水生微藻生產裝置製造方法
2023-05-28 14:16:51 1
水生微藻生產裝置製造方法
【專利摘要】公開了一種水生藻類生產裝置，其利用微藻生產支撐組件和一組六個漂浮、閉環、平臺式、可使CO2/O2透過的光生物反應器，給微藻工業生產提供經濟的解決方法。所述裝置的生物反應器浸沒在水表面標誌附近以獲得最大的曝光和CO2/O2的連續擴散。微藻加工和控制組件監測所述反應器組中每個光生物反應器的藻類生長，並循環地收穫所述微藻。收穫後將上述微藻轉移到水下的可變容積儲存罐中。太陽能光伏電池板供應所述裝置運行所需的能量。連接到裝置外防護屏障底部的旋轉式電推進器來控制所述裝置的水配置。
【專利說明】水生微藻生產裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工程化、透氣、封閉式的光生物反應器和流體動力學領域。本發明提供 了一種能源平衡且自主的水生微藻生產裝置，用於微藻的每日連續生長以及微藻培養物的 原位分離和儲存。
【背景技術】
[0002] 通稱為生物燃料的可替代燃料的生產，目前以主要用作人類/動物消費的食品的 高成本原料物質例如甘蔗、玉米、油菜籽、棕櫚油和其他陸生作物的轉化為主。儘管存在著 將這些原料轉變成生物燃料的技術，但沒有足夠的可耕地或淡水資源來滿足我們的社會對 能量的大量需求。
[0003] 僅僅美國每年就使用超過1680億加侖汽油。目前，美國的生物燃料、特別是用玉 米製造的乙醇的產量僅為每年50億加侖，僅佔在美國使用汽油中的3 %。此外，用玉米生產 乙醇已在全球商品市場上引發玉米市場價格提高50 %。
[0004] 第二種主要的可替代、可再生的能源是將基於纖維素的廢品轉化為生物燃料。生 物質供應的相對有限的可獲得性、對加工設施的高運輸成本以及初始投資，已將這種技術 的規模限制到低於美國需求量的〇. 06%。
[0005] 第三種並且也是最有希望的可替代、可再生能源是使用具有高油類含量的光合自 養生物例如微藻來生產生物燃料。這種技術的主要優點是合併了太陽能向細胞生物化學能 的轉變過程。光合自養生物是可以通過光合作用過程利用完全源自於太陽的能量來存活、 生長和繁殖的生物。光合作用本質上是一種碳循環過程，通過這一過程將無機的二氧化碳 與太陽能、其他營養物和細胞生物化學過程相結合，合成維持生長所需的糖類。光合作用發 生在植物、藻類和許多品種的微生物中。
[0006] 以前對較大規模生產的嘗試集中於在提供與自然界中存在的相似的生長條件的 陸基開放塘或水溝中生長光合自養生物。這種方法的主要缺點在於生長條件不能被良好地 控制，導致生產量的不確定、批次汙染和使微藻生長和收穫技術成為商業現實的其他顯著 的技術挑戰。
[0007] 下面是當前的陸基微藻生長和收穫系統為什麼沒能變成顯著的可再生能源的6 個最重要的原因：
[0008] 1.水需求。微藻需要大量水--它們在其中生長。水蒸發是主要的不利因素。
[0009] 2.光需求。微藻需要大量的光，並且為了接收光，它們通常需要深度不超過4英寸 但是具有數百平方碼的水平表面積的平坦水床。這意味著必須將大量極為平坦的陸地轉變 成水床並用水填充以容納微藻生長。這種對數千英畝平坦水床的建造和相關的水需求的後 勤工作是巨大和成本高昂的。關於用於建造大範圍平坦水床的土地分配的主要顧慮之一， 是可能取代了目前用於食物供應的耕地。
[0010] 3.水溫因素。微藻的生長季主要取決於地理位置，並且除了熱帶地區之外，限於較 溫暖的月份。沙漠氣候特有的大的晝夜溫差對微藻生長極為不利。
[0011] 4.二氧化碳需求。微藻不能直接利用大氣二氧化碳。對於藻類生產率來說關鍵的 二氧化碳必須溶解在水中。對於靜態平坦水床來說，為微藻培養物不斷提供所需的二氧化 碳的後勤和能量需求是成本高昂的。
[0012] 5.汙染因素。微藻對其他微藻品種和細菌的汙染非常敏感。在大多數情況下，具 有最高油含量的微藻品種不一定是繁殖最強和最快的品種。
[0013] 6.能量因素。目前陸上或海岸微藻大規模生產線的成本，包括施肥、收穫、運輸，而 儲存成本極高，並且與現有的化石燃料經濟學相比沒有競爭力。
[0014] 本發明的一個新穎之處是它經濟上解決了所有上面提到的與陸基微藻生產系統 相關的問題，同時還表現出在能夠與現有的化石燃料工業競爭的可再生能源的生產中促進 成本的顯著降低。
[0015] 對現有技術的搜索沒有發現與本發明相同的專利。但下面的美國專利申請被認為 是相關的：
[0016]
【權利要求】
1. 一種水生微藻生產裝置，其包含： 漂浮在水養殖場中的微藻生產支撐系統，所述微藻生產支撐系統包含微藻加工和控制 組件；以及 漂浮在所述水養殖場中的微藻生產系統，所述微藻生產系統包含至少一個平臺式且能 透氣的光生物反應器，其中所述至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器與所述微藻加工 和控制組件液壓連通。
2. 根據權利要求1所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻生產支撐系統還包含配置 在所述微藻加工和控制組件下方的水下微藻儲存罐，其中所述水下微藻儲存罐與所述微藻 加工和控制組件機械機械連接並液壓連通。
3. 根據權利要求2所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻生產支撐系統還包含圍繞 所述微藻加工和控制組件的漂浮支撐結構，其中所述漂浮支撐結構將所述水養殖場的至少 一部分分配成多個部署區，其中每個部署區被設定成用於接納至少一個平臺式且能透氣的 光生物反應器。
4. 根據權利要求3所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻生產支撐系統還包含外防 護屏障結構，其包圍了由所述漂浮支撐結構的外周所定義的水區域。
5. 根據權利要求4所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻生產系統還包含漂浮在由 所述部署區所定義的周邊內部的至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器。
6. 根據權利要求5所述的水生微藻生產裝置，其中所述至少一個平臺式且能透氣的光 生物反應器是被配置成浸沒在由所述部署區所定義的水表面附近的閉環系統。
7. -種水生微藻生產裝置，其包含： 漂浮在水養殖場中的微藻生產支撐系統，所述微藻生產支撐系統包含：(a)微藻加工 和控制組件；(b)配置在所述微藻加工和控制組件下方的水下微藻儲存罐，其中所述水下 微藻儲存罐與所述微藻加工和控制組件機械機械連接且液壓連通；（c)圍繞所述微藻加工 和控制組件的漂浮支撐結構，其中所述漂浮支撐結構將所述水養殖場的至少一部分分配成 多個部署區；以及（d)外保護屏障結構，其包圍了由所述漂浮支撐結構的外周所定義的水 區域；和 漂浮在所述水養殖場中的微藻生產系統，其中所述微藻生產系統包含漂浮在由所述部 署區之一所定義的周邊內部的至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器，並且其中所述至 少一個平臺式且能透氣的光生物反應器定義漂浮浸沒在由所述部署區所定義的水表面附 近的閉環系統，並且其中所述至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器與所述微藻加工和 控制組件液壓連通。
8. 根據權利要求7所述的水生微藻生產裝置，其中所述漂浮支撐結構與所述外保護屏 障結構和所述微藻加工和控制組件兩者機械機械連接。
9. 根據權利要求8所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反應 器還包含透光和透氣的頂部膜組件。
10. 根據權利要求9所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反 應器還包含透光和透氣的底部膜組件。
11. 根據權利要求9所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反 應器還包含透氣的底部膜組件。
12. 根據權利要求11所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反 應器還包含沿著所述部署區的周邊的側壁組件，其中所述側壁組件、所述頂部膜和所述底 部膜通過使所述頂部膜組件與所述底部膜組件機械連接，來定義所述光生物反應器的內部 容積。
13. 根據權利要求12所述的水生微藻生產裝置，其中所述光生物反應器還包含配置在 所述內部容積中使所述頂部膜機械與所述底部膜的螺旋形壁組件機械連接，並且其中所述 螺旋形壁具有恆定的結構高度。
14. 根據權利要求12所述的水生微藻生產裝置，其中所述螺旋形壁組件定義所述內部 容積中的微藻收穫區。
15. 根據權利要求14所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物 反應器還包含位於所述微藻收穫區外部的水中藻類的營養混合物返回入口，並且其中所述 水-藻類-營養物混合物返回入口與所述微藻加工和控制組件液壓連通，並且其中所述水 中藻類的營養混合物返回入口在所述平臺式且能透氣的光生物反應器以微藻生長模式運 行時使用。
16. 根據權利要求15所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反 應器還包含至少部分位於所述微藻收穫區內的水營養混合物返回入口，並且其中所述水營 養混合物返回入口與所述微藻加工和控制組件液壓連通，並且其中所述水營養混合物返回 入口在所述平臺式且能透氣的光生物反應器以微藻收穫模式運行時使用。
17. 根據權利要求16所述的水生微藻生產裝置，其中所述平臺式且能透氣的光生物反 應器還包含位於所述微藻收穫區內的液壓出口，其中所述液壓出口與所述微藻加工和控制 組件液壓連通。
18. -種水生微藻生產裝置，其包含： 漂浮在水養殖場中的微藻生產支撐系統，所述微藻生產支撐系統包含：(a)微藻加工 和控制組件；(b)配置在所述微藻加工和控制組件下方的水下微藻儲存罐，其中所述水下 微藻儲存罐與所述微藻加工和控制組件機械機械連接且液壓連通；（c)圍繞所述微藻加工 和控制組件的漂浮支撐結構，其中所述漂浮支撐結構將所述水養殖場的至少一部分分配成 至少一個部署區；以及（d)外保護屏障結構，其包圍了由所述漂浮支撐結構的外周所定義 的水區域，其中所述漂浮支撐結構與所述外保護屏障結構和所述微藻加工和控制組件兩者 機械機械連接；和 漂浮在所述水養殖場中的微藻生產系統，其中所述微藻生產系統還包含被配置成漂浮 在由所述至少一個部署區所定義的周邊內部的至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器， 其中所述至少一個平臺式且能透氣的光生物反應器漂浮浸沒所述水表面附近，其中所述至 少一個平臺式且能透氣的光生物反應器定義與所述微藻加工和控制組件液壓連通的閉環 系統，其中所述平臺式且能透氣的光生物反應器還包含透光和透氣的頂部膜組件，其中所 述平臺式且能透氣的光生物反應器還包含透氣的底部膜組件，其中所述平臺式且能透氣的 光生物反應器還包含沿著所述部署區的周邊的側壁組件，其中所述側壁組件通過使所述頂 部膜組件機械與所述底部膜組件機械連接來定義所述光生物反應器的內部容積，其中所述 光生物反應器還包含配置在所述內部容積中並使所述頂部膜機械與所述底部膜的螺旋形 壁組件機械連接，其中所述螺旋形壁組件定義所述內部容積中的微藻收穫區，其中所述平 臺式且能透氣的光生物反應器還包含位於所述微藻收穫區外部的水中藻類營養混合物返 回入口，其中所述水中藻類營養混合物返回入口與所述微藻加工和控制組件液壓連通，其 中所述水中藻類營養混合物返回入口在所述平臺式且能透氣的光生物反應器以微藻生長 模式運行時使用，其中所述平臺式且能透氣的光生物反應器還包含位於所述微藻收穫區內 部的水-營養物混合物返回入口，其中所述水營養混合物返回入口與所述微藻加工和控制 組件液壓連通，其中所述水營養混合物返回入口在所述平臺式且能透氣的光生物反應器以 微藻收穫模式運行時使用，其中所述平臺式且能透氣的光生物反應器還包含位於所述微藻 收穫區內部的液壓出口，其中所述液壓出口與所述微藻加工和控制組件液壓連通。
19. 根據權利要求18所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻加工和控制組件還包含 配置在所述微藻加工和控制組件上方並與其機械機械連接的主光伏電池板。
20. 根據權利要求19所述的水生微藻生產裝置，其中所述主光伏電池板與所述微藻加 工和控制組件電連接，並被構造成提供在白天運行所述裝置所需的電能。
21. 根據權利要求20所述的水生微藻生產裝置，其還包含與所述外保護屏障結構機械 機械連接的多個光伏子組件。
22. 根據權利要求21所述的水生微藻生產裝置，其中所述多個光伏子組件與所述微藻 加工和控制組件電連接，並被構造成產生並儲存在夜間運行所述裝置所需的電能。
23. 根據權利要求22所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻加工和控制組件還包含 水密封的倉室組件。
24. 根據權利要求23所述的水生微藻生產裝置，其中所述水密封的倉室組件還包含被 用於確定和通訊所述裝置的部署坐標的運動促進控制器，並且其中所述運動促進控制器還 包含附連到所述外保護屏障結構底部的多個螺旋推進器，以促進遷移。
25. 根據權利要求24所述的水生微藻生產裝置，其中所述水密封的倉室組件還包含微 藻生產控制子組件，並且其中所述微藻生產控制子組件被構造成為所述光生物反應器選擇 所述運行模式。
26. 根據權利要求25所述的水生微藻生產裝置，其中所述漂浮支撐結構將所述水養殖 場分配成6個六邊形部署區，並且其中所述六邊形部署區圍繞所述微藻加工和控制組件。
27. 根據權利要求26所述的水生微藻生產裝置，其中所述微藻生產系統還包含6個平 臺式且能透氣的光生物反應器，其中每個所述反應器被配置成漂浮在由所述6個六邊形部 署區之一所定義的周邊內，並且其中每個所述6個光生物反應器與所述微藻加工和控制組 件液壓連通。
【文檔編號】C12M3/00GK104334715SQ201280073499
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2012年6月13日 優先權日:2011年6月21日
【發明者】丹尼爾·雷德福 申請人:丹尼爾·雷德福