WO2020221761A1 - Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren - Google Patents

Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren Download PDF

Info

Publication number
WO2020221761A1
WO2020221761A1 PCT/EP2020/061787 EP2020061787W WO2020221761A1 WO 2020221761 A1 WO2020221761 A1 WO 2020221761A1 EP 2020061787 W EP2020061787 W EP 2020061787W WO 2020221761 A1 WO2020221761 A1 WO 2020221761A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
temperature device
led light
incubation container
arrangement
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/061787
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Horst Theisen
Original Assignee
RHENAC GreenTec AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RHENAC GreenTec AG filed Critical RHENAC GreenTec AG
Priority to EP20724429.4A priority Critical patent/EP3963042A1/de
Priority to US17/607,461 priority patent/US20220204897A1/en
Publication of WO2020221761A1 publication Critical patent/WO2020221761A1/de

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • C12M23/48—Holding appliances; Racks; Supports
    • 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
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/02—Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor
    • 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
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
    • 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
    • C12M31/00—Means for providing, directing, scattering or concentrating light
    • C12M31/10—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/06—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of illumination
    • 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/12—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of temperature
    • C12M41/18—Heat exchange systems, e.g. heat jackets or outer envelopes

Definitions

  • the invention relates to a light and temperature device for increasing and optimizing the production of biomass in bioreactors.
  • the invention relates to the provision of a light and temperature cuff for the production of microorganisms such as microalgae in photobioreactors.
  • microorganisms such as microalgae in photobioreactors.
  • microorganisms In such photobioreactors, predominantly microorganisms are multiplied and / or cultivated with light, CO 2 , nutrients as well as water and salts.
  • These microorganisms or their components are mainly used to extract oils, fuels, food, food additives, enzymes and proteins, pharmacological agents, chemical products, plastics, or are used in aquaculture, in animal feed, environmental technology and for cosmetics and care.
  • a bioreactor is a plant for the production of microorganisms outside of their natural and within an artificial technical environment.
  • the prefix “Photo” describes the ability of the bioreactor to cultivate phototrophs, that is, to use light for organisms that use their own energy. These organisms use the process of photosynthesis to build their own biomass from light and CO 2 . These organisms include plants, mosses, macroalgae, microalgae, cyanobacteria and purple bacteria.
  • the main goal of a photobioreactor is the controlled provision of a habitat that offers the optimal living conditions for the respective organism.
  • a photobioreactor enables significantly higher growth rates and purities than would be the case in a natural or nature-like environment.
  • Photobioreactors are therefore systems for the cultivation of mainly different eukaryotic organisms that live in water and carry out photosynthesis, such as microalgae.
  • Such systems are known from the prior art.
  • a widespread system for cultivating microorganisms is, for example, a tube circulation system, consisting of tubes that, by changing direction in repetitive loops, form a quasi-endless loop. In these tubes will be Cultivated microorganisms are kept in circulation and in motion by means of pump systems. In the closed circuit, the microorganisms grow - through the addition of carbon dioxide and nutrients that are brought into the system.
  • the growing phototrophic microorganisms also need light in order to carry out photosynthesis and to be able to grow.
  • the light is a decisive factor here for the optimal productivity of the entire phototrophic microorganisms or the entire system.
  • additional light is usually used.
  • light sources such as sodium vapor lamps or metal halide lamps are attached as additional exposure around the entire tube system or above this system.
  • the tube photobioreactors are additionally heated, which has proven to be unfavorable for the development of phototrophic microorganism cultures; the microalgae cultures tend to adhere to the glass tube surfaces as they heat up.
  • the object of the invention is therefore to overcome the disadvantages of the previously described photobioreactors, in particular that of the tube photobioreactors.
  • the aim is to improve the culture conditions for the growth of phototrophic microorganisms or other biomass producers, in particular by optimizing the availability of light within such a photobioreactor.
  • Another object of the invention is to set the temperature conditions as optimally as possible for the phototrophic microorganisms.
  • the objects are achieved by a light and temperature device according to the invention for optimizing the production of biomass in bioreactors according to the independent claim 1.
  • Advantageous developments and preferred designs are specified in the subclaims.
  • the LED light arrangement is arranged in relation to the incubation container in such a way that light radiation emanating from the LED light arrangement is directed towards the incubation container.
  • the cooling fins of the light arrangement are arranged so that they point away from the LED light arrays. The distance which can be present between the light arrangement and the incubation container is advantageously kept as small as possible from a structural point of view.
  • the incubation systems e.g. Tube systems can be converted from glass to plastic, because the constant temperature allows the expansion of the (tube) systems to be controlled. This also lowers the costs for the production of the bioreactor systems.
  • the light and temperature device according to the invention can be expected to increase the organic dry matter from currently around 10-15 grams / liter of circulating liquid to around 25-30 grams / liter.
  • the (tube) bioreactors could be designed with larger (tube) diameters, which significantly improves the plant productivity per unit area.
  • the arrangement of the cooling ribs behind the LED light arrays, with these pointing away from the LED light arrays, has the advantage that the waste heat from the LED light arrays can be dissipated away from the incubation container. This in turn has the consequence that the incubation container and thus the ones in it Microorganisms are not additionally heated and this results in unfavorable culture conditions for the microorganisms.
  • the releasable attachment of the light arrangement by at least one clamp has the advantage that the light and temperature device according to the invention can be adapted to the scaling of a photobioreactor system simply, quickly and as required.
  • the at least one fastening means of the light and temperature device according to the invention can also be constructed from various components.
  • the fastening means per se can represent any type of fastening means as long as it is suitable for the releasable attachment of the light and temperature device according to the invention to a translucent incubation container. It may be advantageous to use more than one fastening means in order to fasten several LED light assemblies to a translucent incubation container or to increase the stability of the entire light and temperature device which is fastened to the incubation container.
  • the fastening means can also be used to accommodate further optional elements such as measuring and / or monitoring devices.
  • the fastening means is a clamp.
  • microorganisms are understood to mean plants, mosses, macroalgae, cyanobacteria, purple bacteria, plankton and, above all, microalgae.
  • the light and temperature device according to the invention is preferably used for the cultivation of microalgae and is designed for this.
  • a bioreactor system or a photobioreactor system is understood to mean a system which is made up of various components, for example pipes, plates, foils or other components suitable for growing microorganisms.
  • a photobioreactor system includes pumps, inlet and outlet valves for nutrients, CO2, salts, water, etc. as well as fastening means for suspending or connecting the individual components.
  • an incubation container is understood to mean a component of a bioreactor system which mainly serves to store the microorganisms to multiply and / or cultivate.
  • Such an incubation container can have various geometric shapes. Tubes, plates, foils and / or hoses have proven to be particularly advantageous.
  • phototrophic microorganisms these are of course made of a translucent material so that the microorganisms can photosynthesize.
  • bioreactors have proven to be constructed as a tube photobioreactor, Christmas tree photobioreactor, plate photobioreactor or film photobioreactor.
  • the present light and temperature device according to the invention can be applied to this as well as to all common photobioreactors.
  • the light and temperature device is designed in the form of a sleeve. That is, the light and temperature device can be arranged or installed around an incubation container (e.g. arrangement around the tube lengths).
  • This light and temperature device designed as a sleeve and equipped with LED light arrays, ensures the best possible light supply for the microorganism cultures.
  • such a cuff has further components such as casing or sheathing parts in order to surround the individual components of the cuff around an incubation container, e.g. to arrange a tube and fix it with suitable fasteners (e.g. a clamp).
  • the light and temperature device comprises at least one channel for connecting cooling water or cooling liquid.
  • This channel runs through the LED light arrangement and can therefore be used for active cooling of the LEDs.
  • active cooling can be operated, for example, on hot days or more intensive light irradiation, and thus an optimal temperature level can be created for the multiplication of the microorganism culture.
  • a desired temperature input can be generated in the incubation container (e.g. tube system), so that the same climate can be cultivated all year round, regardless of location.
  • the device has suitable connections for the supply and discharge of water or coolant.
  • it has at least one electrical interface for connecting measuring and / or monitoring devices.
  • measuring and / or monitoring devices can include, for example, various cameras, such as CCD cameras, temperature sensors, spectrometers, viscometers and fluorescence and chlorophyll measuring devices.
  • Such measuring and / or monitoring devices can be designed to measure fluorescence, luminescence, radiation, fluidity, viscosity, color changes and / or chlorophyll content.
  • the advantage of attaching such measuring and / or monitoring devices to the light and / or temperature device according to the invention is that they are suitable, for example, to determine or to determine the optimal use of light, the harvest time of the microorganism culture and / or possibly possible contamination of the culture detect.
  • the active regulation of the temperature for example via cooling water or cooling liquid, which can then be pumped into the channels of the LED light arrangement, can also be regulated, for example with a temperature sensor.
  • the light and temperature device has insulation between and / or to the side of the LED light arrangement and the incubation container.
  • the insulation is applied in such a way that the light irradiation of the LED light arrangement on the incubation container is not influenced by this.
  • Such insulation includes, for example, rubber, plastic, polyurethanes (PUR) or polyisocyanurate rigid foam (PIR).
  • the fastening means can also have insulation or a special insulation is held around the incubation container by means of a fastening means.
  • An insulation can also completely or partially encase or cover the entire incubation container - with the exception of the LED light unit.
  • the insulation variants have the advantage that, for example, the incubation container is protected from damage by possibly metallic or hard components of the light and Temperature device is not damaged or scratched.
  • Another advantage of such an insulation for example if it is made of rubber or the like, is that it also achieves a certain slip resistance, which prevents twisting of the light and temperature device according to the invention, in particular the LED light arrangement, relative to the incubation container.
  • the light and temperature device can have one or more LED light arrangements which are arranged continuously around a longitudinal axis of an incubation container.
  • these LED light arrangements can be arranged around the incubation container at winding intervals of 1 to 360 degrees.
  • the LED light arrangements are arranged continuously around the longitudinal axis of an incubation container at angular intervals of 180 degrees or 135 degrees or preferably 90 degrees.
  • the LED light arrangement is designed to emit a fixed light spectrum, also referred to as an SMD version (surface-mounted devices), or to emit a variable light spectrum.
  • SMD version surface-mounted devices
  • a changeable light spectrum which is also referred to as a multichannel version
  • each light color receives a separate channel to control 0-100% light output.
  • the spectrum can then be controlled variably, based on requirements.
  • the light and temperature device it is designed in such a way that the smallest possible structural distance is between the LED light arrangement or the LED light arrays and the incubation container.
  • This structural variant has the advantage that the energy input for the exposure of the microorganism culture can be reduced considerably.
  • this is for detachable attachment to a tubular, cylindrical, cuboid, prism-shaped, pentahedral, hexahedral, heptahedral, octahedral or other geometrically shaped elongated incubation container formed.
  • the light and temperature device is made from materials that are suitable for passive cooling.
  • components of the light and temperature device have sections made of aluminum or other metals or materials suitable for cooling.
  • the cooling fins of the LED light arrangement are made from such a material.
  • FIG. 1 a schematic three-dimensional representation of the light and temperature device according to the invention according to an advantageous embodiment in the attached state around an incubation container;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cross section of the light and temperature device according to the invention from FIG. 1 ;
  • FIG. 3 shows an enlarged schematic representation of the LED light arrangement which is attached to the incubation container according to section X from FIG. 2.
  • FIG. 4 is a schematic side view of the light and temperature device according to the invention according to FIG. 1 ;
  • FIG. 5 a schematic representation in a plan view of the light and temperature device according to the invention according to FIG. 1 ;
  • FIG. 1 is a preferred embodiment of the light and temperature device 10 according to the invention in a schematic three-dimensional representation.
  • the light and temperature device 10 according to the invention is already in the assembled state on an opaque incubation container 40.
  • the incubation container 40 is a plexiglass tube, which can be built into a so-called tube photobioreactor via deflection modules with other plexiglass tubes.
  • the light and temperature device 10 according to the invention has two opposing LED light arrangements 20. Furthermore, in this embodiment, the light and temperature device 10 according to the invention is designed in the form of a sleeve. This is formed around the incubation container by means of sheathing components, in this case quarter shells 70, and clamps provided for this purpose as fastening means.
  • FIG. 2 shows the embodiment from FIG. 1 in a schematic cross section.
  • the two LED light arrangements 20 as well as the quarter shells 70 can be seen.
  • the quarter shells 70 also fasten an insulation material 60 around the incubation container 40 by means of the clamps 30.
  • FIG. 3 shows, in an enlarged area, a schematic cross section of the LED light arrangement 20 from FIG. 2.
  • the LED light arrangement 20 can be seen here, which has cooling fins 22 and LED light arrays 21.
  • a connection for water or cooling liquid can also be seen, which further opens into a channel 50 which runs through the LED light arrangement 20, in this case through the cooling rib profile 22.
  • a special clamp 30 for holding the cooling profile 22 on the incubation container 40 can also be seen.
  • FIG. 5 The special embodiment of the invention Licht- und Temperaturvorrich device 10 according to FIG. 1 is shown in FIG. 5 in plan view and in FIG. 4 can be seen in side view.
  • This special embodiment of the light and temperature device 10 according to the invention, described in FIGS. 1-5, is particularly suitable for the design in tube photobioreactors.
  • Plexiglass tubes for example, can be used as induction containers 40 for this purpose.
  • these tubes 40 are provided with the light and temperature device 10 according to the invention, which forms the shape of a sleeve.
  • This embodiment is also called a light cuff designated.
  • the light cuffs can be placed around the tubes. These are releasably attached again by means of quarter shells 70 and special clamps 30.
  • the light sleeves contain LED light arrangements 20, which can couple light into the tubes directly, on one side or, as in this case, on both sides offset by 180 degrees.
  • the light sleeves are preferably made of aluminum or other materials suitable for cooling.
  • the LED light arrangements 20 in this exemplary embodiment have cooling ribs 22 on the outside of the light arrangement 20 in order to be able to dissipate the resulting waste heat from the LEDs to the outside.
  • the LED light arrangements 20 have cooling channels 50 with connections into which cooling liquid or water can be introduced.
  • the temperature of the cooling liquid can be regulated via a connection to refrigeration systems, heat exchangers or the like. This enables adjustable and controlled temperatures on the tubes, which has a positive effect on the production of the microorganism culture.
  • the light arrangements 20 equipped with LED light arrays 21 ensure the best possible light supply for the microorganism cultures.
  • the LED light arrangement 20 can be designed as an SMD version with a fixed light spectrum or as a multichannel version, with each light color receiving a separate channel for controlling 0-100% light output. Such a spectrum can then be controlled variably, based on requirements.
  • the energy consumption can be reduced by bringing the LED light source as close as possible to the tube without any distance.
  • the use of energy can also be reduced if the special light spectrum is tailored to the microorganisms to be cultivated. With an arrangement described in this specific embodiment, there is also no inherent shading by the tube arrangement itself.
  • the light sleeves can be used in different sizes for different tube diameters.
  • the LED light sources can be perfectly matched to the photosynthesis spectrum of the microorganism cultures, which can be achieved, for example, with the aid of various measuring and / or monitoring devices.
  • a mini camera can be used to measure fluorescence, which can be used to optimally determine the optimal use of light, the time of harvest and other parameters.
  • a temperature sensor can also be used, for example, to measure the optimum temperature for the microorganism culture and, if necessary, can be actively adapted to the LED light arrangement via the cooling channels.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Abstract

Licht- und Temperaturvorrichtung zur Erhöhung und Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren, wobei diese eine LED-Lichtanordnung mit LED-Lichtarrays und Kühlrippen, welche von den LED-Lichtarrays wegzeigen, aufweist. Weiter umfasst die Licht- und Temperaturvorrichtung mindestens ein Befestigungsmittel zur wiederlösbaren Anbringung der Lichtanordnung an einen lichtdurchlässigen Inkubationsbehälter, wobei die LED-Lichtanordnung derart zum Inkubationsbehälter ausgerichtet ist, dass eine von der LED-Lichtanordnung ausgehende Lichtstrahlung zum Inkubationsbehälter gerichtet ist.

Description

Licht- und Temperaturvorrichtung zur Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Licht- und Temperaturvorrichtung zur Erhöhung und Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren. Insbesondere betrifft die Erfindung die Bereitstellung einer Licht- und Temperaturmanschette für die Produktion von Mikroorganismen wie z.B. Mikroalgen in Photobioreaktoren. In solchen Photobioreaktoren werden mit Licht, CO2, Nährstoffen sowie Wasser und Salzen vorwiegend Mikroorganismen vermehrt und/oder kultiviert. Diese Mikroorganismen bzw. deren Bestandteile dienen hauptsächlich zur Gewinnung von Ölen, Kraftstoffen, Nahrungsmitteln, Nahrungsmittelzusatzstoffen, Enzymen und Proteinen, pharmakologischen Wirkstoffen, chemischen Produkten, Kunststoffen, oder werden in Aquakulturen, in Tierfutter, der Umwelttechnik und für Kosmetik und Pflege genutzt.
Ein Bioreaktor ist eine Anlage zur Produktion von Mikroorganismen außerhalb ihrer natürlichen und innerhalb einer künstlichen technischen Umgebung. Die Vorsilbe „Photo“ beschreibt die Eigenschaft des Bioreaktors zur Kultivierung von Phototrophen, das heißt Licht zur eigenen Energiegewinnung nutzenden Organismen zu dienen. Diese Organismen nutzen den Prozess der Photosynthese, um aus Licht und CO2 ihre eigene Biomasse aufzubauen. Zu diesen Organismen zählen Pflanzen, Moose, Makroalgen, Mikroalgen, Cyanobakterien und Purpurbakterien. Das Kernziel eines Photobioreaktors ist die kontrollierte Bereitstellung eines Lebensraums, der für den jeweiligen Organismus die optimalen Lebensbedingungen bietet. Damit ermöglicht ein Photobioreaktor deutlich höhere Wachstumsraten und Reinheiten, als es in einer natürlichen oder naturähnlichen Umgebung der Fall wäre.
Photobioreaktoren sind also Systeme zur Kultivierung von hauptsächlich verschiedenen eukaryotischen Lebewesen, die im Wasser leben und Photosynthese betreiben, wie beispielsweise Mikroalgen. Solche Systeme sind aus dem Stand der Technik bekannt. Ein weit verbreitetes System zur Kultivierung von Mikroorganismen ist beispielsweise ein Röhrenumlaufsystem, bestehend aus Röhren, die durch Richtungsänderungen in wiederholenden Schleifen eine quasi Endlosschleife bilden. In diesen Röhren werden angezüchtete Mikroorganismen mittels Pumpsystemen in Umlauf und in Bewegung gehalten. In dem geschlossenen Kreislauf wachsen die Mikroorganismen - durch Zuführung von Kohlenstoffdioxid und Nährstoffen, die in das System eingetragen werden - heran.
Ebenfalls benötigen die heranwachsenden phototrophen Mikroorganismen hierzu Licht, um Photosynthese betreiben und wachsen zu können. Das Licht ist hierbei ein entscheidender Faktor für die optimale Produktivität der gesamten phototrophen Mikroorganismen bzw. des gesamten Systems. Üblicherweise wird, um den Faktor Licht ganzjährig auf der erforderlichen Lichtintensität zu halten, zusätzlich mit Ergänzungslicht gearbeitet. Dazu werden um das gesamte Röhrensystem oder oberhalb dieses Systems Lichtquellen wie Natriumdampflampen, Halogenmetalldampflampen als Zusatzbelichtung angebracht. Durch diese Zusatzbelichtung werden die Röhren- Photobioreaktoren jedoch zusätzlich erwärmt, was sich als ungünstig für die phototrophe Mikroorganismenkulturentwicklung erwiesen hat, die Mikroalgen-Kulturen neigen dabei zum anheften an den sich erwärmenden Glasröhren-Oberflächen.
Ein weiterer Nachteil eines solchen Systems ist der, dass das Licht nur in Teilen die Röhren erreicht, da sich die Röhren gegenseitig verschatten. Dieser Effekt steigt noch an, wenn sich die phototrophen Mikroorganismenkulturen in der Umlauf-Kulturflüssigkeit vermehren und die Flüssigkeit zunehmend durch den höheren Chlorophyllanteil grün wird. Tritt dieser Effekt ein, erreichen nur noch wenige Lichtstrahlen das Innere der Röhren, hierdurch sinkt der effektive Strahlungsanteil, der an der Photosynthese teilnehmen kann und somit auch letztendlich die Ausbeute an verwertbaren Stoffen in der Biomasse.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Nachteile der zuvor beschriebenen Photobioreaktoren, insbesondere der der Röhren- Photobioreaktoren, zu überwinden. Hierbei soll die Kulturbedingung für das Wachstum von phototrophen Mikroorganismen oder anderen Biomasseproduzenten verbessert werden, insbesondere durch die Optimierung der Lichtverfügbarkeit innerhalb eines solchen Photobioreaktoren.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Temperaturbedingungen möglichst optimal für die phototrophen Mikroorganismen einzustellen. Die Aufgaben werden durch eine erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung zur Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren gemäß dem unabhängi gen Anspruch 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungen angegeben.
Erfindungsgemäß wird eine Licht- und Temperaturvorrichtung zur Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren, insbesondere von Photobioreaktoren, zur Verfügung gestellt, wobei die Vorrichtung hierbei eine LED-Lichtanordnung mit LED- Lichtarrays und Kühlrippen sowie mindestens ein Befestigungsmittel zur wiederlösbaren Anbringung der Lichtanordnung an einen lichtdurchlässigen Inkubationsbehälter umfasst. Die LED-Lichtanordnung ist dabei zum Inkubationsbehälter derart angeordnet, dass eine von der LED-Lichtanordnung ausgehende Lichtstrahlung zum Inkubationsbehälter gerichtet ist. Die Kühlrippen der Lichtanordnung sind dabei so angeordnet, dass sie von den LED-Lichtarrays wegzeigen. Vorteilhafterweise wird dabei der Abstand, weicher zwischen Lichtanordnung und Inkubationsbehälter vorhanden sein kann, so gering wie bautechnisch möglich gehalten. Dies hat den Vorteil, dass die Lichtstrahlung nahezu ohne Verluste in den Inkubationsbehälter eingebracht wird. Dadurch wird eine Verschattung durch andere benachbarte Inkubationsbehälter vermieden und es kann eine optimale Lichtabgabe an die jeweils einzelnen Inkubationsbehälter eines zusammengesetzten Photobioreaktors erzielt werden. Durch die kontrollierten Temperaturbedingungen, welche durch die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung zur Verfügung stehen, können auch die Inkubationssysteme z.B. Röhrensysteme, von Glas auf Kunststoff umgestellt werden, da durch die gleichbleibende Temperatur die Ausdehnung der (Röhren-)Systeme kontrolliert werden kann. Dies senkt zusätzlich die Kosten für die Herstellung der Bioreaktorsysteme. Die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung lässt eine Steigerung der Bio- Trockenmasse von derzeit rund 10-15 Gramm/Liter umlaufende Flüssigkeit auf rund 25- 30 Gramm/Liter erwarten. Durch die Erfindung könnten die (Röhren-)Bioreaktoren mit größeren (Rohr-)Durchmessern ausgelegt werden, wodurch sich die Anlagenproduktivität pro Flächeneinheit deutlich verbessert.
Die Anordnung der Kühlrippen hinter den LED-Lichtarrays, wobei diese von den LED- Lichtarrays wegzeigen, hat den Vorteil, dass hierdurch die Abwärme der LED- Lichtarrays weg vom Inkubationsbehälter abgeführt werden kann. Dies wiederum hat zur Folge, dass sich der Inkubationsbehälter und dadurch die darin befindlichen Mikroorganismen nicht zusätzlich erwärmt werden und sich für die Mikroorganismen hierdurch ungünstige Kulturbedingungen ergeben.
Die wieder lösbare Anbringung der Lichtanordnung durch mindestens eine Klemme hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung einfach, schnell und bedarfsgerecht an die Skalierung eines Photobioreaktorsystems angepasst werden kann.
Das mindestens eine Befestigungsmittel der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung kann hierbei auch aus verschiedenen Komponenten aufgebaut sein. Das Befestigungsmittel an sich kann dabei jede Art von Befestigungsmittel darstellen, solange es zur wiederlösbaren Anbringung der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung an einen lichtdurchlässigen Inkubationsbehälter geeignet ist. Gegebenenfalls kann es von Vorteil sein, mehr als ein Befestigungsmittel zu verwenden, um mehrere LED-Lichtanordnungen an einem lichtdurchlässigen Inkubationsbehälter zu befestigen oder die Stabilität der gesamten Licht- und Temperaturvorrichtung, welche am Inkubationsbehälter befestigt wird, zu erhöhen. Weiter kann das Befestigungsmittel auch dazu dienen, weitere optionale Elemente wie beispielsweise Mess- und/oder Überwachungsgeräte aufzunehmen. Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung ist das Befestigungsmittel eine Klemme.
Im Sinne der Erfindung werden unter Mikroorganismen Pflanzen, Moose, Makroalgen, Cyanobakterien, Purpurbakterien, Plankton und vor allem Mikroalgen verstanden. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung zur Kultivierung von Mikroalgen verwendet und ist dafür ausgelegt.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Bioreaktorsystem oder einem Photobioreaktorsystem ein System verstanden, das aus verschiedenen Komponenten, beispielsweise aus Rohren, Platten, Folien oder anderen für die Aufzucht von Mikroorganismen geeigneten Bauteilen aufgebaut ist. Zudem umfasst solch ein Photobioreaktorsystem Pumpen, Einlass- und Auslassventile für Nährstoffe, CO2, Salze, Wasser etc. sowie Befestigungsmittel zur Aufhängung oder Verbindung der einzelnen Komponenten.
Im Sinne der Erfindung wird unter einem Inkubationsbehälter ein Bauteil eines Bioreaktorsystems verstanden, welches hauptsächlich dazu dient, die Mikroorganismen zu vermehren und/oder zu kultivieren. Ein solcher Inkubationsbehälter kann verschiedene geometrische Formen aufweisen. Besonders vorteilhaft haben sich Röhren, Platten, Folien und/oder Schläuche erwiesen. Bei der Verwendung von phototrophen Mikroorganismen sind diese natürlich aus einem lichtdurchlässigen Material gefertigt, so dass die Mikroorganismen Photosynthese betreiben können.
Vorteilhafterweise haben sich Bioreaktoren in der Bauweise als Röhren-Photobioreaktor, Tannenbaum-Photobioreaktor, Platten-Photobioreaktor oder Folien-Photobioreaktor erwiesen. Die vorliegende erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung lässt sich auf diese sowie auf alle gängigen Photobioreaktoren anwenden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung, ist diese in Form einer Manschette ausgebildet. Das heißt, die Licht- und Temperaturvorrichtung lässt sich um einen Inkubationsbehälter (z.B. Anordnung um die Röhrenlängen herum) herum anordnen oder installieren. Diese als Manschette ausgebildete Licht- und Temperaturvorrichtung, die mit LED-Lichtarrays bestückt ist, sorgt für eine bestmögliche Lichtzuführung für die Mikroorganismenkulturen. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung weist eine solche Manschette weitere Bauteile wie Verschalungs- oder Ummantelungsteile auf, um die einzelnen Komponenten der Manschette um einen Inkubationsbehälter z.B. eine Röhre anzuordnen und mittels geeigneter Befestigungsmittel (z.B. einer Klemme) zu fixieren.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung umfasst diese zumindest einen Kanal zum Anschluss von Kühlwasser oder Kühlflüssigkeit. Dabei durchzieht dieser Kanal die LED-Lichtanordnung und kann somit zur aktiven Kühlung der LEDs eingesetzt werden. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlich zur passiven Kühlung mittels der Kühlrippen beispielsweise an heißen Tagen oder intensiverer Lichtbestrahlung eine aktive Kühlung betrieben werden kann, und somit ein optimales Temperaturniveau zur Vermehrung der Mikroorganismenkultur geschaffen werden kann. Ebenso kann durch geregelte Kühlmittel-Zirkulation in der LED-Lichtanordnung, ein gewünschter Temperatureintrag in dem Inkubationsbehälter (z.B. Röhrensystem) erzeugt werden, sodass ganzjährig und ortsunabhängig mit dem gleichen Klima kultiviert werden kann. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung passende Anschlüsse für Zu- und Ableitung von Wasser oder Kühlmittel auf. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung weist diese mindestens eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss von Mess- und/oder Überwachungsgeräten auf. Derartige Mess- und/oder Überwachungsgeräte können beispielsweise verschiedene Kameras, wie z.B. CCD- Kameras, Temperaturfühler, Spektrometer, Viskosimeter und Fluoreszenz- und Chlorophyll-Messgeräte, umfassen.
Derartige Mess- und/oder Überwachungsgeräte können dabei zur Messung von Fluoreszenz, Lumineszenz, Strahlung, Fluidität, Viskosität, Farbumschlägen und/oder Chlorophyllgehalt ausgebildet sein.
Der Vorteil der Anbringung solcher Mess- und/oder Überwachungsgeräte an die erfindungsgemäße Licht- und/oder Temperaturvorrichtung besteht darin, dass diese dazu geeignet sind, beispielsweise den optimalen Lichteinsatz, den Erntezeitpunkt der Mikroorganismenkultur und/oder gegebenenfalls mögliche Kontaminationen der Kultur zu bestimmen oder zu erkennen. Ebenfalls kann beispielsweise mit einem Temperaturfühler die aktive Regulierung der Temperatur beispielsweise über Kühlwasser oder Kühlflüssigkeit, welche(s) dann in die Kanäle der LED-Lichtanordnung gepumpt werden kann, geregelt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung weist diese zwischen und/oder seitlich der LED-Lichtanordnung und des Inkubationsbehälters eine Isolierung auf. Die Isolierung ist dabei derart ange bracht, dass die Lichteinstrahlung der LED-Lichtanordnung auf den Inkubationsbehälter hiervon nicht beeinflusst ist. Eine solche Isolierung umfasst beispielsweise Gummi, Kunststoff, Polyurethanen (PUR) oder Polyisocyanurat-Hartschaum (PIR).
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung kann auch das Befestigungsmittel eine Isolierung aufweisen oder eine spezielle Isolierung wird mittels eines Befestigungsmittels um den Inkubationsbehälter herum gehalten. Ebenfalls kann auch eine Isolierung den gesamten Inkubationsbehälter - mit Ausnahme der LED-Lichteinheit - gänzlich oder teilweise ummantelt oder abdecken. Die Isolierungsvarianten haben den Vorteil, dass beispielsweise der Inkubationsbehälter vor Beschädigung durch gegebenenfalls metallische oder harte Komponenten der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung nicht beschädigt oder zerkratzt wird. Ein weiterer Vorteil einer solchen Isolierung, beispielsweise wenn diese aus Gummi oder ähnlichem besteht, liegt darin, dass hierbei auch eine gewisse Rutschfestigkeit erreicht wird, was ein Verdrehen der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung insbesondere der LED- Lichtanordnung gegenüber dem Inkubationsbehälter verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung kann diese eine oder mehrere LED-Lichtanordnungen aufweisen, welche kontinuierlich um eine Längsachse eines Inkubationsbehälters angeordnet sind. Bei einem vorwiegend kreisförmigen Querschnitt des Inkubationsbehälters können diese LED-Lichtanordnungen in Wickelabständen von 1 - 360 Grad um den Inkubationsbehäl ter angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung sind die LED-Lichtanordnungen kontinuierlich um die Längsachse eines Inkubationsbehälters in Wnkelabständen von 180 Grad oder von 135 Grad oder bevorzugt von 90 Grad angeordnet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung ist die LED-Lichtanordnung zur Emission eines fixen Lichtspektrums, auch bezeichnet als SMD-Ausführung (surface-mounted devices), oder zur Emission eines veränderbaren Lichtspektrums ausgebildet. Bei einem veränderbaren Lichtspektrum, welches auch als Multichannel-Ausführung bezeichnet wird, erhält jede Lichtfarbe einen separaten Kanal zum Ansteuern von 0 - 100% Lichtoutput. Das Spektrum kann somit dann variabel, bedarfsorientiert gesteuert werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung ist diese so konzipiert, dass zwischen der LED-Lichtanordnung bzw. den LED-Lichtarrays und dem Inkubationsbehälter der bautechnisch geringstmögliche Abstand vorliegt. Diese bautechnische Variante hat den Vorteil, dass der Energieeinsatz für die Belichtung der Mikroorganismenkultur hierdurch erheblich reduziert werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung ist diese zur wiederlösbaren Anbringung an einen röhrenförmigen, zylindrischen, quaderförmigen, prismenförmigen, pentaedrischen, hexaedrischen, heptaedrischen, oktaedrischen oder sonstig geometrisch gearteten länglichen Inkuba tionsbehälter ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung ist diese aus Materialien, die für eine passive Kühlung geeignet sind, ausgebildet. Beispielsweise weisen Komponenten der Licht- und Temperaturvorrichtung Abschnitte aus Aluminium oder anderen zur Kühlung geeigneten Metallen oder Materialien auf. Insbesondere sind hierbei die Kühlrippen der LED- Lichtanordnung aus einem solchen Material gefertigt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von spezifischen Ausführungsformen und Abbildungen näher beschrieben. Es zeigen:
FIG. 1 eine schematische dreidimensionale Darstellung der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform im befestigten Zustand um einen Inkubationsbehälter;
FIG. 2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung aus FIG. 1 ;
FIG. 3 eine vergrößerte schematische Darstellung der LED-Lichtanordnung, welche am Inkubationsbehälter befestigt vorliegt gemäß dem Ausschnitt X aus FIG. 2.
FIG. 4 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Licht- und Tempera turvorrichtung gemäß FIG. 1 ;
FIG. 5 eine schematische Darstellung in der Aufsicht auf die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung gemäß FIG. 1 ;
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten beispielhaften Ausführungs formen und dazugehörigen Figuren beschrieben. Es wird angemerkt, dass die Figuren hierbei rein schematisch sind und keinerlei Rückschlüsse auf den exakten Maßstab zulassen. Die Figuren und die dazugehörige Beschreibung dienen lediglich dazu, das Prinzip der Erfindung zu verdeutlichen, jedoch schränken diese die Erfindung in keiner Weise ein. In FIG. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung 10 in einer schematischen dreidimensionalen Darstellung abge bildet. Die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung 10 befindet sich hierbei bereits im montierten Zustand an einem lichtundurchlässigen Inkubationsbehälter 40. Der Inkubationsbehälter 40 ist hierbei ein Plexiglasrohr, welches über Umlenkmodule mit anderen Plexiglasröhren zu einem sogenannten Röhren-Photobioreaktor verbaut werden kann. In diesen speziellen Ausführungsbeispielen weist die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung 10 zwei gegenüberliegende LED-Lichtanordnungen 20 auf. Weiter ist in dieser Ausführung die erfindungsgemäße Licht- und Temperaturvorrichtung 10 in Form einer Manschette ausgebildet. Diese wird mittels Ummantelungskomponenten, in diesem Fall Viertelschalen 70, und hierfür vorgesehene Klemmen als Befestigungsmitteln um den Inkubationsbehälter herum ausgebildet.
FIG. 2 zeigt die Ausführungsform aus FIG. 1 in einem schematischen Querschnitt. Zu sehen sind die beiden LED-Lichtanordnungen 20 sowie die Viertelschalen 70. Durch die Viertelschallen 70 wird außerdem ein Isolationsmaterial 60 um den Inkubationsbehälter 40 mittels der Klemmen 30 befestigt.
FIG. 3 zeigt in einen vergrößerten Bereich einen schematischen Querschnitt der LED- Lichtanordnung 20 aus FIG. 2. Hierbei ist die LED-Lichtanordnung 20 zu sehen, welche über Kühlrippen 22 sowie LED-Lichtarrays 21 verfügt. Weiter ist ein Anschluss für Wasser oder Kühlflüssigkeit sichtbar, welcher weiter in einen Kanal 50 mündet, der sich durch die LED-Lichtanordnung 20, in diesem Fall durch das Kühlrippenprofil 22, zieht. Ebenfalls zu sehen ist eine spezielle Klemme 30 zur Halterung des Kühlprofiles 22 am Inkubationsbehälter 40.
Die spezielle Ausführungsform der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrich tung 10 gemäß FIG. 1 ist in FIG. 5 in der Aufsicht sowie in FIG. 4 in Seitenansicht zu sehen.
Diese in den Figuren 1 - 5 beschriebene spezielle Ausführungsform der erfindungsge mäßen Licht- und Temperaturvorrichtung 10 ist besonders geeignet für die Konzeption in Röhren-Photobioreaktoren. Als Induktionsbehälter 40 kommen hierfür zum Beispiel Plexiglasröhren infrage. In der speziellen Ausführungsform sind diese Röhren 40 mit der erfindungsgemäßen Licht- und Temperaturvorrichtung 10 versehen, welche die Form einer Manschette bildet. Diese Ausführungsform wird auch als Lichtmanschette bezeichnet. Die Lichtmanschetten können dabei um die Röhren herum gelegt werden. Wobei diese mittels Viertelschalen 70 und speziellen Klemmen 30 wieder lösbar angebracht werden. Die Lichtmanschetten beinhalten dabei LED-Lichtanordnungen 20, die direkt, einseitig oder wie in diesem Fall zweiseitig um 180 Grad versetzt Licht in die Röhren einkoppeln können. Die Lichtmanschetten sind dabei bevorzugt aus Aluminium oder anderen, für Kühlung geeigneten Materialien gefertigt. Die LED-Lichtanordnungen 20 in diesem Ausführungsbeispiel verfügen über Kühlrippen 22 auf der Außenseite der Lichtanordnung 20, um die entstehende Abwärme der LEDs nach außen abführen zu können. Zudem verfügen die LED-Lichtanordnungen 20 über Kühlkanäle 50 mit Anschlüssen, in die Kühlflüssigkeit oder Wasser eingebracht werden kann. Die Temperatur der Kühlflüssigkeit kann über eine Verbindung zu Kälteanlagen, Wärmetauschern oder ähnlichem geregelt werden. Dies ermöglicht einstellbare und geregelte Temperaturen an den Röhren, was eine positive Wirkung auf die Produktion der Mikroorganismenkultur hat. Die mit LED-Lichtarrays 21 bestückten Lichtanordnungen 20 sorgen für eine bestmögliche Lichtzuführung für die Mikroorganismenkulturen. Die LED-Lichtanordnung 20 kann dabei als SMD-Ausführung mit einem fixen Lichtspektrum oder als Multichannel-Ausführung, wobei jede Lichtfarbe einen separaten Kanal zum Ansteuern von 0 - 100% Lichtoutput erhält, ausgestaltet sein. Ein solches Spektrum kann dann variabel, bedarfsorientiert gesteuert werden. Der Energieeinsatz kann dadurch reduziert werden, dass die LED-Lichtquelle möglichst ohne Abstand an die Röhre herangebracht wird. Weiter kann der Energieeinsatz reduziert werden, wenn das spezielle Lichtspektrum auf die jeweils zu kultivierenden Mikroorganismen abgestellt wird. Mit einer in dieser speziellen Ausführungsform beschriebenen Anordnung gibt es auch keine Eigenverschattung durch die Röhrenanordnung selbst. Die Lichtmanschetten können hierbei in verschiedenen Größen für verschiedene Röhrendurchmesser zum Einsatz kommen. Die LED- Lichtquellen sind perfekt auf das Photosynthesespektrum der Mikroorganismenkulturen abstimmbar, was beispielsweise unter Zuhilfenahme von verschiedenen Mess- und/oder Überwachungsgeräten realisiert werden kann. Um solche Mess- und/oder Überwachungsgeräte an die Lichtmanschetten anschließen zu können, verfügen diese vorteilhafterweise über mindestens eine elektronische Schnittstelle. So kann beispielsweise mittels einer Mini-Kamera eine Fluoreszenzmessung vorgenommen werden, die dazu genutzt werden kann, den optimalen Lichteinsatz, den Erntezeitpunkt und andere Parameter optimal zu bestimmen. Auch kann mit einem Temperaturfühler beispielsweise die optimale Temperatur für die Mikroorganismenkultur gemessen werden und bei Bedarf aktiv über die Kühlkanäle der LED-Lichtanordnung angepasst werden.
Bezugszeichenliste
10 Licht- und Temperaturvorrichtung 20 LED-Lichtanordnung
21 LED-Lichtarrays
22 Kühlrippen
30 Befestigungsmittel
40 Inkubationsbehälter
50 Kanal
60 Isolierung
70 Verschalung

Claims

Patentansprüche
1. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) zur Erhöhung und Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren, umfassend
eine LED-Lichtanordnung (20), wobei diese LED-Lichtarrays (21) und Kühlrippen (22), welche von den LED-Lichtarrays (21) wegzeigen, aufweist; und
mindestens ein Befestigungsmittel (30) zur wiederlösbaren Anbringung der Lichtanordnung (20) an einen lichtdurchlässigen Inkubationsbehälter (40), wobei die LED-Lichtanordnung 20 derart zum Inkubationsbehälter (40) ausgerichtet ist, dass eine von der LED-Lichtanordnung 20 ausgehende Lichtstrahlung zum Inkubationsbehälter (40) gerichtet ist.
2. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturvorrichtung (10) in Form einer Manschette ausge bildet ist, wobei diese eine Verschalung (70) umfasst, die mittels des Befestigungsmittels (30) um den Inkubationsbehälter (40) herum wieder lösbar angeordnet ist.
3. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturvorrichtung (10) mindestens einen Kanal (50) für Kühlwasser oder Kühlflüssigkeit umfasst, wobei der Kanal (50) in der LED-Lichtanordnung (20) angeordnet ist.
4. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht- und Temperaturvorrichtung (10) mindestens eine elektrische Schnittstelle zum Anschluss von Mess- und/oder Überwachungsgeräten umfasst.
5. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mess- und/oder Überwachungsgeräte Kameras, CCD-Kameras, Temperaturfühler, Spektrometer, Viskosimeter, Fluoreszenz-/Lumineszenz-Messgeräte und/oder Chlorophyll-Messgeräte umfassen, wobei diese zur Messung von Fluoreszenz, Lumineszenz, Strahlung, Fluidität, Farbumschlägen und/oder Chlorophyllgehalt ausgebildet sind.
6. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen und/oder seitlich der LED- Lichtanordnung (20) und des Inkubationsbehälters (40) eine Isolierung (60) derart angebracht ist, dass die Lichteinstrahlung der LED-Lichtanordnung (20) auf den Inkubationsbehälter (40) hiervon nicht beeinflusst ist und/oder dass das Befestigungsmittel (30) eine Isolierung (60) aufweist und/oder dass eine Isolierung (60) den gesamten Inkubationsbehälter (40) - mit Ausnahme der LED-Lichteinheit (20) - ummantelt.
7. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere LED-Lichtanord- nungen (20) um eine Längsachse des Inkubationsbehälters (40) in Winkelschritten von 1 Grad bis 360 Grad angeordnet sind, oder dass die LED-Lichtanordnungen (20) um die Längsachse des Inkubationsbehälters (40) in Winkelschritten von 90 Grad oder von 135 Grad oder von 180 Grad angeordnet sind.
8. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die LED-Lichtanordnung (20) zur Emission eines fixen Lichtspektrums oder zur Emission eines veränderbaren Lichtspektrums ausgebildet ist, wobei jede Lichtfarbe einen separaten Kanal zum Ansteuern von 0 - 100% Lichtoutput aufweist.
9. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zur wiederlösbaren Anbringung an einen röhrenförmigen, zylindrischen, quaderförmigen, prismenförmigen, pentae- drischen, hexaedrischen, heptaedrischen, oktaedrischen oder sonstig gearteten geometrisch Inkubationsbehälter (40) ausgebildet ist.
10. Licht- und Temperaturvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel (30) eine Klemme ist.
PCT/EP2020/061787 2019-04-29 2020-04-28 Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren WO2020221761A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20724429.4A EP3963042A1 (de) 2019-04-29 2020-04-28 Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren
US17/607,461 US20220204897A1 (en) 2019-04-29 2020-04-28 Light and temperature device for optimzing the production of biomass in bioreactors

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102019110989.2 2019-04-29
DE102019110989.2A DE102019110989A1 (de) 2019-04-29 2019-04-29 Licht- und Temperaturvorrichtung zur Optimierung der Produktion von Biomasse in Bioreaktoren

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020221761A1 true WO2020221761A1 (de) 2020-11-05

Family

ID=70613733

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2020/061787 WO2020221761A1 (de) 2019-04-29 2020-04-28 Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220204897A1 (de)
EP (1) EP3963042A1 (de)
DE (1) DE102019110989A1 (de)
WO (1) WO2020221761A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050135104A1 (en) * 2003-12-15 2005-06-23 Crabb Thomas M. Marine LED lighting system and method
DE202006003878U1 (de) * 2005-03-16 2006-06-14 Sartorius Ag Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung für die Kultivierung von phototrophen Zellkulturen in Bioreaktoren
JP2008237067A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Ccs Inc 藻類培養システム
KR20160081301A (ko) * 2014-12-31 2016-07-08 (주)웰니스앤 Led 광원위치 제어를 이용한 간편 미세조류 배양기
DE102017008769A1 (de) * 2017-09-19 2019-03-21 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Beleuchtung für einen Einweg-Photo-Bioreaktorr

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8373861B2 (en) * 2004-05-11 2013-02-12 Les Entreprises Biospec Global Solutions Inc. System for rapid analysis of microbiological materials in liquid samples
DE202007013406U1 (de) * 2007-09-25 2007-11-22 Lehr, Florian, Dipl.-Ing. Beleuchtungseinrichtung für Bioreaktoren
RU2504143C2 (ru) * 2008-05-22 2014-01-20 Фиония Лайтинг А/С Способ и устройство для использования светоизлучающих диодов в парнике
CA2769740A1 (en) * 2009-07-30 2011-02-03 Tendris Solutions B.V. Algae reactor
WO2012071467A2 (en) * 2010-11-22 2012-05-31 Board Of Trustees Of Michigan State University AN ENVIRONMENTAL PHOTOBIOREACTOR ARRAY (ePBRA) SYSTEM AND METHODS RELATED THERETO
US8716010B2 (en) * 2010-12-15 2014-05-06 GE Lighting Solutions, LLC Solar hybrid photobioreactor
MX350337B (es) * 2012-07-03 2017-09-04 Ind Plankton Inc Fotorreactor para cultivos liquidos.
AU2014223927B2 (en) * 2013-02-26 2018-11-01 Heliae Development, Llc Modular tubular bioreactor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050135104A1 (en) * 2003-12-15 2005-06-23 Crabb Thomas M. Marine LED lighting system and method
DE202006003878U1 (de) * 2005-03-16 2006-06-14 Sartorius Ag Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung für die Kultivierung von phototrophen Zellkulturen in Bioreaktoren
JP2008237067A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Ccs Inc 藻類培養システム
KR20160081301A (ko) * 2014-12-31 2016-07-08 (주)웰니스앤 Led 광원위치 제어를 이용한 간편 미세조류 배양기
DE102017008769A1 (de) * 2017-09-19 2019-03-21 Sartorius Stedim Biotech Gmbh Beleuchtung für einen Einweg-Photo-Bioreaktorr

Also Published As

Publication number Publication date
US20220204897A1 (en) 2022-06-30
DE102019110989A1 (de) 2020-10-29
EP3963042A1 (de) 2022-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69506110T2 (de) Verfahren zur steuerung mikrobenwachstumsprozesses
EP3041924B1 (de) Vorrichtung zur gewinnung von phytoplankton (mikroalgen)
WO2005079560A1 (de) Vorrichtung zur zucht und massenproduktion von algen
DE102009016738A1 (de) Photobioreaktor sowie Verfahren zur Kultivation von Biomasse mittels Photosynthese
DE102009028474A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Produktion von Biomasse
CA2581100A1 (en) Method for raising aquatic animals
CN102162308A (zh) 室内立体式生态种植养殖系统
CN104206359A (zh) 一种利用微藻和其他微生物复合饵料养殖卤虫的方法
WO2015106733A9 (de) Photobioreaktor und verfahren zur dünnschichtkultivierung
EP2289308A3 (de) Pflanzenzucht
AT331552B (de) Verfahren und vorrichtung zur lichzufuhrung in hydroponischen pflanzenkulturen
WO2020221761A1 (de) Licht- und temperaturvorrichtung zur optimierung der produktion von biomasse in bioreaktoren
CN219950994U (zh) 一种用于微藻培养的扩繁设备
DE102009021059A1 (de) Anlage für die Mikroalgenproduktion
DE102012013587A1 (de) Bioreaktor
EP3377604B1 (de) Anlage zur aufzucht und reproduktion von mikroorganismen
CH710738A2 (de) Verfahren und System zur Nutzung der Abwärme einer Datenverarbeitungsanlage.
CN105052808A (zh) 一种全生态水产养殖系统
DE102016015193B3 (de) Agrareinheit, Agrarmodul, Agrarsystem und Verfahren zum Betrieb eines Agrarsystems
TWM562004U (zh) 珊瑚養殖系統
CN107517747A (zh) 光照模组
CN207227404U (zh) 一种生物菌种繁殖装置
EP0402496B1 (de) Einrichtung zum Kultivieren von autotrophen Mikroorganismen
KR101869770B1 (ko) 현장형 조류 배양장치
CN206390033U (zh) 水生生物可视化循环水系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20724429

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020724429

Country of ref document: EP

Effective date: 20211129