WO2020245149A1 - Photobioreaktor, insbesondere zur produktion von mikroorganismen wie beispielsweise mikroalgen - Google Patents

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WO2020245149A1
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    • C12M31/10—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by light emitting elements located inside the reactor, e.g. LED or OLED

Definitions

  • Photobioreactor especially for the production of microorganisms such as
  • the invention relates to a photobioreactor, in particular for the production of microorganisms, according to the preamble of claim 1, a reactor container for a photobioreactor according to the preamble of claim 32 and a method for the production of microorganisms, in particular microalgae, according to the preamble of claim 33.
  • Microalgae are prokaryotic and eukaryotic photosynthetic microorganisms that are characterized by simple cell material. Depending on the species, the size of the microalgae can vary from a few micrometers to a few hundred micrometers (pm). Microalgae can either live as single cells or form colonies. Depending on their size, microalgae can be divided into four main categories: microplankton (20 - 1000 pm), nanoplankton (2 - 100 pm), ultraplankton (0.5 - 15 pm) and picoplankton (0.2 - 2 pm). Important microalgae types for industrial production are, for example, Chlorella vulgaris, Spirulina (Arthrospira) and Nannochloropsis, to name just a few examples.
  • microalgae Due to their morphological and physiological properties, microalgae are used in various biotechnological processes, for example in the production of antioxidants, pharmaceuticals, immunostimulants, biofuels, peptides, polymers, toxins, sterols and food supplements, to name but a few.
  • valuable molecules and compounds such as fat, oil, polyunsaturated fatty acids, natural dyes, various polysaccharides, pigments, bioactive molecules, etc. can also be obtained from microalgae.
  • carbohydrates are also valuable raw materials for microalgae.
  • microalgae proteins are of great value and are comparable to conventional vegetable proteins. The simple cellular structure of microalgae also enables easier genetic manipulation compared to, for example, plants.
  • the most important criteria that influence the quality of the microalgae biomass produced are the selection of the microalgae, the selection of the suitable bioreactor system, the selection of the optimal conditions for microalgae cultivation, and the selection of the method for separating the desired microbial product.
  • the conditions of microalgae cultivation in a bioreactor and the selected bioreactor system thus have a great influence on the production of the microalgae.
  • bioreactors with the help of which microorganisms such as microalgae can be produced, i.e. cultivated and multiplied, are often also referred to as photobioreactors, as they use carbon dioxide (C02) and light in a known manner for the growth and multiplication of the microorganisms to photosynthesize.
  • C02 carbon dioxide
  • a closed photobioreactor for the rearing and reproduction of microorganisms which has a pool system with a nutrient suspension, the pool system having a vertical meander system formed by at least partially translucent partition walls in order to ensure a substantially vertical flow of the nutrient suspension in to reach the pool system.
  • the partition walls are hollow here and filled with a dispersive liquid to divert light into the nutrient suspension.
  • the object of the present invention is to create a photobioreactor, in particular for the production of microorganisms, most preferably microalgae, which is structurally simple, which is also easy to maintain and with which a high yield combined with a high quality Product is achievable.
  • Another object of the present invention is to provide a suitable reactor container for such a photobioreactor.
  • a photobioreactor in particular for the production of microorganisms, most preferably microalgae, is provided, the photobioreactor being designed as a closed reactor which has a plurality of has upwardly open reactor vessels which are closed with at least one or a one-part or multi-part, preferably removable, ceiling wall of the photobioreactor (preferably gas- and / or liquid-tight) and in which a nutrient medium can be accommodated.
  • the basic function of the ceiling wall is that of a lid in order to reduce contamination of the nutrient medium or the microorganisms produced with impurities (e.g. solid particles from air, bacteria, spores, etc.), which leads to a high quality of the microorganisms produced.
  • the top wall can preferably be opened at any time in order to facilitate access to the nutrient or growth medium as well as for cleaning the reactor container.
  • a nutrient medium is understood here to be any suitable liquid growth medium that is inoculated with nutrients in order to initiate the production of the microorganisms desired in each case. In the case of microalgae, for example, this can be osmosis water that has been inoculated with nutrients.
  • At least some of the reactor containers, preferably all reactor containers, of the photobioreactor are designed as individual containers which, viewed in cross section, each have a U-shape with a front wall extending in the direction of the vertical axis and a front wall spaced apart therefrom in the longitudinal direction and also extending in the vertical axis direction Has rear wall which are connected to one another on the bottom side by a bottom wall.
  • the reactor containers of the photobioreactor which are designed as individual containers as described above, are arranged one behind the other as seen in the longitudinal direction of the photobioreactor (or through the direction of flow of the nutrient medium), namely in such a way that a front reactor container, seen in the longitudinal direction, has a rear wall that is at least partially transparent to form a gap or Gap spacing adjoins an at least partially translucent front wall of a rear reactor vessel seen in the longitudinal direction, the free end areas of the front and rear walls adjoining each other forming the gap have a common overflow wall area that closes the gap from above in relation to the vertical axis direction, which has at least one vessel overflow opening between the adjacent reactor vessels.
  • the nutrient medium can then flow over from a reactor container at the front, as seen in the flow direction, into a reactor container at the rear.
  • the front wall and the rear wall of the reactor vessel or the reactor vessel are preferably rectangular and / or plate-shaped.
  • the overflow wall area which can also be referred to as an overflow wall area element, extends up to the top wall and is adjacent to it. This adjoining is preferably carried out in such a way that the overflow wall area adjoins the top wall in a gas- and / or liquid-tight manner and / or is possibly even connected to it (preferably detachably connected).
  • At least one lighting element is accommodated, by means of which light passes through the respectively assigned at least partially translucent front and / or rear wall into one of the two adjoining reactor vessels or in both adjacent reactor vessels can be emitted.
  • an intermediate wall preferably connected to the bottom wall and / or rectangular and / or plate-shaped, is provided, which extends from the bottom wall in the vertical axis direction upwards to the top wall and adjoins it, preferably gas and / or adjoins this in a liquid-tight manner and / or is possibly even connected to it (preferably detachably connected), so that the partition divides the reactor vessel into a front reactor chamber and a rear reactor chamber in relation to the longitudinal direction or flow direction.
  • At least one partition through-flow opening is provided between the front and the rear reactor chamber in the partition, in the area of the partition to the base wall near the base wall and / or connection area.
  • a nutrient medium accommodated in the front reactor chamber of a front reactor vessel can flow through the at least one intermediate wall through-flow opening into the rear reactor chamber of the front reactor vessel and then further from the rear one
  • the reactor chamber of the front reactor container flows upwards or through the at least one container overflow opening into a front reactor chamber of a rear reactor container (vertical meander-shaped flow).
  • the particular advantage of the solution according to the invention is that a plurality of essentially individual reactor vessels, preferably designed as identical parts, can be provided here, which can be easily produced, for example, could also be produced by 3D printing.
  • the individual reactor vessels can basically be joined together in any number and sequence in order to form a desired photobioreactor, the joining then being carried out in such a way that in a gap or space between the respective rear wall and front wall of adjacent reactor vessels, in an advantageous double function, at the same time the for light-emitting luminous elements required for photosynthesis can be arranged easily and functionally reliable.
  • the gap or intermediate space between the adjoining reactor vessels is quickly accessible in a simple manner, especially in connection with maintenance and assembly work, so that lighting elements with their lighting bodies can be exchanged and replaced in a simple manner.
  • a technically complex solution according to the prior art in which light elements are to be arranged on the end face of plates, in which light-scattering particles in a certain particle density are also to be embedded in a particularly complex manner, can thus be completely dispensed with with the solution according to the invention the provision of dispersive liquids in hollow partition walls, also previously known from the prior art.
  • the illuminants only have to be arranged at the desired height in the gap between the front and rear walls of adjoining reactor containers that is accessible from the outside.
  • This solution also has the advantage over the solutions of the prior art that the illumination or lighting of the reactor containers or the reactor chambers can be individually adapted and changed in a simple manner. For this purpose, it is sufficient, for example, to change the arrangement and alignment of the light elements, which can easily be done from outside the Reactor vessel can only be done by engaging in the gap between the adjacent reactor vessels.
  • the respective lighting conditions in the interior of the reactor vessel can be simply specified, for example to the effect that areas of different lightness are formed when viewed in the direction of flow, which is advantageous for the growth of microorganisms, in particular microalgae, and is explained in more detail below.
  • the solution according to the invention with the individual reactor vessels also has the advantage that, in the event of any damage to an individual reactor vessel or individual parts of a reactor vessel, only this individual reactor vessel has to be replaced.
  • a particularly advantageous connection between the adjacent reactor vessels is the common overflow wall area which closes the gap from above and which, as will be explained in more detail below, is, for example, integrally formed with one or possibly even both of the adjacent reactor vessels can be or, alternatively, can also be formed by a separate component.
  • the, preferably curved, bottom wall, the intermediate wall, the front wall, the rear wall and the overflow wall area of at least one or at least a part of the reactor vessels, preferably of all reactor vessels, between two in Transversely opposite, preferably rectangular and / or plate-shaped, side walls extend and adjoin them, in particular adjoin them in a gas- and / or liquid-tight manner and / or are possibly even connected to them (preferably detachably connected).
  • the side walls each extend up to and adjoin the top wall in order to provide the overall closed structure of the reactor vessel.
  • the adjoining of the side walls to the top wall is in particular gas-tight and / or liquid-tight. Alternatively or additionally, the side walls can even be connected to the top wall, if necessary.
  • An embodiment is particularly preferred in which the bottom wall of the reactor vessel is curved in an arc shape, the apex of the curvature being located at the lowest point of the reactor vessel as seen in the vertical axis direction.
  • a particularly advantageous geometry follows the flow path and has no dead zones in which material, for example algae material, can accumulate in an undesirable manner.
  • the opposite, preferably rectangular and / or plate-shaped, side walls extend downward in the vertical axis direction at least to the apex of the base wall and form a floor contact area. In this way, in spite of the curved bottom wall area, reactor vessels that are overall stable are made available.
  • each individual reactor vessel designed as an individual vessel has two separate opposing side walls. Because, as already described above, a separate component that is particularly easy to handle is thereby formed. In principle or as an alternative to this, however, there is of course also the possibility that two opposite, large-area side walls form the side walls for several or all of the reactor vessels. This does not conflict with the individual container concept, which in this embodiment is then formed by the front wall, the partition wall and the rear wall.
  • the front wall or the rear wall of the reactor container which is or are assigned to the light elements, is or are translucent at least in this assignment area.
  • a structure in which at least one or at least some of the reactor vessels and / or the top wall is / are overall translucent, preferably made of a translucent glass or plastic material, is particularly advantageous and simple to manufacture.
  • the front wall and / or the rear wall and / or the intermediate wall and / or the overflow wall area and / or the side walls are rectangular and / or plate-shaped.
  • Such rectangular and / or plate-shaped wall elements can be easily manufactured and allow an overall simple construction of the reactor vessel, in particular with regard to the formation of identical parts.
  • the one-part or multi-part overflow wall area can, for example, be formed integrally with the front wall and / or the rear wall of a reactor vessel, in particular with their free end areas.
  • the overflow wall area can, for example, be formed integrally with either the front wall or the rear wall of a reactor vessel be, especially with their free end regions.
  • a free end area of a rear wall or front wall of an immediately adjacent reactor vessel is then also connected to the overflow wall area.
  • the overflow wall area then forms an integral part of a single reactor container and the associated wall area of the adjacent reactor container can then be connected to the overflow wall area in the simplest possible manner. This reduces the number of components.
  • integral composite solutions can be produced simply and inexpensively.
  • the overflow wall area is designed in two parts and has both a front wall and a rear wall overflow wall area element that can be connected to one another.
  • the overflow wall area could also be designed in one piece with both the front wall and the rear wall in the case of an integral design and the interface in the event that individual reactor areas should be isolated at all could be provided elsewhere, i.e. not in the area of the Overcurrent wall area will be provided.
  • An integral design within the meaning of the two preceding paragraphs preferably means a material-uniform and / or one-piece connection between the overflow wall area (or its individual elements) with the front and / or rear wall of adjacent reactor vessels, so that these reactor vessels then form modules, which can be easily installed as part of final assembly.
  • the photobioreactor according to the invention with its several reactor vessels can of course also be designed as a whole in one piece, for example in one piece and made of the same material using the 3D printing process.
  • the individual reactor vessels then form an overall cohesive structure.
  • the overflow wall area can also be formed by a one-part or multi-part separate component that can be or is firmly connected to the front wall and / or to the rear wall of the two adjacent reactor vessels, in particular with their free end areas becomes.
  • overflow wall area is formed by a separate component or by several separate components that are connected to the front wall and / or the rear wall of the respective reactor vessel or the respective reactor vessel as part of a pre-assembly are connected so that these preassembled reactor vessels then form preassembly modules that are only installed in the context of a subsequent final assembly.
  • the overflow wall area is formed by a frame running around the edge with a container overflow opening surrounded by the frame.
  • a peripheral frame at the edge ensures that the overflow wall area is particularly stable.
  • a frame part area which is lower in the vertical axis direction forms a connection area for the free end area of the front wall and / or the rear wall of the respectively assigned reactor vessel and / or that a frame part area which is upper in the vertical axis direction adjoins the ceiling wall, in particular gas and / or is liquid-tight and / or possibly even connected to it (preferably detachably connected).
  • the overflow wall area can also have at least one flow guide element protruding into the container overflow opening and / or several container overflow openings, preferably adjacent to one another in the transverse direction.
  • the multiple container overflow openings can have the same or different shapes. According to a particularly preferred embodiment it is provided that for the formation of several container overflow openings at least one connecting web running between frame parts, preferably at least one running in the vertical axis direction and between opposite frame parts in the vertical axis direction, in particular in a double function as a flow guide element, is provided.
  • Such an arrangement with at least one flow guide element and / or with several overflow openings and / or with at least one connecting web leads to advantageous smaller turbulences and eddies in the area of the overflow wall area, which has a particularly advantageous effect on the flow guidance and distribution of the microorganisms produced in the nutrient medium , since this counteracts any tendency towards sedimentation or accumulation that might otherwise exist.
  • the at least one light-emitting element can be designed in different ways and, for example, have one or more light-emitting bodies whose beam angle and thus light cone are either fixed or are adjustable when the at least light-emitting element is installed.
  • the illumination or lighting of the respective reactor chambers of the reactor containers can be adapted and / or changed in an advantageous manner.
  • the term “luminous element” in the context of the invention is to be expressly interpreted in general terms and can be understood to include all suitable lighting means, such as LEDs and / or OLEDs, for example.
  • Incandescent lamps, halogen spotlights or fluorescent tubes can also be understood just as well.
  • the lighting elements used according to the invention for example LED lights, emit light with an optimal wavelength and intensity that is matched to the growth of the respective microorganisms, and are preferably also characterized by high energy efficiency.
  • the at least one luminous element is arranged in the gap between the mutually adjacent reactor vessels that in the at least one of the at least one luminous element illuminated reactor chamber of the adjoining reactor vessel with differently brightly illuminated areas, in particular as defined light-dark areas, can be or will be formed. It is particularly preferred if areas that are illuminated with different brightness and are one behind the other in the direction of flow, in particular as defined light-dark areas, are formed. This is based on the inventors' knowledge that it is of particular advantage when cultivating and multiplying microorganisms, in particular microalgae, not to illuminate continuously and uniformly in the direction of flow.
  • a permanent, uniform illumination can namely lead to a light intensity that is too high and thus to photoinhibition, which results in a reduction in the growth rate of microalgae.
  • Photoinhibition occurs when the intensity of the light exceeds an intensity that ensures a maximum growth rate.
  • lighter areas alternate with darker (less brightly illuminated) areas.
  • the microorganisms or microalgae find a kind of quiet zone in the less brightly lit areas, which has an overall positive effect on the growth and multiplication of the microorganisms or microalgae.
  • an arrangement is advantageous in which a plurality of luminous elements are accommodated in the gap between the adjoining reactor containers in the vertical axis direction and / or in the transverse direction.
  • a plurality of rows of luminous elements extending in the transverse direction are formed which are spaced apart from one another in the vertical axis direction, and are preferably evenly spaced from one another.
  • the rows of lighting elements extending in the transverse direction are formed by a plurality of lighting elements spaced apart from one another and / or by light strips.
  • the distance between the luminous elements, in particular the rows of luminous elements is between 10 and 40 cm, preferably between 15 and 30 cm, in the vertical axis direction.
  • the most varied of lighting conditions can be set and achieved in the individual reactor vessels or in their reactor chambers.
  • lighting elements or rows of lighting elements spaced apart and following one another in the vertical axis direction can be arranged in such a way that a lighting element / row of lighting elements or a first part of the lighting elements / rows of lighting elements emits light through the rear wall (alternatively front wall) of the front (alternatively rear) reactor vessel, while the in Vertical axis direction of the next following luminous element / luminous element row or the part of the luminous elements / luminous element rows following in the vertical axis direction emits light through the front wall (alternatively rear wall) of a rear (alternatively front) reactor vessel.
  • Such an arrangement would of course alternatively or additionally also be possible in relation to the transverse direction.
  • the luminous elements or rows of luminous elements can emit light both through the rear wall of a front reactor vessel and through the front wall of a rear reactor vessel.
  • Other arrangements in groups are also possible in principle.
  • light elements can also be arranged on the ceiling wall, for example on the underside of the ceiling wall.
  • lighting elements can also be arranged on the outer and upper side of the ceiling wall, specifically in connection with the translucent ceiling walls that are preferably used.
  • a stiffening element preferably a stiffening element closing the gap downwards, can be provided in the gap between the adjacent reactor vessels in the transition area from the front and / or rear wall to the bottom wall, which extends over a predetermined length in the transverse direction, in particular in Transverse direction extends completely between opposite side walls and is adjacent there.
  • Such an additional stiffening element which is spaced below the overflow wall area, serves to stabilize the structure as a whole.
  • the intermediate wall can have a frame area running around the edge with an intermediate wall through-flow opening surrounded by the frame area. It is preferably provided that a lower frame part area in the vertical axis direction adjoins the bottom wall, in particular adjoins it in a gas- and / or liquid-tight manner and / or is connected to it (preferably detachably connected).
  • the intermediate wall furthermore preferably has at least one flow guide element protruding into the intermediate wall through-flow opening and / or several intermediate wall through-flow openings, preferably lying next to one another in the transverse direction.
  • the plurality of intermediate wall through-flow openings have the same or different shape.
  • at least one connecting web running between frame parts preferably at least one running in the vertical axis direction and between opposite frame parts in the vertical axis direction, is provided in order to form several intermediate wall through-flow openings, in particular in a dual function as a flow guide element.
  • At least one or at least some of the reactor containers preferably all of the reactor containers, have at least one feed nozzle, preferably a plurality of feed nozzles spaced apart in the transverse direction, by means of which a medium, in particular CO 2 or CO 2 -containing medium, can be introduced into the reactor vessel from outside the reactor vessel.
  • a medium in particular CO 2 or CO 2 -containing medium
  • the at least one feed nozzle preferably a plurality of feed nozzles spaced apart in the transverse direction, is arranged in the region of the reactor vessel near the bottom wall, preferably in the region of the rear reactor chamber on the bottom wall and / or on the rear wall is.
  • the at least one feed nozzle is particularly preferably aligned with its mouth opening in the direction of flow so that when the medium is injected, the flow of the nutrient medium is supported in the direction of flow.
  • the photobioreactor is further preferably designed such that an inlet for the nutrient medium is provided on the reactor vessel that is foremost in the longitudinal direction or through the flow direction, preferably in the top wall and / or in the front wall and / or in the side wall of the reactor vessel that is foremost in the longitudinal direction or through the flow direction which is preferably an inlet by means of which the nutrient medium can be fed to the front reactor chamber of the foremost reactor vessel.
  • This inlet is preferably coupled to a conveying device, by means of which part of the nutrient medium, preferably a part of the nutrient medium withdrawn from a rear area of the photobioreactor, most preferably a part of the nutrient medium withdrawn from the rearmost reactor container in the longitudinal direction or throughflow direction, can be fed to the front reactor container .
  • the conveying device serves at the same time as a circulating device for the liquid nutrient medium.
  • the general rule is that the liquid nutrient medium in the photobioreactor should be circulated in such a way that a vertically meandering flow is formed through the individual reactor vessels with whatever type of conveying device.
  • the delivery device can in principle also be formed by a conventional pump, which however has the disadvantage that the cell walls of the cultured microorganisms may be damaged.
  • the conveying device is formed by an air lifting arrangement in which a working medium, preferably air, most preferably air enriched with C02 and / or filtered air, is introduced into a nutrient medium line leading to the inlet, so that the working medium conveys the nutrient medium in the direction of the inlet, in particular takes it along in the manner of a carrier medium and conveys it in the direction of the inlet.
  • the lifting arrangement is referred to here as an “air” lifting arrangement, although this does not mean any restriction to the, preferably gaseous, working medium used.
  • air instead of air as the working medium, another carrier medium,
  • an inert gas can be used, to name just one further example of a working medium.
  • an outlet for the nutrient medium is provided on the rearmost reactor container in the longitudinal direction or through flow direction, preferably in the top wall and / or in the rear wall and / or in the side wall of the rearmost reactor container in the longitudinal direction or through flow direction.
  • the outlet is preferably designed in such a way that the nutrient medium can be discharged from the rear reactor chamber of the rearmost reactor container with it.
  • the outlet is designed here, for example, as an outlet, in particular as an overflow, and / or coupled to an extraction device, by means of which the nutrient medium can be drawn off from the rearmost reactor container in the longitudinal direction or throughflow direction, in particular depending on the density of the in the photobioreactor, for example in the rearmost Reactor container, generated microorganisms is removable.
  • the outlet is further preferably followed by an endless belt filter, in particular a self-cleaning endless belt filter, in which an endless filter cloth is circulated between a filtering section and a section in which the filtered product is removed from the filter cloth.
  • an endless belt filter in particular a self-cleaning endless belt filter, in which an endless filter cloth is circulated between a filtering section and a section in which the filtered product is removed from the filter cloth.
  • the photobioreactor is operated in a closed circuit with regard to the liquid nutrient medium, i.e. the nutrient medium preferably present at the end of the photobioreactor and provided with microorganisms or microalgae is fed back to the inlet and this process is repeated until the desired density of the respective product is achieved and the renewed (partial) discharge can take place.
  • the nutrient medium preferably present at the end of the photobioreactor and provided with microorganisms or microalgae is fed back to the inlet and this process is repeated until the desired density of the respective product is achieved and the renewed (partial) discharge can take place.
  • due to the consumption of the nutrient medium of course, new nutrient medium must be added periodically.
  • a heating and / or cooling element be arranged, by means of which the temperature of the nutrient medium received in the reactor container can be controlled.
  • the one-part or multi-part ceiling wall is preferably plate-shaped, so that it can be easily handled, for example, in connection with lifting the same.
  • a further embodiment is particularly preferred in which the top wall is provided with at least one ventilation device, preferably with at least one ventilation fan, by means of which a gas that collects between the top wall and the nutrient medium, in particular oxygen-containing gas, from the interior of the photobioreactor, in particular from the reactor vessels, is removable, it is preferably provided that each reactor vessel is assigned a ceiling-wall-side ventilation device. This makes it possible, in particular, to extract the oxygen that is generated between the ceiling wall and the nutrient medium. In this way, the partial pressure of oxygen above the nutrient medium is reduced, with the result that the proportion of oxygen in the nutrient medium decreases.
  • a gas that collects between the top wall and the nutrient medium in particular oxygen-containing gas
  • a ventilation device also has the advantage that condensation on the ceiling wall is minimized, which reduces cleaning and maintenance costs.
  • a structure is also particularly preferred in which, in connection with a photobioreactor with several reaction vessels, all reactor vessels have the same U-shaped basic structure with a front wall and a rear wall of essentially the same height, both of which have a gap distance from the top wall and both of which extend from it extending to the ceiling wall and there adjacent partition wall.
  • the gap distance to the top wall in the area adjacent to two reactor vessels is bridged by the overflow wall area, which extends up to and adjoins the top wall.
  • the front wall of the foremost reactor vessel in the longitudinal direction or through flow direction has a first wall-like and / or plate-like bridging element which extends up to the top wall and is adjacent there.
  • the rear wall of the rearmost reactor vessel in the longitudinal direction or through the flow direction has a second wall-like and / or plate-like bridging element which extends up to the top wall and is adjacent there. It is further provided that the first and second wall- and / or plate-like bridging element as well as all existing front walls, intermediate walls and rear walls as well as the at least one overflow wall area extend in the transverse direction between the side walls that also extend to the top wall and adjoin there and there is adjacent, so that a closed reactor is formed when the ceiling wall is installed. With such a structure, the reactor vessels are essentially designed as identical parts, so that production and manufacture are considerably simplified.
  • each individual one of these contact connections can be designed to be gas-tight and / or liquid-tight.
  • this connection can preferably be designed as a detachable connection, for example as a form-fit and / or latching connection, to give just one example call.
  • a detachable connection for example as a form-fit and / or latching connection
  • the reactor container according to the invention for a photobioreactor in particular for a photobioreactor as described above, is characterized in that the reactor container is designed as an upwardly open container which, viewed in cross section, has a U-shape with a vertical axis extending, preferably rectangular and / or plate-shaped front wall and a preferably rectangular and / or plate-shaped rear wall spaced apart therefrom in the longitudinal direction and also extending in the vertical axis direction, which are connected to one another at the bottom by a bottom wall.
  • an intermediate wall preferably connected to the bottom wall and / or rectangular and / or plate-shaped, is provided, which extends upwards from the bottom wall in the vertical axis direction, so that the intermediate wall, in relation to the longitudinal direction, in a front reactor chamber and divided into a rear reactor chamber.
  • the partition wall in the area of the partition wall adjacent to and / or connecting the partition wall to the base wall, at least one partition wall through-flow opening is provided between the front and the rear reactor chamber.
  • such a reactor vessel is characterized by a very compact and simple design, whereby this reactor vessel can be combined as a single vessel in a simple manner with other reactor vessels of the same type or a similar type to form a photobioreactor with a desired number of cascading reactor vessels arranged one behind the other.
  • the reactor vessel in particular the free end region of the front wall and / or the rear wall of the reactor vessel, can be assigned a one-part or multi-part overflow wall region, for example integrally connected to it or as a separate component be connected to it, the overflow wall region extending in the transverse direction over the width of the reactor vessel and having at least one vessel overflow opening.
  • An embodiment of the reactor vessel with opposite side walls in the transverse direction is also advantageous, so that the bottom wall, preferably curved in the shape of an arc, the intermediate wall, the front wall, the rear wall and the overflow wall area of the reactor vessel extend between the two opposite side walls in the transverse direction and on adjoin these, in particular adjoin them gas- and / or liquid-tight there and / or are connected to them.
  • the side walls are again preferably rectangular and / or plate-shaped.
  • the bottom wall of the reactor vessel is curved in an arc shape, the apex of the curvature being at the lowest point of the reactor vessel in the vertical axis direction.
  • reactor vessel also applies to the further particularly preferred embodiment of the reactor vessel as being entirely transparent, preferably made of a transparent glass or plastic material.
  • At least one feed nozzle preferably a plurality of spaced apart in the transverse direction, on the reactor vessel
  • Feed nozzles is provided, by means of which a medium, in particular CO 2 or a medium containing CO 2, can be introduced into the reactor vessel from outside the reactor vessel. It is preferably provided here that the at least one feed nozzle, preferably a plurality of spaced apart in the transverse direction
  • Feed nozzles is arranged in the region of the reactor vessel near the bottom wall, specifically preferably in the region of the rear reactor chamber on the bottom wall and / or on the rear wall.
  • the reactor vessel which is open at the top, can be closed by at least one, preferably plate-shaped and / or removable, ceiling wall, preferably gas-tight and / or liquid-tight, in order to create a closed reactor vessel, in particular in connection with a photobioreactor from several reactor vessels to form.
  • the reaction container also preferably has a U-shaped basic structure with a front wall and a rear wall of essentially the same height, both of which have a gap distance from the top wall and both of which are surmounted by the intermediate wall extending to the top wall and adjoining there.
  • the gap distance can be bridged by an overflow wall area and / or by a wall-like and / or plate-like bridging element which, in the assembled state, extends up to and adjoins the ceiling wall.
  • the wall-like and / or plate-like bridging element and / or the overflow wall area in the assembled state extends in the transverse direction between the side walls that also extend to the top wall and adjoin them, so that when the top wall is mounted, a closed reactor vessel is formed.
  • a method according to the invention for the production of microorganisms, in particular microalgae, by means of a photobioreactor, in particular by means of a photobioreactor as described above is proposed, in which the photobioreactor is designed as a closed reactor which has a plurality of upwardly open reactor containers which are closed with a one-part or multi-part, preferably removable, ceiling wall of the photobioreactor, are preferably closed in a gas- and / or liquid-tight manner, and in which a nutrient medium is accommodated.
  • At least a part of the reactor vessel is designed as a single vessel which, viewed in cross section, has a U-shape with a front wall extending in the vertical axis direction and a rear wall spaced apart therefrom in the longitudinal direction and also extending in the vertical axis direction, which at the bottom has a bottom wall are connected to each other.
  • the reactor containers of the photobioreactor which are designed as individual containers, are arranged one behind the other as seen in the longitudinal direction of the photobioreactor (or through the direction of flow of the nutrient medium), namely in such a way that a front reactor container, seen in the longitudinal direction, with an at least partially translucent rear wall with the formation of a gap or gap distance to a at least partially transparent front wall of a rear reactor vessel seen in the longitudinal direction adjoins, the free end areas of the front and rear walls adjoining each other forming the gap have a common overflow wall area which closes the gap from above in relation to the vertical axis direction, the at least one Has container overflow opening between the adjacent reactor vessels.
  • the nutrient medium can then flow over from a reactor container at the front, as seen in the flow direction, into a reactor container at the rear.
  • the front wall and the rear wall of the reactor vessel or the reactor vessel are preferably rectangular and / or plate-shaped.
  • the overflow wall area which can also be referred to as an overflow wall area element, extends to the ceiling wall and is adjacent to it. This adjoining is preferably carried out in such a way that the overflow wall area adjoins the ceiling wall in a gas- and / or liquid-tight manner and / or is possibly even connected to it, preferably is detachably connected.
  • At least one lighting element is accommodated, by means of which light passes through the respectively assigned at least partially translucent front and / or rear wall into one of the two adjoining reactor vessels or in both adjacent reactor vessels can be emitted.
  • an intermediate wall preferably connected to the bottom wall and / or rectangular and / or plate-shaped, is provided, which extends from the bottom wall in the vertical axis direction upwards to the top wall and adjoins it, preferably gas and / or adjoins this in a liquid-tight manner and / or is possibly even connected to it (preferably detachably connected), so that the partition divides the reactor vessel into a front reactor chamber and a rear reactor chamber in relation to the longitudinal direction or flow direction.
  • At least one partition through-flow opening is provided between the front and the rear reactor chamber in the partition, in the area of the partition to the base wall near the base wall and / or connection area.
  • a nutrient medium received in the front reactor chamber of a front reactor container can flow through the at least one partition through-flow opening into the rear reactor chamber of the front reactor container and then further upwards from the rear reactor chamber of the front reactor container or through the at least one container - Flow overflow opening through into a front reactor chamber of a rear reactor vessel (vertically meandering flow), so that a nutrient medium received in the front reactor chamber of a front reactor vessel flows through the at least one partition through-flow opening into the rear reactor chamber of the front reactor vessel and continues from the rear one Reactor chamber of the front reactor vessel flows through the at least one vessel overflow opening into a front reactor chamber of a rear reactor vessel (vertical meandering flow).
  • FIG. 1 shows a schematic front view of an exemplary photobioreactor according to the invention with a view of the foremost reactor vessel in the direction of the arrow Z in FIG. 2a,
  • FIG. 2a shows a schematic longitudinal cross section along the line A-A of FIG. 1,
  • Figure 2b is a schematic perspective sectional view of the
  • FIG. 3a shows a schematic exemplary embodiment of an overflow wall area formed by a separate component
  • Figure 3b is a schematic sectional view along the line C-C of Figure 3a
  • Figure 3c is a schematic representation of a further alternative
  • FIG. 4a shows a schematic detailed illustration of an outlet forming an outlet
  • FIG. 4b shows a section along the line D-D of FIG. 4a
  • FIG. 5 schematically shows a front view of an individual reactor vessel
  • Figure 6 is a sectional view along the line B-B of Figure 5
  • FIG. 7 shows a perspective illustration of the individual reactor vessel of
  • FIG. 8a shows an enlarged detailed illustration of a partition in a top view
  • Figure 8b shows an alternative embodiment of the intermediate wall frame area of
  • Figure 9a shows a schematic representation of an alternative embodiment of a
  • Overflow wall area which is formed integrally with the free end area of the rear wall of a reactor vessel
  • Figure 9b shows a schematic representation of an alternative embodiment of a
  • Overflow wall portion formed integrally with the free end portion of a front wall of a reactor vessel
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a further alternative embodiment of a two-part overflow wall area, the overflow wall area elements of which are formed integrally with the free end area of the rear wall and with the free end area of the front wall of a reactor vessel.
  • FIGS. 1, 2a and 2b show an exemplary embodiment of a photobioreactor 1 according to the invention for the production of microorganisms, in particular the production of microalgae.
  • this photobioreactor 1 has a plurality of reactor containers 2 designed as individual containers, in which a nutrient medium is received.
  • the individual reactor vessels 2 have, as can be seen in particular from the synopsis of FIGS. 5, 6, 7 and 8. all of them preferably have an essentially identical U-shaped basic structure, in which the reactor vessels 2 are each designed as an upwardly open vessel and a front wall 3 extending in the direction of the axis z and a rear wall 4 spaced apart therefrom in the longitudinal direction x and also extending in the vertical axis direction z exhibit.
  • the front wall 3 and the rear wall 3 are each connected to one another on the bottom side by a bottom wall 5.
  • Both the front wall 3 and the rear wall 4 are here, for example, of plate-shaped and rectangular design, while the bottom wall 5 is here, for example, of curved design.
  • the front wall 3 and the rear wall 4 have, as can be seen in particular from FIG. 6, essentially the same height and are overlooked in the vertical axis direction z by an intermediate wall 6 arranged here for example in the center of the reactor vessel 2.
  • This intermediate wall 6 is also embodied here, for example, in the shape of a plate and rectangular, which can also be seen in particular from FIG.
  • the intermediate wall 6 extends in the assembled state (see, for example, Figure 2a) from the bottom wall 5 starting in the vertical axis direction z upwards to a top wall 7, which is only shown in dashed lines here for reasons of clarity and, for example, is also plate-shaped and rectangular.
  • the intermediate wall 6 adjoins the top wall 7 with its upper free end region in the direction of the vertical axis, specifically preferably in a gas-tight and / or liquid-tight manner.
  • the intermediate wall 6 can also be connected to the top wall 7, in particular in a detachable manner.
  • the top wall 7 is shown here in one piece, but can also be constructed in several parts if necessary.
  • the partition 6 divides the reactor vessel into a front reactor chamber 8 and a rear reactor chamber 9 in relation to the longitudinal direction x.
  • intermediate wall 6 which can be seen in particular from FIG. 8a, in the adjacent and / or connection area of the intermediate wall to the bottom wall 5 near the bottom wall, several intermediate wall throughflow openings 10 are formed, which allow the nutrient medium to flow over from the front reactor chamber 8 into the rear Allow reactor chamber 9.
  • the latter naturally also applies to the adjoining of the front wall 3, the intermediate wall 6 and the rear wall 4 on the side walls 11.
  • top wall 7 is preferably designed as a removable top wall, so that either no connection may be provided or a detachable connection must be provided between the top wall 7 and the walls or wall areas adjoining it.
  • the apex of the curvature of the bottom wall 5 of the reactor vessel is at the lowest point of the reactor vessel 2, viewed in the vertical axis direction z, so that the opposite side walls 11, viewed in the vertical axis direction z, are at least up to the apex this bottom wall 5 extend downwards and thus form a floor contact area.
  • each individual reactor vessel 2 has two separate, opposite side walls 11.
  • FIG. 2b an alternative variant is shown, in which two opposite large-area side walls 11 each form the side walls for several or, in the case of FIG. 2b, for all reactor vessels 2.
  • Both the individual reactor containers 2 and the top wall 7 are preferably designed to be transparent overall, for example made of a transparent glass or plastic material.
  • all reactor vessels 2 have the same U-shaped basic structure with an equally high front wall 3 and rear wall 4, both of which have a gap between them and the top wall 7 both are surmounted by the intermediate wall 6 extending up to the top wall 7.
  • the photobioreactor 1 has an overflow wall area 12, described below, in the adjoining area of two reactor vessels 2, which, viewed in the vertical axis direction z, extends up to the top wall 7 and in the transverse direction y between the opposite side walls 11 these are respectively adjacent, in particular gas-tight and / or liquid-tight, and / or possibly even connected to them.
  • this overflow wall area 12 is formed by a separate component (see FIG. 3a), which is firmly connected to the front wall 3 and the rear wall 4 of two adjacent reactor vessels 2 (see FIGS. 2a and 2b).
  • the individual reactor vessels 2 are arranged one behind the other in the longitudinal direction x in such a way that a front reactor vessel 2 with a translucent rear wall, seen in the longitudinal direction x, with the formation of a gap 13 as assembly space on a translucent front wall 3 of a Adjoining the rear reactor vessel 2 as seen in the longitudinal direction x.
  • the free end areas of the front and rear walls 3, 4 assigned to the overflow wall area 12 are each connected to a lower frame section 14 of a peripheral frame 15 of the overflow wall area 12, in particular connected in a gas- and / or liquid-tight manner.
  • the mutually associated front and rear walls 3, 4 of the adjoining reactor vessels 2 each have a common overflow wall area 12, which closes the gap 13 from above in relation to the vertical axis direction z, and here several container overflow openings 16 merely by way of example having.
  • the multiple juxtaposed container overflow openings 16 in the transverse direction are formed here by multiple connecting webs 18 running in the vertical axis direction z between the upper frame section 17 and the lower frame section 14, which preferably simultaneously form flow guide elements.
  • this arrangement of the overflow wall area 12 between the associated front and rear walls 3, 4 of adjacent reactor vessels 2 results in an upper overflow area in relation to the vertical axis direction z , through which a nutrient medium can flow in or overflow from a rear reactor chamber 9 of a front reactor container 2 into a front reactor chamber 8 of a rear reactor container 2.
  • the overflow wall area 12 can, however, also be formed integrally with the free end area of the rear wall 4 of the reactor container 2. This is shown schematically in FIG. 9a.
  • a free end area of a front wall 3 of a directly adjoining reactor vessel 2 is also connected to the overflow wall area 12 to form the common overflow wall area 12 (see arrow 42).
  • the overflow wall area 12 can, however, also be formed integrally with the free end area of the front wall 3 of the reactor vessel 2. This is shown schematically in FIG. 9b.
  • a free end area of a rear wall 3 of a directly adjoining reactor vessel 2 is also connected to the overflow wall area 12 to form the common overflow wall area 12 (see arrow 42).
  • identical parts also result in an embodiment according to FIGS. 9a and 9b, since the reactor vessels 2 only have to be rotated through 180 ° in order to each form an overflow wall area 12 arranged on a front wall 3 or on a rear wall 4.
  • overflow wall area 12 is constructed in several parts and a first overflow wall area element 12a on the front wall is integral with the free end area of the front wall 3 and a second overflow wall area element 12b on the rear wall with the free end region of the rear wall 4 of the reactor vessel 2 is formed.
  • the front wall-side overflow wall area element 12a and the rear wall-side overflow wall area element 12b of two adjacent reactor vessels 2 are then connected to one another to form the common overflow wall area 12, which is indicated in the illustration in FIG.
  • overflow wall area elements 12a, 12b which are designed as separate components and only have to be connected to the free end areas of the associated walls in the course of pre-assembly.
  • the intermediate wall 6 has in the wall area close to the bottom wall a peripheral frame area 19, whose lower frame part area 20 in the vertical axis direction 7 adjoins the bottom wall 6, in particular adjoins and / or with this gas- and / or liquid-tight possibly even connected, preferably releasably connected.
  • the intermediate wall 6 has, for example, several intermediate wall through-flow openings 10 lying next to one another in the transverse direction y, which pass through several between opposite frame parts Connecting webs 21 are formed, which preferably simultaneously form flow guide elements.
  • the nutrient medium can thus also flow from the front reactor chamber 8 into the rear reactor chamber 9, so that an overall vertically meandering flow course of the nutrient medium in the photobioreactor 1 results.
  • the front wall 3 of the foremost reactor vessel 2 in the longitudinal direction x or through the flow direction has a first wall-like and / or plate-like bridging element 22, which extends from the free end region of the front wall 3 to the top wall extends and adjoins this, in particular adjoins gas- and / or liquid-tight and / or is possibly even connected to it.
  • bridging elements 22, 23 are used, it is ensured that each reactor container with the same basic structure can be used, and regardless of the respective position of the reactor vessel in the photobioreactor.
  • the first and second bridging elements 22 and 23 are preferably separate components that have to be connected to the respective wall area of the reactor vessel 2. However, this is not a mandatory measure.
  • front wall of the foremost reactor vessel 2 as well as the rear wall of the rearmost reactor vessel 2 from the outset with a height such that the front wall 3 of the foremost reactor vessel 2 as well as the rear wall 4 of the rearmost reactor vessel 2 in the vertical axis direction z extends up to the top wall 7 and is adjacent there.
  • the second bridging element 23 can be designed essentially analogously to the overflow wall area 12 of Figures 3a and 3b, for example to have an outlet 24 with at least one outlet opening 25, preferably several To form outlet openings 25.
  • the plurality of outlet openings 25 are again formed by providing connecting webs 26 between opposing frame subregions.
  • a nozzle-like overflow connection 27 extends outward from the mouth area of the outlet 24, so that a defined overflow is created, for example to an adjoining further photobioreactor of essentially identical or identical design or also as an outlet to one shown here as an example Endless belt filter 28.
  • This endless belt filter 28 is described in more detail below.
  • the intermediate wall 6 and the overflow wall area 12 and possibly also the bridging elements 22, 23 each extend up to the top wall 7 and adjoin it, preferably adjoining in a contact and contact connection without a gap, preferably gas and / or adjoin liquid-tight, the overall structure is stable, since the individual walls or wall areas then extend up to the top wall 7 and can be supported there, for example can also be accommodated in a groove-shaped recess, for example can also be releasably latched .
  • the latter also allows a functionally reliable arrangement of the top wall 7 or the individual walls and Wall areas in the desired position. For the partition 6, this also applies in an analogous manner to its connection to the bottom wall 5.
  • a plurality of lighting elements 29 are arranged in the gap 13 between the adjacent reactor vessels 2, specifically here as an example that several rows of lighting elements 29a, 29b extending in the transverse direction y , 29c and 29d are provided, which are spaced apart from one another in the vertical axis direction z, namely, as shown here by way of example, are preferably evenly spaced apart from one another.
  • the individual rows of lighting elements 29a, 29b, 29c and 29d can be, for example, lighting elements 29 in the form of LED light strips, to name just one example, the LEDs of which light through the front wall 3 as well as through the rear wall 4 of two adjacent ones Can radiate reactor vessels into the respective reactor chambers of the reactor vessel 2. This is shown merely by way of example in connection with the two reactor vessels 2 on the left in the image plane of FIG. 2a.
  • the lighting elements 29, for example as LED light strips can be arranged or designed in the gap 13 so that light, as shown in connection with the two reactor containers 2 on the right in the image plane of FIG. 2a, alternately only enters one of the two associated reactor vessel 2 is emitted.
  • the light elements 29 arranged one above the other in the vertical axis direction z also shine alternately (viewed from top to bottom) through the rear wall 4 of the front reactor vessel 2, then through the front wall 3 of the rearmost reactor vessel 2, then again through the rear wall 4 of the front reactor vessel 2 and finally again through the front wall 3 of the rearmost reactor vessel 2. It goes without saying that other arrangements and fluoroscopy are also possible at any time.
  • the overflow takes place through the partition 6 between the individual reactor chambers 8, 9 or the overflow through the overflow wall area 12 between the individual reactor vessels 2 then advantageously through overflow openings 10, 16 which are matched to the respective application and which geometrically can be designed in such a way that the flow conditions of the vertically meandering flow can be specifically influenced in the respective overflow area, for example in such a way that targeted slight turbulence or eddies are caused there, which counteracts a settling movement of microorganisms generated, for example, without the flow course as such.
  • a stiffening element 32 for example a stiffening element, can be provided in the gap 13 between the respective adjacent reactor vessels, preferably in the area above the transition area from the front and / or rear wall 3, 4 to the bottom wall 5 Stiffening element 32 closing the gap 13 downwards.
  • This stiffening element 32 can extend over a predetermined length in the transverse direction y, for example it can also extend completely between the opposite side walls 11.
  • a plurality of feed nozzles 33 spaced in the transverse direction are provided in the area of the reactor container 2 near the bottom wall, here in the area of the rear reactor chamber 9 on the bottom wall 5 which a medium, in particular CO 2 or a CO 2 -containing medium, can be introduced from outside the reactor container 2 into the reactor container.
  • the feed nozzles are preferably aligned with their mouth openings in the direction of flow (compare in particular FIG. 2a) so that when the medium is injected, the flow of the nutrient medium is supported in the direction of flow.
  • deposits in the rear reactor chamber, in particular in the bottom wall area can also be reliably avoided.
  • the first bridging element 22 can be designed differently, for example as a closed wall element 22a (to the left of the dividing line T) or similar to the overflow wall area 12 with overflow openings 22b (right from the dividing line T). This depends, for example, on how the photobioreactor 1 is actually used or used. If the photobioreactor 1 is used as a single reactor or as the first reactor of a reactor cascade, then the first bridging element 22 can be designed as a closed wall element 22a and the nutrient medium is then fed in via the inlet 34, which is only shown schematically in FIG. 2a .
  • the first bridging element 22 is provided with the overflow openings 22b, which are then fluidically coupled to the outlet 24 of a preceding photobioreactor 1 , preferably via the overflow connection 27 to which the first bridging element 22 is coupled (not shown in detail here).
  • the first bridging element 22 is designed here as a closed wall element 22a, for example.
  • the inlet 34 can also be coupled to a feed line 34a, by means of which fresh nutrient medium 34a can be fed to the photobioreactor 1 at given times.
  • the inlet 34 is furthermore connected to a nutrient medium line which is embodied here as a return line 34b and which here for example exits from the last reactor container 2 and by means of which the nutrient medium is circulated via the inlet 34.
  • a pump can in principle be switched as a delivery device in the return line 34b.
  • the conveying device is particularly preferably formed by an air lifting arrangement 35, in which a certain working medium, preferably air, most preferably air enriched with CO 2 and / or filtered, which is the nutrient medium, is introduced into the return line 34 b leading to the inlet 34 in the direction of inlet 34 promotes.
  • a certain working medium preferably air, most preferably air enriched with CO 2 and / or filtered, which is the nutrient medium
  • part of the nutrient medium is preferably withdrawn from the rearmost reactor vessel 2 in the longitudinal direction x or throughflow direction and then fed back to the foremost reactor vessel 2 in the longitudinal direction x b and the throughflow direction.
  • this can also be deviated from if necessary, for example in such a way that several return lines are provided which branch off from several reactor vessels and are led to the inlet.
  • an inlet in connection with other or further reactor vessels can also be provided.
  • the air lifting arrangement 35 thus simultaneously serves as a circulating device for the liquid nutrient medium in the photobioreactor 1, that is to say as a circulating device in order to guide the nutrient medium through the photobioreactor 1 in a vertically meandering manner.
  • a circulating device for the liquid nutrient medium in the photobioreactor 1, that is to say as a circulating device in order to guide the nutrient medium through the photobioreactor 1 in a vertically meandering manner.
  • such an air lifting arrangement 35 is particularly gentle on the product.
  • the invention can in principle be implemented with any type of circulating device.
  • the photobioreactor 1 is followed by the endless belt filter 28, in which an endless filter cloth 36 is guided in the circuit between a filtering section 37 and a section 38 in which the filtered product 39 is removed from the filter cloth 36 is.
  • the filtered nutrient medium 40 can optionally be returned to the nutrient medium circuit via a further return line 34c.
  • the feed nozzles 33 can also be coupled to a feed line 33a via which, for example, medium enriched with CO 2, for example air enriched with CO 2, can be fed.
  • valves, backflow preventer and other blocking elements or control elements with which the media flow is controlled or regulated can of course be arranged in the respective media-carrying lines.
  • a heating and / or cooling element 41 can be arranged on the bottom wall 5 of each of the reactor containers, by means of which the nutrient medium accommodated in the respective reactor container 2 can be appropriately tempered. This is shown schematically and by way of example in FIG.
  • top wall 7 with one or more
  • Ventilation devices 45 be provided, for example by
  • Ventilation fans are formed. This is only shown extremely schematically and by way of example in FIG. 2a.
  • a gas that collects between the top wall 7 and the nutrient medium in particular an oxygen-containing gas, can be drawn off from the interior of the photobioreactor 1, in particular from the reactor containers 2.
  • each reactor vessel 2 can be assigned a ventilation device 45 on the ceiling wall.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Photobioreaktor (1), insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen, wobei der Photobioreaktor (1) als geschlossener Reaktor ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von nach oben offenen Reaktorbehältern (2) aufweist, die mit einer Deckenwand (7) des Photobioreaktors (1) verschlossen sind und in denen ein Nährstoffmedium aufnehmbar is Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter (2) als Einzelbehälter ausgebildet ist, wobei aneinander angrenzende Reaktorbehälter (2) zwischen einer Vorderwand (3) und einer Rückwand (4) einen Spalt (13) ausbilden, der an der Oberseite von einem Überström-Wandbereich (12) verschlossen ist und eine Behälter-Überströmöffnung (16) zwischen den angrenzenden Reaktorbehältern (2) aufweist. Im Spalt (13) ist wenigstens ein Leuchtelement (29) aufgenommen. Zudem ist in jedem der Reaktorbehälter (2) eine Zwischenwand (6) vorgesehen ist, die den Reaktorbehälter (2) in eine vordere Reaktorkammer (8) und in eine hintere Reaktorkammer (9) unterteilt, wobei in der Zwischenwand (6), im bodenwandnahen Bereich, wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung (10) zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer (8, 9) vorgesehen ist. Weiter beansprucht die Erfindung einen Reaktorbehälter und ein Verfahren.

Description

Beschreibung
Photobioreaktor, insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen wie
beispielsweise Mikroalqen
Die Erfindung betrifft einen Photobioreaktor, insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , einen Reaktorbehälter für einen Photobioreaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 32 sowie ein Verfahren zur Produktion von Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 33.
Mikroalgen sind prokaryotische und eukaryotische photosynthetische Mikroorganismen, die sich durch einfaches Zellmaterial auszeichnen. Je nach Art, kann die Größe der Mikroalgen von wenigen Mikrometern bis zu einigen hundert Mikrometern (pm) variieren. Mikroalgen können entweder als Einzelzellen leben oder bilden Kolonien. Abhängig von ihrer Größe können Mikroalgen in vier Hauptkategorien unterteilt werden: Mikroplankton (20 - 1000 pm), Nanoplankton (2 - 100 pm), Ultraplankton (0,5 - 15 pm) und Pikoplankton (0,2 - 2 pm). Wichtige Mikroalgentypen für die industrielle Produktion sind zum Beispiel Chlorella vulgaris, Spirulina (Arthrospira) und Nannochloropsis, um nur einige Beispiele zu nennen.
Aufgrund ihrer morphologischen und physiologischen Eigenschaften finden Mikroalgen in verschiedenen biotechnologischen Prozessen Verwendung, wie zum Beispiel bei der Herstellung von Antioxidantien, Arzneimitteln, Immunstimulanzien, Biokraftstoffen, Peptiden, Polymeren, Toxinen, Sterinen und Nahrungsergänzungsmitteln, um nur einige beispielhaft zu erwähnen. Je nach der verwendeten Mikroalgensorte, der Biomassenkultivierung und der nachfolgenden Verarbeitung können zudem wertvolle Moleküle und Verbindungen wie Fett, Öl, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, natürliche Farbstoffe, verschiedene Polysaccharide, Pigmente, bioaktive Moleküle, etc. aus Mikroalgen gewonnen werden. Neben Lipiden sind auch Kohlenhydrate wertvolle Rohstoffe der Mikroalgen. Verschiedene Studien weisen darauf hin, dass Mikroalgenproteine von hohem Wert sind und mit herkömmlichen Pflanzenproteinen vergleichbar sind. Die einfache zelluläre Struktur der Mikroalgen ermöglicht auch eine einfachere genetische Manipulation im Vergleich zu beispielsweise Pflanzen.
Die wichtigsten Kriterien, die die Qualität der produzierten Mikroalgenbiomasse beeinflussen, sind die Auswahl der Mikroalge, die Auswahl des geeigneten Bioreaktorsystems, die Auswahl der optimalen Bedingungen für die Mikroalgenzüchtung, und die Auswahl des Verfahrens zur Abtrennung des gewünschten mikrobiellen Produkts. Die Bedingungen der Mikroalgenkultivierung in einem Bioreaktor und das gewählte Bioreaktorsystem haben somit einen großen Einfluss auf die Produktion der Mikroalgen.
Die biotechnologische Mikroalgenproduktion erfolgt in offenen oder geschlossenen Bioreaktorsystemen. Als offene Systeme werden meistens natürliche Wasserläufe, Seen und Lagunen sowie künstlich ausgegrabene Kanäle und Becken verwendet.
Für die den Gegenstand der vorliegenden Erfindung betreffenden geschlossenen Bioreaktorsysteme gibt es verschiedene konstruktive Lösungen, so zum Beispiel Bioreaktoren in Form von Rohrleitungen oder Platten, in denen die Bewegung des stets flüssigen Nährstoffmediums (oftmals auch als Wachstumsmedium oder Nähstofflösung bezeichnet), in dem sich die Mikroalgen bilden, durch Einsatz von Pumpen erfolgt.
Diese Bioreaktoren, mit deren Hilfe Mikroorganismen, wie zum Beispiel Mikroalgen, produziert, das heißt kultiviert und vermehrt werden können, werden häufig auch als Photobioreaktoren bezeichnet, da sie für das Wachstum und die Vermehrung der Mikroorganismen in bekannter Weise Kohlenstoffdioxid (C02) und Licht nutzen, um Photosynthese zu betreiben.
Aus der EP 3 041 924 B2 ist bereits ein geschlossener Photobioreaktor zur Gewinnung von Phytoplankton bekannt, bei der in einem Gehäuse eine Nährstofflösung und mehrere vertikal ausgerichtete und im horizontalen Abstand zueinander angeordnete Platten vorhanden sind, die sich nicht bis zur gegenüberliegenden Wand erstrecken sollen und von denen zumindest ein Teil an der Oberseite des Gehäuses befestigt ist, um eine vertikal mäanderförmige Strömung auszubilden. Die Platten sind dabei alternierend entweder am Boden oder an der Oberseite des Gehäuses befestigt, wobei an der im Bereich der Befestigung befindlichen Stirnflächen der Platten Beleuchtungsmittel angebracht sind. Die Platten selbst bestehen aus einem transparenten Festmaterial, in das lichtstreuende Partikel mit einer derartigen Partikeldichte eingebettet sind, dass die Dichte des Lichtaustrittes über die Oberfläche der Platte in etwa konstant ist. Eine derartige großtechnische Produktionsanlage ist jedoch insgesamt relativ komplex im Aufbau und damit teuer in der Herstellung.
Weiter ist aus der EP 2 326 706 B1 ein geschlossener Photobioreaktor zur Aufzucht und Reproduktion von Mikroorganismen bekannt, der eine Beckenanlage mit einer Nährstoffsuspension aufweist, wobei die Beckenanlage ein durch zumindest teilbereichsweise lichtdurchlässige Trennwände gebildetes Vertikalmäandersystem aufweist, um eine im Wesentlichen vertikale Strömung der Nährstoffsuspension in der Beckenanlage zu erreichen. In technisch extrem aufwendiger Weise sind die Trennwände hier hohl ausgebildet und mit einer dispersiven Flüssigkeit zum Ableiten von Licht in die Nährstoffsuspension gefüllt.
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Photobioreaktor, insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen, höchst bevorzugt von Mikroalgen, zu schaffen, der konstruktiv einfach aufgebaut ist, der zudem einfach in der Wartung ist und mit dem ein hoher Ertrag in Verbindung mit einem qualitativ hochwertigen Produkt erzielbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen geeigneten Reaktorbehälter für einen derartigen Photobioreaktor zur Verfügung zu stellen. Und schließlich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein geeignetes Verfahren zur Produktion von Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen mit einem derartigen Photobioreaktor zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der darauf rückbezogenen Unteransprüche.
Gemäß Anspruch 1 ist ein Photobioreaktor, insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen, höchst bevorzugt von Mikroalgen, vorgesehen, wobei der Photobioreaktor als geschlossener Reaktor ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von nach oben offenen Reaktorbehältern aufweist, die mit wenigstens einer bzw. einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise abnehmbaren, Deckenwand des Photobioreaktors verschlossen sind (vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht verschlossen sind) und in denen ein Nährstoffmedium aufnehmbar ist. Die Grundfunktion der Deckenwand ist die eines Deckels, um eine Kontamination des Nährstoffmediums bzw. der produzierten Mikroorganismen mit Verunreinigungen (zum Beispiel Feststoffpartikeln aus Luft, Bakterien, Sporen, usw.) zu verringern, was zu einer hohen Qualität der hergestellten Mikroorganismen führt. Die Deckenwand kann bevorzugt jederzeit geöffnet werden, um den Zugang zum Nährstoff- bzw. Wachstumsmedium sowie zur Reinigung der Reaktorbehälter zu erleichtern. Unter einem Nährstoffmedium wird hierbei jedwedes geeignete, flüssige Wachstumsmedium verstanden, das mit Nährstoffen angeimpft ist, um die Produktion der jeweils gewünschten Mikroorganismen einzuleiten. Im Falle von Mikroalgen kann dies zum Beispiel Osmosewasser sein, das mit Nährstoffen angeimpft ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter, vorzugsweise alle Reaktorbehälter, des Photobioreaktors als Einzelbehälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet jeweils eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden Vorderwand und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden Rückwand aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand miteinander verbunden sind. Die wie vorstehend beschrieben als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter des Photobioreaktors sind in Längsrichtung des Photobioreaktors (bzw. Durchström richtung des Nährstoffmediums) gesehen hintereinander angeordnet, und zwar dergestalt, dass ein in Längsrichtung gesehen vorderer Reaktorbehälter mit einer wenigstens bereichsweise lichtdurchlässigen Rückwand unter Ausbildung eines Spaltes bzw. Spaltabstandes an eine wenigstens bereichsweise lichtdurchlässige Vorderwand eines in Längsrichtung gesehen hinteren Reaktorbehälters angrenzt, wobei die freien Endbereiche der unter Ausbildung des Spaltes aneinander angrenzenden Vorder- und Rückwände einen gemeinsamen, den Spalt, bezogen auf die Hochachsenrichtung, von oben her verschließenden Überström-Wandbereich aufweisen, der wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung zwischen den angrenzenden Reaktorbehältern aufweist. Über diese Behälter-Überströmöffnung kann dann das Nährstoffmedium von einem in Strömungsrichtung gesehen vorderen Reaktorbehälter in einen demgegenüber hinteren Reaktorbehälter überströmen. Die Vorderwand und die Rückwand des Reaktorbehälters bzw. der Reaktorbehälter sind dabei vorzugsweise rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildet.
Der Überström-Wandbereich, der auch als Überström-Wandbereichselement bezeichnet werden kann, erstreckt sich bis zu der Deckenwand und grenzt an diese an. Diese Angrenzung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass der Überström- Wandbereich gas- und/oder flüssigkeitsdicht an die Deckenwand angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist (vorzugsweise lösbar verbunden ist).
Im Spalt zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (und damit in Hochachsenrichtung gesehen unterhalb des Überström-Wandbereiches) ist wenigstens ein Leuchtelement aufgenommen, mittels dem Licht durch die jeweils zugeordnete wenigstens bereichsweise lichtdurchlässig ausgebildete Vorder- und/oder Rückwand hindurch in einen der beiden angrenzenden Reaktorbehälter oder in beide angrenzenden Reaktorbehälter abstrahlbar ist.
Weiter ist in jedem der als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter eine, vorzugsweise mit der Bodenwand verbundene und/oder rechteckförmige und/oder plattenförmige, Zwischenwand vorgesehen, die sich von der Bodenwand ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben zu der Deckenwand erstreckt und an diese angrenzt, vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist (vorzugsweise lösbar verbunden ist), so dass die Zwischenwand den Reaktorbehälter, bezogen auf die Längsrichtung bzw. Durchströmrichtung, in eine vordere Reaktorkammer und in eine hintere Reaktorkammer unterteilt.
Weiter ist in der Zwischenwand, im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand an die Bodenwand, wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer vorgesehen.
Mit einem derartigen Aufbau kann ein in der vorderen Reaktorkammer eines vorderen Reaktorbehälters aufgenommenes Nährstoffmedium durch die wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung hindurch in die hintere Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters strömen und dann weiter von der hinteren Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters nach oben bzw. durch die wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung hindurch in eine vordere Reaktorkammer eines hinteren Reaktorbehälters strömen (vertikal mäanderförmige Strömung).
Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass hier eine Mehrzahl von im Wesentlichen einzelnen und bevorzugt als Gleichteile ausgebildeten Reaktorbehältern vorgesehen werden kann, die einfach hergestellt werden können, zum Beispiel auch im 3D-Druck hergestellt werden könnten. Die einzelnen Reaktorbehälter können in grundsätzlich beliebiger Anzahl und Reihenfolge aneinandergefügt werden, um einen gewünschten Photobioreaktor auszubilden, wobei das Aneinanderfügen dann so erfolgt, dass in einem Spalt bzw. Zwischenraum zwischen der jeweiligen Rückwand und Vorderwand von aneinander angrenzenden Reaktorbehältern in einer vorteilhaften Doppelfunktion gleichzeitig die für die Photosynthese benötigten lichtspendenden Leuchtelemente einfach und funktionssicher angeordnet werden können. Der Spalt bzw. Zwischenraum zwischen den aneinandergrenzenden Reaktorbehältern ist dabei insbesondere auch in Verbindung mit Wartungs- und Montagearbeiten auf einfache Weise schnell zugänglich, so dass Leuchtelemente mit ihren Leuchtkörpern auf einfache Weise ausgetauscht und ersetzt werden können. Auf eine technisch aufwendige Lösung gemäß dem Stand der Technik, bei der Leuchtelemente an der Stirnfläche von Platten anzuordnen sind, in die in besonders aufwendiger Weise zudem lichtstreuende Partikel in einer bestimmten Partikeldichte einzubetten sind, kann somit mit der erfindungsgemäßen Lösung ebenso vollständig verzichtet werden wie auf das ebenfalls aus dem Stand der Technik vorbekannte Vorsehen von dispersiven Flüssigkeiten in hohlen Trennwänden. Bei der erfindungsgemäßen Lösung müssen die Leuchtmittel lediglich im von außen zugänglichen Spalt zwischen den Vorder- und Rückwänden aneinander angrenzender Reaktorbehälter in der gewünschten Höhe angeordnet werden.
Diese Lösung weist weiter auch noch den Vorteil gegenüber den Lösungen des Standes der Technik auf, dass die Ausleuchtung bzw. Beleuchtung der Reaktorbehälter bzw. der Reaktorkammern auf einfache Weise individuell angepasst und geändert werden kann. Hierfür genügt es zum Beispiel die Anordnung und Ausrichtung der Leuchtelemente abzuändern, was einfach von außerhalb des Reaktorbehälters lediglich durch Eingriff in den Spalt zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern erfolgen kann. Zudem können die jeweiligen Lichtverhältnisse im Inneren der Reaktorbehälter einfach vorgegeben werden, zum Beispiel dahingehend, dass in Strömungsrichtung gesehen unterschiedlich helle Bereiche ausgebildet werden, was vorteilhaft für das Wachstum der Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen, ist und nachstehend noch näher erläutert wird.
Zudem hat die erfindungsgemäße Lösung mit den vereinzelten Reaktorbehältern auch den Vorteil, dass bei eventuellen Beschädigungen eines einzelnen Reaktorbehälters bzw. einzelner Teile eines Reaktorbehälters, lediglich dieser einzelne Reaktorbehälter ausgetauscht werden muss.
Und zudem ergibt sich hiermit ein besonders vorteilhaftes modulares System, das auf besonders einfache Weise um einen oder mehrere Reaktorbehälter ergänzt bzw. reduziert werden kann, wenn dies im praktischen Betrieb des Photobioreaktors erforderlich sein sollte.
Eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern stellt dabei der gemeinsame, den Spalt von oben her verschließende Überström-Wandbereich dar, der, wie dies nachfolgend noch näher erläutert wird, zum Beispiel integral mit einem oder ggf. sogar beiden der aneinander angrenzenden Reaktorbehälter ausgebildet sein kann oder aber alternativ auch durch ein separates Bauteil gebildet sein kann.
An dieser Stelle soll ausdrücklich nochmals klargestellt werden, dass es gemäß der vorliegenden Erfindungsidee zwar bevorzugt ist, dass sämtliche Reaktorbehälter des Photobiorektors als Einzelbehälter ausgebildet sind, wie dieser vorstehend beschrieben worden ist und auch nachstehend noch weiter beschrieben wird. Vom Schutzumfang umfasst sind jedoch auch ausdrücklich solche Ausgestaltungen eines Photobioreaktors, bei dem lediglich ein Teil, das heißt zum Beispiel wenigstens zwei, der Reaktorbehälter des Photobioreaktors als derartige Einzelbehälter ausgebildet sind und der Rest der Reaktorbehälter anders aufgebaut ist. Die erfindungsgemäßen Vorteile ergeben sich dann zwar lediglich für die erfindungsgemäß gestalteten und hintereinander angeordneten Einzelbehälter, sind aber dennoch vorhanden, so dass auch derartige Ausführungsformen ausdrücklich vom Schutzumfang der erfindungsgemäßen Lösung umfasst sind. Dies ist bei sämtlichen nachstehenden Ausführungen und Weiterbildungen stets grundsätzlich zu beachten, auch wenn dies nicht mehr ausdrücklich wiederholt wird.
Gemäß einer besonders bevorzugten konkreten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass sich die, vorzugsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildete, Bodenwand, die Zwischenwand, die Vorderwand, die Rückwand und der Überström-Wandbereich wenigstens eines oder wenigstens eines Teils der Reaktorbehälter, vorzugsweise von sämtlichen Reaktorbehältern, zwischen zwei in Querrichtung gegenüberliegenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Seitenwänden erstrecken und an diese angrenzen, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzen und/oder ggf. sogar mit diesen verbunden sind (vorzugsweise lösbar verbunden sind). Die Seitenwände erstrecken sich dabei jeweils bis zur Deckenwand und grenzen an diese an, um den insgesamt geschlossenen Aufbau der Reaktorbehälter zur Verfügung zu stellen. Die Angrenzung der Seitenwände an die Deckenwand erfolgt insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht. Alternativ oder zusätzlich können die Seitenwände gegebenenfalls sogar mit der Deckenwand verbunden sein.
Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei der die Bodenwand des Reaktorbehälters bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist, wobei sich der Scheitelpunkt der Krümmung an dem in Hochachsenrichtung gesehen tiefsten Punkt des Reaktorbehälters befindet. Mit einem derartig bogenförmig gekrümmt ausgebildeten Bodenwandbereich ergibt sich eine besonders vorteilhafte, dem Strömungsverlauf folgende Geometrie, die keine Totzonen aufweist, in denen sich in unerwünschter Weise Material, zum Beispiel Algenmaterial, ansammeln kann. Zudem ist es in diesem Zusammenhang besonders vorteilhaft, wenn sich die gegenüberliegenden, vorzugsweise rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildeten, Seitenwände in Hochachsenrichtung wenigstens bis zum Scheitelpunkt der Bodenwand nach unten erstrecken und eine Bodenaufstandsfläche ausbilden. Damit werden dann trotz des bogenförmig gekrümmten Bodenwandbereichs insgesamt stabil stehende Reaktorbehälter zur Verfügung gestellt. Besonders bevorzugt in Verbindung mit einer vereinzelten Bauweise der Reaktorbehälter ist dabei ein Aufbau, bei dem jeder einzelne der als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter zwei separate gegenüberliegende Seitenwände aufweist. Denn wie bereits vorstehend beschrieben, wird dadurch ein besonders einfach zu handhabendes separates Bauteil ausgebildet. Grundsätzlich bzw. alternativ dazu besteht jedoch selbstverständlich auch die Möglichkeit, dass zwei gegenüberliegende, großflächige Seitenwände die Seitenwände für mehrere bzw. alle Reaktorbehälter ausbilden. Dies steht dem Einzelbehälterkonzept nicht entgegen, die dann bei dieser Ausführungsform durch die Vorderwand, die Zwischenwand und die Rückwand gebildet werden.
Um einen Lichteintritt in das Innere der Reaktorbehälter zu ermöglichen, ist es notwendig, dass, wie vorstehend beschrieben, die Vorderwand bzw. die Rückwand der Reaktorbehälter, die Leuchtelementen zugeordnet ist bzw. sind, zumindest in diesem Zuordnungsbereich lichtdurchlässig ausgebildet ist bzw. sind. Besonders vorteilhaft und einfach in der Herstellung ist jedoch ein Aufbau, bei dem wenigstens einer oder wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter und/oder die Deckenwand insgesamt lichtdurchlässig ausgebildet ist bzw. sind, vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffmaterial ausgebildet ist bzw. sind. Weiter bevorzugt ist ein Aufbau, bei dem die einzelnen Wände materialeinheitlich und/oder einstückig und damit kostengünstig hergestellt sind.
Wie bereits zuvor ausgeführt, ist es zudem besonders vorteilhaft, wenn die Vorderwand und/oder die Rückwand und/oder die Zwischenwand und/oder der Überström-Wandbereich und/oder die Seitenwände rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildet sind. Derartige rechteckförmigen und/oder plattenförmigen Wandelemente lassen sich einfach hersteilen und erlauben eine insgesamt einfache Konstruktion des Reaktorbehälters, insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung von Gleichteilen.
Der ein- oder mehrteilig ausgebildete Überström-Wandbereich kann zum Beispiel integral mit der Vorderwand und/oder der Rückwand eines Reaktorbehälters ausgebildet sein, insbesondere mit deren freien Endbereichen. Gemäß einer ersten Ausführungsform hierzu kann der Überström-Wandbereich zum Beispiel integral mit entweder der Vorderwand oder der Rückwand eines Reaktorbehälters ausgebildet sein, insbesondere mit deren freien Endbereichen. Zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom-Wandbereiches wird dann ein freier Endbereich einer Rückwand bzw. Vorderwand eines unmittelbar angrenzenden Reaktorbehälters ebenfalls an dem Überström-Wandbereich angebunden. Bei dieser Ausführungsform bildet dann der Überström-Wandbereich integraler Bestandteil eines einzigen Reaktorbehälters und kann dann der zugeordnete Wandbereich des angrenzenden Reaktorbehälters einfachst mit dem Überström-Wandbereich verbunden werden. Dadurch wird eine Reduzierung der Bauteilvielfalt erreicht. Zudem sind derartige integrale Verbundlösungen einfach und preiswert herstellbar.
Auch eine integrale Ausbildung mit sowohl der Vorderwand als auch der Rückwand ist möglich, zum Beispiel dann, wenn der Überströmwandbereich zweiteilig ausgebildet ist und sowohl ein vorderwandseitiges als auch ein rückwandseitiges Überströmwandbereich-Element aufweist, die miteinander verbunden werden können. Alternativ dazu könnte der Überström-Wandbereich aber bei der integralen Ausbildung mit sowohl der Vorderwand als auch der Rückwand auch einstückig ausgebildet sein und die Schnittstelle für den Fall, dass eine Vereinzelung einzelner Reaktorbereiche überhaupt gewünscht sein sollte, woanders vorgesehen werden, also nicht im Bereich des Überstrom-Wandbereiches vorgesehen werde.
Eine integrale Ausbildung im Sinne der beiden vorstehenden Absätze bedeutet dabei vorzugsweise eine materialeinheitliche und/oder einstückige Verbindung zwischen dem Überström-Wandbereich (oder dessen einzelnen Elementen) mit der Vorder- und/oder Rückwand aneinander angrenzender Reaktorbehälter, so dass diese Reaktorbehälter dann Module ausbilden, die im Rahmen einer Endmontage einfach verbaut werden können.
An dieser Stelle soll zudem ausdrücklich erwähnt werden, dass es nicht zwingend erforderlich ist, den erfindungsgemäßen Photobioreaktor im Rahmen einer Montage aus mehreren einzelnen Reaktorbehältern zusammenzusetzen, auch wenn dies eine bevorzugte Ausführungsform ist. Der erfindungsgemäße Photobioreaktor mit seinen mehreren Reaktorbehältern kann selbstverständlich auch insgesamt einstückig ausgebildet sein, zum Beispiel einstückig und materialeinheitlich im 3D- Druckverfahren hergestellt werden. Die einzelnen Reaktorbehälter bilden dann ein insgesamt zusammenhängendes Konstrukt. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Überström- Wandbereich auch durch ein ein- oder mehrteiliges separates Bauteil gebildet sein, das mit der Vorderwand und/oder mit der Rückwand der zwei aneinander angrenzenden Reaktorbehälter, insbesondere mit deren freien Endbereichen, fest verbindbar ist bzw. verbunden wird. Hierbei handelt es sich bevorzugt um solche Ausführungsformen, bei denen der Überström-Wandbereich durch ein separates Bauteil oder durch mehrere separate Bauteile ausgebildet ist, das bzw. die mit der Vorderwand und/oder der Rückwand des jeweiligen Reaktorbehälters oder der jeweiligen Reaktorbehälter im Rahmen einer Vormontage verbunden werden, so dass diese vormontierten Reaktorbehälter dann Vormontagemodule ausbilden, die erst im Rahmen einer zeitlich nachgeordneten Endmontage verbaut werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Überström- Wandbereich durch einen randseitig umlaufenden Rahmen mit einer vom Rahmen umgebenen Behälter-Überströmöffnung gebildet. Ein derartiger randseitiger umlaufender Rahmen stellt sicher, dass der Überström-Wandbereich besonders stabil ausgebildet ist. Gemäß einer hierzu besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein in Hochachsenrichtung unterer Rahmenteilbereich einen Anbindungsbereich für den freien Endbereich der Vorderwand und/oder der Rückwand der jeweils zugeordneten Reaktorbehälter ausbildet und/oder dass ein in Hochachsenrichtung oberer Rahmenteilbereich an die Deckenwand angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzt und/oder ggf. sogar mit dieser verbunden ist (vorzugsweise lösbar verbunden ist).
Der Überström-Wandbereich kann zudem wenigstens ein in die Behälter- Überströmöffnung einragendes Strömungsleitelement und/oder mehrere, vorzugsweise in Querrichtung nebeneinanderliegende, Behälter-Überströmöffnungen aufweisen. Die mehreren Behälter-Überströmöffnungen können dabei eine gleiche oder unterschiedliche Formgebung aufweisen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zur Ausbildung mehrerer Behälter- Überströmöffnungen wenigstens ein zwischen Rahmenteilen verlaufender, vorzugsweise wenigstens ein in Hochachsenrichtung und zwischen in Hochachsenrichtung gegenüberliegenden Rahmenteilen verlaufender, Verbindungssteg, insbesondere in einer Doppelfunktion als Strömungsleitelement, vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung mit wenigstens einem Strömungsleitelement und/oder mit mehreren Überströmöffnungen und/oder mit wenigstens einem Verbindungssteg führt im Bereich des Überström-Wandbereichs zu vorteilhaften kleineren Turbulenzen und Verwirbelungen, was sich besonders vorteilhaft auf die Strömungsführung und Verteilung der produzierten Mikroorganismen in dem Nährstoffmedium auswirkt, da hierdurch einer ansonsten gegebenenfalls vorhanden Absetzungstendenz bzw. Anlagerungstendenz entgegengewirkt wird.
In Verbindung mit derartigen Strömungsleitelementen bzw. Verbindungsstegen können selbstverständlich auch unterschiedliche Formgebungen der Behälter- Überströmöffnungen ausgebildet werden, die ebenfalls in gezielter Weise dazu beitragen können, bestimmte gewünschte Strömungsverhältnisse im Überström- Wandbereich auszubilden.
Das wenigstens eine Leuchtelement kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein und zum Beispiel einen oder mehrere Leuchtkörper aufweisen, dessen oder deren Abstrahlwinkel und damit Lichtkegel im montierten Zustand des wenigstens Leuchtelementes entweder fest vorgegeben sind oder aber auch einstellbar ist bzw. sind. In Verbindung mit einem Leuchtkörper dessen Abstrahlwinkel und damit Lichtkegel im montierten Zustand einstellbar ist, kann auf vorteilhafte Weise die Ausleuchtung bzw. Beleuchtung der jeweiligen Reaktorkammern der Reaktorbehälter angepasst und/oder geändert werden. Wie die zuvor gemachten Ausführungen zeigen, ist der Begriff„Leuchtelement“ im Sinne der Erfindung ausdrücklich allgemein auszulegen und können hierunter sämtliche geeigneten Beleuchtungsmittel verstanden werden, wie beispielsweise LEDs und/oder OLEDs. Genauso gut können darunter aber auch Glühlampen, Halogenstrahler oder Leuchtstoffröhren verstanden werden. Die erfindungsgemäß verwendeten Leuchtelemente, zum Beispiel LED- Leuchten, emittieren Licht mit einer optimalen Wellenlänge und Intensität, die auf das Wachstum der jeweiligen Mikroorganismen abgestimmt ist, und zeichnen sich bevorzugt auch durch eine hohe Energieeffizienz aus.
Weiter ist es besonders vorteilhaft, wenn das wenigstens eine Leuchtelement so im Spalt zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern angeordnet ist, dass in der wenigstens einen von dem wenigstens einen Leuchtelement beleuchteten Reaktorkammer der angrenzenden Reaktorbehälter unterschiedlich hell beleuchtete Bereiche, insbesondere als definierte Hell-Dunkel-Bereiche, ausbildbar sind bzw. ausgebildet werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn unterschiedlich hell beleuchtete und in Strömungsrichtung hintereinanderliegende Bereiche, insbesondere als definierte Hell-Dunkel-Bereiche, ausgebildet werden. Dies beruht auf der erfinderseitigen Erkenntnis, dass es bei der Züchtung und Vermehrung von Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen, von besonderem Vorteil ist, in Strömungsrichtung gesehen nicht dauerhaft gleichmäßig zu beleuchten. Eine dauerhafte gleichmäßige Beleuchtung kann nämlich zu einer zu hohen Lichtintensität und damit zu einer Photoinhibition führen, was eine Verringerung der Wachstumsrate von Mikroalgen zur Folge hat. Zur Photoinhibition kommt es, wenn die Intensität des Lichts eine Intensität übersteigt, die eine maximale Wachstumsrate gewährleistet. Vielmehr ist es nach erfinderseitiger Erkenntnis für das Wachstum von Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen, von besonderem Vorteil ist, wenn sich hellere Bereiche mit dunkleren (weniger hell beleuchteten) Bereichen abwechseln. Das heißt mit anderen Worten, dass die Mikroorganismen bzw. Mikroalgen in den weniger hell beleuchteten Bereichen dann eine Art Ruhezone vorfinden, die sich insgesamt positiv auf das Wachstum und die Vermehrung der Mikroorganismen bzw. Mikroalgen auswirkt.
Insbesondere zur Ausbildung derartig unterschiedlich hell beleuchteter Bereiche, aber auch generell, ist eine Anordnung vorteilhaft, bei der im Spalt zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern mehrere Leuchtelement in Hochachsenrichtung und/oder in Querrichtung voneinander beabstandet aufgenommen sind. Mit einer in derartigen in Hochachsenrichtung und/oder in Querrichtung beabstandeten Anordnung lässt sich eine vorteilhafte und genau auf den jeweils gewünschten Einzelfall abgestimmte Be- und Ausleuchtung der einzelnen, unterschiedlichen Bereiche der Reaktorkammern erzielen. Dabei ist besonders bevorzugt, dass mehrere, sich in Querrichtung erstreckende Leuchtelementreihen ausgebildet sind, die in Hochachsenrichtung voneinander beabstandet sind, und zwar bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die sich in Querrichtung erstreckenden Leuchtelementreihen durch mehrere voneinander beabstandete Leuchtelemente und/oder durch Lichtleisten gebildet sind. Der Abstand der Leuchtelemente, insbesondere der Leuchtelementreihen, beträgt gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung in Hochachsenrichtung zwischen 10 und 40 cm, vorzugsweise zwischen 15 und 30 cm.
Wie bereits zuvor ausgeführt, können in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Leuchtelementen unterschiedlichste Beleuchtungsverhältnisse in den einzelnen Reaktorbehältern bzw. in deren Reaktorkammern eingestellt und erzielt werden. Beispielsweise können hierzu in Hochachsenrichtung beabstandete und aufeinanderfolgende Leuchtelemente oder Leuchtelementreihen so angeordnet sein, dass ein Leuchtelement/eine Leuchtelementreihe oder ein erster Teil der Leuchtelemente/der Leuchtelementreihen Licht durch die Rückwand (alternativ Vorderwand) des vorderen (alternativ hinteren) Reaktorbehälters abstrahlt, während das in Hochachsenrichtung nächstfolgende Leuchtelement/Leuchtelementreihe oder der in Hochachsenrichtung nächstfolgende Teil der Leuchtelemente/ Leuchtelementreihen Licht durch die Vorderwand (alternativ Rückwand) eines hinteren (alternativ vorderen) Reaktorbehälters abstrahlt. Eine solche Anordnung wäre selbstverständlich alternativ oder zusätzlich auch bezogen auf die Querrichtung möglich.
Alternativ dazu können die Leuchtelemente oder Leuchtelementreihen Licht aber sowohl durch die Rückwand eines vorderen Reaktorbehälters als auch durch die Vorderwand eines hinteren Reaktorbehälters abstrahlen. Auch andere gruppenweise Anordnungen sind grundsätzlich möglich.
Die eben gemachten Ausführungen belegen, dass es eine Vielzahl von unterschiedlichen Möglichkeiten gibt, das oder die Leuchtelement(e) im Spalt zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern anzuordnen, um auf die jeweiligen Einsatzzwecke und Einsatzfälle abgestimmte Beleuchtungsverhältnisse zu schaffen. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Leuchtelemente im Spalt zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern ist dies im Gegensatz zum Stand der Technik auf besonders einfache und vorteilhafte Weise möglich.
Weiter können zusätzlich auch Leuchtelemente an der Deckenwand angeordnet sein, zum Beispiel an der Unterseite der Deckenwand. Alternativ oder zusätzlich können aber auch Leuchtelemente an der Außen- und Oberseite der Deckenwand angeordnet sein, und zwar in Verbindung mit den bevorzugt verwendeten lichtdurchlässigen Deckenwänden.
Des Weiteren kann im Spalt zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern im Übergangsbereich von der Vorder- und/oder Rückwand zur Bodenwand ein Versteifungselement, vorzugsweise ein den Spalt nach unten verschließendes Versteifungselement, vorgesehen sein, das sich über eine vorgegebene Länge in Querrichtung erstreckt, insbesondere sich in Querrichtung vollständig zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden erstreckt und dort angrenzt. Ein derartiges zusätzliches Versteifungselement, das beabstandet unterhalb des Überström-Wandbereiches liegt, dient der Stabilisierung des Aufbaus insgesamt.
Des Weiteren kann die Zwischenwand im bodenwandnahen Wandbereich einen randseitig umlaufenden Rahmenbereich mit einer vom Rahmenbereich umgebenen Zwischenwand-Durchströmöffnung aufweisen. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass ein in Hochachsenrichtung unterer Rahmenteilbereich an die Bodenwand angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder mit dieser verbunden ist (vorzugsweise lösbar verbunden ist).
Die Zwischenwand weist des Weiteren bevorzugt wenigstens ein in die Zwischenwand-Durchströmöffnung einragendes Strömungsleitelement und/oder mehrere, vorzugsweise in Querrichtung nebeneinanderliegende, Zwischenwand- Durchströmöffnungen auf. In diesem Zusammenhang kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die mehreren Zwischenwand-Durchströmöffnungen eine gleiche oder unterschiedliche Formgebung aufweisen. Des Weiteren ist es gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung vorgesehen, dass zur Ausbildung mehrerer Zwischenwand-Durchströmöffnungen wenigstens ein zwischen Rahmenteilen verlaufender, vorzugsweise wenigstens ein in Hochachsenrichtung und zwischen in Hochachsenrichtung gegenüberliegenden Rahmenteilen verlaufender, Verbindungssteg, insbesondere in einer Doppelfunktion als Strömungsleitelement, vorgesehen ist. Hier ergeben sich die gleichen Vorteile, wie dies bereits zuvor in Verbindung mit der Behälter-Überströmöffnung des Überström- Wandbereichs erläutert worden ist, das heißt, dass eine derartige Anordnung mit wenigstens einem Strömungsleitelement und/oder mit mehreren Durchströmöffnungen und/oder mit wenigstens einem Verbindungssteg im Bereich der Zwischenwand zu vorteilhaften kleineren Turbulenzen und Verwirbelungen führt, was sich besonders vorteilhaft auf die Strömungsführung und Verteilung der produzierten Mikroorganismen in dem Nährstoffmedium auswirkt, da hierdurch einer ansonsten gegebenenfalls vorhanden Absetzungstendenz bzw. Anlagerungstendenz entgegengewirkt wird.
In Verbindung mit derartigen Strömungsleitelementen bzw. Verbindungsstegen können selbstverständlich auch unterschiedliche Formgebungen der Zwischenwand- Durchströmöffnungen ausgebildet werden, die ebenfalls in gezielter Weise dazu beitragen können, dort bestimmte gewünschte Strömungsverhältnisse auszubilden.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindungsidee ist vorgesehen, dass wenigstens einer oder wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter, vorzugsweise sämtliche der Reaktorbehälter, wenigstens eine Zuführdüse, vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten Zuführdüsen aufweist, mittels der ein Medium, insbesondere C02 oder C02-haltiges Medium, von außerhalb des Reaktorbehälters in den Reaktorbehälter einbringbar ist. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausgestaltung, bei der die wenigstens eine Zuführdüse, vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten Zuführdüsen, im bodenwandnahen Bereich des Reaktorbehälters angeordnet ist, und zwar bevorzugt im Bereich der hinteren Reaktorkammer an der Bodenwand und/oder an der Rückwand, angeordnet ist. Mit derartigen Zuführdüsen, mit denen ein vorgegebenes Medium, insbesondere C02 oder ein C02-haltiges Medium, von außerhalb des Reaktorbehälters in den Reaktorbehälter einbringbar ist, kann die Photosynthese auf vorteilhafte Weise unterstützt werden. Durch die Zudüsung im bodenwandnahen Bereich des Reaktorbehälters, und hier bevorzugt im Bereich der hinteren Reaktorkammer an der Bodenwand bzw. an der Rückwand, wird zudem vorteilhaft erreicht, dass sich dort kein Material ansammeln kann.
Besonders bevorzugt ist die wenigstens eine Zuführdüse mit ihrer Mündungsöffnung dabei in Strömungsrichtung ausgerichtet, so dass beim Eindüsen des Mediums eine Unterstützung des Flusses des Nährstoffmediums in Strömungsrichtung erfolgt. Der Photobioreaktor ist weiter bevorzugt so ausgebildet, dass am in Längsrichtung oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälter, vorzugsweise in der Deckenwand und/oder in der Vorderwand und/oder in der Seitenwand des in Längsrichtung oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälters, ein Einlass für das Nährstoffmedium vorgesehen ist, bei dem es sich vorzugsweise um einen Einlass handelt, mittels dem das Nährstoffmedium der vorderen Reaktorkammer des vordersten Reaktorbehälters zuführbar ist.
Dieser Einlass ist bevorzugt mit einer Fördereinrichtung gekoppelt, mittels der ein Teil des Nährstoffmediums, vorzugsweise ein aus einem hinteren Bereich des Photobioreaktors abgezogener Teil des Nährstoffmediums, höchst bevorzugt ein aus dem in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälter abgezogener Teil des Nährstoffmediums, dem vorderen Reaktorbehälter zuführbar ist. Die Fördereinrichtung dient hierbei gleichzeitig als Umwälzeinrichtung für das flüssige Nährstoffmedium.
Generell gilt, dass mit einer wie auch immer gearteten Fördereinrichtung das flüssige Nährstoffmedium im Photobioreaktor dergestalt umgewälzt werden soll, dass sich eine vertikal mäanderförmige Strömung durch die einzelnen Reaktorbehälter hindurch ausbildet.
Die Fördereinrichtung kann grundsätzlich auch durch eine herkömmliche Pumpe gebildet sein, die jedoch den Nachteil aufweist, dass die Zellwände der gezüchteten Mikroorganismen gegebenenfalls beschädigt werden. Aus diesem Grund ist bei der erfindungsgemäßen Lösung die Fördereinrichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung durch eine Lufthebeanordnung gebildet, bei der in eine zum Einlass geführte Nährstoffmediums-Leitung ein Arbeitsmedium, bevorzugt Luft, höchst bevorzugt mit C02 angereicherte und/oder gefilterte Luft, eingebracht wird, so dass das Arbeitsmedium das Nährstoffmedium in Richtung Einlass fördert, insbesondere in der Art eines Trägermediums mitnimmt und in Richtung Einlass fördert. Wie die zuvor gemachten Ausführungen zeigen, wird die Hebeanordnung hier zwar als „Luft“-Hebeanordnung bezeichnet, wobei dies allerdings keinerlei Einschränkung auf das verwendete, bevorzugt gasförmige, Arbeitsmedium bedeutet. Anstelle von Luft als Arbeitsmedium kann nämlich auch ein anderes Trägermedium, zum Beispiel ein Inertgas, Verwendung finden, um nur ein weiteres Beispiel für ein Arbeitsmedium zu nennen.
Weiter ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, dass am in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälter, vorzugsweise in der Deckenwand und/oder in der Rückwand und/oder in der Seitenwand des in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälters, ein Auslass für das Nährstoffmedium vorgesehen ist. Der Auslass ist dabei vorzugsweise so gestaltet, dass mit diesem das Nährstoffmedium aus der hinteren Reaktorkammer des hintersten Reaktorbehälters ausgebracht werden kann. Der Auslass ist hier beispielsweise als Ablauf, insbesondere als Überlauf, ausgebildet und/oder mit einer Abzugseinrichtung gekoppelt, mittels der das Nährstoffmedium aus dem in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälter abziehbar ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Dichte der im Photobioreaktor, zum Beispiel im hintersten Reaktorbehälter, erzeugten Mikroorganismen abziehbar ist.
Dem Auslass ist weiter bevorzugt ein Endlosbandfilter, insbesondere ein selbstreinigender Endlosbandfilter, nachgeschaltet, bei dem ein endloses Filtertuch im Kreislauf zwischen einem filternden Abschnitt und einem Abschnitt, in dem das gefilterte Produkt vom Filtertuch entfernt wird, geführt ist. Ist somit die gewünschte Dichte der erzeugten Mikroorganismen, insbesondere die gewünschte Algendichte, erreicht, kann das Nährstoffmedium zumindest teilweise über den Auslass aus dem Photobioreaktor ausgeleitet werden und in einer separaten Station dann das gewünschte Produkt von dem Nährstoffmedium getrennt werden. Mit dem Endlosbandfilter gelingt dabei eine besonders schonende Gewinnung des Produktes, der anders als die zu diesem Zwecke in der Regel eingesetzten Zentrifugen, die Zellwände der gewonnenen Mikroorganismen nicht zerstört.
Es versteht sich, dass der Photobioreaktor bezüglich des flüssigen Nährstoffmediums so lange im geschlossenen Kreislauf betrieben wird, das heißt das vorzugsweise am Ende des Photobioreaktors vorhandene und mit Mikroorganismen bzw. Mikroalgen versehene Nährstoffmedium wieder dem Einlass zugeführt und dieser Vorgang so lange wiederholt wird, bis die gewünschte Dichte des jeweiligen Produktes erreicht wird und die erneute (teilweise) Ausleitung erfolgen kann. Es versteht sich weiter, dass aufgrund des Verbrauchs des Nährstoffmediums selbstverständlich periodisch Nährstoffmedium neu zugefügt werden muss.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass an der Außenseite wenigstens eines Reaktorbehälters, vorzugsweise an der Bodenwand und/oder im bodenwandnahen Bereich der Vorderwand und/oder der Rückwand und/oder der Seitenwände wenigstens eines Reaktorbehälters, ein Heiz- und/oder Kühlelement angeordnet sein, mittels dem das in dem Reaktorbehälter aufgenommene Nährstoffmedium temperierbar ist.
Weiter ist bevorzugt vorgesehen, dass die ein- oder mehrteilig ausgebildete Deckenwand vorzugsweise plattenförmig ausgebildet ist, so dass diese zum Beispiel in Verbindung mit einem Abheben derselben einfach handhabbar ist.
Besonders bevorzugt ist weiter eine Ausgestaltung, bei der die Deckenwand mit wenigstens einer Belüftungseinrichtung, vorzugsweise mit wenigstens einem Belüftungsventilator, versehen ist, mittels der ein sich zwischen der Deckenwand und dem Nährstoffmedium ansammelndes Gas, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, aus dem Inneren des Photobioreaktors, insbesondere aus den Reaktorbehältern, abziehbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass jedem Reaktorbehälter eine deckenwandseitige Belüftungseinrichtung zugeordnet ist. Damit gelingt es insbesondere den Sauerstoff, der zwischen der Deckenwand und dem Nährstoffmedium erzeugt ist, rauszuholen. Auf diese Weise erniedrigt man den Sauerstoffpartialdruck über dem Nährstoffmedium womit der Sauerstoffanteil in dem Nährstoffmedium abnimmt. Dies ist vorteilhaft, weil eine zu große Konzentration des Sauerstoffs im Nährstoffmedium eine niedrigere Produktivität der zum Beispiel Mikroalgenbiomasse zu Folge hätte. Das Vorsehen einer Belüftungseinrichtung hat zudem den Vorteil, dass die Kondensation an der Deckenwand minimiert wird, was die Reinigungs- und Wartungskosten reduziert.
Besonders bevorzugt ist weiter ein Aufbau, bei dem in Verbindung mit einem Photobioreaktor mit mehreren Reaktionsbehältern sämtliche Reaktorbehälter einen gleichen U-förmigen Grundaufbau mit einer Vorderwand und einer im Wesentlichen gleich hohen Rückwand aufweisen, die beide einen Spaltabstand zur Deckenwand aufweisen und die beide von der sich bis zur Deckenwand erstreckenden und dort angrenzenden Zwischenwand überragt werden. Der Spaltabstand zur Deckenwand im Angrenzungsbereich zweier Reaktorbehälter ist dabei durch den Überström- Wandbereich überbrückt, der sich bis zur Deckenwand erstreckt und an dieser angrenzt. Weiter weist die Vorderwand des in Längsrichtung oder Durchström richtung vordersten Reaktorbehälters ein erstes wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement aufweist, das sich bis zur Deckenwand erstreckt und dort angrenzt. Die Rückwand des in Längsrichtung oder Durchström richtung hintersten Reaktorbehälters weist ein zweites wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement auf, das sich bis zur Deckenwand erstreckt und dort angrenzt. Weiter ist vorgesehen, dass sich das erste und zweite wand- und/oder plattenartige Überbrückungselement ebenso wie sämtliche vorhandenen Vorderwände, Zwischenwände und Rückwände sowie der wenigstens eine Überström-Wandbereich in Querrichtung zwischen den sich ebenfalls bis zur Deckenwand erstreckenden und dort angrenzenden Seitenwänden erstreckt und dort angrenzt, so dass bei montierter Deckenwand ein geschlossener Reaktor ausgebildet ist. Bei einem derartigen Aufbau sind die Reaktorbehälter im Wesentlichen als Gleichteile ausgebildet, so dass die Produktion und Herstellung wesentlich vereinfacht wird.
Bei der vorliegenden Erfindung wird unter einem „Angrenzen“ von Bauteilen an anderen Bauteilen (insbesondere unter einem „Angrenzen“ von Wänden, Wandbereichen oder Elementen an anderen Wänden, Wandbereichen oder Elementen) vorzugsweise verstanden, dass die Bauteile unmittelbar aneinander anliegen und/oder ohne Spaltabstand aneinander anliegen, also die Bauteile beim Angrenzen in einem unmittelbaren Kontakt miteinander stehen und beispielsweise die eine Wand an der anderen Wand in einer Kontaktverbindung anliegt und damit an diese angrenzt. Jede einzelne dieser Kontaktverbindungen kann gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung gas- und/oder flüssigkeitsdicht ausgebildet sein. Dort wo in Verbindung mit einer Angrenzung von zwei Bauteilen als optionale Ausgestaltung auch von einer eventuell vorhandenen Verbindung der zwei Bauteile gesprochen wird, kann diese Verbindung bevorzugt als lösbare Verbindung ausgebildet sein, zum Beispiel als Formschluss- und/oder Rastverbindung, um nur ein Beispiel zu nennen. Mit einer derartigen bevorzugten Anlage- und Kontaktverbindung der einzelnen Bauteile ergibt sich ein insgesamt stabiler Aufbau, da sich die einzelnen Wände bzw. Wandbereiche dann zum Beispiel bis zu der Deckenwand erstrecken und dort abstützen können. Dies gilt gleichermaßen für den erfindungsgemäßen Photobioreaktor wie auch für den erfindungsgemäßen Reaktorbehälter und das erfindungsgemäße Verfahren.
Der erfindungsgemäße Reaktorbehälter für einen Photobioreaktor, insbesondere für einen Photobioreaktor wie er zuvor beschrieben worden ist, zeichnet sich dadurch aus, dass der Reaktorbehälter als nach oben offener Behälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Vorderwand und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Rückwand aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand miteinander verbunden sind. In dem Reaktorbehälter ist weiter eine, vorzugsweise mit der Bodenwand verbundene und/oder rechteckförmige und/oder plattenförmige, Zwischenwand vorgesehen, die sich von der Bodenwand ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben erstreckt, so dass die Zwischenwand den Reaktorbehälter, bezogen auf die Längsrichtung, in eine vordere Reaktorkammer und in eine hintere Reaktorkammer unterteilt. In der Zwischenwand ist, im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand an die Bodenwand, wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer vorgesehen. Wie bereits zuvor in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Photobioreaktor ausgeführt worden ist, zeichnet sich ein derartiger Reaktorbehälter durch sehr kompakte und einfache Bauweise aus, wobei dieser Reaktorbehälter als Einzelbehälter auf einfache Weise mit anderen Reaktorbehältern derselben Bauart bzw. auch einer ähnlichen Bauart kombiniert werden kann, um einen Photobioreaktor mit einer gewünschten Anzahl von kaskadenartig hintereinander angeordneten Reaktorbehältern auszubilden.
Wie bereits zuvor in Verbindung mit dem Photobioreaktor ausgeführt, kann dem Reaktorbehälter, insbesondere dem freien Endbereich der Vorderwand und/oder der Rückwand des Reaktorbehälters, ein ein- oder mehrteilig ausgebildeter Überström- Wandbereich zugeordnet sein, zum Beispiel integral damit verbunden sein oder als separates Bauteil damit verbunden sein, wobei sich der Überström-Wandbereich in Querrichtung über die Reaktorbehälterbreite erstreckt und wenigstens eine Behälter- Überströmöffnung aufweist. Bezüglich der sich dadurch ergebenden Vorteile sowie weiterer diesbezüglicher Ausführungsvarianten verweisen wir auf die zuvor gemachten Ausführungen.
Weiter vorteilhaft ist eine Ausgestaltung des Reaktorbehälters mit in Querrichtung gegenüberliegenden Seitenwänden, so dass sich die, vorzugsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildete, Bodenwand, die Zwischenwand, die Vorderwand, die Rückwand und der Überström-Wandbereich des Reaktorbehälters zwischen den zwei in Querrichtung gegenüberliegenden Seitenwänden erstrecken und an diesen angrenzen, insbesondere dort gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzen und/oder mit diesen verbunden sind. Auch hier sind die Seitenwände wieder bevorzugt rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildet.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist die Bodenwand des Reaktorbehälters bogenförmig gekrümmt ausgebildet, wobei sich der Scheitelpunkt der Krümmung an dem in Hochachsenrichtung tiefsten Punkt des Reaktorbehälters befindet. Die sich gegenüberliegenden, vorzugsweise rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildeten, Seitenwände erstrecken sich in Hochachsenrichtung gesehen wenigstens bis zum Scheitelpunkt der Bodenwand nach unten bilden eine Bodenaufstandsfläche aus. Auch hier verweisen wir bezüglich der weiteren Ausgestaltung und der sich dadurch ergebenden Vorteile auf die zuvor gemachten Ausführungen zum Photobioreaktor.
Letzteres gilt auch für die weitere besonders bevorzugte Ausgestaltung des Reaktorbehälters als insgesamt lichtdurchlässig, vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffmaterial.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass am Reaktorbehälter wenigstens eine Zuführdüse, vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten
Zuführdüsen, vorgesehen ist, mittels der ein Medium, insbesondere C02 oder ein C02-haltiges Medium von außerhalb des Reaktorbehälters in den Reaktorbehälter einbringbar ist. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die wenigstens eine Zuführdüse, vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten
Zuführdüsen, im bodenwandnahen Bereich des Reaktorbehälters angeordnet ist, und zwar bevorzugt im Bereich der hinteren Reaktorkammer an der Bodenwand und/oder an der Rückwand, angeordnet ist. Auch hierzu verweisen wir bezüglich der weiteren Ausgestaltungen und/oder der sich damit ergebenden Vorteile auf die zuvor in Verbindung mit dem Photobioreaktor gemachten Ausführungen.
Auch hier gilt wieder gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, dass der als solches nach oben offene Reaktorbehälter durch wenigstens eine, vorzugsweise plattenförmige und/oder abnehmbare, Deckenwand, vorzugsweise gasdicht und/oder flüssigkeitsdicht, verschlossen werden kann, um einen geschlossenen Reaktorbehälter, insbesondere in Verbindung mit einem Photobioreaktor aus mehreren Reaktorbehältern, auszubilden.
Der Reaktionsbehälter weist zudem bevorzugt einen U-förmigen Grundaufbau mit einer Vorderwand und einer im Wesentlichen gleich hohen Rückwand auf, die beide einen Spaltabstand zur Deckenwand aufweisen und die beide von der sich bis zur Deckenwand erstreckenden und dort angrenzenden Zwischenwand überragt werden. Der Spaltabstand ist dabei durch einen Überström-Wandbereich und/oder durch ein wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement überbrückbar, der bzw. das sich im montierten Zustand bis zur Deckenwand erstreckt und an dieser angrenzt. Weiter ist vorgesehen, dass sich das wand- und/oder plattenartige Überbrückungselement und/oder der Überström-Wandbereich im montierten Zustand in Querrichtung zwischen den sich ebenfalls bis zur Deckenwand erstreckenden und dort angrenzenden Seitenwänden erstreckt und an diesen angrenzt, so dass bei montierter Deckenwand ein geschlossener Reaktorbehälter ausgebildet ist. Die sich dadurch ergebenden Vorteile wurden ebenfalls zuvor in Verbindung mit dem Photobioreaktor ausführlich gewürdigt. Insofern verweisen wir zur Vermeidung von weiteren Wiederholungen auf die dort gemachten Ausführungen.
Und schließlich wird ein erfindungsgemäßen Verfahren zur Produktion von Mikroorganismen, insbesondere von Mikroalgen, mittels eines Photobioreaktors, insbesondere mittels eines Photobioreaktors wie vorstehend beschrieben, vorgeschlagen, bei dem der Photobioreaktor als geschlossener Reaktor ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von nach oben offenen Reaktorbehältern aufweist, die mit einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise abnehmbaren, Deckenwand des Photobioreaktors verschlossen sind, vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht verschlossen sind, und in denen ein Nährstoffmedium aufgenommen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter als Einzelbehälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden Vorderwand und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden Rückwand aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand miteinander verbunden sind. Die dergestalt als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter des Photobioreaktors sind in Längsrichtung des Photobioreaktors (bzw. Durchströmrichtung des Nährstoffmediums) gesehen hintereinander angeordnet, und zwar dergestalt, dass ein in Längsrichtung gesehen vorderer Reaktorbehälter mit einer wenigstens bereichsweise lichtdurchlässigen Rückwand unter Ausbildung eines Spaltes bzw. Spaltabstandes an eine wenigstens bereichsweise lichtdurchlässige Vorderwand eines in Längsrichtung gesehen hinteren Reaktorbehälters angrenzt, wobei die freien Endbereiche der unter Ausbildung des Spaltes aneinander angrenzenden Vorder- und Rückwände einen gemeinsamen, den Spalt, bezogen auf die Hochachsenrichtung, von oben her verschließenden Überström-Wandbereich aufweisen, der wenigstens eine Behälter- Überströmöffnung zwischen den angrenzenden Reaktorbehältern aufweist. Über diese Behälter-Überströmöffnung kann dann das Nährstoffmedium von einem in Strömungsrichtung gesehen vorderen Reaktorbehälter in einen demgegenüber hinteren Reaktorbehälter überströmen. Die Vorderwand und die Rückwand des Reaktorbehälters bzw. der Reaktorbehälter sind dabei vorzugsweise rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildet.
Der Überström-Wandbereich, der auch als Überström-Wandbereichselement bezeichnet werden kann, erstreckt sich bis zur Deckenwand und grenzt an diese an. Diese Angrenzung erfolgt dabei vorzugsweise so, dass der Überström-Wandbereich gas- und/oder flüssigkeitsdicht an die Deckenwand angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist, vorzugsweise lösbar verbunden ist.
Im Spalt zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (und damit in Hochachsenrichtung gesehen unterhalb des Überström-Wandbereiches) ist wenigstens ein Leuchtelement aufgenommen, mittels dem Licht durch die jeweils zugeordnete wenigstens bereichsweise lichtdurchlässig ausgebildete Vorder- und/oder Rückwand hindurch in einen der beiden angrenzenden Reaktorbehälter oder in beide angrenzenden Reaktorbehälter abstrahlbar ist. Weiter ist in jedem der als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter eine, vorzugsweise mit der Bodenwand verbundene und/oder rechteckförmige und/oder plattenförmige, Zwischenwand vorgesehen, die sich von der Bodenwand ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben zu der Deckenwand erstreckt und an diese angrenzt, vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist (vorzugsweise lösbar verbunden ist), so dass die Zwischenwand den Reaktorbehälter, bezogen auf die Längsrichtung bzw. Durchströmrichtung, in eine vordere Reaktorkammer und in eine hintere Reaktorkammer unterteilt.
Weiter ist in der Zwischenwand, im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand an die Bodenwand, wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer vorgesehen.
Mit einem derartigen Aufbau kann ein in der vorderen Reaktorkammer eines vorderen Reaktorbehälters aufgenommenes Nährstoffmedium durch die wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung hindurch in die hintere Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters strömen und dann weiter von der hinteren Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters nach oben bzw. durch die wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung hindurch in eine vordere Reaktorkammer eines hinteren Reaktorbehälters strömen (vertikal mäanderförmige Strömung), so dass ein in der vorderen Reaktorkammer eines vorderen Reaktorbehälters aufgenommenes Nährstoffmedium durch die wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung hindurch in die hintere Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters strömt und weiter von der hinteren Reaktorkammer des vorderen Reaktorbehälters durch die wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung hindurch in eine vordere Reaktorkammer eines hinteren Reaktorbehälters strömt (vertikale mäanderförmige Strömung).
Die sich dadurch ergebenden Vorteile wurden bereits zuvor in Verbindung mit dem Photobioreaktor ausführlich gewürdigt, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dort gemachten Ausführungen verwiesen wird. Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Vorderansicht eines beispielhaften erfindungsgemäßen Photobioreaktors mit einer Sicht auf den vordersten Reaktorbehälter in Richtung des Pfeils Z in der Figur 2a,
Figur 2a einen schematischen Längsquerschnitt entlang der Linie A-A der Figur 1 ,
Figur 2b eine schematische perspektivische Schnittdarstellung des
Photobioreaktors aus der Figur 2b mit zum Teil weggelassenen Merkmalen,
Figur 3a eine schematische beispielhafte Ausgestaltung eines durch ein separates Bauteil gebildeten Überström-Wandbereichs,
Figur 3b eine schematische Schnittdarstellung entlang der Linie C-C der Figur 3a,
Figur 3c eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen
Ausgestaltung des Überström-Wandbereiches,
Figur 4a eine schematische Detaildarstellung eines einen Auslauf ausbildenden
Überbrückungselementes,
Figur 4b einen Schnitt entlang der Linie D-D der Figur 4a,
Figur 5 schematisch eine Vorderansicht eines einzelnen Reaktorbehälters,
Figur 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Figur 5,
Figur 7 eine perspektivische Darstellung des einzelnen Reaktorbehälters der
Figuren 5 und 6 mit Seitenwänden, Figur 8a eine vergrößerte Detaildarstellung einer Zwischenwand in der Draufsicht,
Figur 8b eine alternative Ausgestaltung des Zwischenwand- Rahmenbereichs der
Figur 8a,
Figur 9a eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines
Überström-Wandbereichs, der integral mit dem freien Endbereich der Rückwand eines Reaktorbehälters ausgebildet ist,
Figur 9b eine schematische Darstellung einer alternativen Ausgestaltung eines
Überström-Wandbereichs, der integral mit dem freien Endbereich einer Vorderwand eines Reaktorbehälters ausgebildet ist, und
Figur 10 eine schematische Darstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltung eines zweiteilig ausgebildeten Überström-Wandbereichs, dessen Überström-Wandbereichselemente integral mit dem freien Endbereich der Rückwand und mit dem freien Endbereich der Vorderwand eines Reaktorbehälters ausgebildet ist.
Die Figuren 1 , 2a und 2b zeigen in ihrer Zusammenschau eine beispielhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Photobioreaktors 1 zur Produktion von Mikroorganismen, insbesondere von Produktion von Mikroalgen. Dieser Photobioreaktor 1 weist, wie dies insbesondere aus den Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, eine Mehrzahl von als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehältern 2 auf, in denen ein Nährstoffmedium aufgenommen ist.
Die einzelnen Reaktorbehälter 2 weisen, wie dies insbesondere aus der Zusammenschau der Figur 5, 6, 7 und 8 ersichtlich ist. allesamt vorzugsweise einen im Wesentlichen gleichen U-förmigen Grundaufbau auf, bei der die Reaktorbehälter 2 jeweils als nach oben offene Behälter ausgebildet sind und eine sich in Flochachsenrichtung z erstreckende Vorderwand 3 sowie eine davon in Längsrichtung x beabstandete und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung z erstreckende Rückwand 4 aufweisen. Die Vorderwand 3 und die Rückwand 3 sind jeweils bodenseitig durch eine Bodenwand 5 miteinander verbunden. Sowohl die Vorderwand 3 als auch die Rückwand 4 sind hier beispielhaft plattenförmig und rechteckförmig ausgebildet, während die Bodenwand 5 hierbei beispielhaft bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist.
Die Vorderwand 3 und die Rückwand 4 weisen, was insbesondere aus der Figur 6 ersichtlich ist, eine im Wesentlichen gleiche Höhe auf und werden von einer hier beispielhaft mittig im Reaktorbehälter 2 angeordneten Zwischenwand 6 in Hochachsenrichtung z überragt. Auch diese Zwischenwand 6 ist hier beispielhaft plattenförmig und rechteckförmig ausgebildet, was insbesondere auch aus der Figur 8a ersichtlich ist, die eine Einzeldarstellung der Zwischenwand 6 zeigt.
Die Zwischenwand 6 erstreckt sich im montierten Zustand (siehe zum Beispiel Figur 2a) von der Bodenwand 5 ausgehend in Hochachsenrichtung z nach oben zu einer Deckenwand 7, die hier aus Übersichtlichkeitsgründen lediglich strichliert eingezeichnet ist und beispielsweise ebenfalls plattenförmig und rechteckförmig ausgebildet ist. Dabei grenzt die Zwischenwand 6 mit ihrem in Hochachsenrichtung oberen freien Endbereich an die Deckenwand 7 an, und zwar vorzugsweise gas- und/oder flüssigkeitsdicht. Gegebenenfalls kann die Zwischenwand 6 auch mit der Deckenwand 7 verbunden sein, und zwar insbesondere lösbar verbunden sein. Die Deckenwand 7 ist hier einteilig dargestellt, kann aber ggf. auch mehrteilig ausgebildet sein.
Wie dies insbesondere aus den Figuren 2a, 2b und 6 ersichtlich ist, unterteilt die Zwischenwand 6 den Reaktorbehälter, bezogen auf die Längsrichtung x in eine vordere Reaktorkammer 8 und in eine hintere Reaktorkammer 9.
In der Zwischenwand 6 sind, was insbesondere aus der Figur 8a ersichtlich ist, im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand an der Bodenwand 5, mehrere Zwischenwand-Durchströmöffnungen 10 ausgebildet, die ein Überströmen des Nährstoffmediums von der vorderen Reaktorkammer 8 in die hintere Reaktorkammer 9 ermöglichen.
Die Zwischenwand 6 erstreckt sich ebenso wie die Vorderwand 3 und die Rückwand 4 in Querrichtung y gesehen zwischen zwei in Querrichtung y gegenüberliegenden und hier ebenfalls lediglich beispielhaft rechteckförmig und plattenförmig ausgebildeten Seitenwänden 11 , die sich, was insbesondere aus den Figuren 2a, 2b und 7 ersichtlich ist, jeweils bis zu der Deckenwand 7 erstrecken und an diese angrenzen, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzen bzw. gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden sind. Letzteres gilt selbstverständlich auch für die Angrenzung der Vorderwand3, der Zwischenwand 6 und der Rückwand 4 an den Seitenwänden 11.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Deckenwand 7 vorzugsweise als abnehmbare Deckenwand ausgebildet ist, so dass dann zwischen der Deckenwand 7 und den an diese angrenzenden Wänden bzw. Wandbereichen entweder keine Verbindung vorgesehen sein darf bzw. eine lösbare Verbindung vorgesehen werden muss.
Wie dies weiter aus insbesondere den Figuren 2a und 7 ersichtlich ist, befindet sich der Scheitelpunkt der Krümmung der Bodenwand 5 des Reaktorbehälters am in Hochachsenrichtung z gesehen tiefsten Punkt der Reaktorbehälter 2, so dass sich die gegenüberliegenden Seitenwände 11 in Hochachsenrichtung z gesehen wenigstens bis zum Scheitelpunkt dieser Bodenwand 5 nach unten erstrecken und damit eine Bodenaufstandsfläche ausbilden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel der Figuren 2a und 7 weist jeder einzelne der Reaktorbehälter 2 zwei separate gegenüberliegende Seitenwände 11 auf. In der Figur 2b ist jedoch eine alternative Variante dargestellt, bei der zwei gegenüberliegende großflächige Seitenwände 11 jeweils die Seitenwände für mehrere bzw. im Falle der Figur 2b für alle Reaktorbehälter 2 ausbilden.
Sowohl die einzelnen Reaktorbehälter 2 als auch die Deckenwand 7 sind bevorzugt insgesamt lichtdurchlässig ausgebildet, zum Beispiel aus einem lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffmaterial ausgebildet.
Wie dies weiter aus der Figur 6 in Zusammenschau mit den Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, weisen sämtliche Reaktorbehälter 2 einen gleichen U-förmigen Grundaufbau mit einer gleich hohen Vorderwand 3 und Rückwand 4 auf, die beide jeweils einen Spaltabstand zur Deckenwand 7 aufweisen und die beide von der sich bis zur Deckenwand 7 erstreckenden Zwischenwand 6 überragt werden. Um den Spaltabstand zur Deckenwand 7 zu überbrücken, weist der Photobioreaktor 1 im Angrenzungsbereich zweier Reaktorbehälter 2 einen nachstehend noch beschriebenen Überström-Wandbereich 12 auf, der sich in Hochachsenrichtung z gesehen bis zur Deckenwand 7 und in Querrichtung y zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden 11 erstreckt und an diese jeweils angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder ggf. sogar mit diesen verbunden ist.
Dieser Überström-Wandbereich 12 ist vorliegend lediglich beispielhaft durch ein separates Bauteil gebildet (siehe Figur 3a), das mit der Vorderwand 3 und der Rückwand 4 zweier aneinander angrenzender Reaktorbehälter 2 fest verbunden ist (siehe Figuren 2a und 2b). Wie dies weiter aus den Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, sind die einzelnen Reaktorbehälter 2 in Längsrichtung x dergestalt hintereinander angeordnet, dass ein in Längsrichtung x gesehen vorderer Reaktorbehälter 2 mit einer lichtdurchlässigen Rückwand unter Ausbildung eines Spaltes 13 als Montagefreiraum an eine lichtdurchlässige Vorderwand 3 eines in Längsrichtung x gesehen hinteren Reaktorbehälters 2 angrenzt. Die freien Endbereiche der dem Überström-Wandbereich 12 zugeordneten Vorder- und Rückwände 3, 4 sind im hier gezeigten Beispielfall jeweils an einem unteren Rahmenteilbereich 14 eines randseitig umlaufenden Rahmens 15 des Überström-Wandbereichs 12 angebunden, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angebunden. Dadurch weisen die einander zugeordneten Vorder- und Rückwände 3, 4 der aneinander angrenzenden Reaktorbehälter 2 jeweils einen gemeinsamen Überström-Wandbereich 12 auf, der den Spalt 13, bezogen auf die Hochachsenrichtung z, von oben her verschließt und hier lediglich beispielhaft mehrere Behälter-Überströmöffnungen 16 aufweist.
Wie dies insbesondere aus der Figur 3a ersichtlich ist, bildet der in Hochachsenrichtung z untere Rahmenteilbereich 14 den Anbindungsbereich für die freien Endbereiche der Vorderwände 3 und Rückwände 4 der zugeordneten Reaktorbehälter 2 aus, während ein in Hochachsenrichtung z oberer Rahmenteilbereich 17 an die Deckenwand 7 angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist, vorzugsweise lösbar verbunden ist. Die mehreren in Querrichtung nebeneinanderliegende Behälter-Überströmöffnungen 16 werden hier durch mehrere in Hochachsenrichtung z zwischen dem oberen Rahmenteilbereich 17 und dem unteren Rahmenteilbereich 14 verlaufende Verbindungsstege 18 ausgebildet, die vorzugsweise gleichzeitig Strömungsleitelemente ausbilden.
Alternativ dazu könnte jedoch auch lediglich eine einzige Behälter-Überströmöffnung 16 ohne Strömungsleitelemente bzw. Verbindungsstege 18 vorgesehen sein (nicht dargestellt) oder aber auch eine Behälter-Überströmöffnung 16 vorgesehen sein, in die ein oder mehrere Strömungsleitelemente 18a einragen, wie dies lediglich beispielhaft in der Figur 3c dargestellt ist.
Wie dies insbesondere aus der Zusammenschau der Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, ergibt sich durch diese Anordnung des Überström-Wandbereichs 12 zwischen den einander zugeordneten Vorder- und Rückwänden 3, 4 aneinander angrenzender Reaktorbehälter 2 jeweils ein, bezogen auf die Hochachsenrichtung z, oberer Überströmbereich, durch den ein Nährstoffmedium aus einer hinteren Reaktorkammer 9 eines vorderen Reaktorbehälters 2 in eine vordere Reaktorkammer 8 eines hinteren Reaktorbehälters 2 einströmen bzw. überströmen kann.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann der Überström-Wandbereich 12 aber auch integral mit dem freien Endbereich der Rückwand 4 des Reaktorbehälters 2 ausgebildet sein. Dies ist schematisch in der Figur 9a gezeigt. Hier wird dann ein freier Endbereich einer Vorderwand 3 eines unmittelbar angrenzenden Reaktorbehälters 2 zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom-Wandbereiches 12 ebenfalls an dem Überström-Wandbereich 12 angebunden (siehe Pfeil 42).
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung kann der Überström-Wandbereich 12 aber auch integral mit dem freien Endbereich der Vorderwand 3 des Reaktorbehälters 2 ausgebildet sein. Dies ist schematisch in der Figur 9b gezeigt. Hier wird dann ein freier Endbereich einer Rückwand 3 eines unmittelbar angrenzenden Reaktorbehälters 2 zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom- Wandbereiches 12 ebenfalls an dem Überström-Wandbereich 12 angebunden (siehe Pfeil 42). Ersichtlich ergeben sich auch bei einer Ausgestaltung gemäß der Figuren 9a und 9b wiederum Gleichteile, da die Reaktorbehälter 2 lediglich um 180° gedreht werden müssen, um jeweils einen an einer Vorderwand 3 oder an einer Rückwand 4 angeordneten Überström-Wandbereich 12 auszubilden.
Letzteres gilt auch für die in der Figur 10 gezeigte weitere alternative Ausgestaltung, bei der der Überström-Wandbereich 12 mehrteilig ausgebildet ist und ein erstes vorderwandseitiges Überström-Wandbereichelement 12a integral mit dem freien Endbereich der Vorderwand 3 und ein zweites rückwandseitiges Überström- Wandbereichelement 12b mit dem freien Endbereich der Rückwand 4 des Reaktorbehälters 2 ausgebildet ist. Das vorderwandseitige Überström- Wandbereichelement 12a und das rückwandseitige Überström-Wandbereichelement 12b zweier aneinander angrenzender Reaktorbehälter 2 werden dann zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom-Wandbereiches 12 miteinander verbunden, was in der Darstellung der Figur 10 durch den Pfeil 44 angezeigt wird. Eine solche Lösung wäre grundsätzlich auch mit Überström-Wandbereichelementen 12a, 12b möglich, die als separate Bauteile ausgebildet sind und mit den freien Endbereichen der zugeordneten Wände erst im Rahmen einer Vormontage verbunden werden müssen.
Einen ähnlichen Aufbau wie der Überström-Wandbereich 12 zeigt auch die Zwischenwand 6 in Verbindung mit ihren Zwischenwand-Durchströmöffnungen 10, die bereits zuvor kurz angesprochen worden sind.
Wie dies insbesondere aus der Figur 8a ersichtlich ist, weist die Zwischenwand 6 im bodenwandnahen Wandbereich einen randseitig umlaufenden Rahmenbereich 19 auf, deren in Hochachsenrichtung 7 unterer Rahmenteilbereich 20 an die Bodenwand 6 angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzt und/oder mit dieser gegebenenfalls sogar verbunden ist, vorzugsweise lösbar verbunden ist.
Die Zwischenwand 6 weist auch hier beispielhaft mehrere in Querrichtung y nebeneinanderliegende Zwischenwand-Durchströmöffnungen 10 auf, die durch mehrere zwischen gegenüberliegenden Rahmenteilen verlaufende Verbindungsstege 21 ausgebildet werden, die vorzugsweise gleichzeitig Strömungsleitelemente ausbilden.
Damit kann das Nährstoffmedium auch von der vorderen Reaktorkammer 8 in die hintere Reaktorkammer 9 einströmen, so dass sich ein insgesamt vertikal mäanderförmiger Strömungsverlauf des Nährstoffmediums im Photobioreaktor 1 ergibt.
Alternativ dazu könnte jedoch auch lediglich eine einzige Zwischenwand- Durchströmöffnung 10 ohne Strömungsleitelemente bzw. Verbindungsstege 21 vorgesehen sein (nicht dargestellt) oder aber auch eine Zwischenwand- Durchströmöffnung 10 vorgesehen sein, in die ein oder mehrere Strömungsleitelemente 21 a einragen, wie dies lediglich beispielhaft in der Figur 8b dargestellt ist.
Wie dies weiter insbesondere aus den Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, weist die Vorderwand 3 des in Längsrichtung x oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälters 2 ein erstes wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement 22 auf, das sich vom freien Endbereich der Vorderwand 3 ausgehend bis zur Deckenwand erstreckt und an diese angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist.
Das gleiche gilt in analoger Weise für die Rückwand 4 des in Längsrichtung x oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälters 2, der ein zweites wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement 23 aufweist, das sich ebenfalls bis zur Deckenwand 7 erstreckt und an diese angrenzt, insbesondere gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzt und/oder gegebenenfalls sogar mit dieser verbunden ist.
Mit einem derartigen Aufbau eines Photobioreaktors 1 , bei dem neben Überström- Wandbereichen 12 im Angrenzungsbereich zweier Reaktorbehälter 2 an den gegenüberliegenden freien Endseiten des Photobioreaktors 1 Überbrückungselemente 22, 23 verwendet werden, ist sichergestellt, dass jeweils Reaktorbehälter mit einem gleichen Grundaufbau verwendet werden können, und zwar unabhängig von der jeweiligen Position der Reaktorbehälter im Photobioreaktor. Das erste und zweite Überbrückungselement 22 bzw. 23 sind dabei bevorzugt separate Bauteile, die mit dem jeweiligen Wandbereich des Reaktorbehälters 2 verbunden werden müssen. Dies ist aber keine zwingende Maßnahme. Grundsätzlich wäre es nämlich auch möglich, die Vorderwand des vordersten Reaktorbehälters 2 ebenso wie Rückwand des hintersten Reaktorbehälters 2 bereits von vorneherein mit einer solchen Höhe auszubilden, dass sich die Vorderwand 3 des vordersten Reaktorbehälters 2 ebenso wie die Rückwand 4 des hintersten Reaktorbehälters 2 in Hochachsenrichtung z nach oben bis zur Deckenwand 7 erstreckt und dort angrenzt.
Wie dies weiter insbesondere aus der Zusammenschau der Figuren 4a und 4b ersichtlich ist, kann das zweite Überbrückungselement 23 im Wesentlichen analog zu dem Überström-Wandbereich 12 der Figuren 3a und 3b ausgebildet sein, um beispielsweise einen Auslass 24 mit wenigstens einer Auslassöffnung 25, vorzugsweise mehreren Auslassöffnungen 25 auszubilden. Auch hier sind die mehreren Auslassöffnungen 25 wiederum durch das Vorsehen von Verbindungsstegen 26 zwischen gegenüberliegenden Rahmenteilbereichen ausgebildet. Zudem erstreckt sich vom Mündungsbereich des Auslasses 24 ein stutzenartiger Überlaufanschluss 27 nach außen, so dass ein definierter Überlauf geschaffen wird, zum Beispiel zu einem sich daran anschließenden weiteren Photobioreaktor von im Wesentlichen identischer bzw. gleicher Bauart oder aber auch als Auslauf zu einem hier beispielhaft dargestellten Endlosbandfilter 28. Dieser Endlosbandfilter 28 wird nachfolgend noch näher beschrieben.
Dadurch, dass sich die Zwischenwand 6 und der Überström-Wandbereich 12 sowie gegebenenfalls auch die Überbrückungselemente 22, 23 jeweils bis zur Deckenwand 7 erstrecken und an diese angrenzen, und zwar bevorzugt in einer Kontakt- und Anlageverbindung ohne Spaltabstand angrenzen, bevorzugt gas- und/oder flüssigkeitsdicht angrenzen, ergibt sich ein insgesamt stabiler Aufbau, da sich die einzelnen Wände bzw. Wandbereiche dann bis zu der Deckenwand 7 erstrecken und sich dort abstützen können, zum Beispiel auch in einer nutförmigen Vertiefung aufgenommen sein können, zum Beispiel auch lösbar verrastet sein können. Letzteres erlaubt neben einer besonders vorteilhaften Abdichtung auch eine funktionssichere Anordnung der Deckenwand 7 bzw. der einzelnen Wände und Wandbereiche in der jeweils gewünschten Position. Für die Zwischenwand 6 gilt dies zusätzlich in analoger Weise auch noch für deren Anbindung an der Bodenwand 5.
Wie dies insbesondere aus der Figur 2a in Verbindung mit der Figur 2b ersichtlich ist, sind im Spalt 13 zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern 2 jeweils mehrere Leuchtelemente 29 angeordnet, und zwar hier beispielhaft dergestalt, dass mehrere, sich in Querrichtung y erstreckende Leuchtelementreihen 29a, 29b, 29c und 29d vorgesehen sind, die in Hochachsenrichtung z voneinander beabstandet sind, und zwar, wie hier beispielhaft dargestellt, bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
Die einzelnen Leuchtelementreihen 29a, 29b, 29c und 29d können dabei zum Beispiel Leuchtelemente 29 in Form von LED-Lichtleisten sein, um nur ein Beispiel zu nennen, deren LEDs als Leuchtkörper sowohl Licht durch die Vorderwand 3 als auch durch die Rückwand 4 zweier aneinander angrenzender Reaktorbehälter in die jeweiligen Reaktorkammern der Reaktorbehälter 2 abstrahlen können. Dies ist lediglich beispielhaft in Verbindung mit den in der Bildebene der Figur 2a linken beiden Reaktorbehältern 2 dargestellt.
Alternativ können die Leuchtelemente 29, beispielsweise als LED-Lichtleisten, aber auch so im Spalt 13 angeordnet werden bzw. ausgebildet sein, dass Licht, wie in Verbindung mit den in der Bildebene der Figur 2a rechten beiden Reaktorbehältern 2 dargestellt, abwechselnd lediglich in einen der beiden zugeordneten Reaktorbehälter 2 abgestrahlt wird. Im gezeigten, nicht abschließend zu verstehenden Beispielfall der rechten Bildseite der Figur 2a strahlen die in Hochachsenrichtung z übereinander angeordneten Leuchtelemente 29 hier zudem lediglich beispielhaft wechselweise (von oben nach unten gesehen) durch die Rückwand 4 des vorderen Reaktorbehälters 2, dann durch die Vorderwand 3 des hintersten Reaktorbehälters 2, dann wieder durch die Rückwand 4 des vorderen Reaktorbehälters 2 und schließlich wiederum durch die Vorderwand 3 des hintersten Reaktorbehälters 2. Es versteht sich, dass selbstverständlich auch andere Anordnungen und Durchleuchtungen jederzeit möglich sind.
Diese beiden in der Figur 2a lediglich exemplarisch dargestellten Beleuchtungssituationen anhand der Leuchtelemente 29 bzw. anhand der Leuchtelementreihen 29a bis 29d sollen aufzeigen, dass es besonders vorteilhaft ist, in den jeweiligen Reaktorkammern 8, 9 unterschiedlich hell beleuchtete Bereiche 30, 31 auszubilden, wobei diese unterschiedlich hell beleuchteten Bereiche 30, 31 bevorzugt in Strömungsrichtung der vertikalen Mäanderströmung hintereinander liegende Bereiche sind. Im vorliegenden Beispielfall sind somit die Bereiche 30 heller beleuchtet als die Bereiche 31 , wodurch sich ein bestimmter Hell-Dunkel-Effekt ergibt, der sich vorteilhaft auf das Wachstum der Mikroorganismen, insbesondere auf das Wachstum von Phytoplankton wie Mikroalgen auswirkt.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt das Überströmen durch die Zwischenwand 6 zwischen den einzelnen Reaktorkammern 8, 9 bzw. das Überströmen durch den Überström-Wandbereich 12 zwischen den einzelnen Reaktorbehältern 2 dann in vorteilhafter Weise durch auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmte Überströmöffnungen 10, 16, die geometrisch so gestaltet werden können, dass sich im jeweiligen Überstrombereich eine gezielte Beeinflussung der Strömungsverhältnisse der vertikal mäandernden Strömung erzielen lässt, zum Beispiel dergestalt, dass dort gezielte leichte Turbulenzen bzw. Verwirbelungen bewirkt werden, die zum Beispiel einer Absetzbewegung von erzeugten Mikroorganismen entgegenwirkt, ohne den Strömungsverlauf als solches zu beeinträchtigen.
Wie dies aus den Figuren 2a und 2b ersichtlich ist, kann im Spalt 13 zwischen den jeweils aneinander angrenzenden Reaktorbehältern, bevorzugt im Bereich oberhalb des Übergangsbereichs von der Vorder- und/oder Rückwand 3, 4 zur Bodenwand 5 ein Versteifungselement 32 vorgesehen sein, beispielsweise ein den Spalt 13 nach unten verschließendes Versteifungselement 32. Dieses Versteifungselement 32 kann sich über eine vorgegebene Länge in Querrichtung y erstrecken, zum Beispiel auch vollständig zwischen den gegenüberliegenden Seitenwänden 11 erstrecken.
Wie dies aus der Zusammenschau der Figuren 1 , 2a und 2b zudem weiter ersichtlich ist, sind im bodenwandnahen Bereich der Reaktorbehälter 2, hier jeweils im Bereich der hinteren Reaktorkammer 9 an der Bodenwand 5, jeweils eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten Zuführdüsen 33 vorgesehen, mittels denen ein Medium, insbesondere C02 oder ein C02-haltiges Medium, von außerhalb des Reaktorbehälters 2 in dem Reaktorbehälter einbringbar ist. Die Zuführdüsen sind mit ihrer Mündungsöffnung bevorzugt in Strömungsrichtung ausgerichtet (vergleiche insbesondere Figur 2a), so dass beim Eindüsen des Mediums eine Unterstützung der Strömung des Nährstoffmediums in Strömungsrichtung erfolgt. Zudem können mittels einer derartigen Eindüsung auch gegebenenfalls Ablagerungen in der hinteren Reaktorkammer, insbesondere im Bodenwandbereich zuverlässig vermieden werden.
Wie dies insbesondere aus der Zusammenschau der Figuren 1 und 2a ersichtlich ist, kann das erste Überbrückungselement 22 unterschiedlich ausgebildet sein, zum Beispiel als geschlossenes Wandelement 22a (links von der Trennlinie T) oder analog zum Überström-Wandbereich 12 mit Überströmöffnungen 22b versehen sein (rechts von der Trennlinie T). Dies hängt beispielsweise davon ab, wie der Photobioreaktor 1 konkret verwendet bzw. eingesetzt wird. Wird der Photobioreaktor 1 als einzelner Reaktor bzw. als erster Reaktor einer Reaktorkaskade verwendet, dann kann das erste Überbrückungselement 22 als geschlossenes Wandelement 22a ausgebildet sein und erfolgt dann ein Zulauf bzw. eine Zuführung des Nährstoffmediums über den in der Figur 2a lediglich schematisch eingezeichneten Einlass 34.
Dagegen kann für den Fall, dass der Photobioreaktor 1 Bestandteil einer Reaktorkaskade ist und hier nicht den ersten Photobioreaktor ausbildet, vorgesehen sein, dass das erste Überbrückungselement 22 mit den Überströmöffnungen 22b versehen ist, die dann strömungstechnisch mit dem Auslass 24 eines vorgehenden Photobioreaktors 1 gekoppelt sind, und zwar bevorzugt über den Überlaufanschluss 27, an den das erste Überbrückungselement 22 angekoppelt ist (hier nicht im Detail dargestellt).
In Verbindung mit der Figur 2a und 2b ist das erste Überbrückungselement 22 hier beispielhaft als geschlossenes Wandelement 22a ausgebildet.
Wie dies weiter aus der Figur 2a ersichtlich ist, ist der Einlass 34 ferner mit einer Zuführleitung 34a koppelbar, mittels der dem Photobioreaktor 1 zu gegebenen Zeiten frisches Nährstoffmedium 34a zugeführt werden kann. Der Einlass 34 ist des Weiteren mit einer hier als Rückführleitung 34b ausgebildeten Nährstoffmediums-Leitung verbunden, die hier beispielhaft vom letzten Reaktorbehälter 2 abgeht und mittels der über den Einlass 34 das Nährstoffmedium im Kreislauf geführt ist. Dazu kann in die Rückführleitung 34b grundsätzlich eine Pumpe als Fördereinrichtung geschaltet werden. Besonders bevorzugt ist jedoch die Fördereinrichtung bei der erfindungsgemäßen Lösung durch eine Lufthebeanordnung 35 gebildet, bei der in die zum Einlass 34 geführte Rückführleitung 34b ein bestimmtes Arbeitsmedium, vorzugsweise Luft, höchst bevorzugt mit C02 angereicherte und/oder gefilterte Luft, eingebracht wird, das das Nährstoffmedium in Richtung Einlass 34 fördert.
Wie weiter dargestellt, wird bei dieser Kreislaufführung des Nährstoffmediums ein Teil des Nährstoffmediums bevorzugt aus dem in Längsrichtung x bzw. Durchström richtung hintersten Reaktorbehälter 2 abgezogen und dann wieder dem in Längsrichtung x b zw. Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälter 2 zugeführt. Davon kann jedoch gegebenenfalls auch abgewichen werden, zum Beispiel dergestalt, dass mehrere Rückführleitungen vorgesehen sind, die von mehreren Reaktorbehältern abzweigen und zum Einlass geführt sind. Ebenso kann alternativ oder zusätzlich auch ein Einlass in Verbindung mit anderen bzw. weiteren Reaktorbehältern vorgesehen sein.
Die Lufthebeanordnung 35 dient hier somit gleichzeitig als Umwälzeinrichtung für das flüssige Nährstoffmedium im Photobioreaktor 1 , das heißt als Umwälzeinrichtung, um das Nährstoffmedium in der gewünschten Weise vertikal mäandernd durch den Photobioreaktor 1 zu führen. Wie bereits zuvor des Öfteren ausgeführt, ist eine derartige Lufthebeanordnung 35 besonders produktschonend. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich mit jeglicher Art von Umwälzeinrichtungen ausführbar.
Dem Photobioreaktor 1 ist in der schematischen, prinzipiellen Ausführung gemäß der Figur 2a der Endlosbandfilter 28 nachgeschaltet, bei dem ein endloses Filtertuch 36 im Kreislauf zwischen einem filternden Abschnitt 37 und einem Abschnitt 38, in dem das gefilterte Produkt 39 vom Filtertuch 36 entfernt wird, geführt ist. Dies ist in der Figur 2a lediglich äußerst schematisch dargestellt. Wie der Figur 2a zudem weiter entnommen werden kann, kann das abgefilterte Nährstoffmedium 40 gegebenenfalls über eine weitere Rückführleitung 34c wieder in den Kreislauf des Nährstoffmediums zurückgeführt werden.
Aus der Figur 2a ist zudem weiter ersichtlich, dass die Zuführdüsen 33 ebenfalls mit einer Zuführleitung 33a gekoppelt sein können, über die zum Beispiel mit C02 angereichertes Medium, zum Beispiel mit C02 angereicherte Luft zugeführt werden kann.
Es versteht sich, dass in den jeweiligen medienführenden Leitungen selbstverständlich in üblicher Weise Ventile, Rückflussverhinderer und andere Sperrelemente bzw. Steuerelemente angeordnet sein können, mit denen eine Steuerung bzw. Regelung des Medienflusses erfolgt.
Weiter kann an der Bodenwand 5 jedes der Reaktorbehälter ein Heiz- und/oder Kühlelement 41 angeordnet sein, mittels dem das in dem jeweiligen Reaktorbehälter 2 aufgenommene Nährstoffmedium entsprechend temperiert werden kann. Dies ist lediglich beispielhaft und schematisch in der Figur 6 dargestellt.
Und schließlich kann die Deckenwand 7 mit einer oder mehreren
Belüftungseinrichtungen 45 versehen sein, die zum Beispiel durch
Belüftungsventilatoren gebildet sind. Dies ist in der Figur 2a lediglich äußerst schematisch und beispielhaft dargestellt. Mittels dieser Belüftungseinrichtungen 45 kann ein sich zwischen der Deckenwand 7 und dem Nährstoffmedium ansammelndes Gas, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, aus dem Inneren des Photobioreaktors 1 , insbesondere aus den Reaktorbehältern 2, abgezogen werden. Grundsätzlich kann dabei jedem Reaktorbehälter 2 eine deckenwandseitige Belüftungseinrichtung 45 zugeordnet sein. Bezuqszeichenliste
1 Photobioreaktor
2 Reaktorbehälter
3 Vorderwand
4 Rückwand
5 Bodenwand
6 Zwischenwand
7 Deckenwand
8 vordere Reaktorkammer
9 hintere Reaktorkammer
10 Zwischenwand-Durchströmöffnungen
11 Seitenwände
12 Überström-Wandbereich
12a erstes Überström-Wandbereichelement 12b zweites Überström-Wandbereichelement
13 Spalt
14 unterer Rahmenteilbereich
15 Rahmen
16 Behälter-Überströmöffnungen
17 oberer Rahmenteilbereich
18 Verbindungsstege
18a Strömungsleitelement
19 Rahmenbereich
20 unterer Rahmenteilbereich
21 Verbindungsstege
21 a Strömungsleitelement
22 erstes Überbrückungselement
22a geschlossenes Wandelement
22b Überströmöffnungen
23 zweites Überbrückungselement
24 Auslass 25 Auslassöffnungen
26 Verbindungssteg
27 Überlaufanschluss
28 Endlosbandfilter
29 Leuchtelemente
29a Leuchtelementreihe
29b Leuchtelementreihe
29c Leuchtelementreihe
29d Leuchtelementreihe
30 hellerer beleuchteter Bereich
31 dunklerer beleuchteter Bereich
32 Versteifungselement
33 Zuführdüsen
33a Zuführleitung
34 Einlass
34a Zuführleitung
34b Rückführleitung
34c Rückführleitung
35 Lufthebeanordnung
36 Filtertuch
37 filternder Abschnitt
38 Abschnitt
39 gefiltertes Produkt
40 abgefiltertes Nährstoffmedium
41 Heiz- und/oder Kühlelement
42 Pfeil
43 Pfeil
44 Pfeil
45 Belüftungseinrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Photobioreaktor (1 ), insbesondere zur Produktion von Mikroorganismen,
wobei der Photobioreaktor (1 ) als geschlossener Reaktor ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von nach oben offenen Reaktorbehältern (2) aufweist, die mit einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise abnehmbaren, Deckenwand (7) des Photobioreaktors (1 ) verschlossen sind und in denen ein Nährstoffmedium aufnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter (2) als Einzelbehälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden Vorderwand (3) und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden Rückwand (4) aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand (5) miteinander verbunden sind,
dass die dergestalt als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter (2) des Photobioreaktors (1 ) in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, dergestalt, dass ein in Längsrichtung gesehen vorderer Reaktorbehälter (2) mit einer wenigstens bereichsweise lichtdurchlässigen Rückwand (4) unter Ausbildung eines Spaltes (13) an eine wenigstens bereichsweise lichtdurchlässige Vorderwand (3) eines in Längsrichtung gesehen hinteren Reaktorbehälters (2) angrenzt, wobei die freien Endbereiche der unter Ausbildung des Spaltes (13) aneinander angrenzenden Vorder- und Rückwände (3, 4) einen gemeinsamen, den Spalt (13), bezogen auf die Hochachsenrichtung, von oben her verschließenden Überström-Wandbereich (12) aufweisen, der wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung (16) zwischen den angrenzenden Reaktorbehältern (2) aufweist,
dass sich der Überström-Wandbereich (12) bis zu der wenigstens einen Deckenwand (7) erstreckt und an diese angrenzt,
dass im Spalt (13) zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (2) wenigstens ein Leuchtelement (29) aufgenommen ist, mittels dem Licht durch die jeweils zugeordnete wenigstens bereichsweise lichtdurchlässig ausgebildete Vorder- und/oder Rückwand (3, 4) hindurch in einen der beiden angrenzenden Reaktorbehälter (2) oder in beide angrenzenden Reaktorbehälter (2) abstrahlbar ist,
dass in jedem der als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter (2) eine Zwischenwand (6) vorgesehen ist, die sich von der Bodenwand (5) ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben zu der Deckenwand (7) erstreckt und an diese angrenzt, so dass die Zwischenwand (6) den Reaktorbehälter (2), bezogen auf die Längsrichtung, in eine vordere Reaktorkammer (8) und in eine hintere Reaktorkammer (9) unterteilt, und
dass in der Zwischenwand (6), im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand (6) an die Bodenwand (5), wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung (10) zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer (8, 9) vorgesehen ist.
2. Photobioreaktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass sich die, vorzugsweise bogenförmig gekrümmt ausgebildete, Bodenwand (5), die Zwischenwand (6), die Vorderwand (3), die Rückwand (4) und der Überström-Wandbereich (12) des Reaktorbehälters (2) zwischen zwei in Querrichtung gegenüberliegenden Seitenwänden (11 ) erstrecken und an diese angrenzen, und
dass sich die Seitenwände (11 ) jeweils bis zur Deckenwand (7) erstrecken und an diese angrenzen.
3. Photobioreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Bodenwand (5) des Reaktorbehälters (2) bogenförmig gekrümmt ausgebildet ist, wobei sich der Scheitelpunkt der Krümmung an dem in Hochachsenrichtung gesehen tiefsten Punkt des Reaktorbehälters (2) befindet, und
dass sich die gegenüberliegenden Seitenwände (11 ) in Hochachsenrichtung gesehen wenigstens bis zum Scheitelpunkt der Bodenwand (5) nach unten erstrecken und eine Bodenaufstandfläche ausbilden.
4. Photobioreaktor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Reaktorbehälter (2) zwei separate gegenüberliegende Seitenwände (11 ) aufweist.
5. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktorbehälter (2) und/oder die Deckenwand (7) insgesamt lichtdurchlässig ausgebildet ist bzw. sind, vorzugsweise aus einem lichtdurchlässigen Glas- oder Kunststoffmaterial ausgebildet ist bzw. sind.
6. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorderwand (3) und/oder die Rückwand (4) und/oder die Zwischenwand (6) und/oder der Überström-Wandbereich (12) und/oder die Seitenwände (11 ) rechteckförmig und/oder plattenförmig ausgebildet ist bzw. sind.
7. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ein- oder mehrteilig ausgebildete Überström- Wandbereich (12) integral mit dem freien Endbereich der Vorderwand (3) und/oder mit dem freien Endbereich der Rückwand (4) des Reaktorbehälters (2) ausgebildet ist.
8. Photobioreaktor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
dass der Überström-Wandbereich (12) integral mit dem freien Endbereich der Vorderwand (3) oder mit dem freien Endbereich der Rückwand (4) des Reaktorbehälters (2) ausgebildet ist und ein freier Endbereich einer Rückwand (4) bzw. Vorderwand (3) eines unmittelbar angrenzenden Reaktorbehälters (2) zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom- Wandbereiches (12) ebenfalls an dem Überström-Wandbereich (12) angebunden ist,
oder
dass der Überström-Wandbereich (12) mehrteilig ausgebildet ist und ein erstes vorderwandseitiges Überström-Wandbereichelement (12a) integral mit dem freien Endbereich der Vorderwand (3) und ein zweites rückwandseitiges Überström-Wandbereichelement (12b) mit dem freien Endbereich der Rückwand (4) des Reaktorbehälters (2) ausgebildet ist, wobei ein vorderwandseitiges Überström-Wandbereichelement (12a) und ein rückwandseitiges Überström-Wandbereichelement (12b) zur Ausbildung des gemeinsamen Überstrom-Wandbereiches (12) miteinander verbindbar sind.
9. Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der ein- oder mehrteilig ausgebildete Überström- Wandbereich (12) durch ein separates Bauteil gebildet ist, das mit der Vorderwand (3) und/oder der Rückwand (4) der zwei aneinander angrenzenden Reaktorbehälter (2), insbesondere mit deren freien Endbereichen, verbindbar ist.
10. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überström-Wandbereich einen randseitig umlaufenden Rahmen (15) mit einer vom Rahmen (15) umgebenen Behälter- Überströmöffnung (16) aufweist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein in Hochachsenrichtung unterer Rahmenteilbereich (14) einen Anbindungsbereich für den freien Endbereich der Vorderwand (3) und/oder der Rückwand (4) der jeweils zugeordneten Reaktorbehälter (2) ausbildet und/oder dass ein in Hochachsenrichtung oberer Rahmenteilbereich (17) an die Deckenwand (7) angrenzt.
11. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Überström-Wandbereich (12) wenigstens ein in die Behälter-Überströmöffnung (16) einragendes Strömungsleitelement und/oder mehrere, vorzugsweise in Querrichtung nebeneinander liegende, Behälter- Überströmöffnungen (16) aufweist.
12. Photobioreaktor nach Anspruch 10 und 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung mehrerer Behälter-Überströmöffnungen (16) wenigstens ein zwischen Rahmenteilen verlaufender, vorzugsweise wenigstens ein in Hochachsenrichtung und zwischen in Hochachsenrichtung gegenüberliegenden Rahmenteilen verlaufender, Verbindungssteg (18), insbesondere als Strömungsleitelement, vorgesehen ist.
13. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Leuchtelement (29) einen oder mehrere Leuchtkörper aufweist, dessen oder deren Abstrahlwinkel und damit Lichtkegel im montierten Zustand des wenigstens einen Leuchtelementes fest vorgegeben oder einstellbar ist bzw. sind.
14. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Leuchtelement (29) so im Spalt zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (2) angeordnet ist, dass in der wenigstens einen von dem wenigstens einen Leuchtelement (29) beleuchteten Reaktorkammer (8, 9) der angrenzenden Reaktorbehälter (2) unterschiedlich hell beleuchtete Bereiche (30, 31 ) ausbildbar sind, vorzugsweise unterschiedlich hell beleuchtete und in Strömungsrichtung hintereinander liegende Bereiche (30, 31 ) ausbildbar sind.
15. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Spalt (13) zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (2) mehrere Leuchtelemente (29) in Hochachsenrichtung und/oder in Querrichtung voneinander beabstandet aufgenommen sind, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass mehrere, sich in Querrichtung erstreckende Leuchtelementreihen (29a, 29b, 29c, 29d) vorgesehen sind, die in Hochachsenrichtung voneinander beabstandet sind, höchst bevorzugt gleichmäßig voneinander beabstandet sind.
16. Photobioreaktor nach Anspruch15, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Querrichtung erstreckenden Leuchtelementreihen (29a, 29b, 29c, 29d) durch mehrere voneinander beanstandete Leuchtelemente (29) und/oder durch Lichtleisten gebildet sind.
17. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Spalt (13) zwischen den aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (2) im Übergangsbereich von der Vorder- und/oder Rückwand (3, 4) zur Bodenwand (5) ein Versteifungselement (32), vorzugsweise ein den Spalt (13) nach unten hin verschließendes Versteifungselement (32), vorgesehen ist, das sich über eine vorgegebene Länge in Querrichtung erstreckt, insbesondere sich in Querrichtung vollständig zwischen gegenüberliegenden Seitenwänden (11 ) erstreckt und dort angrenzt.
18. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (6) im bodenwandnahen Wandbereich einen randseitig umlaufenden Rahmenbereich (19) mit einer vom Rahmenbereich (19) umgebenen Zwischenwand-Durchströmöffnung (10) aufweist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass ein in Hochachsenrichtung unterer Rahmenteilbereich (20) an die Bodenwand (5) angrenzt.
19. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwand (6) wenigstens ein in die Zwischenwand-Durchströmöffnung einragendes Strömungsleitelement und/oder mehrere, vorzugsweise in Querrichtung nebeneinander liegende, Zwischenwand-Durchströmöffnungen (10) aufweist.
20. Photobioreaktor nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung mehrerer Zwischenwand-Durchströmöffnungen (10) wenigstens ein zwischen Rahmenteilen verlaufender, vorzugsweise wenigstens in Hochachsenrichtung und zwischen in Hochachsenrichtung gegenüberliegenden Rahmenteilen verlaufender, Verbindungssteg (21 ), insbesondere als Strömungsleitelement, vorgesehen ist.
21. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer oder wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter (2) wenigstens eine Zuführdüse (33), vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten Zuführdüsen (33), aufweist, mittels der ein Medium, insbesondere C02 oder ein C02-haltiges Medium, von außerhalb des Reaktorbehälters (2) in den Reaktorbehälter (2) einbringbar ist.
22. Photobioreaktor nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zuführdüse (33), vorzugsweise eine Mehrzahl von in Querrichtung beabstandeten Zuführdüsen (33), im bodenwandnahen Bereich des Reaktorbehälters (2) angeordnet ist, bevorzugt im Bereich der hinteren Reaktorkammer (9) an der Bodenwand (5) und/oder an der Rückwand (4), angeordnet ist.
23. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zuführdüse (33) mit ihrer Mündungsöffnung in Strömungsrichtung ausgerichtet ist.
24. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am in Längsrichtung oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälter, vorzugsweise in der Deckenwand (7) und/oder in der Vorderwand (3) und/oder in der Seitenwand (11 ) des in Längsrichtung oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälters, ein Einlass (34) für das Nährstoffmedium vorgesehen ist, vorzugweise ein Einlass (34), mit dem das Nährstoffmedium der vorderen Reaktorkammer (8) des vordersten
Reaktorbehälters zuführbar ist.
25. Photobioreaktor nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der
Einlass mit einer Fördereinrichtung, vorzugsweise mit einer gleichzeitig als Umwälzeinrichtung für das Nährstoffmedium im Photobioreaktor fungierenden Fördereinrichtung, gekoppelt ist, mittels der ein Teil des Nährstoffmediums, bevorzugt ein aus einem hinteren Bereich des Photobioreaktors (1 ) abgezogener Teil des Nährstoffmediums, höchst bevorzugt aus dem in
Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälter abgezogener Teil des Nährstoffmediums, dem vordersten Reaktorbehälter zuführbar ist.
26. Photobioreaktor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung durch eine Lufthebeanordnung (35) gebildet ist, bei der in eine zum Einlass (34) geführte Nährstoffmediums-Leitung ein Arbeitsmedium, bevorzugt Luft, höchst bevorzugt mit C02 angereicherte und/oder gefilterte Luft, eingebracht wird, das das Nährstoffmedium in Richtung Einlass (34) fördert, insbesondere in der Art eines Trägermediums mitnimmt und in Richtung Einlass (34) fördert.
27. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälter, vorzugsweise in der Deckenwand (7) und/oder in der Rückwand (4) und/oder in der Seitenwand (11 ) des in Längsrichtung oder Durchström richtung hintersten Reaktorbehälters, ein Auslass (24) für das Nährstoffmedium vorgesehen ist, vorzugweise ein Auslass (24), mit dem das Nährstoffmedium aus der hinteren Reaktorkammer (9) des hintersten Reaktorbehälters ausbringbar ist.
28. Photobioreaktor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslass (24) als Ablauf, insbesondere als Überlauf, ausgebildet ist und/oder mit einer Abzugseinrichtung gekoppelt ist, mittels der Nährstoffmedium aus dem in Längsrichtung oder Durchström richtung hintersten Reaktorbehälter abziehbar ist, insbesondere in Abhängigkeit von der Dichte der im Photobioreaktor, insbesondere im hintersten Reaktorbehälter, erzeugten Mikroorganismen abziehbar ist.
29. Photobioreaktor nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass dem Auslass ein Endlosbandfilter (28), insbesondere ein selbstreinigender Endlosbandfilter (28) nachgeschaltet ist, bei dem ein endloses Filtertuch (36) im Kreislauf zwischen einem filternden Abschnitt (37) und einem Abschnitt (38), in dem das gefilterte Produkt (39) vom Filtertuch (36) entfernt wird, geführt ist.
30. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckenwand (7) mit wenigstens einer
Belüftungseinrichtung (45), vorzugsweise mit wenigstens einem Belüftungsventilator, versehen ist, mittels der ein sich zwischen der Deckenwand (7) und dem Nährstoffmedium ansammelndes Gas, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, aus dem Inneren des Photobioreaktors (1 ), insbesondere aus den Reaktorbehältern (2), abziehbar ist, wobei bevorzugt vorgesehen ist, dass jedem Reaktorbehälter (2) eine deckenwandseitige Belüftungseinrichtung (45) zugeordnet ist.
31. Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass sämtliche Reaktorbehälter (2) einen gleichen U-förmigen Grundaufbau mit einer Vorderwand (3) und einer im Wesentlichen gleich hohen Rückwand (4) aufweisen, die beide einen Spaltabstand zur Deckenwand (7) aufweisen und die beide von der sich bis zur Deckenwand (7) erstreckenden und dort angrenzenden Zwischenwand (6) überragt werden,
dass der Spaltabstand zur Deckenwand (7) im Angrenzungsbereich zweier Reaktorbehälter (2) durch den Überström-Wandbereich (12) überbrückt ist, der sich bis zur Deckenwand (7) erstreckt und dort angrenzt,
dass die Vorderwand (3) des in Längsrichtung oder Durchströmrichtung vordersten Reaktorbehälters ein erstes wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement (22) aufweist, das sich bis zur Deckenwand (7) erstreckt und dort angrenzt,
dass die Rückwand (4) des in Längsrichtung oder Durchströmrichtung hintersten Reaktorbehälters ein zweites wand- und/oder plattenartiges Überbrückungselement (23) aufweist, das sich bis zur Deckenwand (7) erstreckt und dort angrenzt, und
dass sich das erste und zweite wand- und/oder plattenartige Überbrückungselement (22, 23) ebenso wie sämtliche vorhandenen
Vorderwände (3), Zwischenwände (5) und Rückwände (4) sowie der wenigstens eine Überström-Wandbereich (12) in Querrichtung zwischen den sich ebenfalls bis zur Deckenwand (7) erstreckenden Seitenwänden (11 ) erstreckt und dort angrenzt, so dass bei montierter Deckenwand (7) ein geschlossener Reaktor ausgebildet ist.
32. Reaktorbehälter (2) für einen Photobioreaktor (1 ), insbesondere für einen Photobioreaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Reaktorbehälter (2) als nach oben offener Behälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Vorderwand (3) und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Rückwand (4) aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand (5) miteinander verbunden sind,
dass in dem Reaktorbehälter (2) eine, vorzugsweise mit der Bodenwand (5) verbundene und/oder rechteckförmige und/oder plattenförmige, Zwischenwand (6) vorgesehen ist, die sich von der Bodenwand (5) ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben erstreckt, so dass die Zwischenwand (6) den Reaktorbehälter (2), bezogen auf die Längsrichtung, in eine vordere Reaktorkammer (8) und in eine hintere Reaktorkammer (9) unterteilt, und dass in der Zwischenwand (6), im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand (6) an die Bodenwand (5), wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung (10) zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer (8, 9) vorgesehen ist.
33. Verfahren zur Produktion von Mikroorganismen, insbesondere zur Produktion von Mikroalgen, mittels eines Photobioreaktors, insbesondere mittels eines Photobioreaktors nach einem der Ansprüche 1 bis 31 ,
wobei der Photobioreaktor (1 ) als geschlossener Reaktor ausgebildet ist, der eine Mehrzahl von nach oben offenen Reaktorbehältern (2) aufweist, die mit einer ein- oder mehrteiligen, vorzugsweise abnehmbaren, Deckenwand (7) des Photobioreaktors (1 ) verschlossen sind und in denen ein Nährstoffmedium aufnehmbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Teil der Reaktorbehälter (2) als Einzelbehälter ausgebildet ist, der im Querschnitt betrachtet eine U-Form mit einer sich in Hochachsenrichtung erstreckenden Vorderwand (3) und einer davon in Längsrichtung beabstandeten und sich ebenfalls in Hochachsenrichtung erstreckenden Rückwand (4) aufweist, die bodenseitig durch eine Bodenwand (5) miteinander verbunden sind,
dass die dergestalt als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter (2) des Photobioreaktors (1 ) in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind, dergestalt, dass ein in Längsrichtung gesehen vorderer Reaktorbehälter (2) mit einer wenigstens bereichsweise lichtdurchlässigen Rückwand (4) unter Ausbildung eines Spaltes (13) an eine wenigstens bereichsweise lichtdurchlässige Vorderwand (3) eines in Längsrichtung gesehen hinteren Reaktorbehälters (2) angrenzt, wobei die freien Endbereiche der unter Ausbildung des Spaltes (13) aneinander angrenzenden, vorzugsweise rechteckförmigen und/oder plattenförmigen, Vorder- und Rückwände (3, 4) einen gemeinsamen, den Spalt (13), bezogen auf die Hochachsenrichtung, von oben her verschließenden Überström-Wandbereich (12) aufweisen, der wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung (16) zwischen den angrenzenden Reaktorbehältern (2) aufweist,
dass sich der Überström-Wandbereich (12) bis zu der Deckenwand (7) erstreckt und an diese angrenzt, insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder mit dieser verbunden ist,
dass im Spalt (13) zwischen aneinander angrenzenden Reaktorbehältern (2) wenigstens ein Leuchtelement (29) aufgenommen ist, mittels dem Licht durch die jeweils zugeordnete wenigstens bereichsweise lichtdurchlässig ausgebildete Vorder- und/oder Rückwand (3, 4) hindurch in einen der beiden angrenzenden Reaktorbehälter (2) oder in beide angrenzenden Reaktorbehälter (2) abstrahlbar ist,
dass in jedem der als Einzelbehälter ausgebildeten Reaktorbehälter (2) eine, vorzugsweise mit der Bodenwand (5) verbundene und/oder rechteckförmige und/oder plattenförmigen, Zwischenwand (6) vorgesehen ist, die sich von der Bodenwand (5) ausgehend in Hochachsenrichtung nach oben zu der Deckenwand (7) erstreckt und an diese angrenzt, vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht an diese angrenzt und/oder mit dieser verbunden ist, so dass die Zwischenwand (6) den Reaktorbehälter (2), bezogen auf die Längsrichtung, in eine vordere Reaktorkammer (8) und in eine hintere Reaktorkammer (9) unterteilt, und
dass in der Zwischenwand (6), im bodenwandnahen Angrenzungs- und/oder Anbindungsbereich der Zwischenwand (6) an die Bodenwand (5), wenigstens eine Zwischenwand-Durchströmöffnung (10) zwischen der vorderen und der hinteren Reaktorkammer (8, 9) vorgesehen ist, so dass ein in der vorderen Reaktorkammer (8) eines vorderen Reaktorbehälters (2) aufgenommenes Nährstoffmedium durch die wenigstens eine Zwischenwand- Durchströmöffnung (10) hindurch in die hintere Reaktorkammer (9) des vorderen Reaktorbehälters (2) strömt und weiter von der hinteren Reaktorkammer (9) des vorderen Reaktorbehälters (2) durch die wenigstens eine Behälter-Überströmöffnung (16) hindurch in eine vordere Reaktorkammer (8) eines hinteren Reaktorbehälters (2) strömt.
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