Alger bioreaktor - Algae bioreactor

En algebioreaktor bruges til dyrkning af mikro- eller makroalger. Alger kan dyrkes med henblik på produktion af biomasse (som i en tangfræser ), rensning af spildevand , CO ₂ -fiksering eller akvarium/damfiltrering i form af en alge -skrubber . Algerbioreaktorer varierer meget i design og falder stort set i to kategorier: åbne reaktorer og lukkede reaktorer. Åbne reaktorer udsættes for atmosfæren, mens lukkede reaktorer, også almindeligvis kaldet fotobioreaktorer , isoleres i varierende omfang fra atmosfæren. Algerbioreaktorer kan specifikt bruges til at producere brændstoffer som biodiesel og bioethanol, til at generere dyrefoder eller til at reducere forurenende stoffer som NO _x og CO ₂ i røggasser fra kraftværker. Grundlæggende er denne form for bioreaktor baseret på den fotosyntetiske reaktion, der udføres af de klorofylholdige alger selv ved hjælp af opløst kuldioxid og sollys energi. Kuldioxiden dispergeres i reaktorvæsken for at gøre den tilgængelig for algerne. Bioreaktoren skal være lavet af gennemsigtigt materiale.

Algerne er fotoautotrofe organismer, der udfører oxygenisk fotosyntese.

Ligningen for fotosyntese:

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

Historisk baggrund

Nogle af de første forsøg med det formål at dyrke alger blev udført i 1957 af " Carnegie Institution " i Washington. I disse forsøg blev monocellulære Chlorella dyrket ved tilsætning af CO ₂ og nogle mineraler. I de tidlige dage blev der brugt bioreaktorer, der var lavet af glas og senere blev ændret til en slags plastpose. Målet med al denne forskning har været dyrkning af alger for at producere et billigt dyrefoder.

Ofte anvendte fotoreaktortyper

I dag skal 3 grundtyper af alger fotobioreaktorer differentieres, men den afgørende faktor er den samlende parameter - den tilgængelige intensitet af sollys energi.

Pladefotobioreaktor

En pladereaktor består simpelthen af ​​lodret arrangerede eller skrå rektangulære kasser, der ofte er opdelt i to dele for at bevirke en omrøring af reaktorvæsken. Generelt er disse kasser arrangeret i et system ved at forbinde dem. Disse forbindelser bruges også til at gøre processen med påfyldning/tømning, introduktion af gas og transport af næringsstoffer lettere. Indførelsen af røggassen sker for det meste i bunden af ​​kassen for at sikre, at kuldioxiden har nok tid til at interagere med alger i reaktorvæsken.

Rørformet fotobioreaktor

En rørformet reaktor består af lodrette eller vandrette arrangerede rør, der er forbundet til et rørsystem. Den algesuspenderede væske er i stand til at cirkulere i dette rør. Rørene er generelt fremstillet af gennemsigtig plast eller borsilicatglas, og den konstante cirkulation holdes ved hjælp af en pumpe for enden af ​​systemet. Indførelsen af ​​gas finder sted i slutningen/begyndelsen af ​​rørsystemet. Denne måde at indføre gas på forårsager problemet med mangel på kuldioxid, høj koncentration af ilt i slutningen af ​​enheden under cirkulationen og dårlig effektivitet.

Boblesøjle fotobioreaktor

En boblesøjle fotoreaktor består af lodret arrangeret cylindrisk søjle, lavet af gennemsigtigt materiale. Indførelsen af ​​gas finder sted i bunden af ​​søjlen og får en turbulent strøm til at muliggøre en optimal gasudveksling. På nuværende tidspunkt er disse typer reaktorer bygget med en maksimal diameter på 20 cm til 30 cm for at sikre den nødvendige forsyning af sollys energi.

Det største problem med den sollysbestemte konstruktion er diameterens begrænsede størrelse. Feuermann et al. opfandt en metode til at opsamle sollys med en kegleformet solfanger og overføre det med nogle glasfiberkabler, der er tilpasset reaktoren for at muliggøre konstruktioner af en søjlereaktor med bredere diametre. - på denne skala kan energiforbruget på grund af pumper osv. og CO ₂ -omkostningerne opveje det CO _{2, der} fanges af reaktoren.

Industriel brug

Dyrkning af alger i en fotobioreaktor skaber et snævert udvalg af industrielle anvendelsesmuligheder. Nogle elselskaber etablerede allerede forskningsfaciliteter med alger fotobioreaktorer for at finde ud af, hvor effektive de kunne være med at reducere CO ₂ -emissioner, som er indeholdt i røggas , og hvor meget biomasse der vil blive produceret. Alge biomasse har mange anvendelsesmuligheder og kan sælges for at generere ekstra indkomst. Den sparede emissionsmængde kan også give en indtægt ved at sælge emissionskreditter til andre elselskaber.

Udnyttelse af alger som mad er meget almindelig i østasiatiske regioner. De fleste af arterne indeholder kun en brøkdel af brugbare proteiner og kulhydrater og en masse mineraler og sporstoffer. Generelt bør forbruget af alger være minimalt på grund af det høje jodindhold, især problematisk for dem med hypertyreose. På samme måde producerer mange arter af diatoméalger forbindelser, der er usikre for mennesker. Algerne, især nogle arter, der indeholder over 50 procent olie og en masse kulhydrater, kan bruges til fremstilling af biodiesel og bioethanol ved at ekstrahere og raffinere fraktionerne. Dette punkt er meget interessant, fordi algebiomassen genereres 30 gange hurtigere end noget landbrugsbiomasse, som normalt bruges til produktion af biodiesel.

Se også

• Mos bioreaktor

Referencer

Yderligere læsning

• Acién Fernández, FG; Fernández Sevilla, JM; Sánchez Pérez, JA; Molina Grima, E .; Chisti, Y. (2001). "Airlift-drevne eksterne sløjfe rørformede fotobioreaktorer til udendørs produktion af mikroalger: Vurdering af design og ydeevne". Kemiteknik . 56 (8): 2721–2732. CiteSeerX  10.1.1.494.1836 . doi : 10.1016/S0009-2509 (00) 00521-2 .
• Borowitzka, Michael A. (1999). "Kommerciel produktion af mikroalger: Damme, tanke og fermentatorer". Marine Bioprocess Engineering, Proceedings of a International Symposium organiseret i regi af arbejdsgruppen for anvendt biokatalyse fra European Federation of Biotechnology og European Society for Marine Biotechnology . Fremskridt inden for industriel mikrobiologi. 35 . s. 313–321. doi : 10.1016/S0079-6352 (99) 80123-4 . ISBN 9780444503879.
• Carlsson, AS; Van Beilen, JB; Möller, R .; Clayton, D. (2007). Bowles, Dianna (red.). Mikro- og makroalger: Utility til industrielle applikationer (PDF) . CPL Tryk. ISBN 978-1-872691-29-9.
• Chisti, Yusuf (2007). "Biodiesel fra mikroalger". Bioteknologiske fremskridt . 25 (3): 294–306. doi : 10.1016/j.biotechadv.2007.02.001 . PMID  17350212 .
• Hvordan en iværksætter dræbte sin investor . 18. august 2016