用于使光合成生物生长的方法和装置制造方法及图纸

一种用于培养光合成生物的生物培养系统，其包括：至少一个允许培养基暴露于自然光和/或人造光的培养室，该培养室包括：一个透光壁或多个壁，其界定了气体空间和在所述气体空间下面的培养基容纳区域；一个或多个设置在所述培养基容纳区域内的流体入口；和一个或多个与所述气体空间相通的气体出口；操作地连接至气体流动控制器件的控制单元，所述气体流动控制器件控制气体通过所述流体入口流入和通过所述流体出口流出以控制在培养室内的条件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于制备光合成生物，特别是，藻类(并且包括微藻类和大型藻类)的培养室和方法。
技术介绍
由于对于微生物的多种应用，培养光合成生物，特别是微藻类和蓝细菌已经成为关注的焦点。首先，培养光合成微生物可以利用废弃的二氧化碳(CO2)和营养素(例如来自污水或农业产物)，以及，在光的存在下，将这些转化为生物质。其次，所生产的生物质具有潜在的多种应用，包括提取油，然后其可以被转化为生物柴油；作为生物塑料工业的原料；提取营养品、药品和化妆品；用于动物饲料和作为喷气发动机燃料的原料、使植物热解或气化。 本专利技术目的是针对在本领域中已知的用于培养光合成生物，特别是藻类的系统中的一个或多个难点而作出的。
技术实现思路
在本专利技术的第一方面，本专利技术提供了一种用于培养光合成生物的生物培养系统，其包括至少一个允许培养基暴露于自然光和/或人造光的培养室，该培养室包括一个透光壁或多个壁，其界定了气体空间；和在所述气体空间下面的培养基容纳区域(containment area)；设置在所述培养基容纳区域内的一个或多个流体入口 ；和与所述气体空间相通的一个或多个气体出口 ；操作地连接至气体流动控制器件的控制单元，所述气体流动控制装置控制气体通过所述流体入口流入和通过所述流体出口流出以控制在培养室内的条件。在一个实施方式中，所述生物培养系统可以进一步包括多个培养室。这允许生产的灵活性和系统控制的集中化。所述培养室可以，例如，通过许多方式，以串联或并联的方式相互连接。优选，可以连接10至200个培养室，更优选连接20至60个培养室。所述培养室阵列可以包括使用并联配置的槽或2个或多个不同的生长培养基槽的结合。这可以包括，但是不限于，并联的多个培养室或袋和开放通道(open raceway)的组合。因此，在本专利技术的可选的实施方式中，所述生物培养系统可以进一步包括多个培养室，其中，所述培养室包括一个或多个由柔性材料形成的室；和一个或多个包括一对相对的由透光部围成的基本刚性壁的室。所述刚性培养室可以允许培养的生物放置在需要的相对低光的地方。所述刚性培养室还可以包括如上所述的控制单元和平衡槽。在本专利技术的又一方面，其提供了一种培养光合成生物的方法，所述方法可以包括(a)提供培养室，其包括(i)至少一个透光壁或多个壁，所述壁界定了气体空间；和在所述气体空间下面的培养基容纳区域；(ii) 一个或多个气体入口和与所述气体空间相通的一个或多个气体出口 ；(iii) 一个或多个流体出口和与培养容纳区域相通的出口 ；和 (iii)气体流动控制装置；(b)向所述培养室中引入培养基并且接种光合成生物，所述培养室允许培养基暴露于自然光和/或人造光中；(C)使用气体流动控制器件控制气体通过所述气体入口流入和通过所述气体出口流出，其中，所述气体的流动促使来自于培养基的蒸发和/或控制培养室的温度；和(d)允许光合成生物在光的存在下生长。在一个实施方式中，所述培养室包括一个或多个流体端口以允许所述培养基的引入和除去。优选地，所述一个或多个流体端口包括调节器以控制引入或从所述培养室中除去培养基。更优选地，所述调节器为阀，优选为球阀。光合成生物在光的存在下将二氧化碳、水和营养物转化为生物质。因此，这些光合成生物的生长能够将作为例如从发电厂精炼厂或水泥窑、液化天然气生产或煤层气中排放废气的二氧化碳回收为生物质而非释放到大气中。在所述培养室内控制的条件包括所述培养基的pH和CO2含量，在所述培养室中的蒸发速率和温度。将富含CO2的气体加入到藻类淤浆中会降低溶液/淤浆的pH。随着CO2的消耗，pH将会增加。因此，通过平衡供给0)2和消耗CO2的速率，可以保持稳定和最佳的pH，其确保用于发生光合成和随着细胞生长和增殖形成新的生物材料所需的足够的碳浓度。用于培养基容纳区域的流体入口沿着所述培养基容纳区域的底座部(baseportion)设置。所述光合成生物选自大型藻类、微藻类和蓝细菌。优选所述光合成生物为微藻类。弓丨入的CO2浓度可以根据与CO2混合的空气的量的变化而变化。例如，根据所述光合成生物的CO2要求，所述包含CO2的废气可以用空气稀释。在黑暗期，例如当使用自然光时的晚上，通过提高混合物中的空气的量可以减少CO2的量而保持恒定的气体流动。例如，使用特定的空气过滤器，更优选高效的特定的空气(HEPA)过滤器，可以过滤与所述CO2源混合的空气以除去某种特定的物质。所述培养基可以为适合于所需的光合成生物生长的任何合适的基质。所述培养基可以基于新鲜的水或生理盐水，并且可以包括来自工业过程或污水处理系统的废水。所述培养基可以包括包含硫酸铁等的额外的营养物。所述光合成生物可以选自任何合适的生物，并且可以被培养作为单一培养的单一种或在同一培养室中的两种或多种种。混养是优选的，因为这可以为由于例如温度、营养物的补充和盐浓度引起环境变化提供复原能力。产生用于化学、生物柴油、药物或保健品工业的有用成分的光合成生物是优选的。合适的光合成微生物包括蓝细菌(蓝绿藻)和藻类，优选微藻类或大型藻类。所述微藻类可以在新鲜水或盐水中生长。可以产生有用的成分/原料的光合成微生物的实例包括，但是不限于，属于下面的属的这些衣藻属(Chlamydomoas);角毛藻属(Chaetoceros);杜氏藻属(Dunaliella)；红球藻属(Haematococcus);等鞭金藻属(Isochrysis);微藻属(Nannochloropsis);紫球藻属(Porphyridum)；混营性微藻属(Picochlorum) (synonymNannochloris);颗石藻属(Pleurochrysis);红胞藻属(Rhodomoas);螺旋藻属(Spriulina)。优选的微藻菌株为快速生长的菌株。所述菌株可以显示高的脂含量，并且可以为耐盐的。特别优选微藻属菌株或菌株的混合物。本专利技术的方法还可以用于培养大型藻类，例如，石药属(Ulva);刚毛藻属(Cladophora);硬毛藻属(Chaetomorpha)或鞘藻属(Oedoginium)的那些。根据本专利技术制备的光合成生物具有许多的潜在用途。可以从微生物中提取油(例如，甘油三酸酯)，并且这种油可以用于生物柴油的制备(例如，使用已知的酯交换方法)；作 为用于制备塑料和用于合成喷气发动机和其它燃料的原料。在提取油后留下的生物质的饼组分可以用作家畜养殖业的饲料；肥料的生产；用于生物塑料制备的生物质或用于能源和喷气发动机燃料的制备和/或热解的生物质。光合成生物还可以制备其它有用的产物，例如，营养品(例如,omega3和6脂肪酸；抗氧化剂，例如变胞藻黄素(astaxanthin)和颜料,例如β_胡萝卜素)，藻蓝素、甘油三酸酯和用于药品工业和化妆品工业的其它成分。在优选的实施方式中，流体入口沿着培养基容纳区域的底座部分设置。所述第一和/或第二气体可以为含氧的气体，例如，空气。所述第二气体可以为与第一气体相同或不同。所述第一气体可以包含二氧化碳(CO2)。在包含CO2的情况，所述气体可以起到为光合成系统提供碳和/或降低所述循环流体(例如水)的PH的作用。在一个实施方式中，所述培养室的一个或多个壁是由柔性材料组成的，其可以允许所述培养室膨胀。在本专利技术的上下文中，柔性材料为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.01 AU 2010902933;2011.02.21 AU 20119005891.一种用于培养光合成生物的生物培养系统，其包括 至少一个允许培养基暴露于自然光和/或人造光的培养室，该培养室包括 一个透光壁或多个壁，其界定 气体空间；和 在所述气体空间下面的培养基容纳区域； 一个或多个设置在所述培养基容纳区域内的流体入口 ；和 一个或多个与所述气体空间相通的气体出口； 操作地连接至气体流动控制器件的控制单元，所述气体流动控制器件控制气体通过所述流体入口流入和通过所述流体出口流出以控制在培养室内的条件。2.根据权利要求1所述的生物培养系统，其进一步包括串联或并联相互连接的多个培养室。3.根据权利要求1所述的生物培养系统，其进一步包括多个培养室，其中，所述培养室包括 一个或多个由柔性材料形成的室；和 一个或多个室，其包括一对相对的由透光部围成的基本刚性壁。4.根据权利要求1所述的生物培养系统，其中，所述培养室包括一个或多个流体端口以允许引入或除去培养基，所述一个或多个流体端口包括调节器以控制引入培养基或从所述培养室中除去培养基。5.根据权利要求1所述的生物培养系统，其中，用于所述培养基容纳区域的流体入口沿着所述培养基容纳区域的底座部设置。6.根据权利要求5所述的生物培养系统，其中，所述培养室为管状构型的封闭的弹性塑料结构的形式。7.根据权利要求5所述的生物培养系统，其中，所述培养室的一个或多个壁是透光的，并且所述壁以管状整体地形成。8.根据权利要求5或6所述的生物培养系统，其中，所述培养室水平地定向产生平板底座。9.根据权利要求8所述的生物培养系统，其中，所述底座具有朝向所述培养室的排放端的1-5°范围内的斜面。10.根据权利要求6所述的生物培养系统，其中，由材料形成的一个或多个壁以允许预定波长的光透过，所述材料允许大约20%至65%的UV光透过。11.根据权利要求1所述的生物培养系统，其中，所述培养室是可膨胀，所述培养室的膨胀通过如下方式保持经过气体入口向所述培养室中引入气体和经过气体出口流出而实现的气体的流动，所述气体入口被设置在所述培养基的表面的上面和/或下面。12.根据权利要求1或3所述的生物培养系统，其进一步包括第二光控制器件以控制经过所述培养室的壁透过的光的量。13.根据权利要求12所述的生物培养系统，其中，所述第二光控制器件被固定和/或可变，并且包括遮阳帆或布。14.根据权利要求5所述的生物培养系统，其中，多个流体入口沿着所述培养室的底座的长度设置。15.根据权利要求14所述的生物培养系统，其中，所述流体入口沿着所述培养室的底座处的管道设置，其中，所述管道适合于运送并分配所述气流，所述气体入口沿着管道以规则的间隔设置以允许沿着培养室的长度气流基本均匀分配。16.根据权利要求16所述的生物培养系统，其中，所述气体出口包括单向阀系统以允许气体从容纳室中释放。17.根据权利要求1所述的生物培养系统，其进一步包括 (i)至少一个垂直定向的生长柱，其包括 透光管道； 一个或多个与所述管道相通的流体入口 ；和 一个或多个流体出口 ；以及 其中，所述生长柱的流体出口流动连接至所述培养室的流体入口。18.根据权利要求1所述的生物培养系统，其中，所述透光管道包括透光内管道和围绕并与内管道流体相通的透光外管道。19.根据权利要求1所述的生物培养系统，所述控制单元进一步包括 培养基输入系统；和流动连接至所述控制单元的至少一个培养箱和/或至少一个垂直定向的生长柱，培养箱的流体入口和出口和生长柱允许所述培养基控制地循环。20.根据权利要求19所述的生物培养系统，其中，所述控制单元进一步包括驱动控制器以结合可编程的逻辑控制(PLC )控制所述培养基的泵送速率。21.根据权利要求20所述的生物培养系统，其中，所述驱动控制器起到控制培养物生长和泵控制的作用。22.根据权利要求20所述的生物培养系统，其中，所述控制单元包括基于矢量的组合驱动和输入/输出(I/O)界面以结合泵和过程控制功能。23.—种培养光合成生物的方法,该方法包括 (a)提供培养室，其包括 (i)至少一个透光壁或多个壁，其界定 气体空间；和 在所述气体空间下面的培养基容纳区域； ( ) 一个或多个气体入口和一个或多个与所述气体空间相通的气体出口 ； (iii) 一个或多个流体出口和与培养容纳区域相通的出口 ；和 (iii)包括气体流动控制器件的控制单元； (b)向所述培养室中引入培养基并且接种光合成生物，所述培养室允许培养基暴露于自然光和/或人造光中； (C)使用气体流动控制器件控制气体通过所述气体入口流入和通过所述气体出...

【专利技术属性】
技术研发人员：马克·勒内·施坦巴内，洛奇·德尼斯，基尔斯滕·海曼，阿诺德·曼戈特，霍华德·尼伯恩，
申请(专利权)人：MBD能源有限公司，
类型：
国别省市：