DE102016123908A1

DE102016123908A1 - Improved microalgae recovery device

Info

Publication number: DE102016123908A1
Application number: DE102016123908.9A
Authority: DE
Inventors: Gabriele Tübbecke; Bernd Ihlow
Original assignee: WEBER GmbH
Current assignee: WEBER GmbH
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-06-14

Abstract

Vorrichtung zur Gewinnung von Phytoplankton (Mikroalgen), umfassend ein Gehäuse (2) aus Boden (20), Seitenwänden (21) und Decke (22), welches von einer Nährstofflösung durchströmt ist, vertikal ausgerichtete, parallel zueinander stehende, voneinander beanstandete Platten (23), welche im Inneren des Gehäuses (2) alternierend am Boden (20) und an der Decke (22) befestigt sind, so dass sich eine vertikal mäanderförmige Strömung ausbildet, und Beleuchtungsmittel (28), welche künstliches und/oder natürliches Licht in das Innere des Gehäuses (2) bringen, mit vertikal ausgerichteten, parallel zueinander stehenden, voneinander beanstandeten Longitudinalwänden (24), welche senkrecht auf den Platten (23) stehen und das Innere des Gehäuses (2) in zwei oder mehr lateral nebeneinander liegende Kammern (23) unterteilen, wobei die Kammern über Öffnungen (240) in den Longitudinalwänden (24) in fluider Kommunikation stehen und Öffnungen (210, 220) in der Decke (22) und/oder den Seitenwänden (21), sowie eine diese Vorrichtung umfassende Anordnung und ein Verfahren zu deren Betrieb.Apparatus for obtaining phytoplankton (microalgae), comprising a housing (2) consisting of floor (20), side walls (21) and ceiling (22) through which a nutrient solution flows, vertically aligned, mutually parallel plates (23 ), which in the interior of the housing (2) alternately on the bottom (20) and on the ceiling (22) are fixed, so that forms a vertical meandering flow, and lighting means (28), which artificial and / or natural light in the Interior of the housing (2) bring, with vertically aligned, mutually parallel, spaced apart longitudinal walls (24) which are perpendicular to the plates (23) and the interior of the housing (2) in two or more laterally adjacent chambers (23 ), the chambers being in fluid communication via openings (240) in the longitudinal walls (24) and openings (210, 220) in the ceiling (22) and / or the sides walls (21), as well as a device comprising this device and a method for its operation.

Description

Vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einer Vorrichtung, einer Anordnung und einem Verfahren Vorrichtung zur Gewinnung von Phytoplankton (Mikroalgen), umfassend ein Gehäuse aus Boden, Seitenwänden und Decke , welches von einer Nährstofflösung durchströmt ist, parallel zueinander ausgerichteten, voneinander beanstandeten Platten , welche im Inneren des Gehäuses alternierend am Boden und an der Decke befestigt sind, so dass sich eine vertikal mäanderförmige Strömung der Nährlösung ausbildet und Beleuchtungsmittel, welche künstliches und/oder natürliches Licht in das Innere des Gehäuses bringen.The present invention relates to a device, an arrangement and a method Apparatus for obtaining phytoplankton (microalgae), comprising a housing of soil, sidewalls and ceiling, which is flowed through by a nutrient solution, parallel aligned, spaced-apart plates, which inside of the housing are alternately fixed to the floor and to the ceiling, so that a vertically meandering flow of the nutrient solution is formed and lighting means which bring artificial and / or natural light into the interior of the housing.

Mikroalgen, worunter im Folgenden sich durch Lichteinfluss vermehrende Mikroalgen, das heißt Phytoplankton, verstanden werden soll, besitzen sehr vielfältige Anwendungsmöglichkeiten und erlauben daher in ihrer Bedeutung immer mehr zunehmende wirtschaftliche Nutzungen. So besitzen Algen einen sehr hohen Anteil an Mineralstoffen und Spurenelementen, Vitaminen, ungesättigten Fettsäuren und einem hohen Anteil an Kohlenhydraten, die sie zur Verwendung als Nahrungsmittel oder Nahrungsmittelbestandteil sehr geeignet erscheinen lassen. Sie werden auch häufig als Zusatzstoffe in Kosmetika oder auf Grund ihres hohen Nährstoffgehaltes in der Medizin und in der Pharmazie als Nahrungsergänzungsmittel eingesetzt, wo sie neben der Beigabe als Komponente auch als Material zur Herstellung von Kapseln Verwendung finden. Die im Zusammenhang mit vorliegender Erfindung schwerpunktmäßig besonders erprobte Süßwasseralge Chlorella Vulgaris enthält zum Beispiel die Mineralstoffe Kalzium, Zink, Eisen, Selen sowie alle essentiellen Aminosäuren und viele ungesättigte Fettsäuren. Weiter von Interesse ist unter Umweltgesichtspunkten der CO₂ Verbrauch von Photosynthese betreibenden Mikroalgen, das heißt Phytoplankton, da durch sie eine Fixierung von Kohlendioxid möglich ist. Daraus ergibt sich im Hinblick auf den Emissionshandel mit CO₂-Zertifikaten eine zusätzliche wirtschaftliche Nutzungsmöglichkeit. Ein weiteres Einsatzgebiet liegt in der Gewinnung von Biotreibstoffen oder auch von Wasserstoff.Microalgae, which is to be understood in the following by light-influencing microalgae, that is phytoplankton, have very diverse applications and therefore allow in their importance more and more increasing economic uses. For example, algae have a very high content of minerals and trace elements, vitamins, unsaturated fatty acids and a high carbohydrate content that make them very suitable for use as a food or food ingredient. They are also often used as additives in cosmetics or because of their high nutritional content in medicine and in pharmacy as dietary supplements, where they are used in addition to the addition as a component as a material for the production of capsules. For example, the freshwater algae Chlorella Vulgaris, which has been especially tested in the context of the present invention, contains the minerals calcium, zinc, iron, selenium, as well as all essential amino acids and many unsaturated fatty acids. Of further interest from the environmental point of view is the CO ₂ consumption of photosynthetic microalgae, ie phytoplankton, since they allow fixation of carbon dioxide. This results in an additional economic utilization option with regard to emissions trading with CO ₂ certificates. Another application is the production of biofuels or hydrogen.

Der Vorteil der Kultivierung von Algen im Vergleich zum Anbau von Nutzpflanzen auf dem Land sind der hohe Flächenertrag und der geringe Wasserverbrauch. Zudem stehen sie nicht in Konkurrenz zur Züchtung von Pflanzen, da sie auch dort kultiviert werden können, wo keine Landwirtschaft möglich wäre, sodass sie der Produktion selbst keine Fläche wegnehmen. Da der Anbau ohne Einsatz von Bodenfläche, sowie unter verschiedensten Gravitationsverhältnissen möglich ist, stellen Mikroalgen auch ein interessantes vor Ort produzierbares Nahrungs- oder Nahrungsergänzungsmittel für die Weltraumfahrt dar. Eine weitere Anwendung ist der Einsatz von bestimmten Algentypen in der Medizin zur Bindung und Ausleitung von Schwermetallen.The advantage of cultivating algae compared to cultivating crops in the countryside is the high yield per hectare and the low water consumption. In addition, they are not in competition with the breeding of plants because they can also be cultivated where no agriculture would be possible, so they take the production itself no area. Since cultivation is possible without the use of ground surface and under various gravitational conditions, microalgae are also an interesting locally produced food or dietary supplement for space travel. Another application is the use of certain types of algae in medicine for binding and discharge of heavy metals ,

Ein Problem bei der wirtschaftlichen Nutzung des vielfältigen Potentials, welches Algen besitzen, ist ihre effiziente großtechnische Herstellung. Bisher bekannte Vorrichtungen zur Kultivierung und Vermehrung von Mikroalgen, auch als Photobioreaktoren bezeichnet, nutzen für Wachstum und Vermehrung Kohlendioxid und Sonnenlicht um Photosynthese zu betreiben. Eine Algen enthaltende Nährlösung durchströmt diese Bioreaktoren in glasförmigen, vom Sonnenlicht durchschienenen Röhren. Aufgrund der nötigen Wachstumszeit bei der, ohne Lichtkonzentration, begrenzten spezifischen Lichtausstrahlung der Algen müssen jedoch entweder sehr viele Reaktoren hintereinander geschaltet werden oder die Nährlösung vielmals durch den Bioreaktor geleitet werden.One problem in the economic exploitation of the diverse potential that algae possess is their efficient large scale production. Previously known devices for culturing and propagating microalgae, also referred to as photobioreactors, use carbon dioxide and sunlight for photosynthesis for growth and propagation. An algae-containing nutrient solution flows through these bioreactors in glassy, sun-shining tubes. Due to the necessary growth time in the, without light concentration, limited specific light emission of algae either very many reactors must be connected in series or the nutrient solution are passed through the bioreactor many times.

Weiterentwicklungen solcher Photobioreaktoren sind aus der Veröffentlichungsschrift DE 10 2008 026829 A1 der Alge Oil GmbH & Co. KG, sowie der internationalen Anmeldung WO 2015/032389 A1 der Anmelderin vorliegender Erfindung bekannt. Die wesentliche Verbesserung besteht darin, ist, dass bei einer gegebenen Reaktorlänge der Weg der Nährlösung mit den Algen durch den Reaktor maximiert wird, indem alternierend an Boden und Decke des Reaktorgehäuses befestigte Platten vorhanden sind, sodass sich ein in vertikaler Richtung mäandernde Nährlösungsströmung ausbildet. Damit nicht nur der Weg maximiert, sondern auch eine ausreichend hohe Energieaufnahme gewährleistet ist, tritt das Licht nicht nur durch Boden, Decke oder Seitenwände des Reaktorgehäuses in das Innere ein, sondern wird zusätzlich über Lichtsammelelemente komprimiert oder durch Lichterzeugungselemente erzeugt und mittels der zur Ausformung der mäanderförmigen Strömung vorhandenen Platten, welche zumindest teilweise aus einem lichtdurchlässigem Material bestehen, in das Innere des Gehäuses gebracht. Die Veröffentlichungsschrift WO 2015/032389 geht hierbei noch weiter, indem durch Einbringen lichtstreuender Partikel in die lichtdurchlässigen Platten erreicht wird, dass der Lichtaustritt, genauer die Leuchtdichte, über die gesamte Fläche der Platte weitestgehend homogen erfolgt. Dadurch ist ein gleichmäßiger Lichteintrag in die an den Platten vorbeiströmende Nährlösung und somit ein gleichmäßiges Algenwachstum gewährleistet.Further developments of such photobioreactors are from the publication DE 10 2008 026829 A1 Alge Oil GmbH & Co. KG, as well as the international application WO 2015/032389 A1 the applicant of the present invention known. The major improvement is that, for a given reactor length, the path of nutrient solution with the algae through the reactor is maximized by having plates alternately fixed to the bottom and top of the reactor housing, forming a meandering nutrient solution flow. So that not only maximizes the path, but also a sufficiently high energy consumption is ensured, the light enters not only through the bottom, ceiling or side walls of the reactor housing in the interior, but is additionally compressed via light-collecting elements or generated by light-generating elements and means of shaping the meandering flow existing plates, which at least partially made of a translucent material, brought into the interior of the housing. The publication font WO 2015/032389 In this case, this is further achieved by the introduction of light-scattering particles is achieved in the translucent plates, that the light emission, more precisely the luminance, over the entire surface of the plate as far as possible is homogeneous. This ensures a uniform light input into the nutrient solution flowing past the plates and thus a uniform growth of algae.

Solchermaßen ausgestattete Vorrichtungen verbessern die bei gegebener Reaktorlänge mögliche Wegstrecke der Nährlösung bereits deutlich. Jedoch ist bei einem vorgegebenen Volumenstrom durch solcher Art ausgestattete Anlagen eine bestimme, zur Produktion der Algen zur Verfügung stehenden Grundfläche noch nicht optimal ausnutzbar. Man könnte die vertikale Dimensionierung des Fotobioreaktors erhöhen, doch sind dem dadurch technische Grenzen gesetzt, dass die nötige Wandstärke des Bioreaktorgehäuses linear mit dem Maximaldruck und damit der Bauhöhe steigen muss. Somit wären hohe Reaktoren auch sehr schwer und dementsprechend teuer und unhandlich in der Installation. Zusätzlich ist zu bedenken, dass ab einer gewissen Bauhöhe die Zugänglichkeit für Wartungs-, Reinigungs- oder Reparaturarbeiten am Bioreaktor nicht mehr gegeben ist.Devices equipped in this way already improve significantly the distance of the nutrient solution which is possible for a given reactor length. However, at a given volume flow through such equipment equipped a certain, for the production of algae available area is not optimally exploitable. You could increase the vertical dimensioning of the photobioreactor, but that's the way it works technical limits set that the necessary wall thickness of the bioreactor housing must increase linearly with the maximum pressure and thus the height. Thus, high reactors would be very heavy and therefore expensive and unwieldy in the installation. In addition, it should be remembered that accessibility for maintenance, cleaning or repair work on the bioreactor is no longer given from a certain height.

Eine simple Verbreiterung des Bioreaktors würde bei gegebenen Volumenstrom die Strömungsgeschwindigkeit herabsetzen, und verlängert darüber hinaus auch die von einer individuellen Phytoplankton Alge durchlaufene Wegstrecke nicht wesentlich. Weiterhin ergibt sich aus der im Wesentlichen laminaren Strömung im Inneren der aus dem Stand der Technik bekannten Bioreaktoren auch, dass eine gleichmäßige Durchmischung der Nährlösung und des darin vorhandenen Phytoplanktons nicht in jedem Fall sichergestellt ist. Es könnte dabei passieren, dass in manchen Bereichen der Nährlösung, insbesondere in denen, die näher an den lichtemittierenden Platten vorbeistreichen, das Phytoplankton Wachstum beschleunigt ist und die Nährlösung, sodass die darin vorhandenen Nährstoffe schneller verbraucht wird als in anderen Bereichen der Nährstofflösung. Durch die Umlenkung am höchsten bzw. tiefsten Punkt der mäanderförmigen Strömung ist zwar eine gewisse Durchmischung gewährleistet, jedoch je nach Volumenstrom, Breite des Fotoreaktors und Plattenabstand nicht notwendig in ausreichendem Maße.A simple widening of the bioreactor would lower the flow rate at a given volumetric flow, and would not significantly increase the distance traveled by an individual phytoplankton alga. Furthermore, it also follows from the essentially laminar flow in the bioreactors known from the prior art that uniform mixing of the nutrient solution and the phytoplankton present therein is not ensured in every case. It could happen that in some areas of the nutrient solution, especially in those that pass closer to the light-emitting plates, the phytoplankton growth is accelerated and the nutrient solution so that the nutrients present therein is consumed faster than in other areas of the nutrient solution. Although a certain mixing is ensured by the deflection at the highest or lowest point of the meandering flow, it is not necessary to a sufficient degree, depending on the volume flow, the width of the photoreactor and the distance between the plates.

Vorliegende Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Anlage zur Gewinnung von Mikroalgen (Phytoplankton) zu finden, die eine höhere Ausbeute pro Grundfläche der Anlage erlaubt ohne den Herstellungsaufwand der Anlage zu erhöhen und dabei weiterhin eine gute Zugänglichkeit aller Teile für Wartungs-, Reparatur- und/oder Reinigungszwecke ermöglicht.The present invention has therefore taken on the task of finding a plant for the production of microalgae (phytoplankton), which allows a higher yield per unit area of the plant without increasing the manufacturing cost of the plant and continue to ensure good accessibility of all parts for maintenance, repair - And / or cleaning purposes allows.

Gelöst wir diese Aufgabe durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 die Gemäß Anspruch 10 zu einer Anordnung zusammengeschaltet und gemäß des Verfahrens in Anspruch 14 betrieben wird.We solves this problem by an apparatus according to claim 1, the interconnected according to claim 10 to an arrangement and operated according to the method in claim 14.

Als wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Anordnung ist hierbei die Unterteilung des Gehäuseinneren des Bioreaktors in mehrere lateral nebeneinanderliegende Kammern zu sehen, welche über Öffnungen an ihren Enden miteinander in fluider Kommunikation stehen. In Verbindung mit den vertikal und parallel zueinander ausgerichteten und in longitudinaler Richtung hintereinander beabstandeten Platten, welche zumindest teilweise zum Einbringen von natürlichem und/oder künstlichem Licht eingesetzt sind, ergibt sich durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eine sowohl in vertikaler als auch horizontaler Richtung mäandernde Strömung durch den erfindungsgemäßen Photobioreaktor. Somit wird bei vorhandener Grundfläche der von der Nährlösung zurückzulegende Weg maximiert und gleichzeitig, aufgrund der insbesondere in den horizontalen Umlenkbereichen teilweise turbulenten Strömung, eine optimale Durchmischung der Nährlösung gewährleistet.As an essential feature of the device and arrangement according to the invention in this case is the subdivision of the housing interior of the bioreactor in several laterally adjacent chambers to see, which communicate with each other via openings at their ends in fluid communication. In connection with the vertically and parallel aligned and longitudinally spaced plates, which are at least partially used for the introduction of natural and / or artificial light, results from the inventive design a meandering in both the vertical and horizontal direction flow through the Photobioreactor according to the invention. Thus, with the base area present, the path to be traversed by the nutrient solution is maximized and, at the same time, due to the partially turbulent flow, in particular in the horizontal deflection regions, optimum mixing of the nutrient solution is ensured.

Falls in der Anordnung gemäß Anspruch 10 mehr als eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen eingesetzt ist, schlägt vorliegende Erfindung vor, diese in Reihe zu schalten, indem durch Positionierung der Auslauföffnung jeweils einer Vorrichtung in unmittelbarer Nähe neben und nach oben versetzt zu der Einlauföffnung der in Reihe nächsten Vorrichtung positioniert wird. Die Nährlösung strömt dabei aus der Auslauföffnung der einen Vorrichtung eine freie Kaskade formend in die Einlauföffnung der nächsten Vorrichtung. Eine freie Kaskade hat gegenüber einer Führung der Nährlösung zum Beispiel in einer Rohrleitung den Vorteil, dass zum einen ein Gasaustausch stattfinden kann, wobei überzähliger Sauerstoff, ein „Abfallprodukt“ der Photosynthese und in zu hoher Konzentration ein Wachstumshemmer für die Mikroalgen, an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Weiterhin entstehen beim Einfließen in die Einlauföffnung der vorliegenden Vorrichtung starke turbulente Verwirbelungen der Nährlösung, welche eine vollständige Durchmischung sicherstellen. Des Im Übrigen ist eine freie Kaskade auch technisch sehr einfache und elegante Lösung der Hintereinanderschaltung erfindungsgemäßer Vorrichtungen dar.If more than one of the devices according to the invention is used in the arrangement according to claim 10, the present invention proposes to connect them in series, by positioning the outlet opening of a device in immediate vicinity next to and upwards to the inlet opening of the next in series Device is positioned. The nutrient solution flows out of the outlet opening of the one device forming a free cascade into the inlet opening of the next device. A free cascade has compared to a guide of the nutrient solution, for example in a pipeline the advantage that on the one hand, a gas exchange can take place, with surplus oxygen, a "waste product" of photosynthesis and too high a growth inhibitor for the microalgae released into the ambient air can be. Furthermore, when flowing into the inlet opening of the present device, strong turbulent turbulences of the nutrient solution occur, which ensure complete mixing. Incidentally, a free cascade is also technically very simple and elegant solution of the series connection of devices according to the invention.

Um den erfindungsgemäßen Grundgedanken einer Reihenschaltung durch horizontale Positionierung und vertikale Staffelung umzusetzen, müssen die Vorrichtungen nicht notwendig linear hintereinander stehen. Zur besseren Flächenausnutzung können auch andere Anordnungen gewählt werden. Voraussetzung dafür ist, dass die Aus- und Einlauföffnungen entsprechend positioniert sind.In order to implement the inventive concept of a series connection by horizontal positioning and vertical staggering, the devices do not necessarily have to be linearly one behind the other. For better space utilization, other arrangements can be selected. The prerequisite for this is that the outlet and inlet openings are positioned accordingly.

Die Maximierung der Wegstrecke ist in diesem Zusammenhang unter der Nebenbedingung eines vorgegebenen, gewünschten Volumenstroms zu sehen. Eine sinnvolle Grundflächenform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Rechteck. Es stellt sich die Frage, welches Seitenverhältnis die beiden Seiten des Rechtecks zueinander haben sollten. Hierbei sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen. Die vielseitigste Anwendbarkeit wird durch eine quadratische Grundfläche gewährleistet. Denn, vorausgesetzt die nötigen Ein- u. Auslauföffnungen sind, gegebenenfalls auch mehrfach, vorhanden, können Quadrate eine allgemeine zur Verfügung stehende Grundfläche am effizientesten abdecken. Vorrichtungen mit einem Seitenverhältnis von 2:1, also zwei vereinigte Quadrate, sind jedoch ebenfalls vorteilhaft vielseitig anordenbar, ohne dass ungenutzte Freiräume verbleiben.The maximization of the distance is to be seen in this context under the constraint of a predetermined, desired volume flow. A useful base shape of the device according to the invention is a rectangle. The question arises as to what aspect ratio the two sides of the rectangle should have relative to each other. Here are several factors to consider. The most versatile applicability is ensured by a square base. Because, provided the necessary inputs u. Outlet openings are present, possibly even multiple times, squares can most efficiently cover a common available floor space. However, devices with an aspect ratio of 2: 1, that is two united squares, are also advantageous versatile, without leaving any unused free space.

Aus prozesstechnischer Sicht ist es am sinnvollsten, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die diese verwendende Anordnung als sogenannter „offener Kreislauf“ betrieben werden, das heißt, dass die Nährlösung nach einem einzigen Durchlauf der Anordnung wenigstens zu einem Teil einer Separationsvorrichtung, insbesondere einer Zentrifuge, zugeführt wird. Dies erfordert eine minimale Anzahl an regelungstechnischen Vorgängen. Im Gegensatz dazu muss bei einem geschlossenen Betrieb, bei dem die Nährlösung die Vorrichtung mehrfach durchläuft, bevor die Mikroalgen absepariert werden, nach einer gewissen Zahl an Durchgängen ein Ventil bzw. eine Abzweigung geschaltet werden, sodass die Nährlösung zur Separationsvorrichtung geleitet wird. Es ist in diesem Fall also ein periodisches aktives Eingreifen nötig. Bei dem sogenannten offenen Kreislauf kann jedoch ein solches aktives Eingreifen im Wesentlichen unterbleiben.From a process engineering point of view, it makes the most sense if the device according to the invention or the arrangement using it is operated as a so-called "open circuit", that is to say that after a single pass of the arrangement the nutrient solution is at least part of a separation device, in particular a centrifuge, is supplied. This requires a minimum number of control engineering operations. In contrast, in a closed mode in which the nutrient solution passes through the device several times before the microalgae are separated off, after a certain number of passes, a valve or a branch must be switched, so that the nutrient solution is passed to the separation device. In this case, a periodic active intervention is necessary. In the so-called open circuit, however, such active intervention can essentially be omitted.

Es würde dabei die Wegstrecke durch die Anlage so dimensioniert, dass die gewünschte Algensättigung der Nährlösung bereits nach einem einzigen Durchlauf die Anlage erreicht ist. Nach dem Verlassen der letzten der in Reihe geschalteten Vorrichtungen würde die gesättigte Nährlösung dann über eine Rohrleitung abgeführt, in welcher sich eine Abzweigung befindet, von wo aus ein Teil der Nährlösung zur Separationsvorrichtung geleitet wird und ein anderer Teil samt der darin enthaltenen Algen als Samen zum Starten des nächsten Kreislaufes wieder in die Einlauföffnung der ersten der in Reihe geschalteten Vorrichtungen läuft. Die zur Separationsvorrichtung gebrachte Nährlösung wird hierbei nach Abseparierung der produzierten Mikroalgen, gegebenenfalls erneut mit CO₂ und/oder Nährstoffen versetzt, wieder zurück in den Hauptkreislauf zurückgeleitet oder möglicherweise direkt in die Einlauföffnung der ersten der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingeleitet.It would thereby dimensioned the route through the plant so that the desired algae saturation of the nutrient solution is reached after only a single pass the system. After leaving the last of the series-connected devices, the saturated nutrient solution would then be discharged via a pipeline in which there is a branch, from where part of the nutrient solution is passed to the separation device and another part, together with the algae contained therein, as seed for Start the next cycle again in the inlet opening of the first of the series-connected devices running. The nutrient solution brought to the separation device is in this case returned to the main circuit after separation of the microalgae produced, possibly again mixed with CO ₂ and / or nutrients, or possibly introduced directly into the inlet opening of the first device according to the invention.

Zum Einregeln der Algenproduktion der Anlage stehen hierbei also zum einen die gesamte geförderte Leistung bzw. der Volumenstrom durch die Anlage, sowie das Verhältnis des in die Separationsvorrichtung abgezweigten Volumenstroms zu dem direkt in die Vorrichtung zurückgepumpten Volumenstrom zu verfügen. Wird die Produktion mit einer geringen Zahl an Algen gestartet, so würde zu Beginn noch überhaupt keine Nährlösung in die Separationsvorrichtung geleitet, sondern komplett im Hauptkreislauf in die Einlauföffnung der ersten in Reihe geschalteten Vorrichtung zurückgepumpt. Erst wenn Messungen der ausgangsseitigen Nährlösung bestätigen, dass ein gewisser Schwellenwert der Algenkonzentration erreicht ist, würde mit der Abseparierung von Algen begonnen und der zur Separation abgezweigte Anteil solange langsam erhöht wie die ausgangsseitige Algenkonstellation zunimmt bis sich ein gewünschter Gleichgewichtswert eingestellt hat.In order to control the algae production of the plant, this means, on the one hand, that the entire delivered power or the volume flow through the system and the ratio of the volume flow branched off into the separation device to the volumetric flow pumped back directly into the device must be available. If the production is started with a small number of algae, no nutrient solution would be conducted into the separation device at the beginning, but would be pumped back completely in the main circuit into the inlet opening of the first device connected in series. Only when measurements of the output nutrient solution confirm that a certain threshold of algae concentration has been reached would the separation of algae be started and the fraction diverted for separation slowly increased as the output algae constellation increases until a desired equilibrium value has been established.

Sollte auf Grund irgend einer Störung zum Beispiel eine Versorgung mit Nährstoffen oder einem kurzen Ausfall der Lichtversorgung, die Algenkonzentration ausgangsseitig unter den gewünschten Gleichgewichtswert fallen, so würde der zur Separationsanlage geleitete Volumenstrom entsprechend reduziert, bis der gewünschte Gleichgewichtszustand wieder hergestellt ist.If due to any disturbance, for example, a supply of nutrients or a short failure of the light supply, the algae concentration on the output side fall below the desired equilibrium value, the volume flow conducted to the separation system would be correspondingly reduced until the desired equilibrium state is restored.

Es muss hierbei betont werden, dass dieser sogenannte „offene“ Kreislauf nur für die Mikroalgen offen, der Nährlösungskreislauf aber, zumindest weitgehend, geschlossen ist. Außer einer einfacheren Steuerung des Produktionsprozesses, bietet dieser sogenannte offene Betriebe weiterhin den Vorteil einer höheren Algenproduktion pro Zeit, da kein Zurückpumpen der Algenlösung für einen erneuten Durchlauf der Anlage nötig ist. Während dieses Zurückpumpen durch, üblicherweise, lichtundurchlässige Rohrleitungen findet im Wesentlichen kein weiteres Algenwachstum statt. Diese Zeit ist also für die Algenproduktion eine unerwünschte „Totzeit“.It must be emphasized here that this so-called "open" cycle is only open to the microalgae, but that the nutrient solution cycle is closed, at least to a large extent. In addition to simplifying the control of the production process, this so-called open farm also offers the benefit of higher algal production per time, as no re-pumping of the algae solution is needed to re-run the plant. During this pumping back through, usually, opaque pipelines, there is essentially no further algae growth. This time is therefore an undesirable "dead time" for algae production.

Darüber hinaus kann durch den offenen Betrieb auch der Durchgang algenreicher Nährlösung durch eine Pumpe vermieden werden, bei dem ein Teil der Algen unvermeidlich abstirbt. Zwar kann dieser ertragsmindernde Effekt durch Einsatz einer entsprechend algenschonenden Pumpe, beispielsweise einer Schneckenpumpe, minimiert werden, ist jedoch bei mehrmaligem Umwälzen nie ganz zu vermeiden. Da die Mortalitätsrate mit der Konzentration steigt und beim offenen Betrieb nur Nährlösung mit sehr viel niedrigerer Algenkonzentration zurück in die erste Vorrichtung der Anordnung gepumpt werden muss, ist es auch möglich eine effizientere Pumpe zum Antrieb des Flüssigkeitskreislaufs einzusetzen. Auf die algenschonenden Eigenschaften des Innenaufbaus der Pumpe kommt es nicht so wesentlich an sind wie bei einem geschlossenen Kreislauf mit mehrfachem Durchlauf der Anlage. Es ist nur erforderlich, dass genügend Algen zu Beginn des nächsten Durchlaufs zur Verfügung stehen, um die gewünschte Endkonzentration zu erreichen.In addition, the open operation can also avoid the passage of algae-rich nutrient solution through a pump in which part of the algae inevitably dies. Although this yield-reducing effect can be minimized by using a correspondingly algae-friendly pump, for example a screw pump, it can never be completely avoided with repeated circulation. Since the mortality rate increases with the concentration and in open operation only nutrient solution with much lower algae concentration has to be pumped back into the first device of the arrangement, it is also possible to use a more efficient pump to drive the fluid circuit. The algae-friendly properties of the internal structure of the pump are not as important as in a closed circuit with multiple passes of the system. It is only necessary that enough algae be available at the beginning of the next run to reach the desired final concentration.

Vorteilhafte Weiterbildung vorliegender Erfindung, welche einzeln oder in Kombination realisierbar sind, sofern sie sich nicht gegenseitig offensichtlich ausschließen, sollen im Folgenden vorgestellt werden.Advantageous development of the present invention, which can be implemented individually or in combination, if they do not mutually exclude obvious, will be presented below.

Bevorzugt hat die Vorrichtung gemäß vorliegender Erfindung eine rechteckige Grundfläche, insbesondere eine mit einem Seitenverhältnis von 2:1 oder 1:1, das heißt ein Quadrat.Preferably, the device according to the present invention has a rectangular base, in particular one with an aspect ratio of 2: 1 or 1: 1, that is, a square.

Des Weiteren sind bevorzugt an der Unterseite der Vorrichtung Beine angebracht, insbesondere mindestens vier Beine bei einer rechteckigen Grundfläche. Durch eine Variation der Beinlänge verschiedener Vorrichtungen kann beim Hintereinanderschalten mehrerer erfindungsgemäßer Vorrichtungen die vertikale Staffelung der Ein- bzw. Auslauföffnung direkt aufeinanderfolgender Vorrichtungen gewährleistet werden. Aus der letzten in Reihe geschalteten Vorrichtung austretende Nährstofflösung wird bevorzugt durch ein geeignetes Auffangmittel, insbesondere ein Trichter, welcher die Nährlösung in eine Rohrleitung leitet, aufgefangen. Furthermore, legs are preferably attached to the underside of the device, in particular at least four legs in the case of a rectangular base area. By varying the leg length of various devices, the vertical staggering of the inlet or outlet opening of directly successive devices can be ensured when connecting several devices according to the invention in series. From the last serially connected device emerging nutrient solution is preferably collected by a suitable collecting means, in particular a funnel, which conducts the nutrient solution in a pipeline.

Die Einlauföffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung hat bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt und ist in die Decke eingebracht. Die Auslauföffnung hat ebenfalls bevorzugt einen rechteckigen Querschnitt, befindet sich aber im oberen Bereich einer Seitenwand der Vorrichtung, insbesondere mit einer längeren Seite an die Decke grenzend. Die Breit von Auslauföffnung und Einlauföffnung sollte dabei so gewählt sein, dass der aus der Auslauföffnung tretende Nährstofflösungsstrom über eine freie Kaskade ohne Verluste in die Einlauföffnungen der darauffolgenden Vorrichtungen einfließt. Um letzteres zu gewährleisten, mag es nötig sein weitere Flüssigkeitsführungsmittel anzubringen, z.B. einen Ausguss an der Unterseite der Auslauföffnung. Ferner ist es für ein verlustfreies Übertreten nötig, dass die Breite der Auslauföffnung größer oder zumindest gleich der Breite der Einlauföffnung ist.The inlet opening of the device according to the invention preferably has a rectangular cross section and is introduced into the ceiling. The outlet opening likewise preferably has a rectangular cross-section, but is located in the upper region of a side wall of the device, in particular bordering the ceiling with a longer side. The width of the outlet opening and inlet opening should be chosen so that the emerging from the outlet opening nutrient solution flow flows through a free cascade without losses in the inlet openings of the subsequent devices. In order to ensure the latter, it may be necessary to apply further fluid guidance means, e.g. a spout at the bottom of the outlet opening. Furthermore, it is necessary for a lossless crossing that the width of the outlet opening is greater than or at least equal to the width of the inlet opening.

Auslauföffnung und Einlauföffnung können auf gegenüberliegenden Stirnseiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordnet sein. Sie können jedoch auch an aneinandergrenzenden oder sogar an der gleichen Seite der Vorrichtung vorhanden sein. Darüber hinaus ist besonders bevorzugt, wenn jeweils mehrere Auslauf- und Einlauföffnungen vorhanden sind, welche mit Verschlussmitteln flüssigkeitsdicht verschließbar sind, sodass die jeweils aktive(n) Aus- bzw. Einlauföffnung je nach Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wählbar ist. Sind mehrere Auslauföffnungen aktiv, findet eine Verzweigung des Kreislaufes statt. Dies kann zum Beispiel sinnvoll sein, wenn man in den verschiedenen Zweigen unterschiedliche Wachstumsbedingungen, insbesondere hinsichtlich Spektrum des eingebrachten Lichtes, bereitstellen möchte.Outlet opening and inlet opening can be arranged on opposite end faces of the device according to the invention. However, they may also be present at adjoining or even at the same side of the device. In addition, it is particularly preferred if in each case a plurality of outlet and inlet openings are present, which can be closed liquid-tight with closure means, so that the respective active (n) outlet or inlet opening can be selected depending on the arrangement of the device according to the invention. If several outlet openings are active, a branching of the circuit takes place. This may be useful, for example, if one wishes to provide different growth conditions in the various branches, in particular with regard to the spectrum of the introduced light.

Über die Unterteilung des Gehäuseinneren der erfindungsgemäßen Vorrichtung mittels longitudinalen Trennwänden in lateral nebeneinander liegende Kammern hinaus, schlägt vorliegende Erfindung vor, Lateraltrennwände einzufügen, durch die das Innere der erfindungsgemäßen Vorrichtung in longitudinal hintereinander liegenden Kammern unterteilt wird. Dies hat den Vorteil zum einen größeren Freiraum bei der Positionierung der Aus- und Einlauföffnungen und zum anderen zusätzliche horizontale Richtungsänderungen der strömenden Nährlösung mit weiter verbesserter Durchmischung zu ermöglichen.On the division of the housing interior of the device according to the invention by means of longitudinal partitions in laterally adjacent chambers addition, the present invention proposes to insert lateral partitions through which the interior of the device according to the invention is divided into longitudinally one behind the other chambers. This has the advantage of allowing a greater freedom in the positioning of the outflow and inlet openings and on the other additional horizontal direction changes of the flowing nutrient solution with further improved mixing.

Zusätzlich zu dem Hauptkreislauf der erfindungsgemäßen Anordnung bestehend aus in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Vorrichtungen und einer Pumpe mit entsprechenden Zuleitungen, sind bevorzugt eine Separationsvorrichtung zum Abseparieren des Mikroplanktons von der Nährlösung sowie eine weitere Vorrichtung zum Wiederanreichern der Nährlösung mit Nährstoffen und/oder CO2 vorhanden. Die Abzweigen des durch die Separationsvorrichtung geführten Nebenstroms von dem Hauptstrom durch die Pumpe liegt hierbei bevorzugt die Strömungsrichtung vor der Pumpe. Die Wiederanreicherung der Nährstofflösung erfolgt bevorzugt entweder im Nebenstrom nach dem Abseparieren der Mikroalgen oder im Hauptstrom vor oder hinter der Pumpe.In addition to the main circuit of the inventive arrangement consisting of series-connected devices according to the invention and a pump with corresponding supply lines, a separation device for separating the microplankton from the nutrient solution and a further device for re-enriching the nutrient solution with nutrients and / or CO2 are preferably present. The branching of the secondary flow guided by the separation device from the main flow through the pump is in this case preferably the direction of flow in front of the pump. The re-enrichment of the nutrient solution is preferably carried out either in the secondary stream after the separation of the microalgae or in the main stream upstream or downstream of the pump.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben der Anlage zur Gewinnung von Phytoplankton gemäß vorliegender Erfindung wird dementsprechend bevorzugt ergänzt durch die Schritte der Abzweigung eines Nebenstroms von dem Hauptstrom der Nährlösung und Zuleitung dieses Nebenstroms zu einer von der Nährlösung und je nach Situation, Rückleitung der Nährlösung in den Hauptstrom oder auch direkt in die Einlauföffnung der ersten der in Reihe geschalteten Vorrichtungen oder aber ein tatsächlich ,offenes' betreiben, bei dem die Nährlösung nach der Abseparation der Algen nicht wiederverwendet wird. Weiterhin schlägt das erfindungsgemäße Verfahren vor, in einem weiteren Schritt die Nährlösung wieder mit Nährstoffen und CO₂ anzureichern um ein Phytoplanktonwachstum im nächsten Durchlauf zu ermöglichen. Dies kann bevorzugt entweder nach der Abseparation der Algen im Nebenstrom, nach der Wiedervereinigung von Haupt- und Nebenstrom aber vor der Pumpe oder nach Durchlaufen der Pumpe erfolgen.The method according to the invention for operating the plant for obtaining phytoplankton according to the present invention is accordingly preferably supplemented by the steps of branching off a secondary stream from the main stream of the nutrient solution and feeding this secondary stream to one of the nutrient solution and, depending on the situation, returning the nutrient solution to the main stream or directly into the inlet opening of the first of the series-connected devices, or indeed an "open", in which the nutrient solution is not reused after the separation of the algae. Furthermore, the method according to the invention proposes, in a further step, to enrich the nutrient solution again with nutrients and CO _{2 in} order to enable phytoplankton growth in the next run. This can preferably be done either after the separation of the algae in the secondary stream, after the reunification of main and secondary stream but before the pump or after passing through the pump.

Die Begriffe „Hauptstrom“ und „Nebenstrom“ sollen hierbei keine Aussage über die Volumenstromverhältnisse implizieren. Eine Separation muss nicht unbedingt stattfinden, d.h. der Nebenstrom kann Null sein. Es ist andererseits aber im äußersten Fall auch denkbar, dass die komplette algengesättigte Nährlösungsstrom durch die Separationsvorrichtung geleitet, der Hauptstrom also abgeschaltet wird. Dies wäre beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Anlage vor einer Wartung oder Reparatur geleert werden soll. Dann möchte man üblicherweise zuvor alle in der Nährlösung befindlichen Algen ernten, d.h. abseparieren.The terms "main flow" and "secondary flow" are not intended to imply any statement about the volume flow conditions. Separation does not necessarily take place, i. the secondary flow can be zero. On the other hand, it is also conceivable in the extreme case that the complete algae-saturated nutrient solution flow is passed through the separation device, ie the main flow is switched off. This would be useful, for example, if the system is to be emptied before a maintenance or repair. Then, one would usually like to previously harvest all the algae in the nutrient solution, i. abseparieren.

Weitere Einzelheiten wie Merkmale und Vorteilung vorliegender Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden anhand der Figuren näher erläuterten Ausführungsformen. Diese dienen nur der Illustration der allgemeinen erfinderischen Idee und dürfen nicht als Einschränkung vorliegender Erfindung gedeutet werden.Further details such as features and Vorteilteilung present invention will become apparent from the in the following with reference to the figures explained in more detail embodiments. These serve only to illustrate the general inventive idea and should not be interpreted as limiting the present invention.

Es zeigen im Einzelnen:

1: perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
1a: schematischer Querschnitt durch die Vorrichtung nach 1 zur Verdeutlichung des vertikalen Strömungsverlaufs
2: Erfindungsgemäße Anordnung aus 5 in Reihe geschalteten Vorrichtungen aus 1
3: Perspektivische Draufsicht auf einen Ausschnitt der Anordnung aus 2
4: Erfindungsgemäße Anordnung aus Vorrichtungen mit mehreren, verschließbaren Ein- und Auslauföffnungen

They show in detail:

1 : Perspective view of an embodiment of the device according to the invention
1a : schematic cross section through the device according to 1 to illustrate the vertical flow pattern
2 : Inventive arrangement of 5 devices connected in series 1
3 : Perspective top view on a section of the arrangement 2
4 : Inventive arrangement of devices with multiple, closable inlet and outlet openings

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Gewinnung von Mikroalgen (Phytoplankton). Die Vorrichtung 1 besteht aus einem Gehäuse 2 umfassend Boden, Seitenwände 21, und Decke, wobei in der Decke die Einlauföffnung 220 in Form einer rechteckigen Aussparung in einer Ecke der Decke vorhanden ist, wobei die lange Seite der rechteckigen Aussparung unmittelbar an der kurzen Stirnseite der Vorrichtung und die kurze Seite der Aussparung an die langen Seite der Vorrichtung angrenzt. Auf der gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung ist im oberen Bereich der Seitenwand 21 mit einer Seite unmittelbar an die Decke 22 angrenzend die rechteckige Auslauföffnung 210 vorhanden. Das Innere des Gehäuses 2 ist durch in longitudinale Richtung verlaufende, sich vom Boden bis zur Decke und von einer Stirnseite bis zur gegenüberliegenden reichende Longitudinalwände 24 sowie durch eine sich quer dazu erstreckende Lateralwand 25 in sechs Kammern unterteilt, von denen jeweils benachbarte über im oberen Bereich der Wände 24, 25 befindliche Öffnungen 240, 250 in fluider Kommunikation stehen. In Verbindung mit den ebenfalls vorhandenen lateral, das heißt parallel zur Lateraltrennwand 25 ausgerichteten, zueinander beabstandeten Platten 23, welche alternierend am Boden bzw. an der Decke des Gehäuses befestigt sind, jedoch nicht ganz bis zur gegenüberliegenden Seite reichen, bildet sich beim Durchströmen der Vorrichtung durch eine Flüssigkeit, insbesondere der zur Zucht von Phytoplankton nötigen Nährstofflösung, eine sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung mäandernde Strömung aus, deren ungefährer horizontaler Verlauf durch Pfeile angedeutet ist. Durch die mehrfachen Richtungswechsel ist eine gute Durchmischung der Nährstofflösung in jedem Fall sichergestellt. Der andere wesentliche Effekt dieser Ausgestaltung ist eine sehr gute Platzausnutzung der vorhandenen Grundfläche bei einem gegebenen Volumenstrom. 1 shows a perspective view of an apparatus according to the invention for the production of microalgae (phytoplankton). The device 1 consists of a housing 2 comprising floor, sidewalls 21 , and ceiling, where in the ceiling the inlet opening 220 is present in the form of a rectangular recess in a corner of the ceiling, wherein the long side of the rectangular recess immediately adjacent to the short end side of the device and the short side of the recess to the long side of the device. On the opposite side of the device is in the upper area of the side wall 21 with one side directly to the ceiling 22 adjacent the rectangular outlet opening 210 available. The interior of the housing 2 is longitudinally extending from floor to ceiling and from one end face to the opposite 24 as well as by a laterally extending lateral wall 25 divided into six chambers, each of which is adjacent over in the upper part of the walls 24 . 25 located openings 240, 250 are in fluid communication. In conjunction with the also existing lateral, that is parallel to the lateral partition wall 25 aligned, spaced plates 23 , which are mounted alternately on the floor or on the ceiling of the housing, but not quite extend to the opposite side, forms when flowing through the device by a liquid, in particular the necessary for the breeding of phytoplankton nutrient solution, both in horizontal and in meandering flow in the vertical direction, whose approximate horizontal course is indicated by arrows. The multiple changes of direction ensure a good mixing of the nutrient solution in each case. The other essential effect of this embodiment is a very good space utilization of the existing base area at a given volume flow.

An jeder zweiten Platte 23 ist ein Leuchtelement 28 angebracht, welches Licht erzeugt und mittels der für einen homogenen Lichtaustritt vorbereiteten transparenten Platte 23 gleichmäßig in das Innere des Gehäuses 2 einleitet.On every second plate 23 is a lighting element 28 attached, which generates light and by means of the prepared for a homogeneous light emission transparent plate 23 evenly inside the case 2 initiates.

1a verdeutlicht den auch in vertikaler Richtung mäanderförmigen Verlauf durch die einzelnen longitudinalen Kammern der erfindungsgemäßen Vorrichtung. 1a illustrates the meandering in the vertical direction course through the individual longitudinal chambers of the device according to the invention.

2 zeigt in perspektivischer Draufsicht eine erfindungsgemäße Anordnung aus fünf in Reihe geschalteten erfindungsgemäßen Vorrichtungen aus 1. Die Vorrichtungen sind durch Anfügen von Beinen 30 unterschiedlicher Länge vertikal gestaffelt und so angeordnet, dass die Auslauföffnung jeweils direkt neben und über der Einlauföffnung der nächsten in Reihe folgenden Vorrichtung positioniert ist. Dadurch wird erreicht, dass die durch eine Vorrichtung 1 strömende Nährstofflösung aus der Auslauföffnung 210 über eine freie Kaskade 10 in die Einlauföffnung 220 der nächsten Vorrichtung fließt. Eine Kaskade hat den Vorteil, dass ein Gasaustausch mit der Umgebungsluft stattfinden kann, wobei zum Beispiel überflüssiger, das Algenwachstum behindernder Sauerstoff an die Umgebungsluft abgegeben wird. Des Weiteren ist durch die Fallhöhe ein energiereiches und dem gemäß turbulentes Einfließen der Nährstofflösung sichergestellt, was der gleichmäßigen Durchmischung weiter zugute kommt. 2 shows in perspective plan view of an inventive arrangement of five series-connected devices according to the invention 1 , The devices are by attaching legs 30 staggered vertically of different lengths and arranged so that the outlet opening is positioned in each case directly adjacent to and above the inlet opening of the next in series following device. This ensures that by a device 1 flowing nutrient solution from the outlet opening 210 about a free cascade 10 in the inlet opening 220 the next device flows. A cascade has the advantage that a gas exchange with the ambient air can take place, whereby, for example, superfluous oxygen inhibiting the growth of algae is released into the ambient air. Furthermore, the fall height ensures high-energy and turbulent inflow of the nutrient solution, which further benefits the even mixing.

Es ist weiterhin dargestellt, dass die aus der letzten Vorrichtung 1 austretende Nährstofflösung, aufgefangen, über Rohrleitung 50 der Pumpe 5 zugeführt und wieder in die Einlauföffnung der ersten Vorrichtung gepumpt wird.It is further shown that the last device 1 leaking nutrient solution, collected via pipeline 50 the pump 5 fed and pumped back into the inlet opening of the first device.

Der Nährstofflösungsstrom durch die Anordnung ist schwerkraftgetrieben. Die hierzu nötige vertikale Staffelung der Vorrichtungen 1 erfolgt wie hier zu sehen über eine unterschiedliche Länge der Beine 30. Die Beinlängendifferenz benachbarter Vorrichtungen ist hier vorteilhaft etwas größer gewählt als die vertikale Dimension der Austrittsöffnung 220 der Vorrichtungen 1.The nutrient solution flow through the assembly is gravity driven. The necessary vertical graduation of the devices 1 takes place as seen here over a different length of the legs 30. The leg length difference of adjacent devices is advantageously chosen slightly larger than the vertical dimension of the outlet opening 220 of the devices 1 ,

3 zeigt einen Ausschnitt der Anordnung aus 2, wobei die dem Betrachter zugewandte Seitenwand einer der Vorrichtungen zu Illustrationszwecken weggelassen wurde. Zu sehen ist die Unterteilung des Innenraums der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Kammern, die durch laterale bzw. (nicht sichtbar) longitudinale Trennwände 24 voneinander getrennt sind und die nur jeweils paarweise über in den Wänden vorhandene Öffnungen in fluider Kommunikation stehen. Zu sehen sind weiterhin die Platten 23, welche zur Ausbildung einer vertikal-mäandernden Strömung alternierend an der Decke bzw. am Boden der Vorrichtung befestigt sind und über welche auch die gleichmäßig Lichteinleitung des in den lichterzeugenden Elementen 28 produzierten Lichts in die Nährstofflösung erfolgt. Die Leuchtelemente 28 sind in die die Vorrichtung dicht verschließende Decke 22 integriert. 3 shows a section of the arrangement 2 wherein the viewer-facing sidewall of one of the devices has been omitted for illustrative purposes. You can see the subdivision of the interior of the device according to the invention 1 in chambers, through lateral or (not visible) longitudinal partitions 24 are separated from each other and are only in pairs in the walls existing openings in fluid communication. You can still see them the plates 23 which are alternately attached to the formation of a vertical-meandering flow to the ceiling or at the bottom of the device and about which also the uniform light introduction of the light-generating elements 28 produced light into the nutrient solution takes place. The lighting elements 28 are in the device sealing the ceiling 22 integrated.

4 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung erfindungsgemäßer Vorrichtungen 1 mit mehreren, wahlweise verwendbaren oder verschließbaren Einlauföffnungen 220, 221 und Auslauföffnungen 210, 211 welche möglichst platzsparend angeordnet sind. Bei zwei der Vorrichtungen 1 sind aktiv verwendete Ein- bzw. Auslauföffnungen 210, 220 auf gegenüberliegenden Stirnseiten befindlich, bei der dritten jedoch an der gleichen Seite der Vorrichtung. Nach einem horizontal- wie vertikal mäanderförmigen Strömungsverlauf innerhalb einer Vorrichtung 1 erfolgt der Übertritt in die in Reihe nächste Vorrichtung 1 über eine frei Kaskade 10, bei der zwischen Nährstofflösung und Umgebungsluft ein Gasaustausch stattfindet wonach die Nährstofflösung in die Einlauföffnung 220 einströmt unter turbulenter Durchmischung weiterfließt. 4 shows an inventive arrangement of inventive devices 1 with several, optionally usable or closable inlet openings 220 . 221 and outlet openings 210 211 which are arranged as space-saving as possible. In two of the devices 1 are actively used inlet and outlet openings 210, 220 located on opposite end faces, in the third, however, on the same side of the device. After a horizontal and vertical meandering flow course within a device 1 the transition to the next in line device 1 over a free cascade 10 in which a gas exchange takes place between nutrient solution and ambient air, after which the nutrient solution enters the inlet opening 220 flows in under turbulent mixing continues to flow.

Die aus der Auslauföffnung der in Reihe gesehen letzten Vorrichtung 1 austretende Nährstofflösung wird über ein Behältnis 40 mit Trichterfunktion gesammelt und mittels Rohrleitung 50 im Hauptstrom zur Pumpe 5 geleitet. In der Strecke zwischen letzter Austrittsöffnung und Pumpe 5 befindet sich eine steuerbare Abzweigung 501, welche einen Nebenstrom vom Hauptstrom abzweigt und mittels Nebenleitung 60 einer Separiervorrichtung 6 zuführt. In der Separiervorrichtung werden Mikroalgen von der Nährlösung getrennt und die so gereinigte Nährlösung bei Vereinigung 502 wieder dem Hauptstrom zugeführt. Nach der Vereinigung 502 durchläuft die im Fließgleichgewicht abgereicherte, d.h. nur eine geringe Algen und Nährstoffkonzentration enthaltende, Nährlösung einer Anreicherung mit CO₂ und Nährstoffen in Vorrichtung 7. Die Nährstofflösung wird dann mittels Pumpe 5 in die Einlauföffnung der ersten Vorrichtung 1 gepumpt.The nutrient solution emerging from the outlet opening of the last device 1 seen in series is transported via a container 40 collected with funnel function and by means of pipeline 50 in the main flow to the pump 5 directed. In the distance between the last outlet and the pump 5 there is a controllable branch 501 which branches off a side stream from the main stream and by means of secondary line 60 of a separating device 6 supplies. In the separating device, microalgae are separated from the nutrient solution and the nutrient solution thus purified when combined 502 fed back to the main stream. After the union 502 passes through the depleted in the steady state, ie containing only a small algae and nutrient concentration, nutrient solution enrichment with CO ₂ and nutrients in the device 7 , The nutrient solution is then pumped 5 in the inlet opening of the first device 1 pumped.

Der Betrieb dieser erfindungsgemäßen Anordnung erfolgt bevorzugt im sogenannten „offenen“ Kreislauf, bei dem nach nur einem Durchlauf durch die Anlage bereits die gewünschte Mikroalgenkonzentration erreicht wird und somit die Anlage mit einem im Fließgleichgewicht konstanten Verhältnis von Haupt zu Nebenstrom gefahren werden kann. Ein sogenannter geschlossener Kreislauf, bei dem die Nährlösung mit Mikroalgen mehrfach die Reihenschaltung aus Fotobioreaktoren durchläuft, ist natürlich ebenfalls durchführbar und wäre zum Anfahren der Anlage aus einem Zustand, in dem nur sehr wenige Mikroalgen in der Nährstofflösung vorhanden sind, auch die bevorzugte Betriebsart. Diese wird angewandt, bis ausgangsseitige Messung der Mikroalgenkonzentration bestätigt, dass eine gewünschte Schwellenkonzentration erreicht ist, und der Nebenstrom langsam bis auf seinen optimalen Gleichgewichtswert hochgefahren werden kann.The operation of this arrangement according to the invention is preferably carried out in the so-called "open" cycle, in which after only one pass through the plant already the desired microalgae concentration is reached and thus the system can be driven with a constant flow ratio of main to secondary flow. A so-called closed circuit in which the nutrient solution with microalgae repeatedly passes through the series connection of photobioreactors, of course, is also feasible and would be to start the system from a state in which very few microalgae in the nutrient solution are also the preferred mode. This is applied until output measurement of the microalgae concentration confirms that a desired threshold concentration is reached and the sidestream can be ramped up slowly to its optimal equilibrium level.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Vorrichtung zur MikroalgenzuchtMicroalgae cultivation device
22: Gehäusecasing
2121: SeitenwandSide wall
210210: Auslauföffnung (in Seitenwand), aktivOutlet opening (in side wall), active
211211: Auslauföffnung inaktiv/verschlossenOutlet opening inactive / closed
2222: Deckeblanket
220220: Einlauföffnung (in Decke)Inlet opening (in ceiling)
221221: Einlauföffnung, inaktiv/verschlossenInlet opening, inactive / closed
2323: vertikale Plattenvertical plates
2424: longitudinale Trennwandlongitudinal partition
2525: laterale Trennwandlateral partition
2828: lichterzeugendes Elementlight-generating element
1010: Kaskadecascade
3030: Beinelegs
4040: Auffangtrichterreceiving hopper
55: Pumpepump
5050: Hauptleitungmain
501501: Abzweigungdiversion
502502: VereinigungUnion
66: Separiervorrichtungseparating
6060: Nebenleitungsecondary line
77: Anreicherungsvorrichtungconcentrator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008026829 A1 [0005]DE 102008026829 A1 [0005]
WO 2015/032389 A1 [0005]WO 2015/032389 A1 [0005]
WO 2015/032389 [0005]WO 2015/032389 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Gewinnung von Phytoplankton (Mikroalgen), umfassend: - ein Gehäuse (2) aus Boden (20), Seitenwänden (21) und Decke (22), welches von einer - Nährstofflösung durchströmt ist, - vertikal ausgerichtete, parallel zueinander stehende, voneinander beabstandete Platten (23), welche im Inneren des Gehäuses (2) alternierend am Boden (20) und an der Decke (22) befestigt sind, so dass sich eine vertikal mäanderförmige Strömung ausbildet, und - Beleuchtungsmittel (28), welche künstliches und/oder natürliches Licht in das Innere des Gehäuses (2) bringen, gekennzeichnet durch - vertikal ausgerichtete, parallel zueinander stehende, voneinander beabstandete Longitudinalwände (24), welche im Wesentlichen senkrecht auf den Platten (23) stehen und das Innere des Gehäuses (2) in zwei oder mehr lateral nebeneinander liegende Kammern (23) unterteilen, wobei die Kammern über Öffnungen (240) in den Longitudinalwänden (24) in fluider Kommunikation stehen, - Öffnungen (210, 220) in der Decke (22) und/oder den Seitenwänden (21).Device for obtaining phytoplankton (microalgae), comprising: - a housing (2) consisting of floor (20), side walls (21) and ceiling (22), through which a nutrient solution flows, - vertically aligned, mutually parallel, from each other spaced plates (23) which are fixed in the interior of the housing (2) alternately on the bottom (20) and on the ceiling (22), so that a vertical meandering flow is formed, and - lighting means (28), which artificial and / or bring natural light into the interior of the housing (2), characterized by - vertically aligned, mutually parallel, spaced apart longitudinal walls (24) which are substantially perpendicular to the plates (23) and the interior of the housing (2) divide two or more laterally adjacent chambers (23), the chambers being in fluid communication via openings (240) in the longitudinal walls (24), openings (210, 220 ) in the ceiling (22) and / or the side walls (21).

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden eine rechteckige Grundfläche, insbesondere eine mit einem Seitenverhältnis von 1:1 oder 2:1 aufweist.Device after Claim 1 , characterized in that the bottom has a rectangular base, in particular one with an aspect ratio of 1: 1 or 2: 1.

Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Beine, welche an der Unterseite der Vorrichtung befestigt sind.Device after Claim 1 or 2 characterized by legs attached to the underside of the device.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einlauföffnung (220) in der Decke (22), insbesondere eine Einlauföffnung mit einem rechteckigem Querschnitt, vorhanden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that an inlet opening (220) in the ceiling (22), in particular an inlet opening with a rectangular cross-section, is present.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Auslauföffnung (210) in einer Seitenwand (21), insbesondere einer Öffnung rechteckigen Querschnitts, welche mit einer Seite an die Decke (22) angrenzt.Device according to one of the preceding claims, characterized by an outlet opening (210) in a side wall (21), in particular an opening of rectangular cross-section, which adjoins the ceiling (22) with one side.

Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Breite der Einlauföffnung (220) größer oder gleich einer Breite der Auslauföffnung (210) ist.Device after Claim 4 and 5 , characterized in that a width of the inlet opening (220) is greater than or equal to a width of the outlet opening (210).

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Einlauföffnung (220) und Auslauföffnung (210) auf gegenüberliegenden Stirnseiten der Vorrichtung (1) liegen.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet opening (220) and outlet opening (210) lie on opposite end sides of the device (1).

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Ein- und Auslauföffnungen (210, 220) sowie Mittel zum Verschließen aller dieser Öffnungen bis auf je eine vorhanden sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of inlet and outlet openings (210, 220) and means for closing all these openings except for one each are present.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Lateraltrennwände (25) vorhanden sind, welche sich vorwiegend in lateraler Richtung erstrecken und das Gehäuseinnere in mehrere, in longitudinaler Richtung hintereinander liegende Kammern unterteilen, die über in den Trennwänden (25) vorhandenen Öffnungen (250) in fluider Kommunikation stehen, wobei in jeder Trennwand (25) mindestens eine Öffnung (250) vorhanden ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that lateral partition walls (25) are present, which extend predominantly in the lateral direction and divide the interior of the housing into a plurality of chambers arranged one behind the other in the longitudinal direction, which openings (16) present in the partitions (25). 250) are in fluid communication, wherein in each partition wall (25) at least one opening (250) is present.

Anordnung zur Gewinnung von Phytoplankton (Mikroalgen), umfassend: - mindestens eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, - eine Pumpe (5) und eine Hauptleitung (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen (1) in Reihe zusammengeschaltet sind, indem sie vertikal gestaffelt und in horizontaler Richtung so angeordnet und so zueinander ausgerichtet sind, dass mit Ausnahme einer ersten und einer letzten Vorrichtung (1) die Nährlösung aus einer Auslauföffnung (210) einer Vorrichtung (1) in eine Einlauföffnung (220) einer nächsten Vorrichtung (1) über eine Kaskade (10) fließt, und aus der Auslauföffnung (210) der letzten Vorrichtung austretenden Nährlösung aufgefangen und durch die Hauptleitung (50) der Pumpe (5) zugeführt ist, und die Nährlösung mittels der Pumpe und ausgangsseitig an die Pumpe angeschlossene weitere Leitungen (50) in die Einlauföffnung der ersten Vorrichtung gefördert ist, so dass ein geschlossener Kreislauf entsteht.Arrangement for obtaining phytoplankton (microalgae), comprising: - at least one device according to one of the Claims 1 to 9 , - a pump (5) and a main line (50), characterized in that the devices (1) are connected in series by being staggered vertically and arranged in the horizontal direction and aligned with each other, except for a first and a last device (1) the nutrient solution from an outlet opening (210) of a device (1) in an inlet opening (220) of a next device (1) via a cascade (10) flows, and emerging from the outlet opening (210) of the last device Nutrient solution is collected and fed through the main line (50) of the pump (5), and the nutrient solution by means of the pump and the output side connected to the pump further lines (50) is conveyed into the inlet opening of the first device, so that a closed circuit is formed.

Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Hauptleitungen (50) eine Abzweigung (501) einer Nebenleitung (60) vorhanden ist, über welche zumindest ein Teil die Nährlösung zu einer Separationsvorrichtung (6) zum Separieren der Nährlösung von den darin gewachsenen Mikroalgen zugeführt ist, und die so von Mikroalgen getrennte Nährlösung ggf. über eine weitere Nebenleitungen (50) wieder der Hauptleitung (50) zugeführt ist.Arrangement according to Claim 10 characterized in that in one of the main lines (50) there is a branch (501) of a secondary line (60) via which at least part of the nutrient solution is fed to a separation device (6) for separating the nutrient solution from the microalgae grown therein, and the nutrient solution thus separated from microalgae is optionally returned to the main line (50) via a further secondary line (50).

Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikale Stafflung der Vorrichtungen (1) durch unterschiedliche Beinlängen erreicht ist.Arrangement according to Claim 10 or 11 , characterized in that the vertical stafflung of the devices (1) is achieved by different leg lengths.

Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in einer der Hauptleitungen (50) oder der Nebenleitungen (60) eine Vorrichtung (7) zum Anreichern der Nährlösung mit CO2 und/oder Nährstoffen sowie zum Abreichern von O2 vorhanden sind.Arrangement according to one of Claims 10 to 12 , characterized in that in one of the main lines (50) or the secondary lines (60), a device (7) for enriching the nutrient solution with CO2 and / or nutrients and for depleting O2 are present.

Verfahren zum Betreiben einer Anordnung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass i) Nährlösung schwerkraftgetrieben auf vertikal und horizontal mäanderförmigen Bahnen durch die in Reihe geschalteten Vorrichtungen (1) strömt, und dabei über freie Kaskaden (10) von einer in eine nächste Vorrichtung fließt, ii) aus der Austrittsöffnung (220) einer letzten Vorrichtung der in Reihe geschalteten Vorrichtungen (1) fließenden Nährlösung über eine Hauptleitung (50) zu einer Pumpe (5) geleitet wird, iii) mittels der Pumpe (5) die Nährlösung gegen die Schwerkraft nach oben in die Einlauföffnung (210) einer ersten der in Reihe geschalteten Vorrichtungen (1) gefördert wird. Method for operating an arrangement according to one of Claims 10 to 13 , characterized in that i) nutrient solution flows in a gravity-driven manner on vertical and horizontal meander-shaped paths through the devices (1) connected in series, thereby flowing from one to a next device via free cascades (10), ii) from the outlet opening (220) a nutrient solution flowing through a main line (50) to a pump (5), iii) by means of the pump (5) the nutrient solution against the force of gravity upwards into the inlet opening (210) of a last device of the devices (1) connected in series first of the series connected devices (1) is conveyed.

Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Schritte ausgeführt werden: a. ein Teil der Nährlösung wird an einer Abzweigung (501) zur Abseparation von Phytoplankton (Mikroalgen) einer Separationsvorrichtung (6) zugeführt, b. das Phytoplankton (die Mikroalgen), werden in der Separationsvorrichtung (6) von der Nährlösung getrennt, und c. ggf. wird die Nährlösung wieder dem Hauptkreislauf zugeführt.Method according to the preceding claim, characterized in that in addition the steps are carried out: a. a part of the nutrient solution is fed to a separation device (6) at a diversion (501) for the separation of phytoplankton (microalgae), b. the phytoplankton (the microalgae) are separated from the nutrient solution in the separation device (6), and c. if necessary, the nutrient solution is returned to the main circuit.