DE102009028474A1

DE102009028474A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Produktion von Biomasse

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Publication number: DE102009028474A1
Application number: DE102009028474A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dr. Broneske; Otto Prof. Dr. Dr. h.c. Pulz; Rainer Weidner; Wolfram Winkel
Original assignee: INST GETREIDEVERARBEITUNG; SALATA GmbH; IGV INSTITUT fur GETREIDEVERARBEITUNG GmbH
Current assignee: INST GETREIDEVERARBEITUNG; SALATA GmbH; IGV INSTITUT fur GETREIDEVERARBEITUNG GmbH
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2009-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: WO2011018082A9; WO2011018082A2; WO2011018082A3

Abstract

Die vorgeschlagene Vorrichtung zur Produktion von Biomasse besteht aus einem Photobioreaktor mit mindestens einer Photosyntheseeinheit (2, 2'), einem Rohrleitungssystem (3) mit Ventilen und mindestens einer Systempumpe (13) und einer Kontroll- und Steuereinrichtung (4), welcher in eine Wirkverbindung mit peripheren Einrichtungen, nämlich mindestens einer Einrichtung (5) zur Ernte erzeugter Biomasse und einer Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung (6), bringbar oder gebracht ist.
Erfindungsgemäß ist zumindest der Photobioreaktor in einem Container (1) angeordnet, welcher ohne zusätzliche Schutz- und Stabilisierungsmaßnahmen beziehungsweise Schutzelemente als Frachteinheit transportierbar sowie mit anderen Containern stapelbar ist. In diesem Container (1) kann der Photobioreaktor bei der Kultivierung der phototrophen oder mixotrophen Organismen verbleiben, wobei durch die Ausbildung des Containers (1) sichergestellt ist, dass die Photosyntheseeinheit oder -einheiten (2, 2') mit dem für die Kultivierung erforderlichen Licht versorgt sind. In einer bevorzugten Ausbildungsform bildet der Photobioreaktor mit der Ernteeinrichtung (5) und der Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung (6) eine integrale Einheit aus und ist mit ihnen gemeinsam in einem Container (1) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vorrichtung und ein Verfahren zur Produktion von Biomasse. Sie bezieht sich insbesondere auf eine transportable Vorrichtung und deren Nutzung zur Biomasseproduktion. Die entsprechende Vorrichtung besteht aus einem Photobioreaktor zur Kultivierung in einer Nährlösung enthaltener phototropher oder mixotropher Organismen oder Zellen durch Licht und Nährstoffzufuhr, der mit peripheren Einrichtungen verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Bei Letzteren handelt es sich insbesondere um eine Einrichtung zur Ernte der durch die Kultivierung der Organismen oder Zellen erzeugten Biomasse und um eine Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung.
Bereits seit vielen Jahren wird mit unterschiedlichen Zielstellungen die Produktion von Biomasse systematisch betrieben. Die Produktion der Biomasse erfolgt dabei unter anderem durch die Kultivierung phototropher oder mixotropher Organismen oder Zellen. Beispielhaft sei die Produktion von Biomasse aus phototrophen Mikroalgen genannt, welche sowohl im Labormaßstab als auch im Großmaßstab einer industriellen Produktion betrieben wird. Die erzeugte Biomasse dient beispielsweise der Herstellung ernährungsphysiologisch hochwertiger Nahrungs- und Nahrungsergänzungsmittel oder als Zusatzstoff für dermatologische Medikamente oder kosmetische Erzeugnisse. Sie wird ferner auch in zunehmendem Maße als Energieträger genutzt. Insbesondere mit Blick auf das letztgenannte Einsatzgebiet ist es dabei als besonders vorteilhaft anzusehen, dass zum Beispiel bei der Kultivierung phototropher oder mixotropher Organismen in Abgasen enthaltenes CO₂ als Nährstoff dienen kann, welcher durch die Mikroorganismen verstoffwechselt wird.
Kultiviert werden phototrophe oder mixotrophe Organismen oder Zellen in einer Nährlösung, mit welcher sie eine Suspension bilden. In einem Photobioreaktor werden der die Organismen oder Zellen enthaltenden Suspension nach einem jeweils vorgeschriebenen Verfahrensregime Licht und Nährstoffe zugeführt. Bei der durch den Lichteintrag angeregten Photosynthese werden die Nährstoffe verstoffwechselt, wobei sich die der Erzeugung von Biomasse dienenden Organismen vermehren beziehungsweise Zellen teilen. Ein entsprechender Photobioreaktor, in welchem die Suspension zur Kultivierung der Organismen oder Zellen in einem Umlauf gehalten wird, ist beispielsweise in der DE 198 14 253 C2 beschrieben.
Eine erfolgreiche Produktion von Biomasse auf der Basis phototropher oder mixotropher Organismen oder Zellen ist vor allem an optimale Kultivierungsbedingungen gebunden. Sehr wesentlich ist dabei insbesondere die Versorgung der Mikroorganismen oder Zellen mit dem für die Photosynthese zur Erzeugung der Biomasse benötigten Licht. Es liegt auf der Hand, dass im Falle einer Großproduktion von Biomasse aus Kostengründen vorzugsweise natürliches Sonnenlicht für die Kultivierung genutzt wird. Für die Errichter und/oder die Betreiber entsprechender Anlagen gilt es daher, geeignete Standorte zu finden, an welchen vorzugsweise sowohl ein ausreichender Eintrag natürlichen Sonnenlichts in die Anlagen beziehungsweise deren Photobioreaktor sichergestellt ist, aber andererseits ein nicht zu hoher Aufwand für die Temperierung der Anlagen erforderlich ist. Letzteres gilt, zumal eine effiziente Biomasseproduktion an die Einhaltung eines günstigen Temperaturbereichs gebunden ist, wobei beispielsweise zu hohe Temperaturen den Kultivierungsprozess zum Erliegen kommen lassen können.
Vor diesem Hintergrund ist es für die Errichter beziehungsweise die späteren Betreiber von Großanlagen wünschenswert, den Standort zunächst auf seine Eignung eingehend untersuchen zu können. Dabei besteht die beste Möglichkeit darin, zunächst an einer kleineren bis mittelgroßen Anlage in einem Versuchsbetrieb Aufschlüsse über die Eignung des jeweiligen Standorts zu erhalten. Allerdings ist es wiederum aus Kostengründen eher ungünstig, an dem betreffenden Standort zunächst eine kleinere Anlage zu errichten und diese dann, im Falle einer Eignung des Standorts, später durch eine größere zu ersetzen. Die hierdurch gegebenen Nachteile könnten vermieden werden, wenn die Standortprüfung mit Hilfe mobiler beziehungsweise transportabler Vorrichtungen erfolgen könnte.
Durch die DE 296 07 285 U1 wird eine solche transportable Vorrichtung beschrieben. Die Druckschrift beschreibt eine Lösung, bei welcher ein Photobioreaktor mit einer Steuerung und peripheren Einrichtungen zur Ernte auf einer rollfähigen Grundplatte montiert ist. Hierdurch ist es möglich, die insoweit relativ kompakte Vorrichtung in einen geeigneten Transportbehälter hineinzubewegen, aus dem sie am Bestimmungsort herausgerollt und sehr schnell einsatzbereicht gemacht werden kann. Da jedoch große Teile der Vorrichtung, insbesondere aber wesentliche Teile des eigentlichen Kultivierungssegments beziehungsweise der Photosyntheseeinheit, aus Glas bestehen, werden an den Transportbehälter und die sichere Verpackung der Vorrichtung in dem Behälter hohe Anforderungen gestellt, wobei der Transport der Vorrichtung zur Vermeidung von Beschädigungen dennoch besondere Vorsicht erfordert. Die Vorrichtung ist somit am Bestimmungsort zwar vergleichsweise schnell einsatzbereit, jedoch ist ihre sichere Verfrachtung am Absendeort sehr zeitaufwendig. Zudem muss sie auch am Einsatzort zu ihrem Schutz in geeigneter, vorzugsweise den Eintritt natürlichen Lichts ermöglichender Weise umbaut beziehungsweise in einer entsprechende Halle oder einem Gebäude aufgestellt werden. Insoweit ist die Einsatzbereitschaft der Vorrichtung auch nur relativ schnell herstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine ein Verfahren und eine Vorrichtung umfassende technische Lösung zur Produktion von Biomasse bereitzustellen, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet. Hierzu ist insbesondere eine transportable Vorrichtung zur Produktion der Biomasse zu schaffen, welche an einem Absendeort mit einem geringen logistischen und zeitlichen Aufwand verfrachtet werden kann und am bestimmungsgemäßen Einsatzort schnell einsatzfähig ist.
Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Ein die Aufgabe lösendes Verfahren ist durch den ersten Verfahrensanspruch charakterisiert. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die jeweiligen Unteransprüche gegeben.
Die zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagene Vorrichtung zur Produktion von Biomasse besteht aus einem Photobioreaktor zur Kultivierung der phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen, der mit peripheren Einrichtungen, nämlich mindestens einer Einrichtung zur Ernte der bei der Kultivierung erzeugten Biomasse und einer Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung in eine Wirkverbindung bringbar ist. Letzteres schließt dabei ausdrücklich die Möglichkeit ein, dass der Photobioreaktor bei entsprechenden Ausbildungsformen der Erfindung bereits in eine entsprechende Wirkverbindung mit der genannten Peripherie gebracht ist.
Der Photobioreaktor selbst besteht dabei, in an sich bekannter Weise, im Wesentlichen aus mindestens einer, bei seinem Betrieb von natürlichem und/oder künstlichem Licht durchsetzten Photosyntheseeinheit, aus einem Rohrleitungssystem mit Ventilen und mindestens einer Systempumpe und aus einer Kontroll- und Steuereinrichtung. Er weist außerdem mittels der Kontroll- und Steuereinrichtung auswertbare Sensoren auf. Dem Photobioreaktor sind eine die zu kultivierenden Organismen oder Zellen enthaltende Suspension und CO₂ sowie gegebenenfalls weitere Nährstoffe zuführbar. Über das auch Bestandteile des Photobioreaktors untereinander verbindende Rohleitungssystem sowie die Kontroll- und Steuereinrichtung ist der Photobioreaktor mit den genannten peripheren Einrichtungen in eine Wirkverbindung bringbar beziehungsweise zu bringen, wobei die Kontroll- und Steuereinrichtung als Benutzerinterface zur Bedienung der Vorrichtung und zur Ausgabe prozessrelevanter Daten betreffend sowohl den Photobioreaktor, als auch dessen Peripherie dient und gegebenenfalls Prozessabläufe in diesen Teilen der Vorrichtung steuert. Die dem Photobioreaktor zugeführte und in als solches bekannter Weise, durch Inokulation einer aus Wasser und Nährstoffen gebildeten Nährlösung mit den zu kultivierenden Organismen oder Zellen, erzeugte Suspension, wird bei der Kultivierung in dem Rohrleitungssystem mittels der Pumpe in einem Umlauf durch den Photobioreaktor gehalten. Außerdem wird bei der Kultivierung unter Lichtzufuhr, also bei der Photosynthese, entstehender Sauerstoff durch geeignete Maßnahmen ausgetrieben. Dies kann beispielsweise durch die Zudosierung von Luft in das Rohrleitungssystem geschehen, welche unter Mitnahme des Sauerstoffs an einer dafür vorgesehenen Stelle des Systems wieder entweicht. Bei den bereits angesprochenen Sensoren handelt es sich insbesondere um Temperaturfühler und um Sensoren zur Erfassung des PH-Wertes der Suspension, der Sauerstoffkonzentration in der Suspension und gegebenenfalls zur Erfassung von Durchflussmengen und Drücken. Diese Größen werden mittels der Kontroll- und Steuereinrichtung ausgewertet und gegebenenfalls als Führungsgröße für Regelkreisläufe zur geeigneten Beeinflussung für die Kultivierung oder sonstige Prozessabläufe wesentlicher Parameter verwendet.
Erfindungsgemäß ist zumindest der Photobioreaktor mit der oder den Photosyntheseeinheiten in einem Container angeordnet, welcher ohne zusätzliche Schutz- und Stabilisierungsmaßnahmen beziehungsweise Schutzelemente als Frachteinheit transportierbar sowie mit anderen, beliebige Fracht enthaltenden Containern stapelbar ist. In diesem Container kann der Photobioreaktor bei seinem Betrieb, also bei der Kultivierung von phototrophen oder mixotrophen Organismen, verbleiben, wobei durch die Ausbildung beziehungsweise Ausstattung des Containers erfindungsgemäß sichergestellt ist, dass die Photosyntheseeinheit oder -einheiten mit dem für die Kultivierung erforderlichen Licht versorgt beziehungsweise durchsetzt werden. Genaueres soll dazu später ausgeführt werden.
Die peripheren Einrichtungen, nämlich insbesondere die Einrichtung zur Ernte der bei der Kultivierung erzeugten Biomasse sowie die Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung können dem Container beigestellt werden, wobei der Container in diesem Falle mit den erforderlichen Anschlüssen, Stutzen und dergleichen versehen ist, um den von ihm aufgenommenen Photobioreaktor in eine Wirkverbindung mit den beigestellten Einrichtungen zu bringen. Gegebenenfalls können dabei diese peripheren Einrichtungen ebenfalls in einem vergleichbaren Container angeordnet sein, welcher dem Container mit dem Photobioreaktor beigestellt wird.
Vorzugsweise ist jedoch die erfindungsgemäße Vorrichtung so ausgebildet, dass der Photobioreaktor mit der Ernteeinrichtung und der Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung sowie mit deren zugehörigen Bestandteilen eine integrale Einheit ausbildet und mit ihnen gemeinsam in einem Container angeordnet ist. Dabei sind der Photobioreaktor und die peripheren Einrichtungen außerdem vorzugsweise bereits bei der Auslieferung der Vorrichtung in eine Wirkverbindung miteinander gebracht.
Der den Photobioreaktor oder den Photobioreaktor nebst Peripherie aufnehmende Container ist vorzugsweise als ein genormter Frachtcontainer ausgebildet, dessen Geometrie und Abmaße der ISO 668 entsprechen, wobei der Container entsprechend dieser Norm bezüglich seiner Länge als ein 40- oder 20-Fuß-Container ausgebildet sein kann.
Insbesondere dann, wenn der Photobioreaktor gemeinsam mit den genannten peripheren Einrichtungen als integrale Einheit in einem Container vereinigt ist, ist es grundsätzlich denkbar, die erfindungsgemäße Vorrichtung weitgehend oder sogar vollständig autark auszubilden. In diesem Falle wären in dem Container zusätzlich Vorratsbehälter für zuzuführende Medien, wie beispielsweise Wasser und CO₂ sowie für abzuführende Medien und, im Falle einer vollständig autarken Ausbildung, gegebenenfalls ein Aggregat zur Stromerzeugung anzuordnen. Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Vorrichtung ist jedoch der Container mit Schnittstellen für mindestens Strom, Wasser, Nährstoffe sowie für flüssige und gasförmige Abprodukte der Kultivierung ausgestattet. Ferner sind die Wände des Containers vorzugsweise so ausgebildet oder veränderbar, dass im Betrieb der Vorrichtung während der Kultivierung im Bereich der mindestens einen Photosyntheseeinheit des Photobioreaktors der Eintritt externen, vorzugsweise natürlichen Lichtes in den Container ermöglicht ist, so dass die Kultivierung der phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen unter Nutzung natürlichen Sonnenlichtes erfolgen kann. Dazu wie dies bewerkstelligt wird, sollen später noch nähere Erläuterungen gegeben werden.
Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Produktion von Biomasse zur Verfügung gestellt, welche als integrale Einheit ohne zusätzliche Verpackungsmaßnahmen verfrachtet werden kann und am bestimmungsgemäßen Einsatzort gegebenenfalls nach dem Anschluss der Medien an die an dem Container vorgesehenen Schnittstellen dem Grunde nach sofort an nahezu beliebiger Stelle den Betrieb aufnehmen kann. Die transportable Vorrichtung ist damit dazu prädestiniert, an wechselnden Standorten betrieben zu werden, um beispielsweise in einem Testbetrieb die grundsätzliche Eignung von Standorten für die Biomasseproduktion zu überprüfen. Der Errichter oder spätere Betreiber von Großanlagen zur Produktion von Biomasse, welcher sich für die Standortüberprüfung der erfindungsgemäßen transportablen Vorrichtung bedient, hat dabei den Vorteil, alle für die Standortprüfung erforderlichen Werte unmittelbar selbst an der mobilen Testanlage aufnehmen zu können, ohne sich auf Aussagen oder Erfahrungsberichte Dritter verlassen zu müssen. Unter Nutzung des erfindungsgemäßen Vorrichtungskonzepts ist es auch denkbar, dass eine oder mehrere solcher kompakten transportablen Vorrichtungen den sie beispielsweise zu Testzwecken vorübergehend nutzenden Firmen im Rahmen eines Leasing- oder Leihgeschäfts zur Verfügung gestellt werden. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird insoweit ein System mit einzigartiger Flexibilität bereitgestellt. Die Mobilität der Vorrichtung und die Möglichkeit auf eine Festinstallation für Versuchszwecke oder ausgewählte Anwendungsfälle verzichten zu können, wirken dabei zugleich wertsteigernd.
In der gemäß dem Hauptanspruch gestalteten Konfiguration ist die Vorrichtung grundsätzlich einsatzfähig, könnte jedoch möglicherweise nur an wenigen ausgesuchten Standorten betrieben werden, da für eine effiziente Biomasseproduktion vorzugsweise stabile Temperaturverhältnisse innerhalb eines in Abhängigkeit der Art der zu kultivierenden Organismen oder Zellen festgelegten Temperaturbereichs sichergestellt werden müssen. Bei einer bevorzugten Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist daher in den Container außerdem mindestens eine Einrichtung zur Temperierung des mindestens einen Photobioreaktors integriert. Diese ist Teil eines von ihr, der Kontroll- und Steuereinrichtung und von mindestens einem, an oder in der jeweiligen Photosyntheseeinheit angeordneten Temperatursensor gebildeten Regelkreises. Für diesen Regelkreis bildet die Temperatur der Suspension mit den zu kultivierenden Organismen oder Zellen die Führungsgröße. Entsprechend einer möglichen Variante der vorgenannten Ausbildungsform besteht die dem Photobioreaktor zugeordnete Einrichtung zur Temperierung aus einem ersten, während des Betriebs der Vorrichtung über im Container angeordnete Schienen aus dem Containerinnenraum herausfahrbaren Wärmetauscher und einem zweiten im Container verbleibenden Wärmetauscher. Im Falle einer zu hohen Suspensionstemperatur wird über den ersten im Betrieb der Vorrichtung außerhalb des Containers anzuordnenden Wärmetauscher überschüssige Wärme an die Umgebung abgegeben und mittels des zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher in einer Wirkverbindung stehenden Wärmetauschers der Photobioreaktor gekühlt. Umgekehrt wird im Falle einer zu geringen Suspensionstemperatur mittels des ersten Wärmetauschers der Umgebung Wärme entzogen und diese Wärme über den zweiten Wärmetauscher an die betreffende Photosyntheseeinheit abgegeben.
Der erfindungsgemäße Container, welcher die Einheiten und Einrichtungen zur Biomasseproduktion aufnimmt, besteht vorzugsweise aus einer Rahmenkonstruktion, welche von den Containerwänden überdeckt oder durch sie ausgefacht ist. Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausbildungsform besteht die genannte Rahmenkonstruktion aus verschweißten Stahlelementen, wobei jedoch im Bereich des Containerdachs mindestens eine Quertraverse lösbar mit den übrigen Elementen der Rahmenkonstruktion verbunden ist. In vorteilhafter Weise kann diese lösbare Quertraverse bei der Errichtung beziehungsweise Herstellung der Vorrichtung vorübergehend entfernt werden, um die mindestens eine in der Regel vergleichsweise voluminöse Photosyntheseeinheit in den Container hineinzuheben.
Wie bereits ausgeführt, können die Wände des Containers, unabhängig von dessen sonstiger konstruktiver Gestaltung, so ausgebildet oder veränderbar sein, dass im Betrieb der Vorrichtung während der Kultivierung im Bereich der mindestens einen Photosyntheseeinheit des Photobioreaktors der Eintritt externen beziehungsweise natürlichen Lichts in den Container ermöglicht ist. Dieses Merkmal kann auf unterschiedliche Weise verwirklicht sein. Gemäß einer möglichen Ausbildungsform bestehen dabei die Wände des Containers im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten aus einem lichtdurchlässigen Material. Dabei können im Bereich der mindestens einen Photosyntheseeinheit sowohl die Seitenwände als auch Teile des Containerdachs aus einem entsprechenden lichtdurchlässigen Material bestehen. Vorzugsweise wird als lichtdurchlässiges Material für die entsprechenden Bereiche der Containerwände Plexiglas eingesetzt. Bei einer weiteren möglichen Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Containers beziehungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind im Bereich der mindestens einen Photosyntheseeinheit Abschnitte der Containerwände entfernbar. Dies kann dadurch realisiert sein, dass die entfernbaren Abschnitte der Containerwände herausziehbar sind, wobei sie an Schienen oder in Führungsnuten geführt sind, welche am Containerboden, an Rahmenelementen des Containers und/oder am Containerdach ausgebildet sein können.
Unabhängig davon, ob der Container über im Bereich der Photosyntheseeinheit oder -einheiten lichtdurchlässige Wände verfügt und unabhängig davon, ob zur Belichtung der Photosyntheseeinheit oder -einheiten natürliches und/oder künstliches Licht verwendet wird, kann der Container vorteilhafterweise so ausgebildet sein, dass die Innenseiten der nicht lichtdurchlässigen Bereiche oder der nicht entfernbaren Bereiche der Containerwände lichtreflektierend gestaltet sind. Dies kann durch die Materialwahl, eine Beschichtung der Innenseiten oder deren Anstrich mit einer reflektierenden Farbe bewerkstelligt werden. Auf diese Weise kann von diesen Bereichen reflektierte Licht zumindest zum Teil ebenfalls in die Photosyntheseeinheit oder -einheiten gelangen.
Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Formen von Photobioreaktoren bekannt. Deren unterschiedlicher Aufbau betrifft insbesondere den eigentlichen Kultivierungsbereich beziehungsweise die mindestens eine Photosyntheseeinheit. In der Praxis sehr gebräuchlich sind so genannte Rohrreaktoren, in deren Photosyntheseeinheit mehrere miteinander verbundene Glasrohre oder mehrere Abschnitte eines Glasrohrs zueinander parallel angeordnet sind, in denen die Organismen oder Zellen bei der Kultivierung dem Licht ausgesetzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausbildungsform der Vorrichtung ist daher der in dem Container angeordnete Photobioreaktor als ein solcher Rohrreaktor ausgebildet. Sie ist vorteilhaft dadurch weitergebildet, das die Photosyntheseeinheit oder -einheften am Boden des Containers federnd gelagert sind. Hierdurch wird insbesondere beim Transport des Containers, bei dem Erschütterungen im Grunde unvermeidlich sind, eine eventuelle Beschädigung der empfindlichen Glasteile insbesondere des Rohreaktors verhindert. Entsprechend einer darüber hinaus vorgesehenen Weiterbildung einer mit einem Rohr- beziehungsweise Glasrohrreaktor ausgestatteten Einrichtung ist im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten je ein Sprühsystem angeordnet, über welches Wasser zur Kühlung und Reinigung der Glasrohre ausgebracht wird. Eine eventuell erforderliche Kühlung der Suspension kann alternativ auch durch die Anordnung von Tropfschläuchen oberhalb der Photosyntheseeinheit oder -einheiten erfolgen. Die genannten Kühlmaßnahmen mittels Sprüheinrichtung oder Tropfschläuchen können dabei gegebenenfalls auch zusätzlich zur der früher beschriebenen Kühleinrichtung mit Wärmetauschern vorgesehen sein kann. Dabei ist das zur Ausbringung über die Sprüheinrichtung oder die Tropfschläuche verwendete Wasser vorzugsweise deionisiert, um Kalkflecken an Teilen der Anlage zu vermeiden. Insbesondere an den Glasrohren gilt es Kalkflecken zu vermeiden, um einen ungehinderten Lichteintritt in diesen der eigentlichen Kultivierung dienenden Teil des Photobioreaktors zu gewährleisten.
Ferner ist eine vorteilhafte Ausbildungsform der Einrichtung mit einem Rohrreaktor dadurch gegeben, dass dessen Photosyntheseeinheit oder – einheiten modular ausgebildet sind. Wie später noch ausgeführt werden soll, weist eine solche Ausbildungsform beispielsweise Vorteile im Zusammenhang mit einem schrittweisen Anfahren der Vorrichtung beziehungsweise Anlage auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann unabhängig von der Art der Ausbildung ihrer Photosyntheseeinheit oder -einheiten ferner noch dadurch weitergebildet sein, dass sie zusätzlich zu der oder den Systempumpen eine weitere, der Ernte der erzeugten Biomasse dienende, so genannte „Erntepumpe” aufweist. Bei einer solchen Ausbildungsform geschieht das Anfahren der Vorrichtung vorzugsweise nach einem Scale-Up-Regime. Dabei wird während der Anlaufphase des Kultivierungsprozesses der Umlauf der Suspension in dem Photobioreaktor mittels der schon erwähnten Erntepumpe mit geringen Durchlaufmengen beziehungsweise Volumenströmen der Suspension in Gang gesetzt und erst später mittels der zugehörigen Systempumpe mit größeren Volumenströmen aufrechterhalten. Hierdurch wird sichergestellt, dass während der Anlaufphase des Kultivierungsprozesses ein nicht zu hoher Durchfluss von Suspension durch den Bioreaktor entsteht. Erst wenn der Kultivierungsprozess richtig in Gang ist, wird der Umlauf mittels der gegenüber der Erntepumpe deutlich leistungsfähigeren Systempumpe aufrechterhalten und somit die Durchflussmenge an Suspension durch den Bioreaktor erhöht.
Je nach dem vorgesehenen Einsatzzweck beziehungsweise dem bei ihrem Betrieb vorgesehenen Kultivierungsregime kann die Vorrichtung mit Beleuchtungseinheiten zur künstlichen Beleuchtung der Photosyntheseeinheit oder -einheiten ausgestattet sein. Vorzugsweise sind dabei die entsprechenden Beleuchtungseinheiten innerhalb des Containers und oberhalb der jeweiligen Photosyntheseeinheit verschieblich angeordnet. Möglich ist es aber auch, die Beleuchtungseinrichtungen im Container verteilt anzuordnen. Dies begünstigt eine gleichmäßige Ausleuchtung und insbesondere bei Rohrreaktoren einen nahezu gleichen Lichteintrag in alle Rohre. Letzteres ist bei der im Hinblick auf die Verschieblichkeit vorteilhaften Anordnung der Beleuchtungseinrichtungen oberhalb der Photosyntheseeinheiten nicht immer gewährleistet. Hier kann unter Umständen die Lichtstärke an den oberen Rohren der Photosyntheseeinheit zu hoch, an den unteren Rohren dagegen zu gering sein.
Gegebenenfalls können die Beleuchtungseinheiten zudem so gestaltet sein, dass sie einen Reflektor aufweisen. Auf diese Weise je nach Erfordernissen und Gestaltung kann entweder von den Beleuchtungseinheiten eigentlich nicht in Richtung der Photosyntheseeinheit oder -einheiten abgestrahltes Licht dennoch für die Photosynthese nutzbar gemacht werden oder die Photosyntheseeinheit oder -einheiten können zur Vermeidung einer zu starken Erwärmung nur indirekt beleuchtet werden. Das zur ausschließlichen Verwendung oder zusätzlich zum natürlichen Licht für die Kultivierung verwendete künstliche Licht kann in den Beleuchtungseinheiten beispielsweise durch Glühlampen oder LEDs erzeugt werden. Bei einer auch für die Nutzung natürlichen Lichts bei der Kultivierung vorgesehenen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung können die Beleuchtungseinheiten zur künstlichen Beleuchtung vorteilhaft außerdem so ausgebildet sein, dass sie im Falle eines Überangebots von externem Licht und demnach ausgeschalteter künstlicher Beleuchtung, als Verschattungseinrichtung nutzbar sind. Hierdurch wird die Funktion der vorzugsweise vorhandenen Temperierungseinrichtung wirkungsvoll unterstützt. Dies ist insbesondere an Einsatzorten mit hohen Tagestemperaturen beziehungsweise sehr langer Sonnenscheindauer sehr vorteilhaft, da zum Beispiel phototrophe Mikroorganismen wie Algen bei einer zu hohen Suspensionstemperatur durch eine Denaturierung des Eiweißes absterben. Das Erfordernis einer Verminderung der Sonneneinstrahlung besteht darüber hinaus gegebenenfalls auch beim Anfahren der Anlage, da bei geringen Trockenmassenanteilen das Chlorophyll in der Biomasse durch zu starke Sonneneinstrahlung zerstört werden kann.
Phototrophe Organismen oder Zellen werden bei der Kultivierung bekanntlich mit CO₂ als Nährstoff versorgt. Im Falle einer Kultivierung mixotropher Organismen oder Zellen wird diesen neben CO₂ zusätzlich organischer Kohlenstoff als Nährstoff zugeführt. Die Zuführung von CO₂ kann beispielsweise aus einem in dem Container angeordneten CO₂-Vorratsbehälter beziehungsweise einer entsprechenden Gasflasche erfolgen. Wie jedoch bereits ausgeführt, verfügt der Container der erfindungsgemäßen Vorrichtung über mehrere Schnittstellen, unter denen vorzugsweise mindestens eine Schnittstelle für gasförmige Nährstoffe, also insbesondere CO₂, vorgesehen ist. Entsprechend einer vorgesehenen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der vorgenannten Schnittstelle für gasförmige Nährstoffe um einen Anschluss zum Eintrag von Rauchgasen. Hierdurch ist es möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit Industrieeinrichtungen zu koppeln, in welchen CO₂ enthaltendes Rauchgas entsteht. Da es sich jedoch bei Rauchgasen nicht um reines CO₂ handelt, sondern CO₂ in den Rauchgasen vielmehr in nur vergleichsweise niedriger Konzentration vorliegt, ist die entsprechende Schnittstelle im Hinblick auf Anschlussstutzen, Ventile, Klappen und dergleichen mit einem größeren Durchmesser auszubilden, als etwa eine Schnittstelle zur Versorgung mit reinem CO₂.
Bei einer vorgesehenen praxisgerechte Ausbildungsform, welche nachfolgend noch im Zusammenhang mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels erläutert werden soll, verfügt der Photobioreaktor der erfindungsgemäßen Vorrichtung über zwei oder mehr Photosyntheseeinheiten, welche die Peripherieeinrichtungen, also insbesondere die Ernteeinrichtung, die Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung sowie die Kontroll- und Steuereinrichtung, gemeinsam nutzen. Die Verwendung von wenigstens zwei Photosyntheseteilen kann gleich mehrere Vorteile mit sich bringen. So wird zum Beispiel bei einer Platzierung von zwei gleichartigen Photosyntheseteilen an den bezüglich der Längserstreckung des Containers entgegengesetzten Seiten des Containers eine im Hinblick auf Transport und Lagerung vorteilhafte Gleichgewichtslage des Gesamtsystems erreicht. Ferner ist es in Abhängigkeit des Verfahrensregimes möglich, zeitweise nur eine Photosyntheseeinheit zu betreiben, während die andere Photosyntheseeinheit abgeernet, gereinigt oder angefahren wird. Ähnliches gilt für die gemäß einer bereits erwähnten Ausbildungsform mögliche Aufspaltung der Photosyntheseeinheit oder -einheiten in Module. Die Module können am Ein- und Auslauf mit einem von Hand oder elektronisch regelbaren Schieberventil ausgestattet werden, so dass sie einzeln in den Kreislauf der Anlage ab- und zugeschaltet werden können. Damit kann das photoaktive Volumen zum Beispiel beim Anfahren der Anlage schrittweise erhöht werden, beispielsweise in 200 Liter-Schritten von 200 auf bis zu 2.000 Liter (bei zwei Photosyntheseeinheiten mit jeweils fünf Modulen a 200 Liter). So ist es ratsam, den Reaktor mit einer Konzentration von ca. 0,2 g Biotrockenmasse pro Liter zu starten. Steht aber für das gesamte Anlagenvolumen nicht genügend Biomasse zur Verfügung, kann der Reaktor auch modulweise hochgefahren werden.
Des Weiteren ist beobachtet worden, dass zum Beispiel Algen keinen Schaden nehmen, wenn sie nicht ständig umgewälzt werden. Durch ein zeitweises Absperren einer Photosyntheseeinheit lassen sich dabei die Pumpleistung und damit auch der Stromverbrauch der Anlage reduzieren. Des Weiteren wird der Scherstress für die Algen reduziert. Darüber hinaus kann in den Modulen je nach Ventilstellung mit verschiedenen Fließgeschwindigkeiten gearbeitet werden, Dies ist vorteilhaft, wenn sich Biomasse bei dem Rohreaktor an den Innenseiten der Glasrohre der Photosyntheseeinheit oder -einheiten absetzt, In einem solchen Fall können die betroffenen Module beziehungsweise deren Ventile weiter geöffnet werden als die anderen, so dass sie stärker durchströmt werden, was zu einem Ablösen der Ablagerungen führt.
Der Container mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist vorzugsweise begehbar ausgebildet. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn die in dem Rohrsystem angeordneten Ventile zum Wechsel zwischen den einzelnen Betriebszuständen der Vorrichtung händisch betätigt werden müssen und/oder Bedienelemente für die Vorrichtung oder Mittel zur Anzeige von Messwerten der Sensoren oder von Betriebszuständen der Vorrichtung als Bestandteil der im Inneren des Containers angeordneten Kontroll- und Steuereinrichtung ausgebildet sind. Bei der bereits beschriebenen Ausbildungsform mit entfernbaren Abschnitten der Containerwände kann der Zugang nach dem Entfernen dieser Abschnitte über die entsprechenden Bereiche des Containers erfolgen. Denkbar ist es aber auch, für das Betreten des Containers eine gesonderte Tür vorzusehen. Im Hinblick auf eine manuelle Bedienung beziehungsweise Einstellung von Prozessparametern an der Kontroll- und Steuereinrichtung sowie im Hinblick auf das Ablesen von den Sensoren gelieferter Messwerte kann die Vorrichtung auch derart ausgebildet sein, dass sie über eine Schnittstelle verfügt, über welche ein Datenaustausch der Kontroll- und Steuereinrichtung mit an die Schnittstelle anzuschließenden Bedien- und/oder Anzeigeeinheiten erfolgt.
Eine mögliche Weiterbildung der Erfindung ist ferner dadurch gegeben, dass die in dem Rohrleitungssystem angeordneten Ventile als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind und mittels der Kontroll- und Steuereinrichtung betätigt werden. Schließlich kann die Erfindung noch dadurch weitergebildet sein, dass am Boden des Containers, das heißt unterhalb des Photobioreaktors und der peripheren Einrichtungen, eine Sammelwanne für Flüssigkeiten ausgebildet ist, deren Boden bezüglich der Längserstreckung des Containers zur Mitte hin, bezüglich seiner Quererstreckung zu einer Außenseite des Containers hin geneigt ist. Über eine am tiefsten Punkt dieser Sammelwanne ausgebildete Rinne beziehungsweise einen entfernten Wandabschnitt kann somit Flüssigkeit ablaufen, welche sich hier zum Beispiel im Falle einer Besprühung der Rohre eines Rohrreaktors mit Kühlwasser oder des Austretens von Suspension aufgrund einer Havarie ansammelt.
Nach dem zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Produktion von Biomasse auf der Grundlage phototropher Mikroorganismen oder Zellen unter Verwendung der zuvor in ihrer grundsätzlichen Ausgestaltung und mit ihren Ausbildungsvarianten beschriebenen Vorrichtung. Dabei ist das Verfahren wie folgt gestaltet. Zunächst wird eine wässrige, die phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen enthaltende Kultursuspension in dem mindestens eine Photosyntheseeinheit aufweisenden Photobioreaktor bereitgestellt. Dazu wird, wie bereits ausgeführt, eine Nährlösung mit den Organismen oder Zellen inokuliert. Die Organismen oder Zellen werden dann in dem Photobioreaktor unter Eintag von Licht (natürliches und/oder künstliches Licht) in der mindestens einen Photosyntheseeinheit kultiviert, wobei ihnen ferner mindestens Kohlendioxid als gasförmiger Nährstoff zugeführt wird. Im Falle mixotropher Organismen oder Zellen erfolgt zudem eine Zufuhr von organischem Kohlenstoff aus geeigneten Quellen. Bei der Kultivierung wird die Kultursuspension in dem Photobioreaktor in einem Kreislauf gefördert, aus welchem Sauerstoff und/oder sonstige bei der Kultivierung entstehende Stoffwechselprodukte entfernt werden. Schließlich erfolgt die Ernte der bei der Kultivierung entstandenen Biomasse durch Abtrennen und Entfernen der Organismen oder Zellen aus der Suspension.
Bei der Entwicklung geeigneter Verfahrensregimes zur Produktion von Biomasse unter Nutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat es sich in überraschender gezeigt, dass manche phototrophe oder mixotrophe Organismen, wie zum Beispiel Algen, ein jahreszeitenabhängiges Wachstumspotential aufweisen. So wurde festgestellt, dass die Wachstumsraten im Herbst geringer sind als in einem hinsichtlich der Temperatur und der Sonnenstundenzahl vergleichbaren Frühjahreszeitraum. Zudem wurde festgestellt, dass insbesondere Algen je nach natürlicher Strahlungsmenge unterschiedlich auf die künstliche Beleuchtung reagieren. So wurde beobachtet, dass kaum zusätzliches Biomassewachstum erreicht wird, wenn nach einem Tag mit langer und starker Sonneneinstrahlung (Sommer), welcher bereits ein starkes Biomassewachstum gebracht hat, die Algen noch darüber hinaus künstlich beleuchtet werden. Auf der anderen Seite ist gefunden worden, dass im Winter, wenn sich die Algen sowieso an ein geringes Strahlungsniveau adaptiert haben, eine wesentlich weniger intensive künstliche Beleuchtung ausreicht, um das gesamte Wachstumspotential der Biomasse auszuschöpfen. Ausgehend von diesen Erkenntnissen ist es entsprechend einer möglichen Gestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, durch Beschattung und anschließende künstliche Beleuchtung einen kurzen Winter zu simulieren und so mehrere starke Wachstumsperioden pro Jahr zu erzielen. Das heißt, es wird demnach ein für das Wachstum der vorgenannten Organismen optimaler Jahreszeitenablauf simuliert. Durch eine solche Gestaltung des Kultivierungs- beziehungsweise Beleuchtungsregimes ist es gegebenenfalls auch möglich, bei gleichzeitig guten Kultivierungsergebnissen Betriebskosten einzusparen.
Bezüglich der Ernte hat sich insbesondere bei der Biomasseproduktion aus Algen ein Verfahrensregime als vorteilhaft erwiesen, wonach etwa alle 2 Wochen etwa 1/3 des Volumens der Kultursuspension erneuert wird. Dazu wird vorzugsweise der aus der Ernteeinrichtung zurückerhaltene Klarlauf verworfen und durch frisches Kultivierungsmedium ersetzt.
Vorzugsweise werden die Innenseiten der die Kultursuspension beinhaltenden Teile des Photobioreaktors, insbesondere die mindestens eine Photosyntheseeinheit und das Rohrleitungssystem periodisch abgereinigt. Dabei hat es sich als sehr vorteilhaft erwiesen, eine solche Abreinigung dadurch zu bewirken, dass der Kultursuspension periodisch Reinigungskörper, insbesondere in Form eines Reinigungsgranulats, beigegeben werden, welche von ihr durch die entsprechenden Einheiten der Vorrichtung mitgeführt werden.
Zur nochmaligen Verdeutlichung wesentlicher Aspekte der Erfindung sind in den Zeichnungen mögliche Ausbildungsformen der Vorrichtung gezeigt. Die Zeichnungen zeigen:
1: eine erste Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
2: eine weitere, gegenüber der 1 geringfügig abgewandelte Ausbildungsform
Die in der 1 gezeigte Ausbildungsform betrifft eine Vorrichtung mit einem Photobioreaktor, der zwei Photosyntheseeinheiten 2, 2' aufweist, welche die zugehörige Peripherie gemeinsam nutzen. Bei den bezüglich seiner Längserstreckung x am linken und rechten Ende des Containers 1 angeordneten Photosyntheseeinheiten 2, 2' handelt es sich um Glasrohre, in welchen die in der Nährlösung enthaltenen phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen unter Eintritt beziehungsweise Einbringung von Licht bei gleichzeitigem Eintrag von Nährstoffen kultiviert werden. Bei dem hier im Ganzen offen gezeigten Container 1 sind dazu die Containerwände im Bereich der Photosyntheseeinheiten 2, 2' so gestaltet, dass sie den Eintritt von Sonnenlicht aus der Umgebung ermöglichen. Der Container 1 besteht aus einer Stahl-Rahmenkonstruktion 9, wobei die einzelnen in der Figur erkennbaren Segmente des Stahlrahmens durch die hier zur besseren Veranschaulichung nicht gezeigten Wände abgedeckt sind. Dabei bestehen die Seitenwände und das Containerdach im Bereich der Photosyntheseeinheiten 2, 2' aus Plexiglas. Der gesamte Container 1 ist begehbar, sein Boden ist als eine Sammelwanne 12 für eventuell austretende Flüssigkeit ausgebildet. Er nimmt neben dem Photobioreaktor beziehungsweise dessen Photosyntheseeinheiten 2, 2' eine Kontroll- und Steuereinrichtung 4 sowie als Peripherie eine Ernteeinrichtung 5 sowie eine Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung 6 und für jede Photosyntheseeinheit 2, 2' je eine Einrichtung zur Temperierung 7, 7', 8, 8' auf.
Die Inokulation des über hier nicht ersichtliche Schnittstellen zugeführten, mit Nährstoffen versetzten Wassers erfolgt im Bereich eines so genannten Systembehälters 14. Der Systembehälter 14 ist mit den Photosyntheseeinheiten 2, 2' verbunden und bildet den Ausgangs- und Endpunkt des Kreislaufs für die Kultursuspension. Er gleicht die Volumenänderung der Suspension bei Temperaturänderungen aus und dient zur Nährstoffzuführung und zum Gasaustausch.
Der Systembehälter kann doppelwandig ausgestaltet und so indirekt beheizbar oder kühlbar sein. Des Weiteren soll der von den kultivierten Organismen oder Zellen durch Photosynthese produzierte Sauerstoff möglichst effizient abgeschieden werden, da er sich sonst in der Suspension anreichert und ab einer bestimmten Konzentration als Zellgift wirkt. Daher erfolgt durch eine spezielle Ausbildung des Systembehälters 14 eine effiziente Entfernung von Sauerstoff, so dass insbesondere bei schnell wachsenden Organismen, wie Algen, das Wachstum nicht durch toxische O₂-Konzentrationen gebremst wird.
Dies ist insoweit von Bedeutung, als dass für eine effektive Kultivierung große Rohlängen in den Photosyntheseeinheiten 2, 2' bevorzugt werden, aber mit steigender Rohrlänge auch die Aufenthaltsdauer der Kultursuspension in der entsprechenden Photosyntheseeinheit 2, 2' ansteigt, bis diese wieder in den Systembehälter 14 zurück gelangt und dort den gebildeten Sauerstoff abgeben kann.
Eine effektive Abtrennung von Sauerstoff im Systembehälter 14 lässt sich zum Beispiel erreichen, indem das von oben in den Systembehälter führende Rücklaufrohr der Photosyntheseeinheiten 2, 2' mit einem T-Stück endet, auf eine Prallscheibe stößt, oder die Suspension über einen Sprühkopf in den Behälter verteilt wird. Allerdings kann durch das Versprühen der Suspension jedoch Schaum entstehen, der dann wieder von der Pumpe angesaugt und in die Glasröhren gedrückt wird. Um dies zu verhindern, kann eine nicht gezeigte horizontale Trennwand im Systembehälter 14 angebracht werden, die die aus dem Rücklauf strömende Suspension beruhigt.
Der Austrag von Sauerstoff im Systembehälter 14 lässt sich weiter verbessern, wenn in dem Systembehälter 14 Luft in die Suspension eingeleitet wird, welche nach dem Durchlaufen der Photosyntheseeinheiten 2, 2' unter Mitnahme des Sauerstoffs durch ein in dem Systembehälter 14 angeordnetes (im Detail nicht erkennbares) Rohr, dessen Ende in der Art eines Siphons mit Wasser gefüllt ist, wieder entweichen kann. Das Ende dieses Rohres kann zusätzlich mit einem Luftfilter versehen sein, so dass keine ungereinigte Umgebungsluft in den Behälter gelangen kann.
In Bezug auf das Verhältnis der Größe des Systembehälters 14 zur Gesamtanlage hat sich ein Volumenverhältnis von Photosyntheseteil und Systembehälter 14 von 2–4:1 als ideal hinsichtlich der Minimierung der Schaumbildung und hinsichtlich einer Maximierung des Sauerstoffaustrags herausgestellt.
Im Hinblick auf eine effektive Verhinderung von Verunreinigungen und Beschädigungen der Anlage ist vorzugsweise zwischen dem Ausgang des Systembehälters 14, der oder den Systempumpe 13 ein Ventil, ein Sieb und danach ein zweites Ventil angeordnet. Der oben zu öffnende Systembehälter 14 ist die einzige Stelle, an der zum Beispiel bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten fremde Gegenstände in die Vorrichtung beziehungsweise Anlage gelangen können. Durch das vorgenannte Sieb, dessen jeweilige Maschenweite auf die Zellgröße der zu kultivierenden Organismen oder Zellen (beispielsweise Algen) abgestimmt ist, wird dies verhindert. Durch die Absperrventile vor und nach dem Sieb kann dieses gereinigt werden, ohne die Suspension aus der Anlage ablassen zu müssen. Das Eindringen von fremder Biomasse kann ferner dadurch verhindert werden, dass im Kopf des Systembehälters 14 ein ständiger Überdruck eingestellt wird (”Kopfspülung”). Dieser Überdruck ist dadurch erzeugbar, dass eine elektrische Pumpe gefilterte Umgebungsluft ansaugt und in den Systembehälter 14 drückt, welche gleichzeitig in der schon beschriebenen Weise den Sauerstoffaustrag aus dem System unterstützt.
Die Zudosierung des als Nährstoff dienenden CO₂ kann über eine entsprechende Schnittstelle ebenfalls im Bereich des Systembehälters 14 oder im Bereich je einer in dem Rohrsystem 3 in der Nähe der Photosyntheseeinheiten 2, 2' angeordneten Systempumpe 13 erfolgten. Die je Photosyntheseeinheit 2, 2' vorgesehene Einrichtung 7, 7', 8, 8' zur Temperierung besteht aus einem ersten Wärmetauscher 7, 7', welcher für den Betrieb der Anlage beziehungsweise Vorrichtung über Schienen aus dem Container 1 herausfahrbar ist, und einem zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher 7, 7' in Wirkverbindung stehenden im Container 1 verbleibenden Wärmetauscher 8, 8'. Die Temperierung wird durch die Kontroll- und Steuereinrichtung 4 auf der Grundlage von Temperaturmesswerten gesteuert, welche mittels in beziehungsweise an den Photosyntheseeinheiten 2, 2 zur Erfassung der Suspensionstemperatur angeordneten (nicht gezeigten) Sensoren gewonnen werden. Mittels dieser und gegebenenfalls weiterer Sensoren sowie der ihre Signale auswertenden Kontroll- und Steuereinrichtung 4 können der Lichteintrag, die Belüftung und/oder die Beschattung und/oder die Heizung und/oder die Kühlung der Anlage in Abhängigkeit von der Suspensionstemperatur geregelt werden. Durch eine in der Kontroll- und Steuereinrichtung 4 erfolgende Aufzeichnung aller relevanten Umwelt- und Reaktordaten können statistische Auswertungen (zum Beispiel Wachstumsrate in Bezug auf die Lichteinstrahlung oder die Temperatur) vorgenommen werden. Dabei können gegebenenfalls für alle oder einzelne Parameter Ober- und Untergrenzen definiert werden, deren Über- bzw. Unterschreitung eine Alarmmeldung, beispielsweise auf ein Handy, auslöst.
Messsonden für die Suspensionstemperatur, den pH-Wert und die optische Dichte werden vorzugsweise nicht im Systembehälter 14, sondern in einer Bypassleitung zwischen Vor- oder Rücklauf am Systembehälter angeordnet. Anfang und Ende der Bypass-Leitung können mit Kugelhähnen verschließbar sein, so können die Sonden problemlos im laufenden Betrieb entnommen werden. Vorzugsweise ist vor der Bypass-Leitung ein Siebfilter angebracht, um gegebenenfalls für Reinigungszwecke in der Suspension befindliches Reinigungsgranulat abzuhalten, da dieses sonst die Sonden beschädigen könnte.
Auch der Container 1 selbst ist vorliegend in besonderer Weise ausgebildet. Auf der linken Seite ist (im Vergleich mit der rechten Seite) zu erkennen, dass eine oberhalb der Photosyntheseeinheiten 2, 2' angeordnete Quertraverse 10 der Rahmenkonstruktion 9 lösbar ausgebildet und, wie in der Darstellung gezeigt, von den übrigen Teilen der Rahmenkonstruktion 9 entfernbar ist. Das Entfernen der entsprechenden Quertraverse 10 ermöglicht es insbesondere, bei der Herstellung der Vorrichtung die jeweilige Photosyntheseeinheit 2, 2' mit den Glasrohren mittels eines Hebezeugs in den Container 1 hineinzuheben.
Nach Beendigung eines Kultivierungsprozesses und der Ernte der dabei erhaltenen Biomasse kann das System gereinigt werden, indem bei der gezeigten Ausbildungsform ebenfalls über den Systembehälter 14 ein Reinigungsmittel beziehungsweise ein schon erwähntes Reinigungsgranulat und/oder ein Desinfektionsmittel in den durch das Rohrsystem ausgebildeten Systemkreislauf eingebracht wird. Der Systembehälter 14 ist somit Teil einer Reinigungs- und Desinfektionseinheit 6, deren sonstige Details in der Figur nicht dargestellt sind.
Die Ernteeinrichtung 5 ist als ein trichterförmiger Behälter ausgebildet, an dessen inneren Wänden sich die Biomasse absetzt, welche dann an der Unterseite dieses Behälters entnommen werden kann. Darüber hinaus kann die Ernteeinrichtung 5 eine Zentrifuge oder einen Sedimentationsbehälter aufweisen. Ein Sedimentationsbehälter ist hierbei preisgünstiger und schonender für das abgetrennte Material, kann jedoch im Hinblick auf einer Erzeugung von Biomasse aus Algen nur bei Algenspezies mit einer Zellgröße ab ca. 50 μm eingesetzt werden und arbeitet nicht so effizient wie eine Zentrifuge. Die Ernteeinrichtung 5 ist mit einer Entnahme- oder Fördermöglichkeit für die geerntete Biomasse versehen.
Wie aus der Abbildung ersichtlich, ist die beispielhaft gezeigte Vorrichtung mit zusätzlichen Beleuchtungseinheiten 11 ausgestattet, mittels welcher im Falle einer unzureichenden Versorgung mit natürlichem Licht, die Photosyntheseeinheiten 2, 2' zusätzlich mit künstlichem Licht bestrahlt werden können. Die Beleuchtungseinheiten 11 sind an Schienen angeordnet und dadurch bezüglich der Längserstreckung x des Containers 1 in ihrer Position veränderlich. Sie können ferner im Falle eines Überangebots von Sonnenlicht als Beschattungseinrichtung dienen.
Die beispielhaft dargestellte Vorrichtung ist, wie ersichtlich und bereits ausgeführt, mit einem Photobioreaktor ausgestattet, der zwei Photosyntheseeinheiten 2, 2' aufweist, welche zudem vorzugsweise im Hinblick auf ihre Glasrohre modular ausgebildet sind. Vorzugsweise sind darüber hinaus in dem Container 1 zwei oder mehr Systempumpen 13 angeordnet. Dies ermöglicht es beispielsweise, dass ein Teil der Anlage (eine Photosyntheseeinheit 2, 2' oder einzelne Module der Photosyntheseeinheiten 2, 2') abgeerntet und gereinigt werden, während die Kultivierung der Organismen oder Zellen im anderen Teil weiterläuft. Dies ist insbesondere insofern vorteilhaft, als das Up-Scaling der für den Photobioreaktor benötigten Starterkultur aus dem Labormaßstab bis zu mehrere Monate dauern kann. Ist der Reaktor jedoch im hier beschriebenen Sinne geteilt, können beide Hälften (Photosyntheseeinheiten 2, 2') im laufenden Betrieb, nacheinander gereinigt werden, während in der jeweils anderen Hälfte die Kultur gehalten wird. Dadurch erübrigen sich das wiederholte Anfahren des gesamten Reaktors und lange Wartezeiten, bis die neu angesetzte Kultursuspension den gewünschten Feststoffgehalt an Biomasse aufweist.
Darüber hinaus ist die geteilte Ausbildung des Photobioreaktors beziehungsweise seine Ausbildung mit wenigstens zwei Photosyntheseeinheiten 2, 2' insoweit vorteilhaft, als manche Algen hochwertige Inhaltsstoffe nur unter bestimmten Stressbedingungen bilden. So ist zum Beispiel bei der Produktion von Astaxanthin aus Haematococcus pluvialis (Blutregenalge) eine vegetative, ”Grünphase”, und eine Stressphase (”Rotphase”) notwendig: In der Grünphase wächst die Alge normal, in der Rotphase wird sie gestresst und bildet dadurch Astaxanthin. Für einen solchen zweiphasigen Produktionsprozess sind – sofern man kontinuierlich und nicht im Batch-System arbeiten will – ansonsten zwei Reaktoren notwendig. Bei einem wie hier eingesetzten Rohrreaktor mit zwei Photosyntheseeinheiten 2, 2' kann jedoch zunächst der ganze Reaktor ”grün” gefahren werden. Dann wird ein Teil abgetrennt und unter Stress die Rotphase initiiert und abgeerntet, so dass dann wieder aus dem ”grünen” Teil der Suspension Algenmaterial für die Rotphase in der anderen Anlagenhälfte beziehungsweise in der jeweils anderen Photosyntheseeinheit 2, 2' zur Verfügung steht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Photobioreaktor im Rahmen weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen durch weitere periphere Anlagen ergänzt werden, welche bei Bedarf zugeschaltet werden können. Dabei kann gegebenenfalls ein Bypass im Kultivierungskreislauf vorgesehen werden, in den die periphere oder externe Anlage zuschaltbar ist. So können Nährstoffe aufgelöst, autoklaviert und über eine Dosierpumpe langsam in die Suspension eingeleitet werden. Dies bietet gegenüber der herkömmlichen Düngung, bei der Nährsalze in kristalliner Form in den Systembehälter 14 gegeben werden, folgende Vorteile:

– der Systembehälter 14 (und damit der gesamte Photobioreaktor) kann gekapselt werden,
– eine Kontamination mit Fremdorganismen oder -zellen über verunreinigte Nährstoffe wird ausgeschlossen,
– es ist sichergestellt, dass die Nährstoffe tatsächlich gelöst sind und sich nicht etwa ungelöste Salze am Boden des Systembehälters 14 sammeln,
– eine Überkonzentration von Nährsalzen aufgrund einer nicht zeitverzögerten, chargenweisen Zuführung wird durch kontinuierliches Einspeisen verhindert,
– durch kontinuierliches Einspeisen der notwendigen Nährstoffe über einen langen Zeitraum kann die Nährstoffkonzentration immer annähernd konstant gehalten werden.

Weiterhin kann zur Entfernung von Kontaminationen ein Spinfilter in einer Bypassleitung vorgesehen werden, welcher kontinuierlich Fremdorganismen oder -zellen ausfiltert, sofern diese einen Größenunterschied zur Zielkultur aufweisen. Schließlich kann zur Erzeugung von Stress (zum Beispiel zur Astaxanthin-Bildung) oder auch zur Bekämpfung von Kontaminanten die Suspension mittels einer Bypass-Leitung durch das Licht einer UV-Lampe geführt werden.
Die in der Abbildung gezeigte Vorrichtung kann nach der Komplettierung mit den hier nicht gezeigten Containerwänden ohne weitere Sicherungsmaßnahmen zusammen mit anderen Containern genormter Bauart verfrachtet und dabei erforderlichenfalls auch mit diesen Containern gestapelt werden.
In der 2 ist eine grundsätzlich vergleichbare Ausbildungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. Diese unterscheidet sich von der nach der 1 im Wesentlichen dadurch, dass der Container 1 keine Stahlrahmenkonstruktion, sondern selbsttragende Wände aufweist, wobei die Wände in der Fig. nicht vollständig dargestellt, sondern mit einem Ausbruch gezeigt sind, um die Sichtbarkeit wesentlicher Vorrichtungskomponenten zu gewährleisten. Auch einige andere Details der Vorrichtung sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in dieser Darstellung nicht gezeigt. Hierzu wird aufgrund des, abgesehen vom Container 1, grundsätzlich gleichen Aufbaus auf die 1 verwiesen. Ein Entfernbarkeit von Wänden beziehungsweise deren Teilen, um Umgebungslicht den Eintritt in die Photosyntheseeinheiten zu ermöglichen, ist bei dieser Ausbildungsform nicht gegeben. Die Kultivierung der Organismen oder Zellen erfolgt deshalb entweder ausschließlich unter Nutzung künstlichen Lichts oder die Containerwände bestehen zumindest teilweise (insbesondere im Bereich der Photosyntheseeinheiten 2, 2') aus einem transparenten Material. Die Vorrichtung ist in der Abbildung ohne die vorzugsweise aber auch hier vorhandene Einrichtung zur Temperierung dargestellt.
Bezugszeichenliste

1: Container
2, 2': Photosyntheseeinheit
3: Rohrleitungssystem
4: Kontroll- und Steuereinrichtung
5: periphere Einrichtung, Ernteeinrichtung
6: periphere Einrichtung, Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung
7, 7': Wärmetauscher, als Teil der Einrichtung zur Temperierung
8, 8': Wärmetauscher, als Teil der Einrichtung zur Temperierung
9: Rahmenkonstruktion
10: Quertraverse
11: Beleuchtungseinheiten
12: Sammelwanne
13: Systempumpe
14: Systembehälter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19814253 C2 [0003]
- DE 29607285 U1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ISO 668 [0014]

Claims

Vorrichtung zur Produktion von Biomasse aus phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen, mindestens bestehend aus einem Photobioreaktor zu deren Kultivierung mit wenigstens einer im Betrieb des Photobioreaktors von Licht durchsetzten Photosyntheseeinheit (2, 2'), einem Rohrleitungssystem (3) mit Ventilen und mindestens einer Systempumpe (13), einer Kontroll- und Steuereinrichtung (4) und mit von der Kontroll- und Steuereinrichtung (4) auswertbaren Sensoren, wobei dem mittels der Kontroll- und Steuereinrichtung (4) und über das Rohrleitungssystem (3) mit peripheren Einrichtungen, nämlich mindestens einer Einrichtung (5) zur Ernte erzeugter Biomasse und einer Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung (6), zumindest in eine Wirkverbindung bringbaren Photobioreaktor eine die Organismen oder Zellen enthaltende Kultursuspension und Nährstoffe mindestens in Form von CO₂ zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Photobioreaktor in einem Container (1) angeordnet ist, welcher ohne weitere Schutzelemente als Frachteinheit transportierbar sowie mit anderen, beliebige Fracht enthaltenden Containern stapelbar ist, wobei die Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') bei während des bestimmungsgemäßen Betriebs im Container (1) verbleibendem Photobioreaktor mit dem für die Kultivierung der Organismen oder Zellen erforderlichen Licht versorgt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photobioreaktor gemeinsam mit der Einrichtung (5) zur Ernte der bei der Kultivierung erzeugten Biomasse und der Reinigungs- und Desinfektionseinrichtung (6) als integrale Einheit in dem Container (1) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (1) bezüglich seiner Geometrie und Abmaße einem nach ISO 668 genormten Frachtcontainer entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Container (1) Schnittstellen für mindestens Strom, Wasser, Nährstoffe sowie für flüssige und gasförmige Abprodukte der Kultivierung ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Containers (1) so ausgebildet oder veränderbar sind, dass im Betrieb der Vorrichtung während der Kultivierung im Bereich der mindestens einen Photosyntheseeinheit (2, 2') des Photobioreaktors der Eintritt externen Lichtes in den Container (1) ermöglicht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Container (1) mindestens eine Einrichtung (7, 7', 8, 8') zur Temperierung der mindestens einen Photosyntheseeinheit (2, 2') angeordnet ist, welche Teil eines von ihr, der Kontroll- und Steuereinrichtung (4) und von mindestens einem an oder in der jeweiligen Photosyntheseeinheit (2, 2') angeordneten Temperatursensor gebildeten Regelkreises ist, für welchen die Temperatur der Suspension mit den zu kultivierenden Organismen oder Zellen die Führungsgröße bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Einrichtung (7, 7', 8, 8') zur Temperierung aus einem ersten, während des Betriebs der Vorrichtung über im Container (1) angeordnete Schienen aus dem Containerinnenraum heraus verfahrbaren Wärmetauscher (7, 7') und einem zweiten, mit dem ersten Wärmetauscher (7, 7') in einer Wirkverbindung stehenden, im Container (1) verbleibenden Wärmetauscher (8, 8') gebildet ist, wobei im Falle zu hoher Suspensionstemperatur über den ersten Wärmetauscher (7, 7') überschüssige Wärme abgegeben und mittels des zweiten Wärmetauschers (8, 8') die zugeordnete Photosyntheseeinheit (2, 2') gekühlt wird sowie im Falle zu geringer Suspensionstemperatur mittels des ersten Wärmetauschers (7, 7') der Umgebung Wärme entzogenen und die Wärme über den zweiten Wärmetauscher (8, 8') an die betreffende Photosyntheseeinheit (2, 2') abgegeben wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (1) von einer mit den Containerwänden überdeckten oder ausgefachten Rahmenkonstruktion (9) gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenkonstruktion (9) aus verschweißten Stahlelementen besteht, wobei jedoch im Bereich des Containerdachs mindestens eine Quertraverse (10) lösbar mit den übrigen Elementen der Rahmenkonstruktion (9) verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wände des Containers im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') die Seitenwände und die das Dach ausbildende Wand aus einem lichtdurchlässigen Material bestehen.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtdurchlässigen Abschnitte der Containerwände aus Plexiglas bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2) Abschnitte der Containerwände entfernbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die entfernbaren Abschnitte der Containerwände herausziehbar sind, wobei sie an Schienen oder in Führungsnuten geführt sind, welche am Containerboden, an Rahmenelementen des Containers (1) und/oder am Containerdach ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten nicht lichtdurchlässiger oder nicht entfernbarer Bereiche der Containerwände lichtreflektierend gestaltet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Photobioreaktor als ein Rohrreaktor ausgebildet ist, in dessen Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') mehrere miteinander verbundene Glasrohre oder mehrere Abschnitte eines Glasrohrs zueinander parallel angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') modular ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') auf dem Boden des Containers federnd gelagert sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') ein Sprühsystem oder Tropfschläuche angeordnet sind, über welches beziehungsweise welche deionisiertes Wasser zur Kühlung und Reinigung der Glasrohre ausgebracht wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine weitere, der Ernte der erzeugten Biomasse dienende Pumpe aufweist und der Umlauf der Suspension in dem Photobioreaktor während der Anlaufphase des Kultivierungsprozesses mittels dieser Pumpe in Gang gesetzt und später mittels der zugehörigen Systempumpe (13) aufrechterhalten wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass diese über Beleuchtungseinheiten (11) zur künstlichen Beleuchtung der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') verfügt.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (11) innerhalb des Containers (1) oberhalb der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') verschieblich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (11) innerhalb des Containers (1) verteilt angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten einen Reflektor aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22 mit mindestens einer von natürlichem Licht durchsetzten Photosyntheseeinheit (2, 2'), dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinheiten (11) so ausgebildet sind, dass sie im abgeschalteten Zustand, im Falle eines Überangebots externen Lichts als Verschattungseinrichtung nutzbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (1) über eine Schnittstelle verfügt, über die der Photobioreaktor an eine als Nährstoffquelle fungierende, CO₂ führende Abgasanlage anschließbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass deren Photobioreaktor zwei oder mehr Photosyntheseeinheiten (2, 2') aufweist, welche die peripheren Einrichtungen (5, 6) des Photobioreaktors gemeinsam nutzen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Container (1) begehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Schnittstelle für externe, zum Datenaustausch mit der Kontroll- und Steuereinrichtung (4) verbindbare Bedieneinheiten und/oder Anzeigeinheiten aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Rohrleitungssystem (3) angeordneten Ventile als von der Kontroll- und Steuereinrichtung (4) gesteuerte elektromagnetische Ventile ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden des Containers (1) eine Sammelwanne (12) für Flüssigkeit ausgebildet ist, wobei der Boden bezüglich der Längserstreckung (x) des Containers (1) zur Mitte hin und bezüglich der Querrichtung (y) zu einer der Außenwände hin geneigt ist und ein Abfließen von Flüssigkeit aus der Sammelwanne (12) über eine an deren tiefsten Punkt ausgebildete Rinne oder über eine bei entferntem Wandabschnitt bestehende Öffnung in der Containerwand ermöglicht ist.
Verfahren zur Produktion von Biomasse aus phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen mittels Photosynthese, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: – Bereitstellen einer wässrigen, die phototrophen oder mixotrophen Organismen oder Zellen enthaltenden Kultursuspension in einem Photobioreaktor mit mindestens einer Photosyntheseeinheit (2, 2'), – Kultivieren der Organismen oder Zellen in dem Photobioreaktor durch Eintragen von Licht in die mindestens eine Photosyntheseeinheit (2, 2') und Zuführen von mindestens Kohlendioxid als gasförmigen Nährstoff, wobei die Kultursuspension in dem Photobioreaktor in einem Kreislauf gefördert wird, aus welchem Sauerstoff und/oder sonstige bei der Kultivierung entstehende Stoffwechselprodukte entfernt werden, – Abtrennen und Entfernen bei der Kultivierung der Organismen oder Zellen entstandener Biomasse aus der Suspension, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 31.
Verfahren nach Annspruch 32, wobei die Vorrichtung über Beleuchtungseinheiten (11) zur künstlichen Beleuchtung der Photosyntheseeinheit oder Photosyntheseeinheiten (2, 2') verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Photobioreaktor im Kreislauf gehaltene Kultursuspension einem Kultivierungsregime unterworfen wird, nach welchem mittels der künstlichen Beleuchtung in Bezug auf den Tagesablauf eine Verlängerung des Tageslichts mit anschließender Dunkelphase (Nacht) und/oder in Bezug auf die Jahreszeiten ein kurzer Winter simuliert wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem Photobioreaktor im Kreislauf gehaltene Kultursuspension einem Ernteregime unterworfen wird, wonach etwa alle 2 Wochen etwa 1/3 des Volumens der Kultursuspension erneuert wird, insbesondere indem der aus der Ernteeinrichtung (5) zurückerhaltene Klarlauf verworfen und durch frisches Kultivierungsmedium ersetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der die Kultursuspension beinhaltenden Teile des Photobioreaktors, insbesondere die mindestens eine Photosyntheseeinheit (2, 2') und das Rohrleitungssystem (3) periodisch durch die Mitförderung von Reinigungskörpern, insbesondere Reinigungsgranulat, in der Kultursuspension abgereinigt werden.