid in the interior of the reactor space or causes it.
  • a support structure designed in this way, in interaction with the film according to the invention, has the particular advantage that the film spans itself at least in one region.
  • the outer jacket region spans itself at least in some areas by supporting the foil on a support structure tapered in the vertical direction.
  • the support structure does not require a complicated additional tensioning device.
  • the aforementioned structure allows the self-centering of the film, whereby a quick and easy installation can be realized inexpensively and additional design precautions for aligning the film can be omitted.
  • the support structure comprises an upper fastening device.
  • the upper fastening device is embodied or arranged on the upper side of the film, in particular above the connectable or connected points of the outer jacket region and the inner jacket region, such that the upper fastening device connects the outer jacket region to the inner jacket region, in particular releasably.
  • the upper fastening device is preferably designed so that it connects the film with the support structure in particular releasably.
  • Such a support structure with such an upper fastening device offers the advantage that the previously described, for example, one-piece film only in the upper region, i. at the top of the film, reversibly releasably secured to the support structure and / or supported and / or clamped.
  • the one-piece film without joints has no weaknesses that can cause cracking of the film or leakage.
  • Such a support structure also allows a simple and inexpensive assembly and disassembly of the film and thus a simple and cost-effective design of a reactor space.
  • the recyclability of the film is given by the non-destructive reversible assembly and disassembly, which can reduce the operating costs not least due to the simple, fast and therefore cost-effective cleaning and a contribution to waste prevention is made.
  • the cleaning of the film according to the invention can also be carried out by semi-skilled personnel with commercial high-pressure cleaners without the use of additional special tools.
  • a lower fastening device wherein the lower fastening device is arranged on the underside of the film, in particular below the connectable points of the outer jacket region and of the inner jacket region.
  • the lower fastening device in this case connects the outer jacket region with the inner jacket region and / or the film with the supporting structure, in particular releasably.
  • the lower fastening device which is arranged in the lower region of the film and thus in the lower region of the bioreactor, enables a simple and economical assembly and / or disassembly, which often has to be carried out for cleaning purposes.
  • a two-part film is expediently provided, which are detachably connected together by upper and lower fastening means.
  • Such a two-part film may advantageously be such that one part of the film forms the inner jacket region and the other part the outer jacket region.
  • the part of the film which forms the inner jacket region has one or more other physical properties than the other part of the film forming the outer jacket region.
  • one of the film parts, preferably the film part, which forms the inner cladding region has an already substantially preformed wave profile, which due to a comparatively large wall thickness and / or due to other physical properties is given substantially dimensionally stable to the film part.
  • the substantially dimensionally stable film part is designed to be self-supporting. When using such a film part, the Support structure accordingly be lighter dimensioned or completely eliminated.
  • the profile of high wall thickness could also advantageously comprise circumferential hollow profiles which preferably support the corrugation profile (additionally) and / or cool the reactor space.
  • the outer jacket region and / or the inner jacket region of the bioreactor or film preferably comprises at least one film part which has at least one flexible film part region, at least one at least partially concave profile cross-section region, and at least one profile cross-sectional region that is convex at least in some regions.
  • the or the film part may be wound or be in webs, which may preferably overlap at least partially.
  • the film part is preferably arranged or arranged in webs such that the concave profile cross-sectional area of a web of the film part with a convex profile cross-section region of an adjacent web of the film part forms a support structure and / or a cooling structure.
  • the sheet-like formed film part has an at least partially concave profile cross-sectional area, an at least partially convex profile cross-sectional area and between a flexible film portion, wherein the laterally arranged concave profile cross-sectional area of a web or winding connected to the laterally disposed convex profile cross-sectional area of an adjacent web or winding or is connectable.
  • adjacent webs or turns are glued together and / or welded together.
  • the flexible film part region, the at least partially concave profile cross-sectional region, and / or the at least partially convex profile cross-sectional region preferably form the contour W at least in sections.
  • the at least partially concave profile cross-sectional area and the at least partially convex profile cross-sectional area may preferably form a support structure.
  • the support structure preferably has several or all features of the support structure described above. It is therefore a support structure that is at least partially integrated into the film.
  • the support structure can also serve to cool the reactor space.
  • the concave / convex profile cross-sectional areas can also form a hollow profile for cooling, wherein the hollow profile can generally assume all sizes and cross-sectional shapes.
  • the convex profile cross-sectional area and / or the concave profile cross-sectional area preferably comprise curvatures and, laterally, in each case a flange area, to which, for example, two opposite profile cross-sectional areas of two webs or turns are connected to one another.
  • the at least one flexible film part region, the at least one at least partially concave profile cross-sectional area, and / or the at least one at least partially convex profile cross-section at least partially designed as an extruded profile.
  • the flexible film part region has a reduced thickness in comparison to the concave / convex and comparatively dimensionally stable profile cross-section regions.
  • the thickness of the flexible film portion corresponds to the thickness of an ordinary film, in particular a reactor film described above.
  • corresponding profile cross-sectional areas of the film part may have at least one profile cross-sectional area which is formed as a support structure / cooling structure; for example one helical tubular body. Such a profile cross-sectional area then forms the film part together, for example, with the at least one flexible film part area.
  • a bioreactor operated with the film described above comprises a supply device for supplying the reactor space formed by the film with a carrier liquid and / or a reaction gas.
  • the supply device is in fluid communication with the reaction space, so that carrier liquid and / or reaction gas can be supplied to the reactor space and / or discharged.
  • the reaction gas flows in the lower region of the reactor space formed by the film by means of the supply device into the reactor space and escapes from the reactor space in the upper region of the reactor space.
  • the supply device carrier liquid to the reactor chamber and can be discharged.
  • the supply device is integrated in the lower fastening device and / or in the upper fastening device.
  • the supply unit allows the entry of reaction gas in the lower region of the reactor space, so that the upflowing gases favor the formation of Umisselzvor réellen in the reactor space or strengthen or cause or form.
  • the supply device is integrated into the lower and / or upper fastening device, the number of components of a bioreactor can be reduced and / or the installation space can be minimized.
  • Particularly advantageous is a supply device which is completely integrated into the upper fastening device. If such a supply device is used with a one-piece film which is detachably fastened to the support structure on the upper side of the film, a particularly easy-to-handle and maintenance-friendly bioreactor structure can be realized.
  • the reaction gas preferably rising in the vicinity of the outer jacket region preferably also causes an extension of the cleaning and / or maintenance intervals.
  • Reaction gas in the context of this application comprises each gas or gas mixture preferably a gas mixture having a high C0 2 content, which is suitable for the cultivation of microorganisms.
  • the supply unit further comprises a reaction gas recirculation device, in particular a suction unit for the extraction of the reaction gas.
  • the recirculated or extracted reaction gas can advantageously be further processed. For example, can advantageously be used from the reactor chamber recycled reaction gas for hydrogen production.
  • the supply device has at least one or more supply lines distributed over the reactor space in the circumferential direction, which extend to the underside of the film or the underside of the reactor space formed by the film and distributed by the reaction gas pointwise or evenly in the lower reactor space in the Reactor space flows.
  • so many supply lines are preferably provided that the entire reactor space is uniformly supplied with reaction gas from the underside so that the circulation processes take place in the entire reactor space.
  • the supply line can be formed for example of a thin tube or a flexible hose.
  • the use of flexible hoses has the advantage that the supply lines during assembly or disassembly of the film are simply bent away to the side. Furthermore, the soft tubing reduces the risk of any damage to the foil.
  • the ends of the one or more supply lines are connected to a ring line circulating in the reactor space or to one or more ring segment (s) from which reaction gas flows distributed over the circumference of the reactor space in the lower region.
  • the ring line or the at least one loop segment is arranged in the reactor space so that the reaction gas flows evenly distributed in the lower region of the reactor space and thus ensures uniform circulation processes in the reactor space.
  • the ring line or the at least one ring line segment is a flexible hose line, which expediently extends through all areas in the vicinity of the lower base side of the reactor space.
  • the supply device is designed so that the carrier liquid level is kept substantially constant in the reactor space.
  • the invention further relates to a bioreactor for the cultivation of microorganisms, which has a film, a support structure and a supply device.
  • a bioreactor comprises a film for cultivating microorganisms, having a light-permeable outer jacket region and an inner jacket region, the outer and inner jacket regions of the film being connected to one another at their lower and upper sides.
  • a reactor space is thereby formed between the outer and inner mantle regions, wherein the reactor chamber tapers from the lower side toward the upper side in the vertical direction to form a hollow-cone or hollow-pyramid stump open at the base sides.
  • the film is arranged or fastened to a support structure, for example by means of a lower and / or upper fastening device, and is supported and / or fastened to it in the inner jacket region.
  • the support structure has a plurality of profiles arranged one above the other as ring elements, or at least one profile which extends in a substantially helical or meandering manner in the vertical direction and which is or are supported by a frame.
  • the support structure forms a supporting body which tapers in the vertical direction to form a hollow-cone or hollow-pyramidal stump open at the bases.
  • Support structure and film cooperate in such a way that the support structure gives the inner shell region a contour which favors or causes a circulation process of the carrier liquid in the interior of the reactor space.
  • the bioreactor is also in fluid communication with a supply device for supplying the reactor space with carrier liquid and / or reaction gas, wherein the reaction gas can flow in the lower region of the reactor space and can flow out in the upper region of the reactor space.
  • the invention further relates to a process for the cultivation of microorganisms which comprises at least some of the following steps: Providing a film, in particular a film according to the preceding embodiments, with a light-permeable outer jacket region and an inner jacket region,
  • Forming a reactor space within the meaning of the present application includes activities such as folding and / or folding a film, bonding and / or gluing and / or welding and / or sewing a film and / or cutting out a suitable film geometry from a prefabricated film.
  • Fastening and / or supporting the film in the context of the present invention includes, inter alia, placing the film on the support structure, holding the film through the support structure, tying, bolting, riveting, gluing or other fastening or support measures.
  • Forming a contour includes, inter alia, the partial curvature and / or buckling of the
  • a supply device In fluid communication of the reactor space with a supply device includes inter alia in the present application, supplying the reactor space with carrier liquid and / or reaction gas by means of supply lines.
  • the method for culturing microorganisms in a bioreactor wherein the supply device supplies the formed by the film and the support structure reactor space with carrier liquid and / or reaction gas and during a culturing process, a carrier liquid is in the reactor space, wherein During the cultivation process reaction gas flows in the lower region of the reactor space and flows out in the upper region of the reactor space, and wherein in the interior of the reactor space in the region formed by the interaction of the support structure and the film in the outer cladding region and / or in the inner cladding region of the film Umisselzvor bland the Carrier liquid take place.
  • a bioreactor which is operated by the method according to the invention preferably has the advantage that a substantially controlled flow guidance or circulation in the reactor space is established. Furthermore, it is preferably advantageous for a substantially controlled transport of the microorganisms within the reactor space due to the adhesion of the reaction gas to the microorganisms. It is thus also preferably advantageous at the same time to ensure or favor C0 2 fertilization of the microorganisms for stabilizing the pH.
  • the applied flashing-light principle or the prevention / reduction of the photoinhibition by controlled flow guidance contributes to the preferably advantageous increase in the productivity of the cultivation.
  • deposits in the reactor space can preferably be reduced or avoided by the substantially controlled flow guidance and consequently extend the maintenance and / or cleaning intervals.
  • the method can be carried out expediently with a simply constructed, low-cost and / or robust foil, as a result of which a cost-effective, installation-friendly and / or low-maintenance bioreactor operation can preferably be realized.
  • the circulation processes exchange at least part of the carrier liquid located in the vicinity of the outer jacket area with parts of the carrier liquid located in the vicinity of the inner jacket area. It is expedient that the circulation processes preferably exchange substantially all of the carrier liquid which is located in the vicinity of the outer jacket region, preferably with substantially all of carrier liquid which is located in the vicinity of the inner jacket region.
  • the recirculation processes or the swirling processes or the directed flow are such that preferably the entire carrier liquid undergoes a movement, which ensures that preferably the entire carrier liquid at least temporarily in areas of high radiation intensity and temporarily in area with lower Light irradiation intensity is located.
  • a method with the circulation processes described above advantageously allows increased growth of the microorganisms as a result of the flashing-light effect or the prevention / reduction of photoinhibition.
  • a certain amount of carrier liquid is supplied to the reactor space at the beginning of the cultivation process, wherein during the cultivation process, the amount of carrier liquid is substantially constant and wherein the carrier liquid is discharged from the reactor space after completion of the cultivation process.
  • a substantially constant amount of carrier liquid includes, inter alia, an amount that differs from a desired amount of carrier liquid due only to leakage losses.
  • Such a method for cultivating microorganisms therefore differs from methods in which the carrier liquid is circulated continuously or at predetermined time intervals.
  • the bioreactor is operated so that the carrier liquid flows through the reactor chamber continuously or at predetermined time intervals.
  • the carrier liquid has a superimposed with the Umicalzvor réellen Flow on whose flow direction substantially coincides with that of the reaction gas.
  • the flow direction of the flow superimposed on the carrier liquid with the circulation processes is essentially opposite to the flow direction of the reaction gas.
  • a method with a carrier liquid flowing continuously or at predetermined time intervals through the reactor chamber offers the advantage that it influences the flow pattern of the carrier liquid via further parameters, for example the flow rate of the carrier liquid flowing through the reactor chamber and the flow direction of the carrier liquid relative to the flow direction of the reaction gas become.
  • the turbulence of the flow and the shape of the circulation processes can be influenced by the carrier liquid flowing through the reactor chamber. If the carrier liquid flows continuously or at predetermined time intervals in the same direction as the ascending reaction gas through the reactor, deposits of microorganisms in the lower and / or upper region of the reactor chamber can be reduced or avoided. Also can be influenced by such a flow guide, the reactor temperature and any heat accumulation in the upper region of the reactor space can thus be controlled safely.
  • At least one, preferably several, and more preferably a plurality of concentrically arranged in the reactor chamber, and more preferably plate-like flow guides are provided in the reactor space, which advantageously extend substantially vertically, and the preferably helical or in plan view of the reactor space circular At least partially reduce and preferably delimit flow components of the carrier liquid and thus preferably an upwardly and / or downwardly directed or a relative to the flow direction of the reaction gas rectified and / or counter-directed superimposed flow, preferably between two Strömungsleit Sken and / or around at least one flow guide around, favor.
  • the reactor space is tempered by means of a fluid flowing through the support means.
  • an inner free area, which is formed in the interior of the support structure, to be surrounded by ambient air 1 g is passed through such that the reactor space is cooled.
  • ambient air 1 g is passed through such that the reactor space is cooled.
  • a method is further provided, after which the film is removed for cleaning of the support structure and after which the film is cleaned in the removed state.
  • a reactor space (R) can be formed, wherein
  • the film (1) in the outer shell region (2) and / or in the inner shell region (3) to a support structure (6) can be fastened and / or supported, wherein
  • the support structure (6) of the film (1) in the outer shell region (2) and / or in the inner shell region (3) has a contour (W), which promotes a circulation process of a carrier liquid (F) in the interior of the reactor space (R), and where
  • the reactor space (R) in fluid communication with a supply device (7) can be brought.
  • film (1) according to aspect 1 or 2 wherein the film (1) in one piece or from several film parts (la, lb, 1 c) can be formed, and wherein
  • the film (1) in particular at least one substantially vertically extending connection region, in which the film (1) is in particular welded and / or glued and / or sewn.
  • the film (1) in the inner cladding region (3) is at least partially translucent or light-reflecting or black, and wherein
  • the area in which the film (1) rests on the Stöns Exercise (6), is light-reflecting and formed by the support structure (6) intermediate regions (Z) of the film (1) are black or translucent.
  • film (1) according to one of the aspects 1 to 4, wherein in the outer jacket region (2) to the reactor chamber (R) directed side of the film (1) is light-reflecting and / or the reactor chamber (R) facing away from the side.
  • reactor space (R) is in particular a hollow cone stump open on the bases or a hollow pyramid open on the bases, or the reactor space (R) meets the following geometrical requirements:
  • the reactor space (R) has an upper base side (Ao) and a lower base side (Au),
  • the upper base side (Ao) and the lower base side (Au) each have an annular base area
  • the outer diameter (Do) of the upper base side (Ao) is smaller than the outer diameter (Du) of the lower base side (Au),
  • the base sides (Au, Ao) are connected to one another by the outer jacket region (2) and the inner jacket region (3) and form the reactor chamber (R),
  • the outer edge of the upper base side (Ao) and the outer jacket portion (2) are each arranged within the vertical projection of the outer edge of the lower base side (Au).
  • the support structure (6) has a plurality of profiles (8) arranged one above the other as ring elements, or at least one profile (8) extending in a substantially helical or meandering manner in the vertical direction,
  • the support structure (6) has a frame (13) with at least one in particular vertically extending connecting element (14) that the profile (8) or the profiles (8) of a support structure (6) at least partially connects and / or at least partially supports ,
  • Support structure (6) for holding a film (1) according to one of the aspects 9 to 11, wherein the support structure (6) has an inner air flowed through by ambient air free area (B).
  • the support body (K) is in particular a hollow cone stump open on the bases or a hollow pyramid stump opened on the bases, and wherein
  • the film (1) in the outer shell region (2) and / or in the inner shell region (3) on the support structure (6) can be fastened and / or supported, that the film (1) in a cladding region the jacket regions (2, 3) is tensioned in the circumferential direction and in the other jacket region of the jacket regions (2, 3) forms the contour (W) with the support body (K).
  • supply device (7) for supplying a through a film (1) in particular according to one of the aspects 1 to 8 formed reactor space (R) with carrier liquid (F) and / or reaction gas (G), wherein
  • the supply device (7) is in fluid communication with the reactor space (R), wherein
  • reaction gas (G) flows in and in the upper region of the reactor space (R) the reaction gas (G) flows and carrier liquid (F) and - is abbertbar, and
  • the supply device (7) in the lower fastening means (12) and / or in the upper fastening means (11) is integrated.
  • supply device (7) according to aspect 15, wherein the supply device (7) at least one or more distributed over the reactor space (R) in the circumferential direction supply lines (9) extending to the bottom (4) of the film and through which the reaction gas (G) flows in.
  • supply device (7) wherein the end or the ends of the supply line (s) (9) to a ring line (10) or to one or more loop segment (s) is connected, from which the reaction gas (G) flows distributed over the circumference.
  • a bioreactor (100) for cultivating microorganisms comprising:
  • Profile cross-sectional area (lasj) of a web (bi) with a convex profile cross-sectional area (las 2 ) of a preferably overlapping disposed adjacent web (b2) forms a support structure (6) and / or a cooling structure (6).
  • a support structure (6) in particular a support structure (6) according to one of aspects 9 to 14.
  • Profile cross-sectional area (las 2 ) form at least one hollow profile (8) for cooling.
  • Vaulting las lw , read 2W
  • flange areas lasi F , las 2F
  • Bioreactor (100) or foil (1) according to one of the aspects 19A to 19G, wherein the at least one flexible foil portion (laf), the at least one at least partially concave
  • Profile cross-sectional area (las 2 ) are at least partially designed as an extruded profile. 191.
  • Film portion (laf) preferably has a thickness which is the thickness of an ordinary film, in particular a film (1) for the cultivation of microorganisms, and / or wherein the concave profile cross-sectional area (lasj) and / or the convex profile cross-sectional area (las 2 ) compared to the film (1) have an increased thickness and / or rigidity.
  • a method of cultivating microorganisms comprising the steps of:
  • the contour favors a circulation process of a carrier liquid in the interior of the reactor space
  • a carrier liquid is located in the reactor space, wherein
  • reaction gas flows in the lower region of the reactor space (R) and flows in the upper region of the reactor space, and wherein
  • the amount of carrier liquid is substantially constant, and wherein
  • the carrier liquid is discharged after completion of the cultivation process from the reactor space.
  • FIG. 1 shows a cross section of a bioreactor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows different embodiments of a film according to the invention for the cultivation of microorganisms
  • FIG. 5 shows schematic representations of various embodiments of the reactor space R
  • FIG. 6 shows various embodiments of a preferred support structure
  • FIG. 7 shows a cross section of a further embodiment of a bioreactor
  • Fig. 8 is a cross section of another embodiment of a film.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of a bioreactor 100 with a film 1 for culturing microorganisms, which has a light-permeable outer jacket region 2, which delimits the reactor to the outside and faces a light source, not shown.
  • the outer jacket portion 2 is connected in the illustrated embodiment in the upper region 5 by means of a fastening device 1 1 with a support structure 6.
  • the outer jacket portion 2 of the film 1 is designed in this embodiment so that it is taut or smooth in the mounted state or in the circumferential direction and in the axial direction of the jacket.
  • an inner jacket region 3 of the film 1 is fastened to the support structure 6 in the upper region 5 via the fastening device 11.
  • the inner jacket region 3 merges seamlessly into the outer jacket region 2.
  • the film 1 is thus formed in one piece and has an inner jacket region 3 and an outer jacket region 2, which are separated from each other by the lower transition point of the film 1.
  • the inner jacket region 3 lies on the support structure 6 between the upper side 4 and the lower side 5 of the film 1.
  • the inner jacket region 3 of the film 1 is designed such that the film 1 bulges in the regions towards the support structure interior or to the free region B, in which it does not bear against the support structure 6 or is supported by it.
  • the support structure 6 of the bioreactor 100 consists of a helically tapered profile in the vertical direction in the form of a hollow pyramid stump open at the base sides.
  • the film 1 is arranged in the manner previously described and forms the reactor space R.
  • the supply device 7 includes connection lines not shown in detail to system components not shown in detail, such as intermediate tanks, pumping stations, treatment plants, especially plants for extraction of biomass from the carrier liquid, systems for enriching the carrier liquid with nutrients and / or with CO 2, expedient Druckentnapssvon, plants for Inoculation of the carrier fluid with cell cultures (Innoculum) and / or the like.
  • the supply device 7 further comprises supply lines 9, of which only one is shown substantially dashed in the drawing.
  • the one or more supply lines 9 connect a ring line 10 arranged in the lower region in the vicinity of the transition region from the inner jacket region 2 to the outer jacket region 3 with the upper part of the supply device 7.
  • each supply line 9 could each also be provided with a separate loop segment be connected, which is preferably arranged similar to the ring line 10 and preferably has the same functionality.
  • the reaction gas G which exits from the loop line 10 and rises in the interior of the reactor space R up to the upper supply device 7.
  • the supply device 7 further comprises in the lowermost region of the reactor space R, ie in the transition from the inner jacket region 2 to the outer jacket region 3 of the film 1, a drainage possibility, which is connected to a further connecting line, not shown, of the supply device 7.
  • a further connecting line not shown, of the supply device 7.
  • at least one, preferably a plurality of supply lines 9 may be provided, each with at least one point-like outlet for the reaction gas R in the lower region of the reactor.
  • the support structure 6 is arranged at a distance from the substrate via a supporting substructure (not shown).
  • the support structure 6 also has an open area B in the interior, so that the ambient air L flows from below from the intermediate area between the base and lower edge of the bioreactor 100 into the open area B and leaves the open area B through an opening in the upper area of the bioreactor 100 , The air cools the support structure 6 and the inner jacket portion 3 of the film 1 and thus indirectly the reactor space R.
  • FIG. 2a shows a detailed view of the bioreactor according to the embodiment described in FIG.
  • the profiles 8 of the support structure 6 show different embodiments of the shape of the profiles 8.
  • the cross section of the uppermost profile 8 is, for example, substantially rectangular with rounded edges.
  • the middle profile 8, however, has a circular cross-section.
  • the bottom of the three profiles 8, however, has an outer contour, which is adapted to the contour W of the film 1 in the inner shell region 3 or this has a preferred contour W is.
  • the individual profiles 8 of the support structure 6 are spaced from each other, so that between them an intermediate region Z is formed, in which the film 1 to the interior of the bioreactor 100 toward, ie in the free area B inside, arches.
  • the flow direction of the reaction gas G is shown in Fig.
  • the close-to-light components of the carrier liquid are thus conveyed into the light-remote region of the carrier liquid and components which were previously in the light-distant region of the carrier liquid, ie which were located in the bulge region of the inner shell region of the film 1, have been transported by the circulation processes in the near-light region.
  • a vertical upward flow of the carrier liquid F is also shown. This is recognizable by continuously drawn flow arrows of the carrier liquid F. This flow is forced mainly by a continuous inflow and outflow of carrier liquid F in the lower and upper region of the reactor R. The superimposed flow is idealizing to be regarded as a flow rectified with the flow of the reaction gas G.
  • microorganisms are used whose density is substantially greater than the density of the carrier liquid, then the microorganisms accumulate in the lower region of the reactor space R.
  • a superimposed flow which is rectified to the flow direction of the reaction gas G, reduces or reduces such deposition processes in the lower region of the reactor space.
  • FIG. 2b shows the detail view according to the embodiment in FIG. 1 in a further variant.
  • the profile 8 is also possible to manufacture the profile 8 as a solid profile, for example of a metal preferably with high thermal conductivity and good mechanical properties.
  • microorganisms used whose density is substantially less than or equal to
  • the forming flow can thus be controlled in such a way that dead centers, in which the carrier liquid is essentially not in motion and in which deposits can occur on the film, are essentially not formed. This advantageously extends the maintenance and / or cleaning intervals of the bioreactor and reduces the operating costs.
  • Figure 3a shows an expedient embodiment of a film part for forming a film 1 for the cultivation of microorganisms.
  • the left part of Figure 3a shows the development of a film part with a rectangular base.
  • the finished film part is, as shown in the right figure, helically formed tapering upwards, wherein the arranged in the lateral surface of the resulting hollow truncated cone edges of the film part 1 are fluid-tightly connected to adjacent edges of the film part 1, so that after suitable cutting of the two Bases created on the bases open hollow truncated cone-shaped film part.
  • the hollow truncated cone-shaped film part corresponds to an inner jacket region 3 or an outer jacket region 2.
  • a film 1 for cultivating microorganisms is produced in another embodiment by connecting two hollow-truncated cone-shaped film parts which are open on both base sides.
  • a film 1 from a simply constructed film part, which can be used both as an inner and as an outer jacket surface, with advantageously low production costs and great economic economies of scale.
  • 3b shows a further advantageous embodiment of the film parts la, lb, lc, which represent a circular ring section in their development and form a hollow cone frustum opened in the assembled form in assembled form.
  • the connecting regions extending between two film parts, in which the films are connected to one another in a fluid-tight manner extend essentially vertically.
  • the force resulting from the weight of the carrier liquid F and the film, which acts in the vertical direction, is thus absorbed substantially over the entire length of the connection point.
  • the susceptibility to leakage can thus be advantageously reduced and the connection point is less stressed, whereby preferably a simpler and cheaper mounting is possible.
  • a further embodiment of the invention comprises film parts which in their unwinding consist of a substantially diamond-shaped basic shape, wherein the tips lying along the longitudinal axis of the rhombus are cut in a circular arc shape.
  • film parts which in their unwinding consist of a substantially diamond-shaped basic shape, wherein the tips lying along the longitudinal axis of the rhombus are cut in a circular arc shape.
  • Several such film parts are brought together fluid-tight at their edges, so that the film 1 shown in the right figure of the figure is formed.
  • the film 1 thus has no connection region in the lower transition region from the inner jacket region 3 to the outer jacket region 2, so that the film is not weakened by a connection point in this mechanically highly stressed region.
  • FIG. 4 the reactor space R according to an embodiment of the invention is shown schematically.
  • a Q denotes the upper base side of the reactor space R and A U; in the drawing mostly shown in phantom, the lower base of the reactor space.
  • the reactor space R is surrounded by a film 1 (not shown in FIG. 4) and a support structure 6.
  • the illustrated reactor space R has a wave profile or a contour W on its inside.
  • the lower base side ⁇ ⁇ with the outer diameter ⁇ ⁇ is arranged in the illustrated embodiment concentric with the upper base side A 0 with the upper outer diameter D 0 .
  • the upper base side and the lower base side are not arranged concentrically, but such that the outer edge of the upper base side with the outer diameter D 0 is within the vertical projection of the outer edge with the diameter Du of the lower base side Au.
  • a wave-shaped profile or a contour W is provided overlapping on the inside and / or on the outside.
  • FIG. 5a shows a further exemplary embodiment of a reactor space R, wherein the contour W, which is provided on the inner and / or outer jacket region, is not illustrated in an idealized manner.
  • Fig. 5a shows a reactor space with an annular base in the form of a polygon.
  • the annular bases may also have elliptical edges, or any combination thereof, in addition to circular or polygonal edges.
  • FIG. 5a the inner and outer cladding regions are shown in cross section as a straight line cutting lines.
  • FIG. 5b shows a reactor space, the inner and outer shell regions of which, viewed in cross-section, converge arcuately from bottom to top. Furthermore, it can be seen that the idealized distance between inner cladding region and outer cladding region decreases in the vertical direction.
  • the arcuate vertical tapering of the jacket regions is designed such that the contours W formed in the inner and / or outer jacket region are such that in all regions of the reactor chamber R, i. in the respect of their vertical lower portions of the reactor space R and in the upper regions of the reactor space R, take place uniform recirculation processes, preferably such that prevail over the entire vertical extent of the reactor space substantially the same growth conditions for the microorganisms.
  • the arc shape provides a further parameter for influencing the flow of the carrier liquid F in the reactor chamber R, with which any flow phenomena which change over the vertical height of the reactor chamber are influenced or compensated ,
  • the flow rate of the carrier liquid F and the reaction gas G increases at approximately constant average distance between the inner and outer shell region (3, 2) of the film first in the vertical direction from the lower region to the upper region of the reactor space R.
  • the flow rate change can be achieved, for example, by varying the flow profile, that is to say, inter alia, by varying the circulation process or the circulation processes by means of a suitable contour W and / or among others be compensated by varying the cross-sectional arc shape of the cladding regions. If the cross-section of the reactor space R extends in an arcuate manner in the vertical direction as in FIG.
  • two baffles L B i, m be provided as Strömungsleit Anlagenen, between which in addition to the above- described recirculation A superimposed upward flow S in the region of the rising reaction gas and a superimposed downflow S ab in an area without ascending Reaction gas forms. It can therefore form a superimposed circular flow in the reactor space R. As shown in FIG. 5b, such a circular flow can also be formed by at least one control blueness L B 3, the superimposed upward flow S being arranged on, and the superimposed downflow S ab respectively directly adjacently.
  • 6a shows a support body K of a support structure 6, as used, for example, in the embodiment according to FIG.
  • the support structure 6 is idealizing in the embodiment shown here of a continuously and uniformly tapering in the vertical direction helical profile.
  • the helical K formed by the profile thus represents a hollow truncated cone with open bases.
  • the helical profile favors the formation of the reaction space R of a film 1, which can be considered idealized as a hollow cone stump open at the bases, and due to the helical shape of the profile includes a helix shape.
  • the helix shape can impart to the carrier liquid F a rotational movement about the vertical central axis of the photobioreactor, whereby the flow of the carrier liquid F is superimposed on a further component, which can affect the cultivation.
  • the support body K of FIG. 6b also ideally has a hollow truncated cone geometry open at the base sides.
  • the support structure 6 according to FIG. 6b differs from the support structure 6 shown in FIG. 6a in that the profile does not converge helically, but meandering continuously and uniformly in a meandering manner in the vertical direction.
  • Such a configuration of the profiles of the support structure can reduce or avoid a helical running back of the carrier liquid F in the lower regions.
  • the flow processes in the reactor space R can thus be better controlled or controlled and any simulations of the flow processes are simplified.
  • FIG. 6c shows a further embodiment of the support structure 6 according to the invention.
  • the support structure 6 is a further embodiment of the support structure 6 according to the invention.
  • FIG. 6 consists of several trained as a ring elements and superimposed profiles 8, which are arranged concentrically and thus one open at the bases form hollow-pyramid-shaped support body K, which, as well as the support structures of Figures 6a and 6b, is connected via a base to the ground
  • the support structure 6 further comprises a framework 13, which in the present embodiment has vertically extending connection elements 14 to which the ring elements or profiles 8 are fastened at uniform intervals from one another.
  • the frame 13 is particularly advantageous from a hollow profile, which is traversed by a fluid medium, such as water.
  • the frame 13 therefore serves to support a film 1, not shown, as well as for tempering the reactor space not shown R. Any additional stability-enhancing struts are not shown for clarity.
  • a spiral or meander-shaped and preferably one-piece profile 8 is used, which may furthermore advantageously be produced in an injection molding process.
  • the bioreactor support structure shown in Fig. 6c is modified in a further embodiment to the effect that the ring elements have no circular cross-section, but a polygonal, oval or elliptical geometry and / or the support structure comprises connecting elements 14, which do not converge in a straight line in the vertical direction but in an arcuate shape and / or the support structure 6 has ring elements or profiles 8, which are dimensioned with respect to their distances from each other so that the area between two ring elements or profiles 8 by curvature, which is part of a contour W, for the circulation processes in this arched area between two ring elements or profiles 8 is optimized.
  • the distance between two support elements thus represents another parameter to control any flow phenomena dependent on the vertical reactor height.
  • the distance Z of the individual profiles 8 of the support structure 6 and / or the distance between the inner and outer jacket regions (3, 2) and in particular that ratio of the distance Z to the distance between the latter inner and outer shell region (3, 2) of importance are important.
  • the bioreactor according to the embodiment of Fig. 7 differs from the embodiment of FIG. 1 by the configuration of the fastening device 11.
  • the bioreactor according to FIG. 7 has an upper fastening device 1 1, which in the upper region of the bioreactor or at the top 5 of the film 1, and a lower fastening device 12 in the lower region of the bioreactor or on the underside of the film 1.
  • the film 1 is divided into two in this embodiment and has an inner jacket portion 3 and an outer jacket portion 2, which are detachably connected to each other in the upper and lower portions of the bioreactor by means of the upper fastening device 11 and the lower fastening device 12.
  • the attachment or connection or clamping of the inner and outer shell region (3, 2) in the upper and lower fastening device (11, 12) is in another embodiment of the invention such that the connection of the outer shell region 2 is detachable, or that the connection of the inner and the outer shell region 2 and 3 is releasable. Also useful is a bioreactor with film 1, in which the lower and / or upper fastening device serves as a tensioning device of the inner and / or outer shell region. In the upper and lower fastening device 11 and 12 parts of the supply device 7 are also integrated to save space.
  • Figure 8A shows an inner cladding region 3 of a film 1, which is formed from a film part la.
  • Folienteil la is constructed web-shaped and wound into a tube 3 or hollow cylinder 3.
  • the individual helically or helically wound tracks bl, bl, etc. are arranged overlapping and form a fluid-tight inner jacket region 3.
  • the film part 1a is elongated in shape, having a cross section having a concave profile cross section area lasi, a convex profile cross section area 2 and a flexible film portion laf therebetween, the terms concave / convex respectively from the direction S in FIG. 8B.
  • the convex profile cross-section area las 2 of the web bl is connected to the concave profile cross-sectional area lasi of the web bl, whereby a hollow profile 8 is formed, which is helically wound.
  • the profile cross-sectional areas each have flange areas lasi F , read 2 F, along which the corresponding profile cross-sectional areas are welded together.
  • Figure 8B shows a cross section of the film part la in an enlarged view.
  • the concave or convex profile cross-sectional areas laslw, las2w can generally assume any suitable cross-sectional shape in addition to a circular cross-section.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Folie (1) zur Kultivierung von Mikroorganismen, mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3). Der äußere Mantelbereich (2) der Folie (1) und der innere Mantelbereich (3) der Folie (1) sind an ihrer Unterseite (4) und an ihrer Oberseite (5) miteinander verbunden oder verbindbar. Zwischen dem äußeren Mantelbereich (2) und dem inneren Mantelbereich (3) ist ein Reaktorraum (R) ausbildbar, wobei die Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) an eine Stützstruktur (6) befestigbar und/oder abstützbar ist. Die Stützstruktur (6) gibt der Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) eine Kontur (W), die einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit (F) im Inneren des Reaktorraums (R) begünstigt. Ferner ist der Reaktorraum (R) in Fluidverbindung bringbar mit einer Versorgungseinrichtung (7).

Description

Folie, Stützstruktur, Versorgungseinrichtung, Bioreaktor und
Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen Die Erfindung richtet sich auf eine Folie, eine Stützstruktur zum Halten der Folie, eine
Versorgungseinrichtung zur Versorgung eines durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas sowie einen Bioreaktor zur Kultivierung von Mikroorganismen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen.
In Bioreaktoren bzw. Photobioreaktoren werden biologische Stoffumwandlungen mit Enzymen oder Mikroorganismen durchgeführt. Hierbei kommen beispielsweise Algen, Bakterien, Pilze oder Hefen zum Einsatz. Es ist dabei wichtig, dass in dem Reaktor optimale Wachstumsbedingungen für die Mikroorganismen bereitgestellt werden. Dazu muss sichergestellt sein, dass neben einem kontrollierten bzw. definierten Lichteintrag in den Reaktorraum auch prozessspezifische Parameter, wie beispielsweise Temperatur, pH-Wert und Nährstoffkonzentration, im Bioreaktor genau steuerbar bzw. regelbar sind. Außerdem muss die Nährstoffflüssigkeit bzw. Trägerflüssigkeit mit einem Gas bzw. Gasgemisch bzw. Reaktionsgas vermischt werden.
Unter den bekannten Ausbildungen für Photobioreaktoren zur Kultivierung von phototropen Mikroorganismen haben sich insbesondere Photobioreaktoren bewährt, die auf dem sogenannten Airlift- Verfahren beruhen. Bei einem Airlift-Photobioreaktor kommt häufig ein vertikal ausgerichteter Reaktor zum Einsatz, in dem insbesondere durch Eintrag von Luft im unteren Reaktorbereich eine aufsteigende Gasströmung erzeugt wird, die in Zusammenwirkung mit festgelegten Schlaufen einen Flüssigkeitsumlauf bzw. eine Umwälzung bzw. Verwirbelung der Trägerflüssigkeit erzeugt. Dieses System hat sich als vorteilhaft erwiesen, da eine Turbulenz innerhalb des Reaktors erzeugt wird, die ein Wachstum der Mikroorganismen durch Vermeidung/Reduktion der Photoinhibition (zu lange wirkende, direkte Sonnenstrahlung) bzw. unter Ausnutzung des sogenannten Flashing-Light-Effekts begünstigt.
Bei zu starker Lichteinstrahlung über längere Zeiten ist das Wachstum der Mikroorganismen aufgrund der Photoinhibition gehemmt. Die Organismen werden dabei durch zu hohen Lichtintensitäten oberhalb des Lichtsättigungspunktes geschädigt. Die Photoinhibition bewirkt also, dass die für die Photosynthese verantwortlichen Photosysteme in der Zelle durch Überbelichtung geschädigt werden und so nicht mehr optimal arbeiten können. Der Flashing-Light-Effekt beinhaltet, dass für eine maximale Photosyntheseaktivität eine hohe Lichtintensität in kurzen Abständen ausreichend ist. Es ist also erforderlich, die einfallende Strahlung optimal auf viele Zellen zu verteilen und eine Schädigung der Zellen durch Überbelichtung zu vermeiden oder zu reduzieren. In diesem Zusammenhang wird also eine „Verdünnung" der Strahlenintensität angestrebt. Mit anderen Worten ist eine möglichst kontrollierte Verteilung der Strahlungsenergie innerhalb der Trägerflüsssigkeit erwünscht. Es handelt sich also um ein Strahlungsmanagement innerhalb des Reaktorraumes.
Für eine maximale Photosyntheseaktivität ist man daher bestrebt, in einem Reaktorraum kontrolliert eine turbulente Strömungsführung zu erzielen, bei der die gesamte Strömung bzw. die ganze Nährstoffflüssigkeit bzw. die ganze Trägerflüssigkeit zumindest kurzweilig Bereichen mit hoher Lichtintensität ausgesetzt ist, und bei der in etwaigen nachfolgenden Dunkelphasen die in der Trägerflüssigkeit gesammelte Lichtenergie photosynthetisch umgesetzt wird.
Die bevorzugte Verweildauer der zu kultivierenden Organismen in lichtintensiven Bereichen ist abhängig von der Lichtintensität und den zu kultivierenden Organismen.
Aus der DE 199 16 597 AI ist beispielsweise ein solcher Plattenphotobioreaktor bekannt. Der Reaktor ist als eine aus mehreren plattenartigen Wänden gebildete übereinander angeordnete Wirbelzellenkolonne ausgebildet. Die verwendeten Platten selbst bestehen aus einem lichtdurchlässigen Material, wie beispielsweise Glas oder Plexiglas. In der Wirbelzellenkolonne sind zudem Strömungsfuhrende Einbauten für die Ausbildung einer geführten turbulenten Strömung vorgesehen, die im Zusammenspiel mit den aufsteigenden Reaktionsgasen eine Strömungsführung unter Ausnutzung des Flashing-Light-Effekts bzw. unter Vermeidung/Reduktion der Photoinhibition ermöglicht. Diese Reaktoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie zum einen aufwendig und daher teuer in der Herstellung sind und zum anderen sich aufgrund des Aufbaus nur schlecht reinigen lassen. Ferner bereitet die Temperierung für ein optimales Wachstum wegen den verwendeten Materialien Glas und Plexiglas Probleme. Ihr Einsatzgebiet ist daher in der Praxis sehr eingeschränkt.
Aus der DE 100 49 437 AI ist ein Folienbioreaktor für die Kultivierung von Bioorganismen bekannt, der aus zwei baugleichen Grundkörpern besteht, die zusammen ein Gehäuse eines Bioreaktors ausbilden. Auf der Innenseite des Gehäuses sind alternierend an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses Septen befestigt, die das Gehäuse in einzelne Unterkammern unterteilen. Diese Septen dienen als Strömungsleiteinrichtung, die zusammen mit dem Gehäuse in dem senkrecht aufgestellten Gehäuse einen mäanderförmig verlaufenden Bioreaktorraum ausbilden. In dem Bioreaktor kommt es aufgrund von entlang eines mäanderförmigen Strömungsweges aufsteigenden Gasblasen zu einer walzenförmigen Bewegung der Flüssigkeit innerhalb eines durch zwei Septen begrenzten Reaktorraumteilabschnittes. Ähnlich wie in der DE 199 16 597 AI soll in einer Ausbildung zur Erhöhung des Lichteintrags in den Reaktorraum und der Turbulenz die Reaktorraumoberfläche selbst mäanderförmig oder sinusförmig oder gewölbt ausgebildet sein, wobei jedoch genaueren Angaben zur Lage und Orientierung dem Dokument zu entnehmen sind. Ferner sind die gehäusebildenden Grundkörper in einer Ausführung aus einer flexiblen Folie hergestellt, die einstückig mit den Septen ist. Das Dokument offenbart ferner ein Verfahren zur Herstellung des Bioreaktors, welches mehrere Verfahrensschritte zur Herstellung des Reaktors aus einem lichtdurchlässigen Material umfasst. Das Verfahren sieht unter anderem vor, dass die beiden das Gehäuse bildenden Grundkörper entlang einer Kante miteinander verklebt werden. Der Bioreaktor ist somit nicht wiederverwertbar und kann demnach nach einer Verunreinigung oder befürchteten Verunreinigung lediglich entsorgt werden, um so die Gefahr einer Kontamination der Kultur zu vermeiden. Überdies haben sich Folienreaktoren als nicht besonders druckbeständig erwiesen, so dass entweder sehr aufwendig herzustellende Folienreaktoren verwendet werden müssen oder die Größe des Folienreaktors limitiert ist. Auch bereitet die Wind- und Wetterfestigkeit in der Praxis Probleme, so dass die Systeme meistens in Gewächshäusern aufgestellt sind. Die Temperaturführung der Reaktoren erfolgt über die Umgebungstemperatur im Gewächshaus. Ein solcher Aufbau verursacht infolgedessen vergleichsweise hohe Betriebskosten.
Aus der DE 10 2004 007 564 AI ist eine Folienvorrichtung zur Zucht und Massenproduktion von Algen bekannt, die einen mit Trägerflüssigkeit gefüllten V-förmig geknickten transparenten Folienschlauch aufweist, der über ein Bindematerial an einem oben liegenden Tragrohr befestigt ist. Über ein Druckrohr wird mit einer davon abgehenden Kanüle dem transparenten Folienschlauch im unteren Bereich Luft zugeführt, die durch in den oberen Bereich des Folienschlauchs eingeschnittene obere Enden entweicht. Innerhalb eines Folienschlauchabschnittes, der durch einen unteren und oberen Abknickbereich bestimmt ist, bildet sich durch die aufsteigende Luft ein Kreislauf aus auf- und absteigender Trägerflüssigkeit. Eine besondere Vorrichtung zur gezielten Strömungsführung, die eine Wachstumssteigerung mittels Flashing-Light-Effekt bzw. Verhinderung/Reduktion von Photoinhibition sicherstellt, ist nicht vorgesehen. Es kommt also nicht zum regelmäßigen und gleichmäßigen Austausch von lichtnahen Teilen bzw. Bereichen der Trägerflüssigkeit mit lichtfernen Teilen bzw. Bereichen. Aufgrund der Einschnitte bzw. Einstiche für die Zufuhr und Abfuhr des Gases ist der Folienschlauch nur begrenzt wieder verwertbar. Ferner kann es aufgrund der Öffnungen am oberen Ende zu Kontamminationen kommen, so dass ein solcher Aufbau evtl. nicht steril betrieben werden kann. Auch ist die Konstruktion anfällig für Wind- und/oder Witterungseinflüsse. Bezüglich Aufstellung und Temperaturführung ergeben sich diegleichen Nachteile wie bei der Ausführung gemäß der zuvor beschriebenen DE 100 49 437 AI .
Ferner bekannt ist beispielsweise aus der DE 37 84 359 T2 ein Röhrenreaktor, der im Wesentlichen ein transparentes Rohr bzw. einen transparenten Schlauch aufweist, das/der im Betrieb natürlichem Licht ausgesetzt ist und durch das/den eine Nährstofflösung kontinuierlich zirkuliert wird. Die Geschwindigkeit der Trägerflüssigkeit kann so gewählt sein, dass es in dem Rohr zur Ausbildung einer turbulenten Strömung kommt, und so eine innige Vermischung zwischen Gas und Trägerflüssigkeit erzielt wird. Solche Röhrenphotobioreaktoren weisen einen vergleichsweise komplexen Aufbau auf und sind mit entsprechenden Herstellungskosten verbunden. In Röhrenreaktoren kommt es zudem nicht zum kontrollierten Austausch von lichtnahen Teilen der Trägerflüssigkeit und lichtfernen Teilen der Trägerflüssigkeit, so dass nicht sicher gestellt ist, dass die gesamte Trägerflüssigkeit gleichmäßig vom Sonnenlicht durchflutet wird bzw. die gesamte Menge an in der Trägerflüssigkeit enthaltenen Mikroorganismen unter Ausnutzung des Flashing-Light-Effektes bzw. Verhinderung/Reduktion von Photoinhibition optimal wächst. Durch die vergleichsweise lange Verweildauer vom im Reaktionsgas enthaltenen Sauerstoff in den langen Röhrensystemen ohne Entlüftung besteht die Gefahr einer SauerstoffVergiftung, bei der die Algen zur Vermeidung einer Überkonzentration an Sauerstoff langsamer bzw. nicht mehr wachsen. Röhrenreaktoren zeichnen sich überdies durch einen vergleichsweise geringen Lichteintrag bezogen auf das Reaktorvolumen aus.
Allen vorgenannten Bioreaktoren ist ferner gemeinsam, dass sie im wesentlichen vertikal angeordnet sind. Bei hohen Sonnenständen trifft das Licht in einen ungünstigen Winkel auf die Folie auf bzw. tritt das Licht in einem ungünstigen Winkel in den Reaktor ein, so dass die Lichtausbeute und damit die Ausnutzung des Sonnenlichts gering ist. Bei niedrigen Sonnenständen ist der Auftreffwinkel günstiger, jedoch besteht die Gefahr, dass benachbarte Bioreaktoren sich gegenseitig verschatten und dadurch die Lichtausbeute wiederum sinkt.
Dem gegenüber ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und insbesondere einen verbesserten bzw. alternativen Bioreaktor zur Kultivierung von Mikroorganismen bzw. Komponenten für einen Bioreaktor bereitzustellen. Weiterhin ist es eine Aufgabe der Erfindung neue Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen bereitzustellen. Es ist insbesondere ein bevorzugter Vorteil der Erfindung, einen Bioreaktor sowie Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen bezüglich einem oder mehrerer der folgenden Aspekte zu optimieren: Herstellungskosten, Installationskosten, Betriebskosten, Wartungskosten, Ertrag an Mikroorganismen und/oder Flächenausnutzung bzw. Flächenverbrauch bei der Herstellung. Ferner ist es auch eine bevorzugte Aufgabe, die Einsatzfähigkeit in Serie zu ermöglichen bzw. zu verbessern. Auch ist es ein Aspekt der Erfindung, die Kultivierung von Mikroorganismen hinsichtlich etwaiger Up-Scaling- Potentiale zu verbessern. Weitere Aufgaben der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Diese Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand der vorliegenden Aspekte sowie durch die nachfolgend diskutierten bevorzugten Aspekte der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Folie zur Kultivierung von Mikroorganismen, die bevorzugt und in vorteilhafter Weise durch eine Stützstruktur gehalten bzw. an der Stützstruktur abstützbar bzw. befestigbar ist und die zusammen mit der Stützstruktur sowie einer Versorgungseinrichtung zur Versorgung eines durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes mit Trägerflüssigkeit bzw. Nährstoffflüssigkeit bzw. Nährstoffkonzentration und/oder Reaktionsgas einen Bioreaktor zur Kultivierung von Mikroorganismen ausbildet. Die Folie zur Kultivierung von Mikroorganismen umfasst dabei einen lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich, der bevorzugt der Sonne und/oder einer anderen Lichtquelle zugewandt ist, sowie einen inneren Mantelbereich. Der äußere Mantelbereich der Folie sowie der innere Mantelbereich der Folie sind dabei an ihrer Unterseite und an ihrer Oberseite miteinander verbunden oder verbindbar ausgebildet. Der äußere Mantelbereich und der innere Mantelbereich sind dabei so miteinander verbunden oder verbindbar, dass sich zwischen dem äußeren Mantelbereich und dem inneren Mantelbereich ein Reaktorraum ausbildet oder ausbildbar ist, in dem die Kultivierung von Mikroorganismen stattfinden kann bzw. begünstigt wird. Ferner ist die Folie dabei im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich an die Stützstruktur vorzugsweise befestigbar und/oder abstützbar. Die Folie ist dabei ferner bevorzugt so gestaltet, dass durch das Zusammenspiel mit der Stützstruktur eine Kontur bzw. ein Querschnitt in der Folie entsteht, die einen Umwälzvorgang bzw. Umwälzvorgänge einer Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraumes begünstigt bzw. hervorruft bzw. prägt. Die Kontur bildet sich dabei im inneren Mantelbereich und/oder äußeren Mantelbereich aus. Ferner ist die Folie zur Kultivierung von Mikroorganismen dabei so ausgeführt, dass der durch die Folie ausgebildete Reaktorraum in Fluidverbindung mit einer Versorgungseinrichtung bringbar ist. Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet an die Stützstruktur befestigbar und/oder abstützbar, dass die Folie durch Auflegen auf die Stützstruktur in ihrer Position verweilt und/oder durch zusätzliche Maßnahmen wie Klemmen und/oder Schrauben und/oder Kleben und/oder Anbinden und/oder anderen bekannten Befestigungsmaßnahmen an die Stützstruktur befestigt bzw. befestigbar ist.
Die Trägerflüssigkeit F bzw. Nährstoffflüssigkeit bzw. Nährstoffkonzentration umfasst im Kontext dieser Anmeldung neben den zu kultivierenden Mikroorganismen alle Komponenten, die zur Kultivierung von Mikroorganismen erforderlich sind. Die einzelnen Komponenten einer Trägerflüssigkeit sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
Die durch das Zusammenspiel bzw. der Interaktion von Stützstruktur und Folie in einem Bereich der in der Folie entstehenden Kontur, ist so ausgebildet, dass sie Umwälzvorgänge der Trägerflüssigkeit, die sich im Inneren des durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes befindet, begünstigt bzw. hervorruft bzw. prägt bzw. bevorzugt initiiert. Besonders bevorzugt ist dabei ein kontrollierter Umwälzvorgang bzw. Umschichtungsvorgang bzw. Verwirbelungsvorgang bzw. Austauschvorgang, bei dem vorzugsweise im Wesentlichem die gesamte Trägerflüssigkeit kontrolliert so geleitet bzw. geführt wird, dass im Wesentlichen die gesamte Trägerflüssigkeit zeitweise in lichtnahen Bereichen sich aufhält und zu anderen Zeiten in lichtfernen Bereichen sich aufhält. Mit anderen Worten finden bevorzugt kontrollierte Umwälzvorgänge bzw. Umschichtungsprozesse statt, bei denen die Strömung der Trägerflüssigkeit innerhalb des Reaktorraumes so geführt ist, dass bevorzugt im Wesentlichen alle lichtnahen Teile der Trägerflüssigkeit bevorzugt kontinuierlich zu lichtfernen Bereichen transportiert werden und dass bevorzugt im Wesentlichen alle lichtferne Teile der Trägerflüssigkeit bevorzugt kontinuierlich zu den lichtnahen Bereichen der Trägerflüssigkeit transportiert werden. Lichtnaher Bereich bedeutet in diesem Zusammenhang, dass der Bereich in unmittelbarer Nähe oder geringer Entfernung zu dem Mantelbereich angeordnet ist, der einer Lichtquelle, bevorzugt der Sonne, zugewandt ist bzw. der einen Bereich mit hoher Lichtintensität darstellt. Insbesondere sind die Umwälzvorgänge so ausgebildet bzw. gerichtet, dass bevorzugt alle Algenzellen der Trägerflüssigkeit bevorzugt kontrolliert zeitweise einer hohen Lichtintensität ausgesetzt sind, so dass eine bevorzugt maximale photosynthetische Umsetzung der eingestrahlten Lichtenergie erzielt wird. Mit Licht ist in diesem Zusammenhang jede Strahlung gemeint, die ein Wachstum der Mikroorganismen ermöglicht bzw. unterstützt.
Ein Aspekt der Erfindung beruht demnach auf dem Gedanken, mit einer vorzugsweise kostengünstigen, robusten und/oder wartungsarmen Folie einen den Flashing-Light-Effekt / die Vermeidung/Reduktion der Photoinhibition ausnutzenden Airlift-Photobioreaktor zu realisieren, der also eine kontrollierte Verteilung der Strahlungsenergie zumindest teilweise ermöglicht.
Ein Bioreaktor mit einer erfindungsgemäßen Folie weist unter anderem bevorzugt die Vorteile auf, dass bei kleinen Pumpvolumen bzw. kleinen Pumpvolumina der Trägerflüssigkeit eine zudem im Wesentlichen kontrollierte Umwälzung bzw. kontrollierte Strömungsfiihrung im Reaktorraum ermöglicht ist und außerdem aufgrund des Anhaftens des Reaktionsgases an den Mikroorganismen ein im Wesentlichen kontrollierter Transport der Mikroorganismen innerhalb des Reaktorraumes einsetzt, wobei gleichzeitig auch eine C02-Düngung der Mikroorganismen zur Ph-Wert Stabilisierung gewährleistet bzw. begünstigt ist. Der vorgeschlagene Photobioreaktor mit der beschriebenen Folie ermöglicht bevorzugt vorteilhaft unter anderem die Anwendung des Flashing-Light-Prinzips bzw. die Vermeidung/Reduktion von Photoinhibition durch zu hohe Strahlungsintensitäten zur Steigerung der Produktivität der Kultivierung. Auch lassen sich Ablagerungen in der Folie durch die im Wesentlichen kontrollierte Strömungsführung im Reaktor bevorzugt verringern oder vermeiden. Die Wartungs- und/oder Reinigungsintervalle lassen sich infolgedessen verlängern. Als Folie kann zweckmäßig eine einfach aufgebaute, preisgünstige und/oder robuste Folie zum Einsatz kommen, wodurch sich bevorzugt ein kostengünstiger, installationsfreundlicher und/oder wartungsarmer Bioreaktor realisieren lässt.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der bevorzugten Ausführungen.
In einer weiteren Ausführung bildet sich die Kontur bzw. der Querschnitt zumindest in einem Teil des inneren Mantelbereichs und/ oder äußeren Teilbereichs aus.
Die Folie ist ferner vorteilhaft so gestaltet, dass die Verbindung des äußeren Mantelbereichs der Folie mit dem inneren Mantelbereich der Folie an einer Unterseite und/oder einer Oberseite lösbar ausgebildet ist, wobei sich die Unterseite und Oberseite auf die vertikale Ausrichtung im montierten Zustand der Folie bezieht. Die Verbindung ist dabei vorteilhaft als eine reversibel lösbare Verbindung ausgeführt. Insbesondere ist die Verbindung zweckmäßig so ausgeführt, dass nach Lösen der Verbindungsstelle der durch die Folie ausgebildete Reaktorraum von außen für Reinigungsarbeiten zugänglich ist und oder die Folie bevorzugt komplett vom Bioreaktor abnehmbar ist. Vorzugsweise ist die lösbare Verbindung durch Klemmen und/oder Verschrauben realisiert. Eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Folie bietet im Fall einer beispielsweise einstückigen Folie, die lediglich im oberen Bereich der Folie lösbar befestigbar bzw. befestigt ist, den Vorteil, dass im unteren Bereich der Folie beispielsweise keine Verbindungsstellen und damit keine Schwachstellen vorgesehen sind, die ein Reißen der Folie oder Leckage verursachen können. Eine solche Stützstruktur ermöglicht zudem eine einfache und kostengünstige Montage und Demontage der Folie und damit eine einfache und kostengünstige Ausbildung eines Reaktorraumes. Ferner ist durch die zerstörungsfreie reversible Montage und Demontage die Wiederverwertbarkeit der Folie gegeben, wodurch sich die Betriebskosten nicht zuletzt aufgrund der einfachen, schnellen und daher kostengünstigen Reinigung reduzieren lassen und ein Beitrag zur Müllvermeidung geleistet wird. Die Reinigung der erfindungsgemäßen Folie kann ferner durch angelerntes Personal mit handelsüblichen Hochdruckreinigern ohne Verwendung von zusätzlichen Spezialwerkzeugen durchgeführt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Folie eine dünne Folie und besonders bevorzugt weist die Folie eine hohe Flexibilität, hohe Witterungsbeständigkeit, und/oder geringe Dehnbarkeit auf. Eine dünne Folie ermöglicht vorteilhaft einen hohen Lichteintrag und lässt sich günstig herstellen.
Der Bioreaktor wird je nach Reaktorgröße bevorzugt bei einem Überdruck von ca. 0,05 bis 0,5 bar, besonders bevorzugt bei einem Überdruck von ca. 0,1 bis 0,2 bar, betrieben. Zu diesem Reaktorinnendruck tritt zusätzlich noch der durch die Gewichtskraft der Trägerflüssigkeit hervorgerufene Druck in Erscheinung, der bei der Auslegung der Folie zu berücksichtigen ist. Als Material für die Folie j
eignet sich beispielsweise bevorzugt ein Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE). Die Folie weist bevorzugt eine Dicke von ca. 25 bis 600 Mikrometer, ferner bevorzugt 25 bis 300 Mikrometer, weiterhin bevorzugt zwischen 50 und 150 Mikrometer, und besonders bevorzugt eine Dicke von 150 bis 300 Mikrometer auf.
Ferner ist eine hohe Witterungsbeständigkeit vorteilhaft für die Aufstellung im Freien. Die Flexibilität wirkt sich bevorzugt positiv auf die Handhabung der Folie sowie der Ausbildung der Kontur aus. Eine geringe Dehnbarkeit, insbesondere plastische und elastische Dehnung und zweckmäßig in Richtung der höchsten mechanischen Belastung, bewirkt eine geringere Verformung infolge von mechanischen Belastungen wie beispielsweise der Gewichtskraft der Trägerflüssigkeit und/oder das Eigengewicht der Folie und/oder der Wasserdruck sie hervorrufen.
Die Folie ist ferner vorteilhaft einstückig ohne Naht bzw. einteilig ausbildbar oder aus mehreren
Folienteilen herstell- bzw. ausbildbar und zweckmäßig zusammensetzbar, wobei die Folie vorzugsweise insbesondere mindestens im Wesentlichen vertikal verlaufenden Verbindungsbereich aufweist, in dem die Folie insbesondere verschweißt und/oder verklebt und/oder vernäht ist. Eine einstückige Folie hat den Vorteil, dass keine Schwachstellen, wie sie beispielsweise Klebenähte darstellen, in der Folie vorhanden sind. Ferner ist eine einstückige Folie einfach und sicher in Betrieb zu nehmen, da etwaige fehlerhafte Montageschritte, die zu Leckage führen könnten, wegfallen. Im Wesentlichen vertikal verlaufende Verbindungsbereiche weisen den Vorteil auf, dass die durch sie entstehenden Schwachstellen so gerichtet sind, dass sie nicht mit der Richtung der höchsten Beanspruchung der Folie zusammenfallen. Eine mehrteilige Folie weist im Vergleich zu einer einteiligen Folie den Vorteil auf, dass ihre Herstellung bei kleinen Stückzahlen kostengünstig ist, so dass eine aus mehreren Folienteilen durch nachträgliches Verbinden erstellte Folie wirtschaftlich sein kann. Neben Verschweißen und/oder Verkleben und/oder Vernähen sind jegliche Verbindungstechniken zum fluiddichten Verbinden von Folien denkbar.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Folie im inneren Mantelbereich zumindest abschnittsweise lichtdurchlässige lichtreflektierend bzw. schwarz ausgebildet. Zweckmäßig ist der Bereich der Folie, der auf der Stützstruktur aufliegt, lichtreflektierend ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass das in den Reaktorraum eintreffende Licht auf der von der Lichtquelle abgewandten Seite, d.h. dem inneren Mantelbereich, zumindest abschnittsweise reflektiert wird und somit der im Reaktorraum vorhandenen Trägerflüssigkeit weiter zur Photosynthese zur Verfügung steht. Alternativ und/oder zusätzlich ist vorteilhaft neben einem lichtreflektierenden Bereich an dem inneren Mantelbereich ein Bereich mit einer schwarzen Folie ausgebildet. Die schwarzen Folienbereiche absorbieren vorteilhafterweise die den Reaktorraum durchquerende Strahlung und setzen diese in Wärme um, wodurch ein zusätzlicher Wärmeeintrag in den Reaktorraum erzielt wird. Ferner ist bevorzugt der Bereich, in dem die Folie auf der Stützstruktur aufliegt, lichtreflektierend ausgebildet und die durch die Stützstruktur gebildeten Zwischenbereiche der Folie schwarz oder lichtdurchlässig ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner der äußere Mantelbereich, der den
Reaktorraum zur Lichtquelle hin, bevorzugt zur Sonne hin, abgrenzt, derart gestaltet, dass in dem äußeren Mantelbereich die zum Reaktorraum gerichtete Seite der Folie lichtreflektierend ist und/oder die vom Reaktorraum abgewandte Seite, d.h. der Lichtquelle zugewandten Seite der Folie, entspiegelt ist. Eine solche Ausbildung der Folie im äußeren Mantelbereich oder zumindest in einem Teil des äußeren Mantelbereichs hat den Vorteil, dass auftreffendes Licht bzw. auftreffende Strahlung zu einem Großteil in den Reaktorraum gelangt und dort verweilt.
Die Folie ist ferner zweckmäßig so gestaltet, dass sie einen Reaktorraum ausbildet, der vorzugsweise im Wesentlichen ein an den Grundseiten geöffnetes Prisma oder vorzugsweise im Wesentlichen ein vertikal verlaufenden Schlauch darstellt. Eine Folie mit einem solchen Reaktorraum ermöglicht vorteilhaft die Ausbildung eines stabilen Bioreaktors, der zudem über einen großen Anteil an dem Licht zugewandten äußeren Flächen verfügt. Es lässt sich mit einer solchen Folie vorteilhaft ein Bioreaktor schaffen, der bezogen auf das Reaktorvolumen eine große, dem Sonnenlicht zugewandte Oberfläche aufweist, wodurch ein guter Lichteintrag ermöglicht ist.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmai ist die Folie derart ausgebildet, dass der durch die Folie ausgebildete Reaktorraum sich von der Unterseite ausgehend zur Oberseite hin in vertikaler Richtung verjüngt. Vorteilhaft ist der durch die Folie ausgebildete Reaktorraum ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf. Allgemein kann ein zweckmäßiger Reaktorraum durch folgende geometrische Vorgaben beschrieben werden:
- der Reaktorraum weist eine obere Grundseite und eine untere Grundseite auf,
- die obere Grundseite und die untere Grundseite weisen jeweils eine ringförmige Grundfläche auf,
- der Außendurchmesser der oberen Grundseite ist kleiner als der Außendurchmesser der unteren Grundseite,
- die Grundseiten sind durch den äußeren Mantelbereich und den inneren Mantelbereich miteinander verbunden und bilden den Reaktorraum,
- der äußere Rand der oberen Grundseite und äußere Mantelbereich sind jeweils innerhalb der vertikalen Projektion des äußeren Randes der unteren Grundseite angeordnet.
Der Begriff ringförmige Grundfläche umfasst in diesem Zusammenhang Grundflächen, die im
Inneren ausgespart sind und deren innerer Rand und/oder deren äußerer Rand im Wesentlichen kreisförmig, ellipsenförmig oder vieleckig sind. Vorteilhaft sind die Ränder einer Grundfläche konzentrisch angeordnet. Insbesondere bevorzugt sind die oberen Grundseite und die untere Grundseite konzentrisch angeordnet.
Die vorstehend beschriebene Geometrie des Reaktorraumes ist im Kontext dieser Anmeldung idealisiert beschrieben und umfasst ebenfalls Geometrien mit geringen Abweichungen von der idealisierten geometrischen Definition. Ferner umfasst der Reaktorraum eine Kontur in zumindest einem Teilbereich und/oder über den gesamten Bereich der inneren und/oder äußeren Mantelfläche, die den vorgenannten Geometrien überlagert ist bzw. in den vorgenannten Geometrien als implizit enthalten zu betrachten ist .
Eine Folie mit einer der vorgenannten Reaktorraumgeometrien trägt bevorzugt vorteilhaft zur Ausbildung eines Bioreaktors bei, der eine geringe Verschattung unter geringem Platzbedarf sicherstellt. Eine solche Ausbildung steigert somit bevorzugt den Ertrag an Mikroorganismen und die Flächenausnutzung bzw. verringert den Flächenverbrauch. Wie auch bei dem an den Grundseiten geöffneten Prisma oder bei dem vorzugsweise im Wesentlichen vertikal verlaufende Schlauch ist dabei wegen der bezogen auf das Reaktorvolumen großen, dem Sonnenlicht zugewandten Oberfläche ein guter Lichteintrag möglich. Insbesondere ist der Lichteintrag bei hohen Sonnenständen insbesondere mit hoher direkter Bestrahlungsdichte, infolge des sich von der Unterseite ausgehend zur Oberseite hin in vertikaler Richtung verjüngenden Reaktorraumes bevorzugt höher als bei herkömmlichen Bioreaktoren. Die besondere Form des durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes bewirkt zudem bevorzugt eine verbesserte Druckbeständigkeit des Bioreaktors auch bei Verwendung von vergleichsweise dünnen Folien, die infolge der geringeren Foliendicke bevorzugt eine bessere Lichtdurchlässigkeit bei geringeren Materialkosten bieten können.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst ferner eine Stützstruktur zum Halten bzw. Stützen bzw. Befestigen der erfindungsgemäßen Folie, wobei die Stützstruktur mehrere als Ringelemente übereinander angeordnete ausgebildete Profile oder mindestens ein sich in vertikaler Richtung im Wesentlichen wendelförmig oder mäanderförmig erstreckendes Profil aufweist. Das Profil ist dabei bevorzugt so gestaltet, dass es zumindest bereichsweise der Kontur der Folie entspricht bzw. zumindest bereichweise mit der Folie so zusammenwirkt, dass die Folie eine Kontur zumindest bereichsweise im äußeren Mantelbereich und/oder zumindest bereichsweise im inneren Mantelbereich ausbildet.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Stützstruktur am inneren Mantelbereich der Folie 1 angeordnet. Eine solche Ausbildung bietet bevorzugt den Vorteil, dass die Stützstruktur die Folie 1 und damit den Reaktorraum des Bioreaktors nicht und nur unwesentlich verschattet.
Das Profil bzw. die Profile sind vorteilhaft als Hohlprofil oder als Vollprofil ausgebildet, wobei bevorzugt die Außenkontur eines Profils zumindest bereichsweise der Kontur der Folie entspricht. Mittels der Kontur des Profils kann somit vorteilhaft auf die Ausbildung der Kontur der Folie Einfluss genommen werden. Im Zusammenspiel mit der Folie kann durch die Geometrie der Stützstruktur, der Geometrie der Folie und/oder der Außenkontur der Profile die Kontur sowie der Reaktorraum derart beeinflusst werden, dass im Reaktorraum vorteilhaft orientierte Umwälzvorgänge einer Trägerflüssigkeit begünstigt werden.
Die Ringelemente der Stützstruktur sind zweckmäßig als kreisrunde, vieleckige oder ellipsenförmige bzw. ovale Ringe gestaltet und sind bevorzugt konzentrisch übereinander angeordnet. Eine solche Bauart lässt sich leicht und kostengünstig fertigen.
Vorteilhaft ist ferner eine Stützstruktur mit einem Gestell bzw. Gerüst bzw. Stützaufbau mit mindestens einem insbesondere vertikal verlaufenden Verbindungselement vorgesehen, welches das Profil bzw. die Profile der Stützstruktur zumindest teilweise miteinander verbindet und/oder diese zumindest teilweise trägt. Eine solche Stützstruktur mit einem Gestell und insbesondere vertikal verlaufenden Verbindungselementen weist ferner den Vorteil auf, dass auf besonders einfache Art und Weise eine stabile, kostengünstige und/oder leicht zu fertigende Stützstruktur entsteht.
In einer weiteren Ausgestaltung fließt durch das Innere von zumindest einem Profil und/oder durch das Innere von zumindest einem Verbindungselement eine Flüssigkeit, die den Reaktorraum temperiert. Temperieren in diesem Zusammenhang umfasst sowohl die Wärmezufuhr in den Reaktorraum als auch die Wärmeabfuhr aus dem Reaktorraum.
Vorteilhaft ist ferner, dass die Stützstruktur zumindest teilweise aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, bevorzugt einem Metall, gefertigt ist.
Die Stützstruktur ist in einer besonders zweckmäßigen Ausbildung aus mehreren als Ringelementen über einander angeordneten Profilen ausgebildet, die zueinander konzentrisch angeordnet sind und durch mehrere insbesondere vertikal verlaufende Verbindungselemente gehalten sind, wobei durch das Innere der Verbindungselemente eine Flüssigkeit zum Temperieren des Reaktorraumes fließt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist/sind das/die Profil(e) zweckmäßig in einem Spritzgießvorgang herstellt. Bevorzugt ist auch das Anordnen, Auflegen und/oder Befestigen einer bevorzugt einstückig gebildeten Spirale bzw. Profils an einem bevorzugt aus Rohren bestehenden Gestell denkbar.
Ferner ist die Stützstruktur nach einer Ausführungsform so gestaltet, dass im Inneren der Stützstruktur ein Freibereich entsteht, der von Umgebungsluft durchflutet wird. Insbesondere ist die Stützstruktur so beschaffen, dass sie die Folie auf ihrer Außenseite hält bzw. abstützt bzw. klemmt bzw. dass die Folie an der Außenseite der Stützstruktur befestigt ist. Die auf der Innenseite von Luft durchströmte Stützstruktur sowie die auf der Stützstruktur aufliegende Folie samt Reaktorraum wird somit auf natürliche Art und Weise durch die den inneren Freibereich durchfließende Luft gekühlt. Das Funktionsprinzip einer solchen passiven Kühlung entspricht dem von Termitenbauten. Es ist somit eine einfache, ernergiesparende und kostengünstige Kühlung des Reaktorraumes realisierbar.
Eine besonders vorteilhafte Stützstruktur zum Halten einer Folie umfasst ein Profil oder mehrere
Profile, die einen Stützkörper ausbilden, der sich in vertikaler Richtung verjüngt, wobei der Stützkörper insbesondere ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf ist. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Stützkörper so ausgebildet ist, dass die Folie im äußeren Mantelbereich und /oder im inneren Mantelbereich an die Stützstruktur so befestigbar und/oder abstützbar ist bzw. so von der Stützstruktur gehalten wird, dass die Folie in einem Mantelbereich der beiden Mantelbereiche in Umfangsrichtung gespannt ist und in dem anderen Mantelbereich der Mantelbereiche mit dem Stützkörper so zusammenwirkt, dass die Folie eine Kontur ausbildet. Die Kontur begünstigt dabei einen Umwälzvorgang bzw. Umwälzvorgänge in einer Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraumes bzw. ruft diese hervor.
Eine so gestaltete Stützstruktur weist im Zusammenspiel mit der erfindungsgemäßen Folie den besonderen Vorteil auf, dass sich die Folie zumindest in einem Bereich von selbst spannt. Beispielsweise spannt sich bei einer Folie mit einer Kontur an der inneren Mantelfläche durch Auflage der Folie auf eine in vertikaler Richtung verjüngte Stützstruktur der äußere Mantelbereich zumindest in Teilbereichen von selbst. Somit kommt die Stützstruktur ohne eine aufwendige Zusatzspannvorrichtung aus. Ferner ermöglicht der vorgenannte Aufbau die Selbstzentrierung der Folie, wodurch eine schnelle und einfache Montage kostengünstig realisierbar ist und zusätzliche konstruktive Vorkehrungen zur Ausrichtung der Folie entfallen können. - -
In einer weiteren bevorzugten Ausfuhrung der Stützstruktur umfasst die Stützstruktur eine obere Befestigungseinrichtung. Die obere Befestigungseinrichtung ist dabei an der Oberseite der Folie, insbesondere oberhalb der verbindbaren oder verbundenen Stellen des äußeren Mantelbereichs und des inneren Mantelbereichs, derart ausgeführt bzw. angeordnet, dass die obere Befestigungseinrichtung den äußeren Mantelbereich mit dem inneren Mantelbereich insbesondere lösbar verbindet. Ferner ist dabei insbesondere die obere Befestigungseinrichtung bevorzugt so ausgeführt, dass sie die Folie mit der Stützstruktur insbesondere lösbar verbindet.
Eine solche Stützstruktur mit einer derartigen oberen Befestigungseinrichtung bietet den Vorteil, dass die zuvor beschriebene beispielsweise einstückige Folie lediglich im oberen Bereich, d.h. an der Oberseite der Folie, an der Stützstruktur reversibel lösbar befestigt und/oder abgestützt und/oder geklemmt ist. Im unteren Bereich der Folie weist die beispielsweise einstückige Folie ohne Verbindungsstellen keine Schwachstellen auf, die ein Reißen der Folie oder Leckage verursachen können. Eine solche Stützstruktur ermöglicht zudem eine einfache und kostengünstige Montage und Demontage der Folie und damit eine einfache und kostengünstige Ausbildung eines Reaktorraumes. Ferner ist durch die zerstörungsfreie reversible Montage und Demontage die Wiederverwertbarkeit der Folie gegeben, wodurch sich die Betriebskosten nicht zuletzt aufgrund der einfachen, schnellen und daher kostengünstigen Reinigung reduzieren lassen und ein Beitrag zur Müllvermeidung geleistet wird. Die Reinigung der erfindungsgemäßen Folie kann ferner durch angelerntes Personal mit handelsüblichen Hochdruckreinigern ohne Verwendung von zusätzlichen Spezialwerkzeugen durchgeführt werden.
Alternativ oder zusätzlich ist es zweckmäßig, eine untere Befestigungseinrichtung vorzusehen, wobei die untere Befestigungseinrichtung an der Unterseite der Folie insbesondere unterhalb der verbindbaren Stellen des äußeren Mantelbereichs und des inneren Mantelbereichs angeordnet ist. Die untere Befestigungseinrichtung verbindet dabei den äußeren Mantelbereich mit dem inneren Mantelbereich und/oder die Folie mit der Stützstruktur insbesondere lösbar. Ähnlich wie bei der oberen Befestigungseinrichtung ermöglicht die untere Befestigungseinrichtung, die im unteren Bereich der Folie und damit im unteren Bereich des Bioreaktors angeordnet ist, eine einfache und kostengünstige Montage und/oder Demontage, wie sie zu Reinigungszwecken oft durchgeführt werden muss.
Ferner ist zweckmäßig eine zweiteilige Folie vorgesehen, die durch obere und untere Befestigungseinrichtungen lösbar miteinander verbunden sind. Eine solche zweiteilige Folie kann vorteilhaft dergestalt sein, dass der eine Teil der Folie den inneren Mantelbereich ausbildet und der andere Teil den äußeren Mantelbereich. Der Teil der Folie, der den inneren Mantelbereich ausbildet, weist in einer weiteren Ausgestaltung eine oder mehrere andere physikalische Eigenschaft(en) als der andere den äußeren Mantelbereich ausbildende Teil der Folie auf. In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist einer der Folienteile, bevorzugt der Folienteil, der den inneren Mantelbereich ausbildet, ein bereits im Wesentlichen vorgeformtes Wellenprofil auf, welches aufgrund einer vergleichsweise großen Wanddicke und/oder aufgrund von anderen physikalischen Eigenschaften im Wesentlichen formstabil dem Folienteil gegeben ist. In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist der im Wesentlichen formstabile Folienteil selbsttragend ausgebildet. Bei Verwendung eines derartigen Folienteils kann die Stützstruktur dementsprechend leichter dimensioniert sein bzw. ganz entfallen. Ferner vorteilhaft könnte das Weilenprofil großer Wanddicke auch umlaufende Hohlprofile umfassen, die bevorzugt das Wellenprofil (zusätzlich) stützen und/oder den Reaktorraum kühlen.
Bevorzugt umfasst der äußere Mantelbereich und/oder der innere Mantelbereich des Bioreaktors bzw. der Folie mindestens einen Folienteil, der bzw. das zumindest bereichsweise mindestens einen flexiblen Folienteilbereich, mindestens einen zumindest bereichsweise konkaven Profilquerschnittsbereich, und mindestens einen zumindest bereichsweise konvexen Profilquerschnittbereich aufweist. Der bzw. das Folienteil kann in Bahnen gewickelt sein bzw. werden, die sich bevorzugt zumindest bereichsweise überlappen können. Bevorzugt ist der Folienteil in Bahnen derart angeordnet oder anordbar, dass der konkave Profilquerschnittsbereich einer Bahn des Folienteils mit einem konvexen Profilquerschnittbereich einer benachbarten Bahn des Folienteils eine Stützstruktur und/oder eine Kühlstruktur ausbildet. Bevorzugt weist der bahnenartig ausgebildete Folienteil einen zumindest bereichsweise konkaven Profilquerschnittsbereich, einen zumindest bereichsweise konvexen Profilquerschnittbereich und dazwischen einen flexiblen Folienteilbereich auf, wobei der seitlich angeordnete konkave Profilquerschnittsbereich einer Bahn bzw. Windung mit dem seitlich angeordneten konvexen Profilquerschnittbereich einer benachbarten Bahn bzw. Windung verbunden bzw. verbindbar ist. Bevorzugt sind benachbarte Bahnen bzw. Windungen miteinander verklebt und/oder verschweißt.
Der flexible Folienteilbereich, der zumindest bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich, und/oder der zumindest bereichsweise konvexe Profilquerschnittbereich bilden bevorzugt zumindest abschnittsweise die Kontur W aus. Der zumindest bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich und der zumindest bereichsweise konvexe Profilquerschnittbereich können bevorzugt eine Stützstruktur ausbilden. Die Stützstruktur weist dabei bevorzugt mehrere oder alle Merkmale der zuvor beschriebenen Stützstruktur auf. Es handelt sich also um eine Stützstruktur, die zumindest teilweise in die Folie integriert ist. Die Stützstruktur kann dabei auch zum Kühlen des Reaktorraumes dienen. Ferner können die konkaven/konvexen Profilquerschnittsbereiche auch ein Hohlprofil zur Kühlung ausbilden, wobei das Hohlprofil generell sämtliche Größen und Querschnittsformen annehmen kann. Der konvexe Profilquerschnittbereich und/oder der konkave Profilquerschnittsbereich umfassen bevorzugt Wölbungen und seitlich dazu jeweils einen Flanschbereich, an dem beispielsweise zwei gegenüberliegende Profilquerschnittsbereiche zweier Bahnen oder Windungen miteinander verbunden werden. Bevorzugt ist der mindestens eine flexible Folienteilbereich, der mindestens eine zumindest bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich, und/oder der mindestens eine zumindest bereichsweise konvexe Profilquerschnittbereich zumindest bereichsweise als Strangpressprofil ausgeführt. Vorteilhaft weist der flexible Folienteilbereich eine verringerte Dicke im Vergleich zu den konkaven/konvexen und vergleichsweisen formsteifen Profilquerschnittbereichen auf. Die Dicke des flexiblen Folienteilbereiches entspricht der Dicke einer gewöhnlichen Folie, insbesondere einer zuvor beschriebenen Reaktorfolie. Anstelle von korrespondierenden Profilquerschnittsbereichen kann der Folienteil mindestens einen Profilquerschnittsbereich aufweisen, der als Stützstruktur/Kühlstruktur geformt ist; beispielsweise einen wendeiförmigen Rohrkörper. Ein solcher Profilquerschnittsbereich bildet dann beispielsweise mit dem mindestens einen flexiblen Folienteilbereich zusammen den Folienteil aus.
Zweckmäßig umfasst ein mit der zuvor beschriebenen Folie betriebener Bioreaktor eine Versorgungseinrichtung zur Versorgung des durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes mit einer Trägerflüssigkeit und/oder einem Reaktionsgas. Die Versorgungseinrichtung steht dabei in Fluidverbindung mit dem Reaktionsraum, so dass Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas dem Reaktorraum zuführbar und/oder abführbar ist. Das Reaktionsgas strömt im unteren Bereich des durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes mittels der Versorgungseinrichtung in den Reaktorraum ein und entweicht aus dem Reaktorraum im oberen Bereich des Reaktorraumes. Ferner ist mittels der Versorgungseinrichtung Trägerflüssigkeit dem Reaktorraum zu- und abführbar. Dabei ist die Versorgungseinrichtung in die untere Befestigungseinrichtung und/oder in die obere Befestigungseinrichtung integriert.
Die Versorgungseinheit ermöglicht den Eintrag von Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes, so dass die aufströmenden Gase die Ausbildung von Umwälzvorgängen im Reaktorraum begünstigen bzw. verstärken bzw. hervorrufen bzw. ausbilden. Ist die Versorgungseinrichtung in die untere und/oder obere Befestigungseinrichtung integriert, so lässt sich die Anzahl an Komponenten eines Bioreaktors verringern und/oder der Bauraum minimieren. Insbesondere vorteilhaft ist eine Versorgungseinrichtung, die vollständig in die obere Befestigungseinrichtung integriert ist. Kommt eine solche Versorgungseinrichtung mit einer einteiligen und an der Oberseite der Folie lösbar an die Stützstruktur befestigten Folie zum Einsatz, so lässt sich ein besonders einfach handhabbarer und wartungsfreundlicher Bioreaktoraufbau realisieren. Das bevorzugt in der Nähe des äußeren Mantelbereichs aufsteigende Reaktionsgas bewirkt bevorzugt zudem eine Verlängerung der Reinigungsund/oder Wartungsintervalle.
Reaktionsgas umfasst im Kontext dieser Anmeldung jedes Gas bzw. Gasgemisch vorzugsweise einem Gasgemisch mit einem hohen C02-Anteil, welches für die Kultivierung von Mikroorganismen geeignet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung des Bioreaktors umfasst die Versorgungseinheit ferner eine Reaktionsgas-Rückführeinrichtung, insbesondere eine Absaugeinheit zur Absaugung des Reaktionsgases. Das rückgeführte bzw. abgesaugte Reaktionsgas kann vorteilhaft weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann vorteilhaft aus dem Reaktorraum rückgeführtes Reaktionsgas zur Wasserstoffgewinnung genutzt werden.
In einer weiteren Ausführung weist die Versorgungseinrichtung mindestens eine oder mehrere über den Reaktorraum in Umfangsrichtung verteilte Versorgungsleitungen auf, die sich zur Unterseite der Folie bzw. der Unterseite des durch die Folie ausgebildeten Reaktorraumes erstrecken und durch die Reaktionsgas punktweise oder gleichmäßig im unteren Reaktorraum verteilt in den Reaktorraum einströmt. Bevorzugt sind insbesondere so viele Versorgungsleitungen vorgesehen, dass der gesamte Reaktorraum von der Unterseite her gleichmäßig so mit Reaktionsgas versorgt ist, dass im gesamten Reaktorraum die Ausbildung der Umwälzvorgänge stattfinden. Die Versorgungsleitung kann beispielsweise aus einem dünnen Rohr oder einer flexiblen Schlauchleitung ausgebildet sein. Der Einsatz von flexiblen Schlauchleitungen bietet den Vorteil, dass die Versorgungsleitungen während der Montage bzw. der Demontage der Folie einfach zur Seite wegbiegbar sind. Ferner verringert das weiche Schlauchmaterial die Gefahr etwaiger Beschädigungen der Folie.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung sind die Enden der einen oder mehreren Versorgungsleitungen an einer im Reaktorraum umlaufenden Ringleitung oder an einem oder mehreren Ringleitungssegment(en) angeschlossen, aus der Reaktionsgas über den Umfang des Reaktorraumes verteilt im unteren Bereich ausströmt. Die Ringleitung oder das mindestens eine Ringleitungssegment ist im Reaktorraum so angeordnet, dass das Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes gleichmäßig verteilt ausströmt und somit gleichmäßige Umwälzvorgänge im Reaktorraum sicherstellt. In einer vorteilhaften Ausbildung ist die Ringleitung oder das mindestens eine Ringleitungssegment eine flexible Schlauchleitung, die zweckmäßig durch sämtliche Bereiche in der Nähe der unteren Grundseite des Reaktorraumes verläuft.
In einer weiteren bevorzugten Form der Versorgungseinrichtung ist die Versorgungseinrichtung so ausgebildet, dass der Trägerflüssigkeitsstand im Reaktorraum im Wesentlichen konstant gehalten ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Bioreaktor zur Kultivierung von Mikroorganismen, der eine Folie, eine Stützstruktur und eine Versorgungseinrichtung aufweist.
Ein Bioreaktor umfasst in einer besonders bevorzugten Ausführung eine Folie zur Kultivierung von Mikroorganismen, mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich, wobei äußerer und innerer Mantelbereich der Folie an ihrer Unter- und Oberseite miteinander verbunden sind. Zwischen dem äußeren und inneren Mantelbereich bildet sich dabei ein Reaktorraum aus, wobei der Reaktorraum sich von der Unterseite ausgehend zur Oberseite hin in vertikaler Richtung zu einem an den Grundseiten geöffneten Hohlkegel- oder Hohlpyramidenstumpf verjüngt. Die Folie ist dabei beispielsweise mittels einer unteren und/oder oberen Befestigungseinrichtung an eine Stützstruktur angeordnet bzw. befestigt und im inneren Mantelbereich an ihr abgestützt und/oder befestigt. Die Stützstruktur weist dabei mehrere als Ringelemente übereinander angeordnete Profile, oder mindestens ein sich in vertikaler Richtung im Wesentlichen wendelförmig oder mäanderförmig verjüngend erstreckendes Profil auf, die bzw. das durch ein Gestell abgestützt werden bzw. wird. Die Stützstruktur bildet analog zum Reaktorraum einen sich in vertikaler Richtung zu einem an den Grundseiten geöffneten Hohlkegel- oder Hohlpyramidenstumpf verjüngenden Stützkörper aus. Stützstruktur und Folie wirken dabei so zusammen, dass die Stützstruktur dem inneren Mantelbereich eine Kontur gibt, die einen Umwälzvorgang der Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraums begünstigt bzw. hervorruft. Der Bioreaktor steht dabei ferner in Fluidverbindung mit einer Versorgungseinrichtung zur Versorgung des Reaktorraumes mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas, wobei das Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes zuströmen und im oberen Bereich des Reaktorraumes abströmen kann.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen, welches zumindest einige der folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen einer Folie insbesondere einer Folie nach den voran stehenden Ausführungen, mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich,
Ausbilden eines Reaktorraumes zwischen dem äußeren Mantelbereich und dem inneren Mantelbereich der Folie,
- Befestigen und/oder Abstützen und/oder Halten der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich an einer Stützstruktur,
Ausbilden einer Kontur durch die Stützstruktur der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich, wobei die Kontur einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraumes begünstigt bzw. hervorruft bzw. prägt, und
- in Fluidverbindung bringen des Reaktorraumes mit einer Versorgungseinrichtung.
Ausbilden eines Reaktorraumes im Sinne der vorliegenden Anmeldung umfasst Tätigkeiten wie Falten und/oder Umlegen einer Folie, Verbinden und/oder Kleben und/oder Verschweißen und/oder Vernähen einer Folie und/oder das Ausschneiden einer geeigneten Foliengeometrie aus einer vorgefertigten Folie.
Befestigen und/oder Abstützen der Folie im Kontext der vorliegenden Erfindung umfasst unter anderem ein Auflegen der Folie auf die Stützstruktur, ein Halten der Folie durch die Stützstruktur, ein Anbinden, Verschrauben, Vernieten, Verkleben oder sonstige Befestigungs- bzw. Abstützungsmaßnahmen .
Ausbilden einer Kontur umfasst unter anderem die bereichsweise Wölbung und/oder Einknicken der
Folie in Bereichen, die nicht auf der Stützstruktur abgestützt sind und/oder an der Stützstruktur befestigt sind.
In Fluidverbindung bringen des Reaktorraumes mit einer Versorgungseinrichtung beinhaltet unter anderem in der vorliegenden Anmeldung, das Versorgen des Reaktorraumes mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas mittels Versorgungsleitungen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen in einem Bioreaktor auf, wobei die Versorgungseinrichtung den durch die Folie und der Stützstruktur ausgebildeten Reaktorraum mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas versorgt und sich während eines Kultivierungsvorgangs eine Trägerflüssigkeit in dem Reaktorraum befindet, wobei während des Kultivierungsvorganges Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes zuströmt und im oberen Bereich des Reaktorraumes abströmt, und wobei im Inneren des Reaktorraumes im Bereich der durch das Zusammenwirken der Stützstruktur und der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich der Folie ausgebildeten Kontur Umwälzvorgänge der Trägerflüssigkeit stattfinden.
Ein Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht also auf dem Gedanken, eine Folie bereitzustellen und aus dieser Folie einen Reaktorraum dergestalt auszubilden, dass unter Verwendung einer Versorgungseinrichtung ein Airlift-Photo-Bioreaktor entsteht, der zur Kultivierung von Mikroorganismen den Flashing-Light-Effekt bzw. die Vermeidung/Reduktion der Photoinhinition ausnutzt. Ein Bioreaktor der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, weist bevorzugt den Vorteil auf, dass sich eine im Wesentlichen kontrollierte Strömungsführung bzw. Umwälzung im Reaktorraum einstellt. Ferner kommt es bevorzugt vorteilhaft zu einem im Wesentlichen kontrollierten Transport der Mikroorganismen innerhalb des Reaktorraumes aufgrund des Anhaftens des Reaktionsgases an den Mikroorganismen. Auch ist somit bevorzugt vorteilhaft gleichzeitig eine C02- Düngung der Mikroorganismen zur Ph-Wert Stabilisierung gewährleist bzw. begünstig. Das angewendete Flashing-Light-Prinzip bzw. die Verhinderung/Reduktion der Photoinhibition durch kontrollierte Strömungsführung trägt zur bevorzugt vorteilhaften Steigerung der Produktivität der Kultivierung bei. Auch lassen sich Ablagerungen im Reaktorraum durch die im Wesentlichen kontrollierte Strömungsführung bevorzugt verringern oder vermeiden und die Wartungs- und/oder Reinigungsintervalle infolgedessen verlängern. Das Verfahren kann zweckmäßig mit einer einfach aufgebauten, preisgünstigen und/oder robusten Folie durchgeführt werden, wodurch sich bevorzugt ein kostengünstiger, installationsfreundlicher und/oder wartungsarmer Bioreaktorbetrieb realisieren lässt.
In einem vorteilhaften Verfahren tauschen die Umwälzvorgänge zumindest einen Teil der sich in der Nähe des äußeren Mantelbereichs befindenden Trägerflüssigkeit mit Teilen der sich in der Nähe des inneren Mantelbereichs befindenden Trägerflüssigkeit aus. Zweckmäßig ist es, dass die Umwälzvorgänge vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des äußeren Mantelbereich befindet, mit vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des inneren Mantelbereichs befindet, austauschen. Mit anderen Worten sind die Umwälzvorgänge bzw. Umschichtungsvorgänge bzw. Verwirbelungsvorgänge bzw. die gerichtete Strömung dergestalt, dass vorzugsweise die gesamte Trägerflüssigkeit einer Bewegung unterliegt, die sicherstellt, dass vorzugsweise die gesamte Trägerflüssigkeit sich zumindest zeitweise in Bereichen mit hoher Strahlungsintensität und zeitweise in Bereich mit niedriger Lichteinstrahlungsintensität befindet. Ein Verfahren mit den zuvor beschriebenen Umwälzvorgängen ermöglicht vorteilhaft ein gesteigertes Wachstum der Mikroorganismen in Folge des Flashing-Light-Effekts bzw. der Verhinderung/Reduktion von Photoinhibition.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zu Beginn des Kultivierungsvorgangs eine bestimmte Menge an Trägerflüssigkeit dem Reaktorraum zugeführt, wobei während des Kultivierungsvorgangs die Menge an Trägerflüssigkeit im Wesentlichen konstant ist und wobei die Trägerflüssigkeit nach Abschluss des Kultivierungsvorgangs aus dem Reaktorraum abgeführt wird.
Eine im Wesentlichen konstante Menge an Trägerflüssigkeit umfasst unter anderem eine Menge, die von einer gewünschten Menge an Trägerflüssigkeit lediglich aufgrund von Leckageverlusten abweicht. Ein solches Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen unterscheidet sich daher von Verfahren, bei denen die Trägerflüssigkeit kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen zirkuliert wird.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Bioreaktor so betrieben, dass die Trägerflüssigkeit kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen durch den Reaktorraum strömt. Besonders vorteilhaft weist die Trägerflüssigkeit eine mit den Umwälzvorgängen überlagerte Strömung auf, deren Strömungsrichtung mit der des Reaktionsgases im Wesentlichen übereinstimmt. Alternativ ist denkbar, dass die Strömungsrichtung der mit den Umwälzvorgängen überlagerten Strömung der Trägerflüssigkeit der Strömungsrichtung des Reaktionsgases im Wesentlichen entgegengesetzt ist. Ein Verfahren mit einer kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen durch den Reaktorraum strömenden Trägerflüssigkeit bietet den Vorteil, dass auf dem Strömungsverlauf der Trägerflüssigkeit über weitere Parameter, beispielsweise der Strömungsgeschwindigkeit der den Reaktorraum durchströmenden Trägerflüssigkeit sowie die Strömungsrichtung der Trägerflüssigkeit bezogen auf die Strömungsrichtung des Reaktionsgases, Einfluss genommen werden. Insbesondere lässt sich die Turbulenz der Strömung sowie die Gestalt der Umwälzvorgänge durch die durch den Reaktorraum strömende Trägerflüssigkeit beeinflussen. Strömt die Trägerflüssigkeit kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen gleichsinnig mit dem aufsteigenden Reaktionsgas durch den Reaktor, können Ablagerungen von Mikroorganismen im unteren und/oder oberen Bereich des Reaktorraumes verringert bzw. vermieden werden. Auch lässt sich durch eine solche Strömungsführung die Reaktortemperatur beeinflussen und etwaige Hitzestaus im oberen Bereich des Reaktorraums lassen sich somit sicher beherrschen.
In einer weiteren Ausgestaltung sind im Reaktorraum mindestens eine, bevorzugt mehrere, und besonders bevorzugt mehrere konzentrisch im Reaktorraum angeordnete, und besonders bevorzugt plattenartig ausgebildete Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen, die vorteilhaft im Wesentlichen vertikal verlaufen, und die bevorzugt wendeiförmige bzw. in der Draufsicht auf den Reaktorraum kreisförmige Strömungskomponenten der Trägerflüssigkeit zumindest bereichsweise verringern und bevorzugt eingrenzen und somit bevorzugt eine aufwärts und/oder abwärts gerichtete bzw. eine bezogen auf die Strömungsrichtung des Reaktionsgases gleichgerichtete und/oder gegengerichtete überlagerte Strömung, bevorzugt zwischen zwei Strömungsleiteinrichtungen und/oder jeweils um mindestens ein Strömungsleiteinrichtung herum, begünstigen. Parallel zu den zuvor erläuterten Umwälzvorgängen kommt es also bevorzugt zu einer überlagerten Strömung zwischen benachbart angeordneten Strömungsleiteinrichtungen, die sich in der Seitenansicht eines Reaktorraumes als Kreisströmung zeigt, mit einem Bereich, in dem das Reaktionsgas und die Trägerflüssigkeit zumindest teilweise aufsteigen (überlagerte Aufwärtsströmung), und einem zweiten Bereich, in dem die aufgestiegene Trägerflüssigkeit wieder abwärts fließt (überlagerte Abwärtsströmung). Eine solche überlagerte Strömung ist auch als Airlift-Loop bekannt, wie er beispielsweise in Alpha-Photobioreaktoren vorkommt. Ferner bevorzugt befindet sich in dem durch zwei Strömungsleiteinrichtungen abgegrenzten Bereich kein Auslass für das Reaktionsgas.
Zweckmäßig ist ferner ein Verfahren, bei dem der Reaktorraum mittels einem die Stützeinrichtung durchströmenden Fluid temperiert wird. Somit ist es möglich die Temperatur des Reaktorraumes, die für die Kultivierung von Mikroorganismen von hoher Bedeutung ist, bedarfsgerecht zu beeinflussen.
Alternative und/oder zusätzlich ist es gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung vorteilhaft, dass ein innerer Freibereich, der im Inneren der Stützstruktur gebildet ist, von Umgebungsluft 1 g derart durchströmt wird, dass der Reaktorraum gekühlt ist. Vorteilhaft kommt es somit insbesondere zu einer natürlichen Kühlung.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ferner ein Verfahren vorgesehen, wonach die Folie zur Reinigung von der Stützstruktur abgenommen wird und wonach die Folie im abgenommenen Zustand gereinigt wird.
Die vorliegende Erfindung betrifft gemäß alternativen und/oder zusätzlichen bevorzugten Merkmalen die nachfolgenden Aspekte:
1. Folie (1) zur Kultivierung von Mikroorganismen,
- mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3), wobei - der äußere Mantelbereich (2) der Folie (1) und der innere Mantelbereich (3) der Folie (1) an ihrer
Unterseite (4) und an ihrer Oberseite (5) miteinander verbunden oder verbindbar sind, wobei
- zwischen dem äußeren Mantelbereich (2) und dem inneren Mantelbereich (3) ein Reaktorraum (R) ausbildbar ist, wobei
- die Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) an eine Stützstruktur (6) befestigbar und/oder abstützbar ist, wobei
- die Stützstruktur (6) der Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) eine Kontur (W) gibt, die einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit (F) im Inneren des Reaktorraums (R) begünstigt, und wobei
- der Reaktorraum (R) in Fluidverbindung mit einer Versorgungseinrichtung (7) bringbar ist.
2. Folie (1) nach Aspekt 1, wobei die Verbindung des äußeren Mantelbereichs (2) mit dem inneren Mantelbereich (3) an der Unterseite (4) und/oder an der Oberseite (5) lösbar ausgebildet ist.
3. Folie (1) nach Aspekt 1 oder 2, wobei die Folie (1) einstückig oder aus mehreren Folienteilen (la, lb, 1 c) ausbildbar ist, und wobei
- die Folie (1) insbesondere mindestens einen im Wesentlichen vertikal verlaufenden Verbindungsbereich aufweist, in dem die Folie (1) insbesondere verschweißt und/oder verklebt und/oder vernäht ist.
4. Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 3, wobei
- die Folie (1) im inneren Mantelbereich (3) zumindest abschnittweise lichtdurchlässig oder lichtreflektierend oder schwarz ausgebildet ist, und wobei
- bevorzugt der Bereich, in dem die Folie (1) auf der Stützstraktur (6) aufliegt, lichtreflektierend ist und die durch die Stützstruktur (6) gebildeten Zwischenbereiche (Z) der Folie (1) schwarz oder lichtdurchlässig ausgebildet sind.
5. Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 4, wobei im äußeren Mantelbereich (2) die zum Reaktorraum (R) gerichtete Seite der Folie (1) lichtreflektierend ist und/oder die vom Reaktorraum (R) abgewandte Seite entspiegelt ist.
6. Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei der durch die Folie (1) ausgebildete Reaktorraum (R) im Wesentlichen ein an den Grundseiten geöffnetes Prisma oder ein im Wesentlichen vertikal verlaufender Schlauch ist. 7. Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 5, wobei der durch die Folie (1) ausgebildete Reaktorraum (R) sich von der Unterseite (4) ausgehend zur Oberseite (5) hin in vertikaler Richtung verjüngt.
8. Folie (1) nach Aspekt 7, wobei der durch die Folie (1) ausgebildete Reaktorraum (R) insbesondere ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf ist, oder der Reaktorraum (R) folgende geometrischen Vorgaben erfüllt:
- der Reaktorraum (R) weist eine obere Grundseite (Ao) und eine untere Grundseite (Au) auf,
- die obere Grundseite (Ao) und die untere Grundseite (Au) weisen jeweils eine ringförmige Grundfläche auf,
- der Außendurchmesser (Do) der oberen Grundseite (Ao) ist kleiner als der Außendurchmesser (Du) der unteren Grundseite (Au),
- die Grundseiten (Au, Ao) sind durch den äußeren Mantelbereich (2) und den inneren Mantelbereich (3) miteinander verbunden und bilden den Reaktorraum (R),
- der äußere Rand der oberen Grundseite (Ao) und der äußere Mantelbereich (2) sind jeweils innerhalb der vertikalen Projektion des äußeren Randes der unteren Grundseite (Au) angeordnet.
9. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) insbesondere nach einem der Aspekte 1 bis 8, wobei
die Stützstruktur (6) mehrere als Ringelemente übereinander angeordnet ausgebildete Profile (8) , oder mindestens ein sich in vertikaler Richtung im Wesentlichen wendeiförmig oder mäanderförmig erstreckendes Profil (8) aufweist,
wobei bevorzugt die Außenkontur eines Profils (8) zumindest bereichsweise der Kontur (W) der Folie (1) entspricht.
10. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach Aspekt 9, wobei
die Stützstruktur (6) ein Gestell (13) mit mindestens einem insbesondere vertikal verlaufenden Verbindungselement (14) aufweist, dass das Profil (8) oder die Profile (8) einer Stützstruktur (6) zumindest teilweise miteinander verbindet und/oder diese zumindest teilweise trägt.
11. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach Aspekt 9 oder 10, wobei durch dass Innere von zumindest einem Profil (8) und/oder durch das Innere von zumindest einem Verbindungselement (14) eine Flüssigkeit fließt, die den Reaktorraum (R) temperiert, und wobei Profil (8) und Verbindungselement (14) insbesondere aus einem metallischen Werkstoff bestehen.
12. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach einem der Aspekte 9 bis 11, wobei die Stützstruktur (6) einen inneren von Umgebungsluft durchströmten Freibereich (B) aufweist.
13. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach einem der Aspekte 9 bis 12, wobei
- das Profil (8) oder die Profile (8) einen Stützkörper (K) ausbilden, der sich in vertikaler Richtung verjüngt, wobei
- der Stützkörper (K) insbesondere ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf ist, und wobei
- insbesondere die Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) an der Stützstruktur (6) so befestigbar und/oder abstützbar ist, dass die Folie (1) in einem Mantelbereich der Mantelbereiche (2, 3) in Umfangsrichtung gespannt ist und in dem anderen Mantelbereich der Mantelbereiche (2, 3) mit dem Stützkörper (K) die Kontur (W) ausbildet.
14. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach einem der Aspekte 9 bis 13, wobei die Stützstruktur (6) aufweist:
- eine obere Befestigungseinrichtung (11), wobei
- die obere Befestigungseinrichtung (11) an der Oberseite (5) der Folie (1), insbesondere oberhalb der verbindbaren Stellen des äußeren Mantelbereichs (2) und des inneren Mantelbereichs (3), angeordnet ist, wobei
- die obere Befestigungseinrichtung (11) den äußeren Mantelbereich (2) mit dem inneren Mantelbereichs (3) insbesondere lösbar verbindet, und wobei
- die obere Befestigungseinrichtung (1 1) die Folie (1) mit der Stützstruktur (6) insbesondere lösbar verbindet,
und/oder
- eine untere Befestigungseinrichtung (12), wobei
- die untere Befestigungseinrichtung (12) an der Unterseite (4) der Folie (1), insbesondere unterhalb der verbindbaren Stellen des äußeren Mantelbereichs (2) und des inneren Mantelbereichs (3), angeordnet ist, wobei
- die untere Befestigungseinrichtung (12) den äußeren Mantelbereich (2) mit dem inneren Mantelbereichs (3) insbesondere lösbar verbindet, und wobei
- die untere Befestigungseinrichtung (12) die Folie (1) mit der Stützstruktur (6) insbesondere lösbar verbindet.
15. Versorgungseinrichtung (7) zur Versorgung eines durch eine Folie (1) insbesondere nach einem der Aspekte 1 bis 8 ausgebildeten Reaktorraumes (R) mit Trägerflüssigkeit (F) und/oder Reaktionsgas (G), wobei
- die Versorgungseinrichtung (7) in Fluidverbindung mit dem Reaktorraum (R) steht, wobei
- mittels der Versorgungseinrichtung (7) im unteren Bereich des Reaktorraumes (R) das Reaktionsgas (G) zuströmt und im oberen Bereich des Reaktorraumes (R) das Reaktionsgas (G) abströmt und Trägerflüssigkeit (F) zu - und abfuhrbar ist, und wobei
- die Versorgungseinrichtung (7) in die untere Befestigungseinrichtung (12) und/oder in die obere Befestigungseinrichtung (11) integriert ist.
16. Versorgungseinrichtung (7) nach Aspekt 15, wobei die Versorgungseinrichtung (7) mindestens eine oder mehrere über den Reaktorraum (R) in Umfangsrichtung verteilte Versorgungsleitungen (9) aufweist, die sich zur Unterseite (4) der Folie erstrecken und durch die das Reaktionsgas (G) zuströmt.
17. Versorgungseinrichtung (7) nach Aspekt 16, wobei das Ende bzw. die Enden der Versorgungsleitung(en) (9) an einer Ringleitung (10) oder an ein oder mehrere Ringleitungssegment(e) angeschlossen ist, aus der das Reaktionsgas (G) über den Umfang verteilt ausströmt.
18. Versorgungseinrichtung (7) nach einem der Aspekte 15 bis 17, wobei der Trägerflüssigkeitstand im Reaktorraum (R) im Wesentlichen konstant gehalten wird. <
19. Bioreaktor (100) zur Kultivierung von Mikroorganismen, der aufweist:
eine Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 8, eine Stützstruktur (6) nach einem der Aspekte 9 bis 14, und eine Versorgungseinrichtung (7) nach einem der Aspekte 15 bis 18.
19A. Bioreaktor (100) nach Aspekt 19 oder Folie (1) nach einem der Aspekte 1 bis 8, wobei der äußere Mantelbereich (2) und/oder der innere Mantelbereich (3) aus mindestens einem Folienteil (la, lb, lc) gebildet ist, wobei der Folienteil (la, lb, lc) zumindest bereichsweise
mindestens einen flexiblen Folienteilbereich (laf),
mindestens einen zumindest bereichsweise konkaven Profilquerschnittsbereich (lasi), und/oder mindestens einen zumindest bereichsweise konvexen Profilquerschnittbereich (las2) aufweist. 19B. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach Aspekt 19A, wobei der Folienteil (la, lb, lc) zumindest
bereichsweise überlappend in Bahnen (b) gewickelt ist, derart, dass der konkave
Profilquerschnittsbereich (lasj) einer Bahn (bi) mit einem konvexen Profilquerschnittbereich (las2) einer, bevorzugt überlappend angeordneten, benachbarten Bahn (b2) eine Stützstruktur (6) und/oder eine Kühlstruktur (6) ausbildet.
19C. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach Aspekt 19A oder Aspekt 19B, wobei der konkave
Profilquerschnittsbereich (lasl) einer Bahn (bl) mit einem konvexen Profilquerschnittbereich
(las2) einer, bevorzugt überlappend angeordneten, benachbarten Bahn (b2) verbunden, bevorzugt verklebt und/oder verschweißt ist.
19D. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19C, wobei der flexiblen
Folienteilbereich (laf), der zumindest bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich (lasi), und/oder der zumindest bereichsweise konvexe Profilquerschnittbereich (las2) zumindest abschnittsweise die Kontur (W) ausbilden.
19E. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19D, wobei der zumindest
bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich (lasi) und der zumindest bereichsweise konvexe Profilquerschnittbereich (las2) eine Stützstruktur (6), insbesondere eine Stützstruktur (6) nach einem der Aspekte 9 bis 14 ausbilden.
19F. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19E, wobei der zumindest
bereichsweise konkave Profilquerschnittsbereich (lasi), und der zumindest bereichsweise konvexe
Profilquerschnittbereich (las2) mindestens ein Hohlprofil (8) zur Kühlung ausbilden.
19G. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19F, wobei der konvexe
Profilquerschnittbereich (las2) und/oder der konkave Profilquerschnittsbereich (las^ seitlich der
Wölbungen (laslw, las2W) Flanschbereiche (lasiF, las2F) aufweisen.
19H. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19G, wobei der mindestens eine flexible Folienteilbereich (laf), der mindestens eine zumindest bereichsweise konkave
Profilquerschnittsbereich (lasi), und/oder der mindestens eine zumindest bereichsweise konvexe
Profilquerschnittbereich (las2) zumindest bereichsweise als Strangpressprofil ausgeführt sind. 191. Bioreaktor (100) oder Folie (1) nach einem der Aspekte 19A bis 19H, wobei der flexible
Folienteilbereich (laf) bevorzugt eine Dicke aufweist, die der Dicke einer gewöhnlichen Folie, insbesondere einer Folie (1) zur Kultivierung von Mikroorganismen entspricht, und/oder wobei der konkave Profilquerschnittsbereich (lasj) und/oder der konvexe Profilquerschnittbereich (las2) gegenüber der Folie (1) eine erhöhte Dicke und/oder Steifigkeit aufweisen.
20. Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Folie insbesondere nach einem der Aspekte 1 bis 8 mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich,
- Ausbilden eines Reaktorraums zwischen dem äußeren Mantelbereich und dem inneren Mantelbereich,
- Befestigen und/oder Abstützen der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich an eine Stützstruktur,
- Ausbilden einer Kontur durch die Stützstruktur der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich, wobei die Kontur einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraums begünstigt, und
- Bringen des Reaktorraums mit einer Versorgungseinrichtung in Fluidverbindung.
21. Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen in einem Bioreaktor nach Aspekt 19, wobei - die Versorgungseinrichtung den durch die Folie und der Stützstruktur ausgebildeten Reaktorraum mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas versorgt, wobei
- sich während eines Kultivierungsvorgangs eine Trägerflüssigkeit in dem Reaktorraum befindet, wobei
- während des Kultivierungsvorgangs Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes (R) zuströmt und im oberen Bereich des Reaktorraumes abströmt, und wobei
- im Inneren des Reaktorraumes im Bereich der Kontur Umwälzvorgänge der Trägerflüssigkeit stattfinden.
22. Verfahren nach Aspekt 21, wobei die Umwälzvorgänge zumindest einen Teil der Trägerflüssigkeit, vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des äußeren Mantelbereichs (2) befindet, mit Teilen der Trägerflüssigkeit, vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des inneren Mantelbereich (3) befindet, austauschen.
23. Verfahren nach Aspekt 21, wobei
- zu Beginn des Kultivierungsvorgangs eine bestimmte Menge an Trägerflüssigkeit dem Reaktorraum zugeführt wird, wobei
- während des Kultivierungsvorgangs die Menge an Trägerflüssigkeit im Wesentlichen konstant ist, und wobei
- die Trägerflüssigkeit nach Abschluss des Kultivierungsvorgangs aus dem Reaktorraum abgeführt wird.
24. Verfahren nach Aspekt 21, wobei die Trägerflüssigkeit kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen durch den Reaktorraum strömt.
25. Verfahren nach Aspekt 24, wobei die Trägerflüssigkeit eine mit den Umwälzvorgängen überlagerte Strömung aufweist, deren Strömungsrichtung mit der des Reaktionsgases im Wesentlichen übereinstimmt. 3
26. Verfahren nach Aspekt 24, wobei die Strömungsrichtung der mit den Umwälzvorgängen überlagerten Strömung der Trägerflüssigkeit der Strömungsrichtung des Reaktionsgases im Wesentlichen entgegengesetzt ist.
27. Verfahren nach einem der Aspekte 21 bis 26, wobei der Reaktorraum mittels dem die Stützstruktur durchströmenden Fluid temperiert wird.
28. Verfahren nach einem der Aspekte 21 bis 27, wobei die den inneren Freibereich (B) durchströmende Umgebungsluft den Reaktorraum kühlt.
29. Verfahren nach einem der Aspekte 21 bis 28, wobei die Folie zur Reinigung von der Stützstruktur abgenommen wird und wobei die Folie im abgenommenen Zustand gereinigt wird.
Nachfolgend werden die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand bevorzugter
Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt eines Bioreaktors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 vergrößerte Detailansichten des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1 ,
Fig. 3 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Folie zur Kultivierung von Mikroorganismen,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Reaktorraumes,
Fig. 5 schematische Darstellungen von verschiedenen Ausführungsformen des Reaktorraumes R, Fig. 6 verschiedene Ausführungsformen einer bevorzugten Stützstruktur,
Fig. 7 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bioreaktors, und
Fig. 8 einen Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Folie.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Bioreaktors 100 mit einer Folie 1 zur Kultivierung von Mikroorganismen, die einen lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich 2 aufweist, der den Reaktor nach außen hin begrenzt und einer nicht dargestellten Lichtquelle zugewandt ist. Der äußere Mantelbereich 2 ist in der dargestellten Ausführungsform im oberen Bereich 5 mittels einer Befestigungseinrichtung 1 1 mit einer Stützstruktur 6 verbunden. Der äußere Mantelbereich 2 der Folie 1 ist dabei in diesem Ausführungsbeispiel so gestaltet, dass er im montierten Zustand straff bzw. glatt bzw. in Mantelumfangsrichtung und in axialer Richtung des Mantels gespannt ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist ein innerer Mantelbereich 3 der Folie 1 im oberen Bereich 5 über die Befestigungseinrichtung 11 an der Stützstruktur 6 befestigt. Im unteren Bereich 4 geht der innere Mantelbereich 3 nahtlos in den äußeren Mantelbereich 2 über. Die Folie 1 ist also einstückig ausgebildet und weist einen inneren Mantelbereich 3 und einen äußeren Mantelbereich 2 auf, die durch den unteren Umschlagpunkt der Folie 1 voneinander (gedanklich) getrennt werden. Der innere Mantelbereich 3 liegt zwischen der Oberseite 4 und der Unterseite 5 der Folie 1 auf der Stützstruktur 6 auf. Der innere Mantelbereich 3 der Folie 1 ist dabei so gestaltet, dass sich die Folie 1 in den Bereichen zum Stützstrukturinneren bzw. zum Freibereich B hin wölbt, in denen sie nicht an der Stützstruktur 6 anliegt bzw. von dieser abgestützt wird. Es entsteht somit zwischen dem inneren und äußeren Mantelbereich der Folie 1 ein Reaktorraum R, der mit einer Trägerflüssigkeit F gefüllt ist. Die Stützstruktur 6 des Bioreaktors 100 besteht aus einem sich wendelförmig in vertikaler Richtung verjüngenden Profil in Form eines an den Grundseiten geöffneten Hohlpyramidenstumpfes. Auf dieser Stützstruktur ist die Folie 1 in der zuvor bezeichneten Art angeordnet und bildet den Reaktorraum R aus.
In die Befestigungseinrichtung 11 an der Oberseite 5 des Bioreaktors 100 ist ferner die
Versorgungseinrichtung 7 integriert. Die Versorgungseinrichtung 7 umfasst nicht näher dargestellte Verbindungsleitungen zu nicht näher dargestellten Systemkomponenten wie beispielsweise Zwischentanks, Pumpstationen, Aufbereitungsanlagen, insbesondere Anlagen zur Extraktion der Biomasse aus der Trägerflüssigkeit, Anlagen zur Anreicherung der Trägerflüssigkeit mit Nährstoffen und/oder mit C02, zweckmäßig über Druckentspannungsverfahren, Anlagen zur Animpfung der Trägerflüssigkeit mit Zellkulturen (Innoculum) und/oder dergleichen.
Die Versorgungseinrichtung 7 umfasst im Ausführungsbeispiel ferner Versorgungsleitungen 9, von denen in der Zeichnung lediglich eine im Wesentlichen gestrichelt dargestellt ist. Die eine oder mehrere Versorgungsleitungen 9 verbinden im dargestellten Bioreaktor 100 eine im unteren Bereich in der Nähe des Übergangsbereich vom inneren Mantelbereich 2 zum äußeren Mantelbereich 3 angeordnete Ringleitung 10 mit den oberen Teil der Versorgungseinrichtung 7. Alternativ könnte jede Versorgungsleitung 9 jeweils auch mit einem separaten Ringleitungssegment verbunden sein, welches bevorzugt ähnlich angeordnet ist wie die Ringleitung 10 und bevorzugt die gleiche Funktionalität aufweist. In Fig. 1 nicht dargestellt ist das Reaktionsgas G, welches aus der Ringleitung 10 austritt und im Inneren des Reaktorraumes R bis zur oberen Versorgungseinrichtung 7 aufsteigt. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Versorgungseinrichtung 7 ferner im untersten Bereich des Reaktorraumes R, also im Übergang vom inneren Mantelbereich 2 zum äußeren Mantelbereich 3 der Folie 1 eine Ablassmöglichkeit, der mit einer weiteren nicht näher dargestellten Verbindungsleitung der Versorgungseinrichtung 7 verbunden ist. Alternativ und/oder zusätzlich zur Ringleitung 10 kann mindestens eine, bevorzugt mehrere Versorgungsleitungen 9 mit jeweils mindestens einem punktartigen Auslass für das Reaktionsgas R im unteren Bereich des Reaktors vorgesehen sein.
Die Stützstruktur 6 ist über einen nicht dargestellten tragenden Unterbau mit dem Untergrund beabstandet angeordnet. Die Stützstruktur 6 weist zudem im Inneren eine Freibereich B auf, so dass die Umgebungsluft L von unten aus dem Zwischenbereich zwischen Untergrund und unteren Kante des Bioreaktors 100 kommend in den Freibereich B strömt und den Freibereich B durch eine Öffnung im oberen Bereich des Bioreaktors 100 verlässt. Die Luft kühlt dabei die Stützstruktur 6 sowie den inneren Mantelbereich 3 der Folie 1 und somit indirekt den Reaktorraum R.
Figur 2a zeigt eine detaillierte Ansicht des Bioreaktors gemäß der in Fig. 1 beschriebenen Ausführungsform. Dabei zeigen die Profile 8 der Stützstruktur 6 unterschiedliche Ausführungsbeispiele für die Form der Profile 8. Der Querschnitt des obersten Profils 8 ist beispielsweise im Wesentlichen rechteckförmig mit gerundeten Kanten. Das mittlere Profil 8 hingegen weist einen kreisrunden Querschnitt auf. Das Unterste der drei Profile 8 indes besitzt eine Außenkontur, die an die Kontur W der Folie 1 im inneren Mantelbereich 3 angepasst ist bzw. dieser eine bevorzugte Kontur W gibt. Die einzelnen Profile 8 der Stützstruktur 6 sind voneinander beabstandet, so dass zwischen ihnen ein Zwischenbereich Z entsteht, in dem sich die Folie 1 zum Inneren des Bioreaktors 100 hin, d.h. in den Freibereich B hinein, wölbt. Die Strömungsrichtung des Reaktionsgases G ist in Fig. 2a durch gestrichelte Pfeile dargestellt. Das im unteren Bereich des Reaktorraumes R einströmende Reaktionsgas G strömt innerhalb des Reaktionsraumes nach oben und versetzt dabei die Trägerflüssigkeit F in den Zwischenbereichen Z in eine Rotationsbewegung. Es kommt somit zu Umwälzvorgängen, die in Fig. 2a mit im Kreis verlaufenden Pfeilen dargestellt sind. Trägerflüssigkeitsbestandteile, die sich im Wesentlichen in der Nähe des äußeren Mantelbereichs 2 befinden, gelangen durch die Umwälzvorgänge in die Nähe des Bereichs der Wölbung des inneren Mantelbereichs 3. Mit anderen Worten signalisieren die zwischen einer Wölbung des inneren Mantelbereichs 3 und der ihr gegenüberliegendem straffen Teilbereich des äußeren Mantelbereichs 2 im Kreis verlaufenden Pfeile eine im Wesentlichen zirkuläre Strömung bzw. Kreisströmung. Die lichtnahen Bestandteile der Trägerflüssigkeit werden somit in lichtferne Bereich der Trägerflüssigkeit befördert und Bestandteile, die vorher im lichtfernen Bereich der Trägerflüssigkeit, d.h. die sich im Wölbungsbereich des inneren Mantelbereichs der Folie 1 befanden, sind durch die Umwälzvorgänge in den lichtnahen Bereich befördert worden.
In dem hier dargestellten Ausfuhrungsbeispiel ist ferner eine vertikal nach oben gerichtete Strömung der Trägerflüssigkeit F eingezeichnet. Erkennbar wird dies durch durchgehend gezeichnete Strömungspfeile der Trägerflüssigkeit F. Diese Strömung wird hauptsächlich durch einen kontinuierlichen Zu- und Abfluss an Trägerflüssigkeit F im unteren und oberen Bereich des Reaktors R erzwungen. Die überlagerte Strömung ist idealisierend als eine mit der Strömung des Reaktionsgases G gleichgerichteten Strömung anzusehen.
Kommen Mikroorganismen zum Einsatz, deren Dichte im Wesentlichen größer als die Dichte der Trägerflüssigkeit ist, dann sammeln sich die Mikroorganismen im unteren Bereich des Reaktorraumes R an. Eine zu der Strömungsrichtung des Reaktionsgases G gleichgerichtete überlagerte Strömung verringert bzw. reduziert solche Ablagerungsvorgänge im unteren Bereich des Reaktorraumes.
Fig. 2b zeigt die Detailansicht gemäß der Ausführung in Fig.1 in einer weiteren Variante. Neben den in Fig. 2a beschriebenen Hohlprofilen ist es ferner möglich, das Profil 8 als Vollprofil, beispielsweise aus einem Metall vorzugsweise mit hoher Wärmeleitfähigkeit und guten mechanischen Eigenschaften zu fertigen.
Die in Fig. 2b dargestellte der Kreisströmung überlagerte Strömung der Trägerflüssigkeit F, die von einem Zwischenbereich Z in einen anderen Zwischenbereich Z und somit durch den Reaktorraum R führt, ist der Strömungsrichtung des aufsteigenden Reaktionsgases G entgegengerichtet. Die resultierenden Strömungsverhältnisse im Reaktorraum R bewirken eine bessere Durchmischung aufgrund einer gesteigerten Turbulenz.
Kommen Mikroorganismen zum Einsatz, deren Dichte im Wesentlichen kleiner oder gleich der
Dichte der Trägerflüssigkeit ist, dann sammeln sich die Mikroorganismen im oberen Bereich des Reaktorraumes R an. Eine zur Strömungsrichtung des Reaktionsgases G entgegengesetzte überlagerte Strömung verringert bzw. reduziert solche Ablagerungsvorgänge im oberen Bereich des Reaktorraumes. Die sich ausbildende Strömung ist somit derart steuerbar, dass sich Totpunkte, in denen die Trägerflüssigkeit im Wesentlichen nicht in Bewegung ist und in denen es zu Ablagerungen auf der Folie kommen kann, im Wesentlichen nicht ausgebildet werden. Dadurch lassen sich vorteilhaft die Wartungsund/oder Reinigungsintervalle des Bioreaktors verlängern und die Betriebskosten senken.
Figur 3 a zeigt eine zweckmäßige Ausführungsform eines Folienteils zum Ausbilden einer Folie 1 zur Kultivierung von Mikroorganismen. Der linke Teil der Figur 3a zeigt die Abwicklung eines Folienteils mit einer rechteckförmigen Grundfläche. Das fertige Folienteil ist, wie in der rechten Abbildung dargestellt, wendelförmig nach oben hin spitz zulaufend ausgebildet, wobei die in der Mantelfläche des entstehenden Hohlkegelstumpfes angeordneten Ränder des Folienteils 1 mit benachbarten Rändern des Folienteils 1 fluiddicht verbunden sind, so dass nach geeigneten Zuschnitt der beiden Grundseiten ein an den Grundseiten geöffneter hohlkegelstumpfförmiger Folienteil entsteht. Der hohlkegelstumpfförmige Folienteil entspricht in einem Ausführungsbeispiel einem inneren Mantelbereich 3 oder einem äußeren Mantelbereich 2. Eine Folie 1 zur Kultivierung von Mikroorganismen entsteht in einem weiteren Ausführungsbeispiel dabei durch Verbindung von zwei an beiden Grundseiten geöffnete hohlkegelstumpfförmige Folienteile.
Vorteilhaft lässt sich somit aus einem einfach aufgebauten Folienteil, der sowohl als innere als auch als äußere Mantelfläche einsetzbar ist, mit vorteilhaft geringen Produktionsaufwand und großen ökonomischen Skaleneffekten eine Folie 1 herstellen.
Fig. 3b zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Folienteile la, lb, lc, die in ihrer Abwicklung einen Kreisringabschnitt darstellen und in zusammengefügter Form einen an den Grundseiten geöffneten Hohlkegelstumpf ausbilden. Aus dem rechten Teil der Figur ist ersichtlich, dass die zwischen zwei Folienteilen verlaufenden Verbindungsbereiche, in denen die Folien fluiddicht miteinander verbunden sind, im Wesentlichen vertikal verlaufen. Die im Wesentlichen aus dem Gewicht der Trägerflüssigkeit F und der Folie resultierende Kraft, die in vertikaler Richtung wirkt, wird somit im Wesentlichen über die gesamte Länge der Verbindungsstelle verteilt aufgenommen. Die Anfälligkeit für Leckage kann somit vorteilhaft verringert werden und die Verbindungsstelle ist weniger stark beansprucht, wodurch bevorzugt eine einfachere und günstigere Montage ermöglicht wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung umfasst nach Figur 3 c Folienteile, die in ihrer Abwicklung aus einer im Wesentlichen rautenförmigen Grundform bestehen, wobei die entlang der Längsachse der Raute gegenüberliegenden Spitzen kreisbogenfbrmig zugeschnitten sind. Mehrere solche Folienteile werden an ihren Rändern miteinander fluiddicht in Verbindung gebracht, so dass die in der rechten Abbildung der Figur dargestellte Folie 1 entsteht. Bei dieser Ausfuhrungsform ist es besonders vorteilhaft, dass durch Umstülpen des unteren Teils eine Folie 1 entsteht, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist. Die Folie 1 weist somit keinen Verbindungsbereich im unteren Übergangsbereich vom inneren Mantelbereich 3 zum äußeren Mantelbereich 2 auf, so dass die Folie in diesem mechanisch hoch beanspruchten Bereich nicht durch eine Verbindungsstelle geschwächt ist.
In Fig. 4 ist der Reaktorraum R gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. AQ bezeichnet dabei die obere Grundseite des Reaktorraumes R und AU; in der Zeichnung größtenteils strichpunktiert dargestellt, die untere Grundseite des Reaktorraumes. Umgeben wird der Reaktorraum R von einer in der Fig. 4 nicht dargestellten Folie 1 und einer Stützstruktur 6. Der dargestellte Reaktorraum R weist auf seiner Innenseite ein Wellenprofil bzw. eine Kontur W auf. Die untere Grundseite Αυ mit dem Außendurchmesser Όυ ist in der dargestellten Ausgestaltung konzentrisch zur oberen Grundseite A0 mit den oberen Außendurchmesser D0 angeordnet.
In anderen alternativen Ausführungsformen sind die obere Grundseite und die untere Grundseite nicht konzentrisch angeordnet, sondern dergestalt, dass der äußere Rand der oberen Grundseite mit dem Außendurchmesser D0 innerhalb der senkrechten Projektion des äußeren Randes mit dem Durchmesser Du der unteren Grundseite Au liegt.
Auch in diesen Ausführungsbeispielen ist an der Innenseite und/oder an der Außenseite ein wellenförmiges Profil bzw. eine Kontur W überlagernd vorgesehen.
Fig. 5a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Reaktorraumes R, wobei idealisierend die Kontur W, die an dem inneren und/oder äußeren Mantelbereich vorgesehen ist, nicht dargestellt ist. Fig. 5a zeigt einen Reaktorraum mit einer ringförmigen Grundfläche in Form eines Vieleckes. Die ringförmigen Grundflächen können neben kreisrunden oder vieleckigen Rändern ebenfalls ellipsenförmige Ränder oder eine beliebige Kombination davon aufweisen.
In Fig. 5a sind die inneren und äußeren Mantelbereiche im Querschnitt als geradlinig verlaufende Schnittlinien dargestellt. In Fig. 5b hingegen ist ein Reaktorraum dargestellt, dessen inneren und äußeren Mantelbereiche im Querschnitt gesehen von unten nach oben bogenförmig zusammenlaufen. Ferner ist erkennbar, dass der idealisierte Abstand zwischen innerem Mantelbereich und äußerem Mantelbereich in vertikaler Richtung abnimmt.
Besonders vorteilhaft ist das bogenförmige vertikale Zulaufen der Mantelbereiche so gestaltet, dass die im inneren und/oder äußeren Mantelbereich ausgebildeten Konturen W so beschaffen sind, dass in allen Bereichen des Reaktorraumes R, d.h. in den bzgl. ihrer Vertikalen unteren Bereichen des Reaktorraumes R sowie in den oberen Bereichen des Reaktorraumes R, gleichmäßige Umwälzvorgänge stattfinden, bevorzugt dergestalt, dass über die gesamte vertikale Erstreckung des Reaktorraumes im Wesentlichen gleiche Wachstumsbedingungen für die Mikroorganismen vorherrschen. Neben dem idealisierten Abstand zwischen inneren Mantelbereich und äußeren Mantelbereich steht mit der Bogenform ein weiterer Parameter zur Beeinflussung der Strömung der Trägerflüssigkeit F im Reaktorraum R zur Verfügung, mit dem etwaige Strömungsphänomene, die sich über die vertikale Höhe des Reaktorraumes verändern, beeinflusst bzw. kompensiert werden.
Infolge der sich in vertikaler Richtung verjüngende Form des Reaktorraumes R des Bioreaktors 100 und der Auftriebskraft des Reaktionsgases G steigt beispielsweise die Strömungsgeschwindigkeit der Trägerflüssigkeit F bzw. des Reaktionsgases G bei annähernd gleichbleibenden mittleren Abstand zwischen innerem und äußerem Mantelbereich (3, 2) der Folie 1 in vertikaler Richtung vom unteren Bereich zum oberen Bereich des Reaktorraumes R an. Die Strömungsgeschwindigkeitsänderung kann beispielsweise durch Variation des Strömungsprofils, also unter anderem durch Variation des Umwälzvorgangs bzw. der Umwälzvorgänge mittels einer geeigneten Kontur W und/oder unter anderem durch Variation der Querschnitts-Bogenform der Mantelbereiche kompensiert werden. Verläuft der Querschnitt des Reaktorraumes R wie in Fig. 5b bogenförmig in vertikaler Richtung zusammen, dann bewirkt die kontinuierliche Abflachung der Mantelflächen -also die Annäherung an die Horizontalen- eine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit, da das Fluid insbesondere an der äußeren Mantelfläche 3 abgebremst wird. Eine solcher Effekt tritt wahrscheinlich schon bei einer geringen Abflachung um wenige Winkelgrade auf. Mittels Variation der Bogenform können sich gegebenenfalls weitere Anpassungen, wie beispielsweise Variation des Strömungsprofils, gegebenenfalls durch die Variation der Kontur W erübrigen.
Ferner können im Reaktorraum R der Figur 5a zwei Leitbleche LBi, m als Strömungsleiteinrichtungen vorgesehen sein, zwischen denen sich zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Umwälzvorgängen eine überlagerte Aufwärtsströmung Sauf im Bereich des aufsteigenden Reaktionsgases und eine überlagerte Abwärtsströmung Sab in einem Bereich ohne aufsteigendem Reaktionsgas ausbildet. Es kann sich also eine überlagerte Kreisströmung im Reaktorraum R ausbilden. Wie in der Figur 5b gezeigt, kann sich eine solche Kreisströmung auch um mindestens ein Leitbleich LB3 ausbilden, wobei die überlagerte Aufwärtsströmung Sauf und die überlagerte Abwärtsströmung Sab jeweils unmittelbar benachbart angeordnet sind. Fig. 6a zeigt einen Stützkörper K einer Stützstruktur 6, wie er beispielsweise in der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 1 eingesetzt ist. Nicht dargestellt ist der Unterbau, der den Stützkörper K mit dem Untergrund verbindet. Die Stützstruktur 6 besteht idealisierend in der hier dargestellten Ausgestaltung aus einem sich in vertikaler Richtung kontinuierlich und gleichmäßig verjüngenden wendeiförmigen Profil. Der durch das Profil gebildete Stützkörper K stellt somit einen Hohlkegelstumpf mit geöffneten Grundseiten dar. Das wendeiförmige Profil begünstigt dabei die Ausbildung des Reaktionsraumes R einer Folie 1, der idealisiert als ein an den Grundseiten geöffneten Hohlkegelstumpf angesehen werden kann, und der aufgrund der Wendelform des Profils eine Helixform umfasst. Die Helixform kann dabei der Trägerflüssigkeit F eine Rotationsbewegung um die vertikale Mittelachse des Photobioreaktors verleihen, wodurch der Strömung der Trägerflüssigkeit F eine weitere Komponente überlagert ist, die sich auf das Kultivierung auswirken kann.
Der Stützkörper K der Fig. 6b weist idealisiert betrachtet ebenfalls eine an den Grundseiten geöffnete Hohlkegelstumpfgeometrie auf. Die Stützstruktur 6 gemäß Fig. 6b unterscheidet sich jedoch von der in der Fig. 6a dargestellten Stützstruktur 6 dahingehend, dass das Profil nicht wendeiförmig, sondern mäanderförmig in vertikaler Richtung kontinuierlich und gleichmäßig verjüngend zusammenläuft. Eine solche Ausgestaltung der Profile der Stützstruktur kann ein helixförmiges Zurücklaufen der Trägerflüssigkeit F in die unteren Bereiche verringern bzw. vermeiden. Die Strömungsvorgänge im Reaktorraum R lassen sich somit besser beherrschen bzw. kontrollieren und etwaige Simulationen der Strömungsvorgänge werden vereinfacht.
Fig. 6c zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Stützstruktur 6. Die Stützstruktur
6 besteht aus mehreren als Ringelemente ausgebildeten und übereinander angeordneten Profilen 8, die konzentrisch angeordnet sind und somit einen an den Grundseiten geöffneten hohlpyramidenstumpfförmigen Stützkörper K ausbilden, der, wie auch die Stützstrukturen der Figuren 6a und 6b, über einen Unterbau mit dem Untergrund verbunden ist
Die Stützstruktur 6 umfasst ferner ein Gerüst bzw. Stützaufbau bzw. Gestell 13, das in der vorliegenden Ausführungsform vertikal verlaufende Verbindungselemente 14 aufweist, an denen die Ringelemente bzw. Profile 8 in gleichmäßigen Abständen voneinander befestigt sind. Das Gestell 13 besteht besonders vorteilhaft aus einem Hohlprofil, welches von einem Fluidmedium, wie beispielsweise Wasser, durchströmt ist. Das Gestell 13 dient daher zum Abstützen einer nicht dargestellten Folie 1, sowie zum Temperieren des nicht dargestellten Reaktorraumes R. Etwaige zusätzliche stabilitätssteigernde Verstrebungen sind zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Alternativ zu den dargestellten Profilen 8 ist denkbar, dass ein spiral- oder mäanderförmiges und bevorzugt einstückiges Profil 8 zum Einsatz kommt, welches ferner vorteilhaft in einem Spritzgießvorgang hergestellt sein kann.
Die in Fig. 6c dargestellte Bioreaktor Stützstruktur ist in einer weiteren Ausgestaltung dahingehend abgeändert, dass die Ringelemente keinen kreisrunden Querschnitt, sondern eine vieleckige, ovale bzw. ellipsenförmige Geometrie aufweisen und/oder die Stützstruktur umfasst Verbindungselemente 14, die nicht geradlinig in vertikaler Richtung aufeinander zulaufen, sondern in einer Bogenform und/oder die Stützstruktur 6 weist Ringelemente bzw. Profile 8 auf, die bezüglich ihrer Abstände untereinander so bemessen sind, dass der zwischen zwei Ringelementen bzw. Profilen 8 durch Wölbung entstehende Bereich, der Teil einer Kontur W ist, für die Umwälzvorgänge in diesem gewölbten Bereich zwischen zwei Ringelementen bzw. Profilen 8 optimiert ist. Der Abstand zwischen zwei Stützelementen stellt somit einen weiteren Parameter dar, um etwaige von der vertikalen Reaktorhöhe abhängige Strömungsphänomene zu kontrollieren.
Für die Gestalt des ausgebildeten Strömungsprofil im Reaktorraum R ist unter anderem der Abstand Z der einzelnen Profile 8 der Stützstruktur 6 und/oder der Abstand zwischen dem inneren und äußeren Mantelbereich (3, 2) und insbesondere dass Verhältnis vom Abstand Z zu dem Abstand zwischen dem inneren und äußeren Mantelbereich (3, 2) von Bedeutung.
Der Bioreaktor gemäß der Ausführungsform nach Fig. 7 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 durch die Ausgestaltung der Befestigungseinrichtung 11. Der Bioreaktor gemäß Fig. 7 weist eine obere Befestigungseinrichtung 1 1, die sich im oberen Bereich des Bioreaktors bzw. an der Oberseite 5 der Folie 1 befindet, sowie eine untere Befestigungseinrichtung 12 im unteren Bereich des Bioreaktors bzw. an der Unterseite der Folie 1 auf. Die Folie 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweigeteilt und weist einen inneren Mantelbereich 3 und einen äußeren Mantelbereich 2 auf, die jeweils im oberen und unteren Bereich des Bioreaktors mittels der oberen Befestigungseinrichtung 11 und der unteren Befestigungseinrichtung 12 lösbar miteinander verbunden sind. Die Befestigung bzw. Verbindung bzw. Klemmung des inneren und äußeren Mantelbereichs (3, 2) in der oberen und unteren Befestigungseinrichtung (11, 12) ist in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung derart beschaffen, dass die Verbindung des äußeren Mantelbereichs 2 lösbar ist, oder dass die Verbindung des inneren und des äußeren Mantelbereichs 2 und 3 lösbar ist. Zweckmäßig ist ferner ein Bioreaktor mit Folie 1, bei dem die untere und/oder obere Befestigungseinrichtung als Spannvorrichtung des inneren und/oder äußeren Mantelbereiches dient. In der oberen und unteren Befestigungseinrichtung 11 und 12 sind ferner Teile der Versorgungseinrichtung 7 platzsparend integriert.
Figur 8A zeigt einen inneren Mantelbereich 3 einer Folie 1, der aus einem Folienteil la gebildet ist. Folienteil la ist bahnenförmig aufgebaut und zu einem Schlauch 3 bzw. Hohlzylinder 3 gewickelt. Die einzelnen schrauben- bzw. helixartig gewickelten Bahnen bl, bl, etc sind überlappend angeordnet und bilden einen fluiddichten inneren Mantelbereich 3 aus. Der Folienteil la ist länglich geformt, mit einem Querschnitt, der einen konkaven Profilquerschnittsbereich lasi, einen konvexen Profilquerschnittbereich las2 und dazwischen einen flexiblen Folienteilbereich laf aufweist, wobei die Begriffe konkav/konvex jeweils aus der Richtung S in Fig. 8B beziehen. Der konvexe Profilquerschnittbereich las2 der Bahn bl ist mit dem konkaven Profilquerschnittsbereich lasi der Bahn bl verbunden, wodurch ein Hohlprofil 8 entsteht welches helixförmig gewunden ist. Zur besseren Verbindung weisen die Profilquerschnittbereiche jeweils Flanschbereichen lasiF, las2F auf, entlang derer die entsprechenden Profilquerschnittbereiche miteinander verschweißt sind. Figur 8B zeigt einen Querschnitt des Folienteils la in vergrößerter Ansicht. Die konkaven bzw. konvexen Profilquerschnittsbereiche laslw, las2w können generell neben einem kreisrunden Querschnitt jede geeignete Querschnittsform annehmen.
Für den Fachmann ersichtlich können die einzelnen im Zusammenhang mit den unterschiedlichen bevorzugten beispielhafte Ausführungsformen beschriebenen Merkmale auch in anderen Ausführungsformen vorgesehen werden oder aber mit diesen kombiniert werden. Die Erfindung umfasst ebenfalls die genauen oder exakten Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche usw., wenn vorstehend oder nachfolgend diese Ausdrücke, Merkmale, numerischen Werte oder Bereiche im Zusammenhang mit Ausdrücken wie z.B.„etwa, ca., um, im Wesentlichen, im Allgemeinen, zumindest, mindestens" usw. genannt wurden (also„etwa 3" soll ebenfalls„3" oder„im Wesentlichen radial" soll auch„radial" umfassen). Der Ausdruck„bzw." bedeutet überdies„und/oder".

Claims

Patentansprüche
1. Folie (1) zur Kultivierung von Mikroorganismen,
- mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich (2) und einem inneren Mantelbereich (3), wobei
- der äußere Mantelbereich (2) der Folie (1) und der innere Mantelbereich (3) der Folie (1) an ihrer Unterseite (4) und an ihrer Oberseite (5) miteinander verbunden oder verbindbar sind, wobei
- zwischen dem äußeren Mantelbereich (2) und dem inneren Mantelbereich (3) ein Reaktorraum (R) ausbildbar ist, wobei
- die Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) an eine
Stützstruktur (6) befestigbar und/oder abstützbar ist, wobei
- die Stützstruktur (6) der Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) eine Kontur (W) gibt, die einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit (F) im Inneren des Reaktorraums (R) begünstigt, und wobei
- der Reaktorraum (R) in Fluidverbindung mit einer Versorgungseinrichtung (7) bringbar ist.
2. Folie (1) nach Anspruch 1, wobei die Verbindung des äußeren Mantelbereichs (2) mit dem inneren Mantelbereich (3) an der Unterseite (4) und/oder an der Oberseite (5) lösbar ausgebildet ist, und/oder wobei die Folie (1) einstückig oder aus mehreren Folienteilen (la, lb, lc) ausbildbar ist.
3. Folie (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der durch die Folie (1) ausgebildete Reaktorraum (R)
- im Wesentlichen ein an den Grundseiten geöffnetes Prisma oder ein im Wesentlichen vertikal verlaufender Schlauch ist, oder
- sich von der Unterseite (4) ausgehend zur Oberseite (5) hin in vertikaler Richtung verjüngt, und insbesondere ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf ist.
4. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
- die Stützstruktur (6) mehrere als Ringelemente übereinander angeordnet ausgebildete Profile (8) , oder mindestens ein sich in vertikaler Richtung im Wesentlichen wendelförmig oder mäanderförmig erstreckendes Profil (8) aufweist,
- wobei bevorzugt die Außenkontur eines Profils (8) zumindest bereichsweise der Kontur (W) der Folie ( 1 ) entspricht, wobei
die Stützstruktur (6) bevorzugt ein Gestell (13) mit mindestens einem insbesondere vertikal verlaufenden Verbindungselement (14) aufweist, dass das Profil (8) oder die Profile (8) einer
Stützstruktur (6) zumindest teilweise miteinander verbindet und/oder diese zumindest teilweise trägt.
5. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach Anspruch 4, wobei durch dass Innere von zumindest einem Profil (8) und/oder durch das Innere von zumindest einem Verbindungselement (14) eine Flüssigkeit fließt, die den Reaktorraum (R) temperiert, und/oder wobei die Stützstruktur (6) einen inneren, von Umgebungsluft durchströmten Freibereich (B) aufweist.
6. Stützstruktur (6) zum Halten einer Folie (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei
- das Profil (8) oder die Profile (8) einen Stützkörper (K) ausbilden, der sich in vertikaler Richtung verjüngt, wobei - der Stützkörper (K) insbesondere ein an den Grundseiten geöffneter Hohlkegelstumpf oder ein an den Grundseiten geöffneter Hohlpyramidenstumpf ist, und wobei
- insbesondere die Folie (1) im äußeren Mantelbereich (2) und/oder im inneren Mantelbereich (3) an der Stützstruktur (6) so befestigbar und/oder abstützbar ist, dass die Folie (1) in einem Mantelbereich der Mantelbereiche (2, 3) in Umfangsrichtung gespannt ist und in dem anderen
Mantelbereich der Mantelbereiche (2, 3) mit dem Stützkörper (K) die Kontur (W) ausbildet, wobei die Folie (1) mit der Stützstruktur (6) bevorzugt lösbar verbunden oder verbindbar ist.
7. Versorgungseinrichtung (7) zur Versorgung eines durch eine Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis
3 ausgebildeten Reaktorraumes (R) mit Trägerflüssigkeit (F) und/oder Reaktionsgas (G), wobei - die Versorgungseinrichtung (7) in Fluidverbindung mit dem Reaktorraum (R) steht, wobei
- mittels der Versorgungseinrichtung (7) im unteren Bereich des Reaktorraumes (R) das
Reaktionsgas (G) zuströmt und im oberen Bereich des Reaktorraumes (R) das Reaktionsgas (G) abströmt und Trägerflüssigkeit (F) zu- und abführbar ist, und wobei
- die Versorgungseinrichtung (7) in die untere Befestigungseinrichtung (12) und/oder in die obere Befestigungseinrichtung (11) integriert ist.
8. Versorgungseinrichtung (7) nach Anspruch 7, wobei die Versorgungseinrichtung (7) mindestens eine oder mehrere über den Reaktorraum (R) in Umfangsrichtung verteilte Versorgungsleitungen (9) aufweist, die sich zur Unterseite (4) der Folie erstrecken und durch die das Reaktionsgas (G) zuströmt, und/oder wobei das Ende bzw. die Enden der Versorgungsleitung(en) (9) an einer Ringleitung (10) oder an einem Ringleitungssegment bzw. an Ringleitungssegmenten angeschlossen ist, aus der bzw. aus denen das Reaktionsgas (G) über den Umfang verteilt ausströmt, und/oder wobei der Trägerflüssigkeitstand im Reaktorraum (R) im Wesentlichen konstant gehalten wird.
9. Bioreaktor (100) zur Kultivierung von Mikroorganismen, der aufweist:
- eine Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
- eine Stützstruktur (6) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, und bevorzugt
- eine Versorgungseinrichtung (7) nach einem der Ansprüche 7oder 8.
10. Bioreaktor (100) nach Anspruch 9, wobei der äußere Mantelbereich (2) und/oder der innere
Mantelbereich (3) aus mindestens einem Folienteil (la, lb, lc) gebildet ist,
wobei der Folienteil (la, lb, lc) zumindest bereichsweise
- einen flexiblen Folienteilbereich (laf),
einen zumindest bereichsweise konkaven Profilquerschnittsbereich (lasj), und/oder zumindest bereichsweise konvexen Profilquerschnittbereich (las2) aufweist,
wobei der Folienteil (la, lb, lc) zumindest bereichsweise überlappend in Bahnen (B) gewickelt ist, derart, dass der konkave Profilquerschnittsbereich (lasi) einer Bahn (Bi) mit einem konvexen Profilquerschnittbereich (las2) einer überlappend angeordneten benachbarten Bahn (B2) eine
Stützstruktur (6) und/oder eine Kühlstruktur (6) ausbildet.
11. Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen einer Folie insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem lichtdurchlässigen äußeren Mantelbereich und einem inneren Mantelbereich,
- Ausbilden eines Reaktorraums zwischen dem äußeren Mantelbereich und dem inneren Mantelbereich,
- Befestigen und/oder Abstützen der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren
Mantelbereich an eine Stützstruktur,
- Ausbilden einer Kontur durch die Stützstruktur der Folie im äußeren Mantelbereich und/oder im inneren Mantelbereich, wobei die Kontur einen Umwälzvorgang einer Trägerflüssigkeit im Inneren des Reaktorraums begünstigt, und
- Bringen des Reaktorraums mit einer Versorgungseinrichtung in Fluidverbindung.
12. Verfahren zur Kultivierung von Mikroorganismen in einem Bioreaktor nach Anspruch 9 oder 10, wobei
- die Versorgungseinrichtung den durch die Folie und der Stützstruktur ausgebildeten Reaktorraum mit Trägerflüssigkeit und/oder Reaktionsgas versorgt, wobei
- sich während eines Kultivierungsvorgangs eine Trägerflüssigkeit in dem Reaktorraum befindet, wobei
- während des Kultivierungsvorgangs Reaktionsgas im unteren Bereich des Reaktorraumes (R) zuströmt und im oberen Bereich des Reaktorraumes abströmt, und wobei
- im Inneren des Reaktorraumes im Bereich der Kontur Umwälzvorgänge der Trägerflüssigkeit stattfinden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Umwälzvorgänge zumindest einen Teil der Trägerflüssigkeit, vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des äußeren
Mantelbereichs (2) befindet, mit Teilen der Trägerflüssigkeit, vorzugsweise im Wesentlichen alles an Trägerflüssigkeit, die sich in der Nähe des inneren Mantelbereich (3) befindet, austauschen.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
wobei während des Kultivierungsvorgangs die Menge an Trägerflüssigkeit im Wesentlichen konstant ist, oder
die Trägerflüssigkeit kontinuierlich oder in vorbestimmten Zeitintervallen durch den Reaktorraum strömt, wobei die Trägerflüssigkeit bevorzugt eine mit den Umwälzvorgängen überlagerte Strömung aufweist, deren Strömungsrichtung mit der des Reaktionsgases im Wesentlichen übereinstimmt oder der Strömungsrichtung des Reaktionsgases im Wesentlichen entgegengesetzt ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Reaktorraum mittels dem die Stützstruktur durchströmenden Fluid temperiert wird, und/oder wobei die den inneren Freibereich (B) durchströmende Umgebungsluft den Reaktorraum kühlt.
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