Биореактор водорослей - Algae bioreactor

An биореактор водорослей используется для выращивания микроводорослей или макроводорослей. Водоросли можно выращивать для биомасса производство (как в культиватор водорослей ), очистки сточных вод, CO₂ фиксация, или фильтрация аквариума / пруда в виде очиститель водорослей. Биореакторы на водорослях широко различаются по конструкции и в целом делятся на две категории: открытые реакторы и закрытые реакторы. Открытые реакторы подвергаются воздействию атмосферы, а закрытые реакторы, также обычно называемые фотобиореакторы, в той или иной степени изолированы от атмосферы. В частности, биореакторы из водорослей можно использовать для производства топлива, такого как биодизель и биоэтанол, для производства кормов для животных или для уменьшения количества загрязняющих веществ, таких как NO_Икс и CO₂ в дымовых газах электростанций. По сути, этот вид биореактора основан на фотосинтетический реакция, которую выполняет хлорофилл -содержание самих водорослей с использованием растворенного углекислого газа и энергии солнечного света. Двуокись углерода диспергируется в жидкости реактора, чтобы сделать ее доступной для водорослей. Биореактор должен быть из прозрачного материала.

Водоросли - фотоавтотрофные организмы, осуществляющие кислородный фотосинтез.

Уравнение фотосинтеза:

${ displaystyle { begin {matrix} mathrm {6 ; CO_ {2} +6 ; H_ {2} O quad longrightarrow ; C_ {6} H_ {12} O_ {6} +6 ; O_ {2}} qquad Delta H ^ {0} = + 2870 { frac { mathrm {kJ}} { mathrm {mol}}} end {matrix}}}$

Историческое прошлое

Некоторые из первых экспериментов по выращиванию водорослей были проведены в 1957 г.Институт Карнеги "в Вашингтоне. В этих экспериментах одноклеточные хлореллы культивировались путем добавления CO₂ и некоторые минералы. Раньше использовались биореакторы, которые были сделаны из стекла, а позже превратились в пластиковый пакет. Целью всех этих исследований было выращивание водорослей для производства дешевого корма для животных.^[1]

Часто используемые типы фотореакторов

В настоящее время необходимо различать 3 основных типа фотобиореакторов для водорослей, но определяющим фактором является объединяющий параметр - доступная интенсивность солнечной энергии.

Пластинчатый фотобиореактор

Пластинчатый реактор просто состоит из вертикально расположенных или наклонных прямоугольных ящиков, которые часто разделены на две части для обеспечения перемешивания текучей среды реактора. Обычно эти блоки объединяются в систему путем их связывания. Эти соединения также используются для облегчения процесса наполнения / опорожнения, подачи газа и транспортировки питательных веществ. Введение дымовые газы чаще всего происходит на дне бокса, чтобы углекислый газ успел взаимодействовать с водорослями в реакционной жидкости.

Трубчатый фотобиореактор

Трубчатый реактор состоит из вертикально или горизонтально расположенных труб, соединенных вместе в систему труб. Жидкость, взвешенная в водорослях, может циркулировать по этой трубке. Трубки обычно изготавливаются из прозрачного пластика или боросиликатного стекла, а постоянная циркуляция поддерживается насосом в конце системы. Подача газа происходит в конце / начале системы трубок. Такой способ подачи газа вызывает проблему дефицита углекислого газа, высокой концентрации кислорода в конце блока во время циркуляции и плохой эффективности.

Фотобиореактор с пузырьковой колонкой

А фотореактор с пузырьковой колонной состоит из вертикально расположенной цилиндрической колонны из прозрачного материала. Подача газа происходит в нижней части колонны и вызывает турбулентный поток, обеспечивающий оптимальный газообмен. В настоящее время эти типы реакторов строятся с максимальным диаметром от 20 до 30 см, чтобы обеспечить необходимое количество солнечной энергии.

Самая большая проблема с конструкцией, определяемой солнечным светом, - это ограниченный диаметр. Feuermann et al.^{[ВОЗ? ]} изобрел метод сбора солнечного света с помощью конусообразного коллектора и передачи его с помощью некоторых стекловолоконных кабелей, которые адаптированы к реактору, чтобы позволить конструкции колонного реактора с более широкими диаметрами. - в этой шкале потребление энергии насосами и т. д. и CO₂ стоимость изготовления может превышать СО₂ захвачен реактором.^{[нужна цитата ]}

Промышленное использование

Выращивание водорослей в фотобиореакторе создает узкий диапазон возможностей промышленного применения. ^[2] уже созданы исследовательские центры с фотобиореакторами водорослей, чтобы выяснить, насколько они эффективны в снижении выбросов CO₂ выбросы, которые содержатся в дымовые газы, и сколько биомассы будет произведено. Биомасса водорослей имеет множество применений и может быть продана для получения дополнительного дохода. Сэкономленный объем выбросов может приносить доход и за счет продажи квот на выбросы другим энергетическим компаниям.^[3]

Использование водорослей в пищу очень распространено в регионах Восточной Азии.^[4] Большинство видов содержат лишь часть полезных белков и углеводов, а также много минералов и микроэлементов. Как правило, потребление водорослей должно быть минимальным из-за высокого содержания йода, что особенно проблематично для людей с гипертиреозом. Точно так же многие виды диатомовых водорослей производят соединения, небезопасные для человека.^[5] Водоросли, особенно некоторые виды, которые содержат более 50 процентов масла и много углеводов, могут использоваться для производства биодизель и биоэтанол путем извлечения и очистки фракций. Этот момент очень интересен, потому что биомасса водорослей генерируется в 30 раз быстрее, чем некоторая сельскохозяйственная биомасса,^[6] который обычно используется для производства биодизеля.

Смотрите также

• Биореактор из мха

Рекомендации

дальнейшее чтение

Эта статья включает в себя список общих Ссылки, но он остается в основном непроверенным, потому что ему не хватает соответствующих встроенные цитаты. Пожалуйста, помогите улучшать эта статья введение более точные цитаты. (Ноябрь 2018 г.) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

• Acién Fernández, F.G .; Fernández Sevilla, J.M .; Sánchez Pérez, J.A .; Molina Grima, E .; Чисти, Ю. (2001). «Трубчатые фотобиореакторы с воздушным приводом и внешним контуром для выращивания микроводорослей на открытом воздухе: оценка конструкции и производительности». Химическая инженерия. 56 (8): 2721–2732. CiteSeerX  10.1.1.494.1836. Дои:10.1016 / S0009-2509 (00) 00521-2.
• Боровицка, Майкл А. (1999). «Промышленное производство микроводорослей: пруды, резервуары и ферментеры». Морская биотехнологическая инженерия, Материалы международного симпозиума, организованного под эгидой Рабочей группы по прикладному биокатализу Европейской федерации биотехнологии и Европейского общества морской биотехнологии. Прогресс промышленной микробиологии. 35. С. 313–321. Дои:10.1016 / S0079-6352 (99) 80123-4. ISBN  9780444503879.
• Карлссон, А. С .; Van Beilen, J. B .; Möller, R .; Клейтон, Д. (2007). Боулз, Дайанна (ред.). Микро- и макроводоросли: пригодность для промышленного применения (PDF). CPL Press. ISBN  978-1-872691-29-9.
• Чисти, Юсуф (2007). «Биодизель из микроводорослей». Достижения биотехнологии. 25 (3): 294–306. Дои:10.1016 / j.biotechadv.2007.02.001. PMID  17350212.
• Как предприниматель убил своего инвестора. 18 августа 2016 г.