WO2015014466A1 - Verfahren und einrichtung zur erzeugung von biomasse für futtermittel - Google Patents

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WO2015014466A1
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Rogmans, Maria
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    • C12M47/02—Separating microorganisms from the culture medium; Concentration of biomass

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for producing biomass for animal feed, according to
  • Feed, in particular for pig, cattle and poultry farming, is mostly produced from land plants.
  • the cultivation of the land plants takes time in the usual growth periods in the annual cycle to complete. That means that the
  • Feed production must be timed after global harvests and, moreover, feed plants must be transported over long distances.
  • composition in particular reproducible to produce certain valuable amino acids.
  • the invention is therefore based on the object
  • the core of the process according to the invention is that the aquatic culture surfaces of the photobioreactor are divided within it into zones in which
  • compositions are used and harvested cyclically, and that the distribution of
  • fat-producing plants are imported from other parts of the world, or at least grown and harvested on other fields, than plants containing protein and / or starch. This leads in the prior art to a considerable logistical effort.
  • Feed production are available.
  • a mixture of different, preferably but not exclusively aquatic, plants in zones of stacked cultivated areas is cultivated simultaneously.
  • Low-light zones these are the lower levels in the stacks, preferably classic low-light plants, such as duckweed generated.
  • Each specific plant also has specific ingredients.
  • Cultivated areas are divided into zones so that the cyclical harvests available there are different
  • Plants from which a mixture is prepared later, in terms of their content concentrations correspond approximately to the desired ingredient distribution in the resulting animal feed.
  • Dairy lentils with a yield of about 200 to 350 grams per m2 per day provide the crude protein and starch, while an aquatic fat plant provides the crude fat and, for example, a squirrel crassipes with a yield of 1,500 grams per m2 per day of fiber supply ,
  • the cultivated areas are divided into corresponding zones, so that each of the zones daily available renewable crops with a respective resident plant when mixing the cyclically available crops already result in the above-intended ingredients in the feed.
  • Crude proteins and starch in certain duckweed lies exactly in the above range of values.
  • Fibers are at the o.g. Eichhornia approximately in the specified value range.
  • 2nd zone from the top second to fifth floor (ie 4 floors) with FETTPFLANZE. Area fraction 0.3 with approx. 200 grammes / m2 day fresh mass and 30 grammes TS. 3rd zone: from the top sixth to the tenth floor, (ie 5 floors) with duckweed. Area share 0.4 with
  • the zones consist of bright and faint areas, and that cultivated in normal light cultured aquatic plants tend to be cultivated in the bright zones, and that in the low-light zones targeted aquatic Schwachloisesse be cultivated.
  • Low light zones preferably duckweed are cultivated.
  • Eichhornia crassipes or nastrium officinalis can be cultivated in the more heavily lit zones.
  • the zones are illuminated by daylight incident from outside onto the photobioreactor. This is the most energy efficient method of cultivation. This is sufficient for the low light plants, such as duckweed, to be able to stack these too.
  • the zones or at least a part of the zones or a part of the existing culture surfaces at least partially through
  • Photobioreactor light moderately temporally shaded so, and undesirable algae growth so that it is immediately repressible, without affecting the rest of the desired crop growth appreciable.
  • the aquatic plant-culture zones essentially have the ratio of these
  • the amino acids lysine, methionine and valine are of very special importance and therefore highly desirable. This in turn means that it is precisely these amino acids that affect the value of the animal feed obtained from it insignificantly. Exactly these amino acids, however, can be optimized with the culture system according to the invention and culture method with a short reaction time (1 day).
  • the said crop zones are harvested cyclically or daily as the need for the respective crops with their specific
  • regrowing plant quantity is already adjusting self-regulating essentially by the daily harvested plant quantity.
  • DN is proportional to N (0). This means that partial harvesting always results in a stimulation of stimulation that is approximately proportional to that taken
  • the desired harvest quantities in the said zones can thus be controlled in such a way that the desired raw material composition can actually be taken from the entire reactor at the end and readily processed into feed without intermediate storage areas being required.
  • Types of water lentil for said feed production CPVO 2009/0984 Lemnacea minor HENRY BLANKE and / or CPVO 2010/0853 Lemnacea minor HENRY Allegro and / or CPVO 2010/0854 Lemnacea minor HENRY Vitesse and / or CPVO 2010/0857 Lemnacea minor HENRY Legato and / or CPVO 2010/0855 Lemnacea minor HENRY DaCapo and / or CPVO 2010/0856 Lemnacea minor HENRY Forte and / or CPVO 2010/0858 Lemnacea minor HENRY Maria and / or
  • Another very considerably advantageous embodiment is to further increase the proteins by the addition of urea and / or sulfur into the culture water of said duckweed.
  • Dulcium due to its texture of open-pored small leaflets after partial or total drying shows a significant absorbent effect, in particular in relation to fats and / or oils and / or glycerin and / or sugar-containing solutions and / or tannins, as well as other liquids. This effect can be at the
  • the partially or completely dried duckweed provides a kind of matrix in which these substances can be introduced. That not the substrate, but the duckweeth itself, which forms the substrate, incorporates these substances in their plant matrix.
  • the inclusion of such duckweed by the animal in a much easier to digest and more efficient manner with the substances mentioned
  • aquatic culture surfaces of the photobioreactor are divided within the same, in which
  • compositions are used and harvested cyclically, so that the zones by grouping stack racks of the cultivated areas in the
  • Photobioreactor are formed from which then the there achievable harvesting of cultivated plant varieties or plant species in about the same ratio, as the composition of the ingredients cultivated on each of them in relation to the
  • desired ingredient composition of the feed to be produced from a mixture of these harvested plants.
  • the photobioreactor is quasi an in situ supplier of predeterminable plant raw material for the direct
  • the system can be designed as an open system in this variant. Since each of the culture pans in the stack is initially a separate culture system separate from the other pans, the system can also be operated openly, and there is only a quasi logistical subdivision of zones with
  • the said zones within the photobioreactor are sealed off from each other by foil, plastic, or glass walls. This is always the case, even if different CO2 concentrations are desired, or if certain plant candidates for the maintenance of crops special conditions need.
  • shading curtains are provided zone-wise or in the entire photobioreactor, with a controlled partial to total temporary
  • Cultivated areas of undesirable algae growth can be achieved.
  • an inventive feed, or compound feed, or feed mixture, or animal litter for stables in animal husbandry prepared according to one of claims 1 to 13 given, and wholly or partially provided with at least one component consisting of duckweed according to claim 11.
  • Figure 1 shows the schematic structure and the interaction of the individual components for the In-situ provision of the harvested plant varieties for the production of a compound feed.
  • Photobioreactors stacking systems 2 are arranged, on which the individual culture tubs 3 for aquatic
  • Plants are placed on top of each other, with a space in between, such that enough is enough
  • low light aquatic crops It has special suitability as an aquatic low light plant in Lemnacea and other duckweed.
  • light-fast culture tubs can be cultivated also aquatic plants, which are only suitable for high light.
  • Essential to the present invention is that the photobioreactor, i. also the totality of all
  • Culture tubs (stack) is divided into zones. In the example shown, this is the left zone for the plant variety A, the middle zone for the plant variety B, and the right zone for the plant variety A *.
  • Plant variety A * in this case means that it is biologically the same variety A as in the left zone, but cultivated in the right zone on another culture water with a different fertilising agent, therefore variety A *.
  • Skimming method harvested which creates at the Skimmingkante a local wave in the culture tank, with which a part of the culture surface is sloshed over the edge of the ski.
  • the desired harvest quantity can be harvested according to the raw material requirement of the forage production in each zone, depending on the variety.
  • the respective harvest quantities are matched to the respective content-related contribution of each respective variety.
  • the unique feature of such a crop facility for feed production is that the DAILY harvests are controlled as needed.
  • the biological knowledge is used that, for example, water lentil cultures by harvesting, which is nothing more than a thinning of the density of culture, the rate of new offspring is directly influenced.
  • the daily partial harvest thus amounts to approx. 20% to 30% of the current cultivated density (plant density per m2).
  • the plants automatically adapt to the density of culture and thus their population rate. That is, it grows against a boundary density and then stops populating until it is harvestered again. Even if a crop is harvested harder, then the growth rate in the Malthus-Verhülst curve is at a larger gradient of population growth.
  • the values automatically obtained there in the rapid analysis device can be generated separately in manipulated variables both for the skimmers 20 to 22 and for the fertilizer injectors 10 for each zone. These then control the tracked "fertilizer cocktail" the respective culture water mixer 11 of the respective zone added.
  • the plant can be quickly converted by appropriate specifications in the rapid analysis device, or produced with high precision, a highly reproducible high quality compound feed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Erzeugung von Biomasse zumindest teilweise aus aquatischen Pflanzen bestehend, zur Produktion von Futtermitteln für die Tier- oder Nutztierernährung, wobei die Pflanzen in einem mit gestapelten Kulturflächen versehenen geschlossenen Photobioreaktor erzeugt werden, gemäß Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 12. Um hierbei zu erreichen, dass ein reproduzierbarer direkter Eingriff auf die aktuelle Pflanzenproduktion im Hinblick auf die erwünschte resultierenden Futtermittelmischung erzeugt wird, ist erfindungsgem angegeben, dass die aquatischen Kulturflächen des Photobioreaktors innerhalb desselben in Zonen eingeteilt sind, in welchen unterschiedliche Pflanzensorten und/oder Pflanzengattungen mit unterschiedlichen inhaltsstofflichen Zusammensetzungen herangezogen und zyklisch geerntet werden, und dass die Aufteilung der Zonen in Bezug auf die dort erzielbaren Ernten in etwa dem gleichen Verhältnis folgt, wie die Inhaltsstoffzusammen- setzung der darauf jeweils kultivierten Pflanzen in Bezug auf die angestrebte Inhaltsstoffzusammen- setzung des aus einer Mischung dieser geernteten Pflanzen herzustellenden Futtermittels.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Biomasse für
Futtermittel
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Erzeugung von Biomasse für Futtermittel, gemäß
Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 14.
Futtermittel insbesondere für die Schweine-, Rinder-, und Geflügelzucht werden zu allermeist aus Landpflanzen hergestellt. Die Kultivierung der Landpflanzen nimmt zeitlich die üblichen Wachstumsperioden im Jahreszyklus in Anspruch. Das bedeutet, dass sich die
Futtermittelproduktion zeitlich nach den globalen Ernten richten muss, und außerdem die Futterpflanzen über weite Entfernungen transportiert werden müssen.
Da Landpflanzen langsamwüchsig sind, und außerdem deren Inhaltsstoffe nur mit einer zeitlichen Trägheit von mehreren Wochen durch Düngegaben beinflussbar sind, muss oft ein erheblicher Aufwand getrieben werden, um
Futtermittel mit einer stabilen inhaltsstofflichen
Zusammensetzung, insbesondere auf bestimmte wertvolle Aminosäuren hin reproduzierbar herzustellen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde,
Futtermittel insbesondere auf der Basis geeigneter aquatischer Pflanzen aufzubauen und vor allem dabei eine stetige Pflanzenkultivierung und Futtermittelproduktion aufeinander abgestimmt geichzeitig zu optimieren.
Die gestellte Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst .
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 angegeben.
Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art ist die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 14 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Einrichtung sind in den übrigen abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein vorteilhaftes Futtermittel ist in Anspruch 19 angegeben .
Kern der verfahrensgemäßen Erfindung ist, dass die aquatischen Kulturflächen des Photobioreaktors innerhalb desselben in Zonen eingeteilt sind, in welchen
unterschiedliche Pflanzensorten und/oder
Pflanzengattungen mit unterschiedlichen
inhaltsstofflichen Zusammensetzungen herangezogen und zyklisch geerntet werden, und dass die Aufteilung der
Zonen in Bezug auf die dort erzielbaren Ernten der dort kultivierten Pflanzensorten oder Pflanzengattungen in etwa dem gleichen Verhältnis folgt, wie die
InhaltsstoffZusammensetzung der darauf jeweils
kultivierten Pflanzen in Bezug auf die angestrebte InhaltsstoffZusammensetzung des aus einer Mischung dieser geernteten Pflanzen herzustellenden Futtermittels.
Mit einem solchen Kulturverfahren in einer solchen
Kultureinrichtung ist es erstmalig möglich, aus einer einzigen zusammenhängenden Kultureinrichtung insgesamt eine Mischung von Pflanzen zu generieren, aus denen im Verhältnis der verfügbaren Erntemengen und der jeweiligen InhaltsstoffZusammensetzungen direkt ein angestrebtes ausgewogenes Futtermittel erzeugbar ist.
Im Gegensatz dazu ist es im Stand der Technik üblich, Futterpflanzen zu unterschiedlichen Erntezeitpunkten von überall auf der Welt importieren zu müssen, um daraus ein ernährungsphysiologisch ausgewogenes Futtermittel herzustellen .
So werden zum Beispiel Fett liefernde Pflanzen, aus anderen Erdteilen importiert, zumindest aber auf anderen Äckern angebaut und geerntet, als die Protein und/oder Stärke enthaltenden Pflanzen. Dies führt im Stand der Technik zu einem erheblichen logistischen Aufwand.
Überdies müssen große Lagervolumen geschaffen werden, damit die zumeist zu unterschiedlichen Zeiten geernteten Pflanzen zeitlich koordiniert bei der
Futtermittelherstellung zur Verfügung stehen.
Dies alles wird mit der Erfindung überwunden.
So wird erfindungsgemäß innerhalb eines an einem Standort vorhandenen Photobioreaktors sogleich eine Mischung verschiedener, vorzugweise aber nicht ausschließlich aquatischer Pflanzen in Zonen gestapelter Kulturflächen gleichzeitig kultiviert. Dabei werden die gestapelten Kulturflächen in
Schwachlichtzonen und in Starklichtzonen aufgeteilt.
Für den Fall dass solche Photobioreaktoren nur mit natürlichem Licht beleuchtet werden, werden in den
Schwachlichtzonen, das sind die unteren Etagen in den Stapeln, vorzugsweise klassische Schwachlichtpflanzen, wie Wasserlinsen generiert.
In den Starklichtzonen, meist ganz oben, können dann weitere Pflanzen, wie schnellwüchsige Sumpfpflanzen oder schnellwüchsige Landpflanzen kultiviert werden, die eine Futtermitteleignung aufweisen.
Ein solcher Photobioreaktor mit gestapelten Kulturflächen lässt somit schon in Zonen mit unterschiedlichem
Pflanzenbesatz aufteilen.
Dabei weist jede spezifische Pflanzen auch spezifische Inhaltsstoffe auf.
Bei der Herstellung einer Futtermittels kommt es auf eine ausgewogene Zusammensetzung von Fett, Proteinen, Stärke, sowie Faserstoffen und Spurenelementen an.
Erfindungsgemäß werden nun die gesamt verfügbaren
Kulturflächen in Zonen so aufgeteilt, dass die dort jeweils verfügbaren zyklischen Ernten unterschiedlicher
Pflanzen aus denen später eine Mischung hergestellt wird, in Bezug auf Ihre Inhaltsstoffkonzentrationen in etwa der gewünschten Inhaltsstoffverteilung im resultiereden Futtermittel entsprechen.
Hierzu ein anschauliches Beispiel:
Beispielhaft sei ein Futtermittel gewünscht mit etwa 35% Rohproteinen (R-Wert) , 7 % Stärke (S-Wert) ,
10% Rohfett (T-Wert) ,
30% Faserstoffe (U-Wert)
X Vitamine und Spurenelemente .
Wasserlinsen mit einer Erntemenge von ca 200 bis 350 gramm pro m2 und Tag, liefern dabei das Rohprotein, und die Stärke, während eine aquatische Fettpflanze das Rohfett liefert, und bspw eine Eichhornia crassipes mit einer Erntemenge von 1.500 gramm pro m2 und Tag die Faserstoffe liefert.
Nunmehr werden die Kulturflächen in entsprechende Zonen aufgeteilt, so dass die aus den Zonen jeweils täglich verfügbaren nachwachsenden Erntemengen mit einer jeweils dort angesiedelten Pflanze bei Mischung der zyklisch verfügbaren Erntemengen schon die oben angestrebten Inhaltstoffe im Futtermittel ergeben. Rohproteien und Stärke liegt bei bestimmten Wasserlinsen genau im oben angegebenen Wertebereich.
Faserstoffe liegen bei der o.g. Eichhornia in etwa im angegebenen Wertebereich.
So ergibt sich eine erfindungsgemäße Aufteilung der Kulturflächen bei einem Photobioreaktor mit 10 Etagen wie folgt . 1. Zone : oberste Etagen mit Eichhornia.
Flächenanteil 0,1 mit durchschnittlich
1.500 gramm/m2 Tag Frischmasse und 120 gramm TS
(Trockensubstanz) . 2. Zone: von oben zweite bis fünfte Etage (also 4 Etagen) mit FETTPFLANZE. Flächenanteil 0,3 mit ca 200 gramm/m2 Tag Frischmasse und 30 gramm TS. 3. Zone: von oben sechste bis zehnte Etage, (also 5 Etagen) mit Wasserlinse. Flächenanteil 0,4 mit
durchschnittlich 350 gramm / m2 Tag Frischmasse und 35 gramm TS . Ergibt in der Mischung das o.g. angestrebte Ziel.
Aufgrund der Vielfalt die die nachfolgend genannten Wasserlinsen bezüglich ihrer jeweilig verschiedenen Inhaltsstoffe bieten, können auch Photobioreaktoren mit im wesentlichen Bestückung verschiedener
Wasserlinsensorten betrieben werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass nach dem Kulturverfahren im wesentlichen aquatische Pflanzen gezogen, d.h. kultiviert und geerntet werden. Diese sind besonders schnellwüchsig, insbesondere die Wasserlinsen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Zonen aus lichtstarken und lichtschwachen Zonen bestehen, und dass in den lichtstarken Zonen tendenziell bei Normallicht kultivierbare aquatische Pflanzen kultiviert werden, und dass in den Iichtschwachen Zonen gezielt aquatische Schwachlichtpflanzen kultiviert werden. Im praxi bedeutet das, dass in den
Schwachlichtzonen vorzugsweise Wasserlinsen kultiviert werden. In den stärker beleuchteten Zonen können beispielsweise Eichhornia crassipes oder nastrium officinalis kultiviert werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Zonen durch von außen auf den Photobioreaktor einfallendes Tageslicht beleuchtet werden. Dies ist die energieeffizienteste Anbaumethode. Dies ist für die Schwachlichtpflanzen, wie Wasserlinsen ausreichend, um diese auch noch stapeln zu können.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet, dass die Zonen oder zumindest ein Teil der Zonen oder ein Teil der vorhandenen Kulturflächen zumindest teilweise durch
Kunstlicht beleuchtet werden. Somit ist die künstliche Beleuchtung nicht ausgeschlossen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass zumindest im Bereich der lichtstarken Zonen der
Photobioreaktor lichtmäßig temporär derart abgeschattet wird, und unerwünscht auftretender Algenwuchs damit sofort wieder unterdrückbar ist, ohne dabei das übrige gewünschte Kulturwachstum nennenswert zu beeinträchtigen. Mit dieser sehr einfachen Methode lässt sich die
unerwünschte Bildung von Algen in den aquatischen
Kulturen sehr schnell und sehr effektiv unterdrücken. Die Kulturen aus Schwachlichtpflanzen arrangieren sich durchaus temporär mit einer nehezu totalen Abschattung und überleben dabei. Algen jedoch nicht, weil Algen extrem sensibel auf Reduktion des Lichtes reagieren und dabei sehr schnell absterben. Auf diese Weise wird beispielsweise eine mit Algen infizierte Wasserlinsen- Kulturfläche auf sehr effiziente, schnelle und einfache Weise von Algen befreit. Dieser Vorgang ist wegen der kurzen Generationszeiten von Wasserlinsen beliebig oft wiederholbar .
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass von den besagten Kulturflächen in den besagten Zonen neben der täglichen oder wöchentlichen Teilbeerntung tägliche Pflanzenproben entnommen und sofort auf
Inhaltsstoffe untersucht werden, und abhängig vom jeweiligen dann vorliegenden Analyseergebnis sofort die DüngestoffZusammensetzung und/oder Düngestoffmenge zu den besagten Kulturflächen geändert oder angepasst wird, an die damit erzielbaren InhaltsstoffZusammensetzungen der dann nachfolgend wieder geernteten Pflanzen.
Ein solches so schnell reagierendes nachwachsendes
Kultursystem ist nur mit aquatischen Plfanzen der genannten Gattungen möglich.
Im Vergleich dazu sei eine Anbaufläche mit Landpflanzen als Futtermittelrohstoff betrachtet. Eine Veränderung der InhaltsstoffZusammensetzung bei Landpflanzen durch
Düngegaben kann erst Monate später bei der Ernte
analysiert werden, und Rückschlüsse herbeiführen. Diese können aber erst in der nächsten Wuchsperiode
berücksichtigt werden.
Bei dem vorliegenden System eines Kultureaktors mit schnellwüchsigen aquatischen Pflanzen hingegen kann die kausale Veränderung der Inhaltsstoffe sofort einen Tag später berücksichtigt werden.
Im Übrigen lässt sich erst durch diese kurzen
Reaktionszeiten überhaupt erst eine in- situ gesteuerte Rohstoffanpassung am verwendeten Erntegut vornehmen. Dies ist neben den optimalen Proteinwerten selbst,
insbesondere bei Wasserlinsen, ein hervorstechendes Merkmal der erfindungsgemäßen Vorgehensweise.
Auf diese Weise wird nicht mehr Rohstoff für Futtermittel produziert als auch benötigt wird, und außerdem wird eine Lagerung von pflanzlichen Rohstoffen völlig überflüssig. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die aquatischen Pflanzenkulturzonen im wesentlichen auf das Verhältnis der diesen besagten
Pflanzenkulturzonen in den Pflanzen generierten
unterschiedlichen Aminosäuren hin derart optimiert werden, dass der Rohstoffeintrag dieser Pflanzen die jeweilige Aminosäure im gewünschten Maße zum Futtermittel beiträgt .
In Futtermitteln sind die Aminosäuren Lysin, Methionin und Valin von ganz besonderer Bedeutung und daher hoch erwünscht. Dies wiederum bedeutet, dass gerade diese Aminosäuren den Wert des daraus gewonnenen Futtermittels nicht unerheblich beeinflussen. Genau diese Aminosäuren lassen sich aber mit dem erfindungsgemäßen Kultursystem und Kulturverfahren mit kurzer Reaktionszeit (1 Tag) optimieren.
In besonderer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die besagten Pflanzenkulturzonen zyklisch oder täglich so beerntet werden, wie der Bedarf an den jeweiligen Kulturpflanzen mit ihren spezifischen
Inhaltsstoffen in der laufenden Produktion des jeweiligen Futtermittels besteht, wodurch durch die zyklische oder tägliche Beerntung auf diese Weise der zyklische oder tägliche Nachwuchs dieser Pflanze in der Erntemenge bedarfsgeregelt gesteuert wird.
Hierbei muss man wissen, dass sich die täglich
nachwachsende Pflanzenmenge bereits im Wesentlichen durch die täglich abgerntete Pflanzenmenge selbstregulierend nachstellt .
Hierbei ist das Wachstum einer solchen Kultur nach dem
Verlauf nach „ althus" und „Verhülst" zu betrachten. Die Generation neuer Pflanzen ist immer proportional zu der Menge der nach der Ernte zurückgelassener Pflanzen.
D.h. DN ist proportional N(0) . Dies bedeutet, dass durch eine Teilbeerntung immer eine uchstimulation in etwa proportial zur entnommenen
Erntemenge erzeugt wird, weil jede Teilernte eine
Ausdünnung der aquatischen Pflanzendichte auf den
Kulturflächen erzeugt. D.h. durch das erfindungsgemäße Verfahren lassen sich somit die gewünschten Erntemengen in den besagten Zonen so steuern, dass auch tatsächlich die gewünschte RohstoffZusammensetzung am Ende aus dem gesamten Reaktor entnommen und sogleich in Futtermittel verarbeitet werden kann, ohne dass Zwischen-Lagerflächen benötigt werden.
Dies ist mit keiner Landpflanze möglich, und verbessert die Verfahren zur Herstellung von Futtermittel ganz enorm.
Außerdem müssen keine Pflanzen mehr aus anderen Erdteilen herantransportiert und dann noch aufwändig gelagert werden, wobei die Lagerung des Pflanzensubstrates wichtige Inhaltstoffe bei der Lagerung zerfallen lässt. All diese Probleme sind mit dem vorliegenden Verfahren gelöst. Außerdem können die Pflanzen für die Futtermittel gleich vor Ort produziert werden, weil durch das
hocheffiziente Indoorfarming auf gestapelten aquatischen Kulturflächen das Pflanzenmaterial geopraphisch nahezu standortunabhängig ohne Transportwege und Lagerung zur Verfügung steht .
Dies bietet außerdem ganz erhebliche ökologische
Perspektiven.
Besonders vorteilhaft ist die Verwendung folgender
Wasserlinsensorten zur besagten Futtermittelproduktion: CPVO 2009/ 0984 Lemnacea minor HENRY BLANKE und/oder CPVO 2010 / 0853 Lemnacea minor HENRY Allegro und/oder CPVO 2010 / 0854 Lemnacea minor HENRY Vitesse und/oder CPVO 2010/0857 Lemnacea minor HENRY Legato und/oder CPVO 2010/0855 Lemnacea minor HENRY DaCapo und/oder CPVO 2010/0856 Lemnacea minor HENRY Forte und/oder CPVO 2010/0858 Lemnacea minor HENRY Maria und/oder
CPVO 2010/0859 Lemnacea minor HENRY Josef und/oder
CPVO 2010/0936 Spirodela HENRY Big Mama
verwendet werden .
Diese propagieren allesamt ganz hervorragend und sind inhaltsstofflich so verschieden, dass sich diese für den genannten verfahrensgemäßen Zweck einer Mischung zur Futterherstellung ganz erheblich eignen.
Eine weitere ganz erheblich vorteilhafte Ausgestaltung ist, die Proteine durch die Zugabe von Harnstoff und/oder Schwefel ins Kulturwasser der besagten Wasserlinsen noch weiter anzuheben.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die genannte geerntete Biomasse zumindest
teilgetrocknet wird, und zumindest im Maß dieser
Reduktion des Wassergehaltes mit Fetten und/oder Ölen und/oder Glycerin und/oder zuckerhaltige Lösungen und/oder Tanine versetzt wird.
Weiterhin ist vorteilhaft ausgestaltet,
dass die genannte geerntete Biomasse zumindest
teilgetrocknet wird, und desweiteren mit einem oder mehreren Arzneimitteln, und/oder Vitaminen, und/oder Spurenelementen versetzt wird.
Hierzu hat sich gezeigt, dass insbesondere die
Wasserlinse aufgrund ihrer Textur der offenporigen kleinen Blättchen nach teilweiser oder gesamter Trocknung eine erhebliche aufsaugende Wirkung zeigt, insbesondere in Bezug auf Fette und/oder Öle und/oder Glycerin und/oder zuckerhaltige Lösungen und/oder Tanine, sowie andere flüssige Stoffe. Dieser Effekt kann bei der
Herstellung von Futtermitteln aus solchen Wasserlinsen vorteilhaft genutzt werden, um ein auf der Basis von Wasserlinsen hergestelltes Futtermittel weiter
aufzuwerten und energetisch noch weiter anzureichern. Das Versetzen der Biomassen bzw des daraus gewonnenen Futtermittels mit Taninen oder ähnlich wirkenden Stoffen zur Reduktion der Gasbildung im Tierdarm führt zu einer vorteilhaft einfachen Verabreichung dieser Stoffe in der Tierhaltung .
Für alle diese genannten Stoffe liefert die teilweise oder ganz getrocknete Wasserlinse eine Art Matrix in welche diese genannten Stoffe eingebracht werden können. D.h. nicht das Substrat, sonderen die Wasserlinse selbst, die das Substrat bildet, inkorporiert diese Stoffe in ihrer Pflanzenmatrix. Damit werden bei Aufnahme solcher Wasserlinsen durch das Tier in erheblich bekömmlicherer und effizienterer Weise die genannten Stoffe mit
aufgenommen, als wenn diese Stoffe nur in das Futter mit eingerührt werden. Im Hinblick auf eine Einrichtung der gattungsgemäßen Art, besteht der Kern der Erfindung darin, dass die
aquatischen Kulturflächen des Photobioreaktors innerhalb desselben in Zonen eingeteilt sind, in welchen
unterschiedliche Pflanzensorten und/oder
Pflanzengattungen mit unterschiedlichen
inhaltsstofflichen Zusammensetzungen herangezogen und zyklisch geerntet werden, derart dass die Zonen durch Gruppierung von Stapelracks der Kulturflächen im
Photobioreaktor gebildet sind, aus denen dann die dort erzielbaren Ernten der dort kultivierten Pflanzensorten oder Pflanzengattungen in etwa dem gleichen Verhältnis folgen, wie die InhaltsstoffZusammensetzung der darauf jeweils kultivierten Pflanzen in Bezug auf die
angestrebte InhaltsstoffZusammensetzung des aus einer Mischung dieser geernteten Pflanzen herzustellenden Futtermittels .
So ist der Photobioreaktor quasi In- situ-Lieferant von vorbestimmbarem Pflanzenrohstoff für die direkt
angeschlossene Futtermittelproduktion.
In vorteilhafter Weise ist ausgestaltet, dass die besagten Zonen innerhalb des Photobioreaktors gegenüber den anderen Zonen unabgeschottet sind. Das System kann in dieser Variante als offenes System ausgebildet sein. Da jede der Kulturwannen im Stapel zunächst ein eigenes, von den anderen Wannen getrenntes Kultursystem ist, kann das System auch offen betrieben werden, und es erfolgt nur eine quasi logistische Unterteilung von Zonen mit
Kulturwannen jeweils anderer Pflanzen oder jeweils anderer Düngegaben.
Alternativ dazu kann es aber auch vorteilhaft sein, dass die besagten Zonen innerhalb des Photobioreaktors gegeneinander durch Folien-, Kunststoff-, oder Glaswände abgeschottet sind. Dies ist immer dann gegeben, wenn auch unterschiedliche C02 -Konzentrationen gewünscht sind, oder wenn bestimmte Pflanzenkandidaten zur Reinerhaltung der Kulturen besondere Bedingungen brauch.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist angegeben, dass die Beerntung der aquatischen Pflanzen über das Fluten oder Ausfluten oder Abskimmen in der Art erfolgt, dass die Kulturflächen von Pflanzen jeweils einer Zone zusammenhängend unter koinzidenter Zusammenschaltung des Flutvorganges, des Ausflutvorganges , oder des
Abskimmvorganges gemeinsam beaufschlagt werden.
Auf diese Weise ist es möglich, die Ernte von Pflanzen unterschiedlicher Zonen auch zeitlich voneinander zu trennen, damit es nicht zu ungewollten, nicht
reproduzierbaren Durchmischungen verschiedener Pflanzen kommt, bevor diese in Ihrer verschiedenen
inhaltsstofflichen Zusammensetzungen erst später
vermischt werden .
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist
vorgeschlagen, dass Abschattungsvorhänge zonenweise oder im gesamten Photobioreaktor vorgesehen sind, mit der eine gesteuerte teilweise bis gänzliche temporäre
Lichtabschattung der Kulturflächen vornehmbar ist.
Auf diese Weise können bspw für Zeiträume von einem bis mehrer Tage, oder sogar nur Stunden Abschattungen derart vorgenommen werden, dass nur sämtliche aquatische
Pflanzen jedoch bis auf die Algen überleben.
Damit wird auf einfache Weise eine Befreiung der
Kulturflächen von unerwünschtem Algenbewuchs erzielt werden.
Schlussendlich ist ein erfindungsgemäßes Futtermittel, oder Mischfuttermittel, oder Futtermittelmischung, oder Tiereinstreu für Ställe bei der Tierhaltung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gegeben, und mit zumindest einer Komponente bestehend aus Wasserlinsen gemäß Anspruch 11 ganz oder teilweise versehen.
Die Erfindung ist in der Zeichnungen dargestellt, und nachfolgend näher erläutert .
Figur 1 zeigt den schematischen Aufbau und daran das Zusammenwirken der einzelnen Einzelkomponenten für die in-situ Bereitstellung der geernteten Pflanzensorten zur Herstellung eines Mischfutters.
Innerhalb des als Gewächshaus ausgebildeten
Photobioreaktors sind Stapelsysteme 2 angeordnet, auf denen die einzelnen Kulturwannen 3 für aquatische
Pflanzen versetzt übereinander platziert sind, mit einem Abstand dazwischen, derart, dass jeweilig genügend
Restlichteinfall auf die im wesentlichen
schwachlichtgeeigneten aquatischen Kulturpflanzen fällt. Besondere Eignung als aquatische Schwachlichtpflanzen liegt bei Lemnacea und anderen Wasserlinsen vor.
Im oberen Bereich der Stapel, d.h. in den oberen
lichtstarken Kulturwannen können auch aquatische Pflanzen kultiviert werden, die sich nur für Starklicht eignen. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass der Photobioreaktor, d.h. auch die Gesamtheit aller
Kulturwannen (Stapel) in Zonen unterteilt ist. Im dargestellten Beispiel ist dies die linke Zone für die Pflanzensorte A, die mittlere Zone für die Pflanzensorte B, und die rechte Zone für die Pflanzensorte A* .
Pflanzensorte A* bedeutet in diesem Fall, dass es sich biologisch um die gleiche Sorte A, wie in der linken Zone handelt, die in der rechten Zone jedoch auf einem anderen Kulturwasser mit anderer Düngegabe kultiviert wird, daher Sorte A* .
Der Grund dafür ist, dass es bspw Wasserlinsensorten gibt, die bei unterschiedlicher Düngemittelgabe auch unterschiedliche inhaltsstoffliche Zusammensetzungen zeigen. Auf diese Weise kann bspw bei Kultivierung ein und derselben Sorte A eine andere Ausprägung des
Rohproteingehaltes oder sogar bestimmter Aminosäuren vorliegen, wenn die Düngegaben im Kulturwasser
verschieden gehalten werden. So kann die Sorte A dann mit abweichender inhaltststoffliehen Zusammensetzung, d.h. hier als A* erscheinen.
Insgesamt ergeben sich so Kulturzonen mit Pflanzen unterschiedlicher Inhaltsstoffe, die so gewählt werden, dass die jeweils beigetragene Erntemenge dem gewünschten Mischungsanteil im Futter entspricht.
Hierzu müssen weitere Paramter berücksichtigt werden. So werden die Wasserlinsen, beispielsweise über ein
Skimmungverfahren geerntet, was an der Skimmingkante eine lokale Welle in der Kulturwanne erzeugt, mit der ein Teil der Kulturoberfläche über die Skimmingkante geschwappt wird. Über die Ansteuerbarkeit der Skimmer 20, 21, und 22 kann jeweils sortenspezifisch die gewünschte Erntemenge nach dem Rohstoffbedarf der Futterproduktion in jeder Zone geerntet werden. Die jeweilgen Erntemengen sind auf den jeweilgen inhaltsstofflichen Beitrag jeder jeweilgen Sorte abgestimmt.
Die einzigartige Besondereit einer solchen Kulturanlage für die Futtermittelproduktion ist, dass die TÄGLICHEN Ernten bedarfgeregelt steuerbar sind. Hierbei wird die biologische Erkenntnis genutzt, dass bspw Wasserlinsenkulturen durch die Beerntung, die nichts weiter ist als eine Ausdünnung der Kulturdichte, die Nachwuchsrate direkt beeinflussbar ist. Die tägliche Teilernte beträgt somit ca 20% bis 30% der aktuellen Kulturdichte (Pflanzendichte pro m2) .
Wenn eine Kultur bspw bedarfabhängig weniger beerntet wird, so stellen sich die Pflanzen in der Kulturdichte und damit in ihrer Populationsrate selbsttätig darauf ein. D.h. sie wächst gegen eine Grenzdichte und hört dann auf zu populieren, bis sie wieder stärker beerntet wird. Auch wenn eine Kultur mal stärker beerntet wird, dann ist die Nachwuchsrate im der Malthus-Verhülst -Kurve bei einem größeren Gradienten des Populationszuwachses. Somit geht in erfindungsgemäßer Weise auch die
Skimmmersteuerung in die Regelung der gewünschten
Erntemengen in Bezug auf den Anteil im finalen
Mischfutter ein. Anders als bei langsam wachsenden Landpflanzen lässt sich hier die implizierte InhaltstoffVeränderung schon bei der Ernte des nächsten Tages einstellen.
Aus diesem Grund ist es von Vorteil eine Schnellanalyse 40 gleich hinter den Ernteskimmern 20, 21, und 22 für jede Zone vorzunehmen.
Die dort in der Schnellanalyseeinrichtung automatisch erhaltenen Werte können in Stellgrößen sowohl für die Skimmer 20 bis 22 als auch für die Düngemittelinj ektoren 10 jeweils für jede Zone separat generiert werden. Diese steuern dann den nachgeführten „Düngecocktail" dem jeweilgen Kulturwassermischer 11 der jeweilgen Zone hinzu .
So entsteht ein System, in dem Futtermittelrohstoff täglich zur Verfügung steht, und zwar in einer
mengenmäßigen Abstimmung jeder Pflanzensorte zum
Mischfutter .
Außerdem kann die Anlage durch entsprechende Vorgaben in der Schnellanalyseeinrichtung schnell umgestellt werden, oder aber mit hoher Präzision ein in höchstem Maße reproduzierbares hochqualitatives Mischfutter produziert werden. Bezugazeichen
1 Photobioreaktor
2 StapelSystem
3 Kulturwannen
10 Düngeinjektoren
11 Kulturwasserzugabe
20 Skimmer A, für Sorte A
21 Skimmer B, für Sorte B
22 Skimmer A* , für Sorte A auf anderem Kulturwasser,
30 Futtermittelmischer
40 Schnellanalyse und Steuerung für Düngemittelgabe, und Skimmer

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Erzeugung von Biomasse zumindest
teilweise aus aquatischen Pflanzen bestehend, zur Produktion von Futtermitteln für die Tier- oder Nutztierernährung, wobei die Pflanzen in einem mit gestapelten Kulturflächen versehenen geschlossenen Photobioreaktor erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aquatischen Kulturflächen des
Photobioreaktors innerhalb desselben in Zonen eingeteilt sind, in welchen unterschiedliche
Pflanzensorten und/oder Pflanzengattungen mit unterschiedlichen inhaltsstofflichen
Zusammensetzungen herangezogen und zyklisch geerntet werden, und dass die Aufteilung der Zonen in Bezug auf die dort erzielbaren Ernten in etwa dem gleichen Verhältnis folgt, wie die InhaltsstoffZusammensetzung der darauf jeweils kultivierten Pflanzen in Bezug auf die angestrebte InhaltsstoffZusammensetzung des aus einer Mischung dieser geernteten Pflanzen herzustellenden Futtermittels.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass nach dem Kulturverfahren im wesentlichen aquatische Pflanzen gezogen, d.h. kultiviert und geerntet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zonen aus lichtstarken und Iichtschwachen Zonen bestehen, und dass in den lichtstarken Zonen tendenziell bei Normallicht kultivierbare Pflanzen kultiviert werden, und dass in den Iichtschwachen Zonen gezielt Schwachlichtpflanzen kultiviert werden .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zonen durch von außen auf den
Photobioreaktor einfallendes Tageslicht beleuchtet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, oder nach Anpruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zonen oder zumindest ein Teil der Zonen oder ein Teil der vorhandenen Kulturflächen
zumindest teilweise durch Kunstlicht beleuchtet werden .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest im Bereich der lichtstarken Zonen der Photobioreaktor lichtmäßig temporär derart
abgeschattet wird, unerwünscht auftretender
Algenwuchs damit sofort wieder unterdrückbar ist, ohne dabei das übrige gewünschte Kulturwachstum nennenswert zu beeinträchtigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass von den besagten Kulturflächen in den besagten Zonen neben der täglichen oder wöchentlichen
Teilbeerntung tägliche Pflanzenproben entnommen und sofort auf Inhaltsstoffe untersucht werden, und abhängig vom jeweiligen dann vorliegenden
Analyseergebnis sofort die DüngestoffZusammensetzung und/oder Düngestoffmenge zu den besagten
Kulturflächen geändert oder angepasst wird, an die damit erzielbaren InhaltsstoffZusammensetzungen der dann nachfolgend wieder geernteten Pflanzen.
. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass die aquatischen Pflanzenkulturzonen im
wesentlichen auf das Verhältnis der diesen besagten Pflanzenkulturzonen in den Pflanzen generierten unterschiedlichen Aminosäuren hin derart optimiert werden, dass der Rohstoffeintrag dieser Pflanzen die jeweilige Aminosäure im gewünschten Maße zum
Futtermittel beiträgt.
. Verfahren nach Anspruch 8 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die besagten Pflanzenkulturzonen zyklisch oder täglich so beerntet werden, wie der Bedarf an der jeweiligen Kulturpflanzen mit ihren spezifischen Inhaltsstoffen in der laufenden Produktion des jeweiligen Futtermittels besteht, wodurch durch die zyklische oder tägliche Beerntung auf diese Weise der zyklische oder tägliche Nachwuchs dieser Pflanze in der Erntemenge bedarfsgeregelt gesteuert wird.
0. Verfahren nach Anspruch 9 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass den besagten Pflanzenkulturen Harnstoff und/oder Schwefel zugeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Kulturpflanzen die Sorten
CPVO 2009/0984 Lemnacea minor HENRY BLANKE und/oder
CPVO 2010/0853 Lemnacea minor HENRY Allegro und/oder CPVO 2010/0854 Lemnacea minor HENRY Vitesse und/oder CPVO 2010/0857 Lemnacea minor HENRY Legato und/oder CPVO 2010/0855 Lemnacea minor HENRY DaCapo und/oder CPVO 2010/0856 Lemnacea minor HENRY Forte und/oder
CPVO 2010/0858 Lemnacea minor HENRY Maria und/oder CPVO 2010/0859 Lemnacea minor HENRY Josef und/oder CPVO 2010/0936 Spirodela HENRY Big Mama
verwendet werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden
Ansprüche ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte geerntete Biomasse zumindest teilgetrocknet wird, und zumindest im Maß dieser
Reduktion des Wassergehaltes mit Fetten und/oder Ölen und/oder Glycerin und/oder zuckerhaltige
Lösungen und/oder Tanine versetzt wird. 13. Verfahren insbesondere nach Anspruch 12 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die genannte geerntete Biomasse zumindest teilgetrocknet wird, und desweiteren mit einem oder mehreren Arzneimitteln, und/oder Vitaminen, und/oder Spurenelementen versetzt wird.
14. Einrichtung zur Erzeugung von Biomasse
zumindest teilweise aus aquatischen Pflanzen bestehend, zur Produktion von Futtermitteln für die Tier- oder Nutztierernährung, wobei die Pflanzen in einem mit gestapelten Kulturflächen versehenen geschlossenen Photobioreaktor erzeugt werden,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aquatischen Kulturflächen des
Photobioreaktors innerhalb desselben in Zonen eingeteilt sind, in welchen unterschiedliche
Pflanzensorten und/oder Pflanzengattungen mit unterschiedlichen inhaltsstofflichen
Zusammensetzungen herangezogen und zyklisch geerntet werden, derart dass die Zonen durch Gruppierung von Stapelracks der Kulturflächen im Photobioreaktor gebildet sind, aus denen dann die dort erzielbaren Ernten der dort kultivierten Pflanzensorten oder Pflanzengattungen in etwa dem gleichen Verhältnis folgen, wie die InhaltsstoffZusammensetzung der darauf jeweils kultivierten Pflanzen in Bezug auf die angestrebte InhaltsstoffZusammensetzung des aus einer Mischung dieser geernteten Pflanzen
herzustellenden Futtermittels.
5. Einrichtung nach Anspruch 14 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die besagten Zonen innerhalb des
Photobioreaktors gegenüber den anderen Zonen unabgeschottet sind.
6. Einrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die besagten Zonen innerhalb des
Photobioreaktors gegeneinander durch Folien- Kunststoff oder Glaswände abgeschottet sind.
7. Einrichtung nach Anspruch 14 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, dass die Beerntung der aquatischen Pflanzen über das Fluten oder Ausfluten oder Abskimmen in der Art erfolgt, dass die Kulturflächen von Pflanzen jeweils einer Zone zusammenhängend unter koinzidenter
Zusammenschaltung des Flutvorganges, des
Ausflut organges , oder des Abskimmvorganges
gemeinsam beaufschlagt werden.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet ,
dass Abschattungsvorhänge zonenweise oder im gesamten Photobioreaktor vorgesehen sind, mit der eine gesteuerte teilweise bis gänzliche temporäre Lichtabschattung der Kulturflächen vornehmbar ist.
19. Futtermittel, oder Mischfuttermittel, oder
Futtermittelmischung, oder Tiereinstreu für Ställe bei der Tierhaltung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 13, und mit zumindest einer
Komponente bestehend aus Wasserlinsen gemäß Anspruch
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