DE10322111A1

DE10322111A1 - Outdoor-Photobioreaktor

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Publication number: DE10322111A1
Application number: DE2003122111
Authority: DE
Original assignee: BACKHAUS JAN O; Backhaus Jan O Prof Dr
Current assignee: BACKHAUS JAN O; Backhaus Jan O Prof Dr
Priority date: 2003-05-10
Filing date: 2003-05-10
Publication date: 2004-12-02

Abstract

Photobioreaktoren werden zur Produktion phototropher Organismen verwendet, die viele Stoffe für kosmetische, pharmazeutische und Nahrungszwecke zur Verfügung stellen oder zu chemischen Reinigungszwecken eingesetzt werden. Ein bekannter Outdoor-Photobioreaktor nutzt ein speziell angereichertes Nährmedium in einem künstlichen Umlauf in geschlossenen Reaktionsräumen, auf die von außen die Sonne einstrahlt. Zur Erhöhung der Produktivität und Flexibilität weist der erfindungsgemäße Outdoor-Photobioreaktor (1) einen berandungslosen Reaktionsraum (6) auf, der von einer Gerüststruktur (2) in einem offenen, natürlichen Gewässer (7) aufgespannt wird. In einem Beleuchtungsmodus mit natürlicher Zirkulation und künstlicher Beleuchtung weist die Gerüststruktur (2) eine Beleuchtungseinrichtung (3), insbesondere in Form vieler einzelner Lichtquellen (4), in einem Zirkulationsmodus mit natürlicher Beleuchtung und künstlicher Zirkulation hingegen Pumpen auf, wobei eine Kombination der Mittel möglich ist. Somit werden vorwiegend natürliche Ressourcen in Form des Nährmediums (8) und Licht- und/oder Zirkulationsenergie auf einfache und flexible Weise genutzt. Bevorzugt kann der Outdoor-Photobioreaktor (1) mit autonomen Versorgungseinrichtungen und als Selbstfahrer ausgebildet und in extratropischen und tropischen Meeren angeordnet sein.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Outdoor-Photobioreaktor zur Vermehrung phototropher mariner Organismen in einem Nährmedium mit zumindest einem vom Nährmedium durchströmten und von Wasser umgebenen Reaktionsraum und einer in den Reaktionsraum einstrahlenden Beleuchtungseinrichtung sowie einer Stromversorgungs- und einer Steuerungseinrichtung für den Betriebsablauf.

Photobioreaktoren werden zur schnellen und kostengünstigen Produktion phototropher Organismen in unterschiedlichen Größen, insbesondere Mikroorganismen wie Algen und bestimmte Bakterien, verwendet. Durch die Produktion wird CO₂ als Reaktionsgas konsumiert und damit unter Anderem eine umweltentlastende Wirkung erzielt. Die erzeugten Mikroalgen können eine Vielzahl von Stoffen zur Verfügung stellen, die kosmetischen, pharmazeutischen und allgemein Nahrungszwecken an verschiedenen Stellen der Nahrungskette dienen. Allgemein eignen sich durch Lichteinwirkung vermehrbare Organismen also zur Nahrungs- und Rohstoffproduktion. Ferner werden bestimmte Organismen zum Abbau von Schwermetallen oder zur Gewässerreinigung eingesetzt. Durch die massenhafte Vermehrung gezielt genetisch veränderter Organismen können wesentliche Grundstoffe, wie z.B. Fettsäuren und Proteine oder die sie katalysierenden Enzyme und RNA, angereichert werden. Bei der Klassifizierung von Photobioreaktoren werden bezüglich ihrer Konstruktion offene und geschlossene Systeme, bezüglich ihres Einsatzortes Indoor- und Outdoor-Anlagen unterschieden. Der Standardfall ist der offene Indoor-Photobioreaktor, bei dem das Reaktionsgas ständig von außen zugeführt und zum Beispiel Sauerstoff nach außen abgeführt wird. In den seltenen geschlossenen Photobioreaktoren befindet sich das Gas in einem geschlossenen Kreislauf. Dabei kann es sich um CO₂ mit besonders teuren Kohlenstoff-14- oder Kohlenstoff-15-Isotopen handeln, deren Verlust an die Atmosphäre vermieden werden muss. Indoor-Photobioreaktoren sind mit allen zusätzlichen Einrichtungen nicht freiluftfest und im Inneren von Gebäuden angeordnet. Outdoor-Photobioreaktoren sind wetterfest, weisen in der Regel gegenüber Indoor-Photobioreaktoren größere Abmessungen auf und können auf dem Land oder in Gewässern arbeiten. In allen Photobioreaktoren ist die Grundfunktion, Biomasse durch Photosynthese, d.h. durch die Zuführung von Kohlenstoff und anderen Elementen und Spurenstoffen unter Einfluss von Licht zu erzeugen, jedoch gleich.

Photobioreaktoren bestehen allgemein aus dem eigentlichen Reaktionsraum, in dem die Zellvermehrung der Organismen stattfindet, und den peripheren Versorgungseinrichtungen zur Aufrechterhaltung und Steuerung eines mehr oder weniger automatisierten Produktionsablaufs. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Entwicklungen von Photobioreaktoren geht es in erster Linie um die Lichtverteilung im Reaktionsraum. Mit zunehmender Dichte der Biomasse nimmt die Lichtintensität durch Absorption und gegenseitige Beschattung in der Tiefe ab, sodass die Produktion behindert wird. Andererseits führt eine übermäßige Lichtexposition der Organismen zur Photoinhibition, d.h. zur Abnahme der Produktion durch Schutzmaßnahmen der Organismen vor zu intensiver Bestrahlung. Die Führung der Biomasse in einem strömenden Nährmedium in transparenten Röhren mit geeigneten Beleuchtungseinrichtungen zur Lenkung der natürlichen oder auch künstlichen Lichteinstrahlung in den Reaktionsraum ist daher von entscheidender Bedeutung, um eine Schichtung in Zonen zu hoher Lichtintensität, idealer Beleuchtung und Lichtmangel im Reaktionsraum zu vermeiden.

Aus der DE 199 16 597 A1 (Photobioreaktor mit verbessertem Lichteintrag durch Oberflächenvergrößerung, Wellenlängenschieber oder Lichttransport) ist es bekannt, die Lichtverteilung im Reaktionsraum eines Indoor-Photobioreaktors durch Vergrößerung der transparenten Wandfläche unter Beibehaltung der Gesamt-Kantenlängen des abgeschlossenen Reaktionsraumes zu verbessern. Dies wird erreicht, indem die Wandung auf verschiedene Weise vielfach gefaltet wird. Unterstützt wird die gleichmäßige Lichtexposition der Biomasse durch den Einbau von Führungsflächen, um die Durchmischung im Betrieb zu optimieren. Dabei können gläserne, mit der transparenten Wandung des Reaktionsraums verbundene Führungsflächen die Lichtverteilung durch ihre Prismenwirkung noch verbessern. Die DE 297 07 043 U1 (Photobioreaktor) beschreibt eine Anordnung mit einem Indoor-Reaktionsraum aus transparentem Rohr, das um eine konische Aufnahme gewickelt ist. Diese Form begünstigt die Aufnahme von Tageslicht. Darüber hinaus wird das Innere der Form über eine oben angeordnete Sammellinse und einen unten angeordneten Reflektor zur Tageslicht-Beleuchtung des Reaktorrohrs von innen ausgenutzt. Ferner kann für lichtschwache Zeiten im Inneren der Form eine Lampe geeigneten Wellenlängenspektrums zugeschaltet werden, die wiederum über den Reflektor ihr Licht optimal verteilt. Ein solcher Reaktionsraum aus transparentem Rohr wird in der DE 38 88 274 T2 (Vorrichtung zur intensiven und kontrollierten Herstellung von Mikroorganismen durch Photosynthese) für einen Outdoor-Photobioreaktor, von dem die vorliegende Erfindung als nächstliegendem Stand der Technik ausgeht, dahingehend weitergebildet, dass er eben ausgebreitete Rohrgebinde aufweist, die einzeln oder als Farm einer Vielzahl solcher Reaktionsräume auf einer umgebenden Wasserfläche schwimmend ausgebreitet sind. Bei diesem bekannten Outdoor-Photobioreaktor wird die Beleuchtungseinrichtung von der Sonne gebildet, die auf die auf der Wasserfläche schwimmenden Reaktionsräume einstrahlt. Ein paralleles, mit Wasser aus der Umgebung flutbares Rohrsystem sorgt dafür, dass die Reaktionsräume, die von einem vom umgebenden Wasser vollständig getrennten Nährmedium, das zu vermehrende Organismen aller Arten, also auch marine Mikroorganismen, enthalten kann, durchströmt werden, beliebig absenkbar und somit in Lichtintensität und Kühlung variierbar sind, um die Prozesstemperatur zu steuern und gegebenenfalls drohende Photoinhibition zu vermeiden. Somit dient das den Reaktionsraum nur umgebende und sich nicht mit diesem austauschende Wasser ausschließlich der Steuerung des Produktionsablaufes im Photobioreaktor.

Allen vorgestellten Photobioreaktoren ist gemeinsam, dass der Reaktionsraum ein durch Wandungen fest begrenztes Gefäß, insbesondere ein transparentes Rohrgebilde ist, das von einem Nährmedium unter Einsatz eines Pumpensystems durchströmt wird. Somit sind die zu vermehrenden Organismen speziell in das Nährmedium einzubringen. Weiterhin unterliegen ihre peripheren Versorgungseinrichtungen keiner besonderen räumlichen Anordnung und befinden sich hauptsächlich außerhalb des Reaktionsraums, wodurch entsprechende Versorgungsleitungen und Trägereinheiten erforderlich sind. Dies gilt insbesondere für die Beleuchtungseinrichtung, die sich immer außerhalb des Reaktionsraumes befindet und damit an Einstrahleffektivität verliert. Mit solchen Anordnungen wird der Zweck verfolgt, vom Labormaßstab bis zu industriellen Kategorien Biomassen für unterschiedlichste Verwendungen in einer auf die jeweilig gewünschten Bedingungen optimierten, künstlichen Umgebung zu produzieren. Der abgeschlossene Reaktionsraum dient dabei der Verhinderung von unerwünschten Kontaminationen aller Art, der optimalen Ausnutzung bei der Beaufschlagung mit den Reaktionsgasen und der besseren Handhabbarkeit bei Heizung, Kühlung und Steuerung der Belichtung Dabei stellt der geschlossene Reaktionsraum aber auch immer eine konkrete Begrenzung für die Produktivität des Photobioreaktors dar und muss zudem noch regelmäßig intensiven Reinigungsmaßnahmen unterzogen werden. Desweiteren muss ein spezielles Pumpensystem zur Strömungserzeugung für das Nährmedium zur Verfügung gestellt werden. Trotz dieser relativ aufwändigen und damit kostenintensiven Maßnahmen liefern bekannte Outdoor-Photobioreaktoren jedoch keine optimalen Produktionsergebnisse, da die geschilderten Probleme, insbesondere das Beleuchtungs- und das Reinigungsproblem, bislang nicht befriedigend gelöst werden konnten.

Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Outdoor-Photobioreaktor der eingangs beschriebenen Art so auszubilden, dass er trotz bedeutsamer Vereinfachungen der nachhaltigen Intensivierung der Vermehrung phototropher mariner Organismen dient. Dabei sollen insbesondere die angesprochenen Beleuchtungs- und Reinigungsprobleme gelöst werden, sodass der erfindungsgemäße Outdoor-Photobioreaktor besonders einfach und kostengünstig in seinem Aufbau und in seinem Produktionsbetrieb ausgebildet ist. Als Lösung für diese Aufgabe ist ein gattungsgemäßer Outdoor-Photobioraktor dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum von zumindest einer Gerüststruktur als freier Wasserkörper ohne Begrenzungswände in einem natürlichen Gewässer als Nährmedium aufgespannt und von einer vertikalen Zirkulationsströmung durchströmt wird, wobei die Gerüststruktur zumindest auch die Stromversorgungs- und die Steuerungseinrichtung trägt und auf dem Gewässerboden verankert ist.

Der erfindungsgemäße Photobioreaktor stellt aufgrund der Nutzung natürlicher Ressourcen eine wirksame Lösung des genannten Aufgabenkomplexes dar. Mit ihm wird auf relativ einfache Weise eine nachhaltige Erhöhung der Primärproduktion phototropher mariner Biomasse insbesondere in der kälteren Jahreszeit erreicht, wodurch die gesamte Nahrungskette bis zum Nutzfisch bzw. der Ertag der Ernte von für andere Zwecke benötigten Planktons angeregt wird. Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem der Reaktionsraum mittels durch transparente Rohre gebildete künstliche Wandungen begrenzt wird, stellt bei dem erfindungsgemäßen Outdoor-Photobioreaktor das offene, natürliche Gewässer selbst den eigentlichen Reaktionsraum ohne feste Begrenzungswände dar. Er wird in seinen Abmaßen als freier Wasserkörper ausschließlich durch die Gerüststruktur aufgespannt, wobei unter dieser Begriffswahl eine räumliche Definition des Reaktionsraumes, der nicht durch feste Begrenzungswände definierbar ist, zu verstehen ist. Es findet also eine intensive Vermischung des den Reaktionsraum aus dem Stand der Technik bekannten nur umgebenden Wassers und des Nährmediums statt. Dabei bildet das umgebende Wasser nunmehr in vorteilhafter Weise selbst das Nährmedium und durchströmt den Reaktionsraum, sodass eine spezielle Anreicherung des Nährmediums mit zu vermehrenden Organismen entfällt und automatisch die bereits im natürlichen Wasser enthaltenen phototrophen Organismen vermehrt werden können. Somit entfällt auch das Überwachungs- und Steuerungsproblem bezüglich der ständigen Erneuerung des Nährmediums, weil im offenen Gewässer das Nährmedium mit den zu vermehrenden Organismen und dem Nährmittel, beispielsweise Nährsalze, unbegrenzt zur Verfügung gestellt werden. Anders als bei dem bekannten Outdoor-Photobioreaktor, der durch die Fixierung der verschiedenen Versorgungseinrichtungen immer am Rand eines künstlichen Gewässers festgehalten wird, kann der erfindungsgemäße Outdoor-Photobioreaktor im völlig freien Gewässer, beispielsweise auf hoher See, an nahezu beliebigen Plätzen mit optimalem Nährmedium und optimalen Strömungsverhältnissen, eingesetzt werden. Zur Verhinderung von Abdrift des Photobioreaktors von seinem Zielort durch Wind und/oder Strömungen ist dieser vorteilhaft mit einer Verankerung am Gewässerboden gesichert.

Dabei kann der Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung in zwei unterschiedlichen Betriebsmodi arbeiten, die mit unterschiedlichen, aber prinzipiell auch gleichen Konstruktionen in unterschiedlicher Aktivierung durchgeführt werden können. In beiden Betriebsmodi wird der Reaktionsraum, also das „Gewächshaus" zur Vermehrung der Organismen, durch die von einer Strömung durchzogenen Gerüststruktur aufgespannt und das natürliche Organismen- und Nährmittel-Reservoir des Gewässers genutzt. In dem einen Betriebsmodus, zur besseren Unterscheidung im Folgenden „Beleuchtungsmodus" genannt, ist gemäß einer ersten Ausgestaltung des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung der Reaktionsraum als freier Wasserkörper in einem extratropischen Meer als offenes Gewässer mit einem von der Gewässeroberfläche nach unten ansteigenden Temperaturgradienten ausgebildet ist, in dem die vertikale Zirkulationsströmung natürlich erzeugt ist. Weiterhin besteht die Beleuchtungseinrichtung aus einer Vielzahl von künstlichen Lichtquellen, die in einer räumlichen Verteilungsmatrix an der Gerüststruktur angeordnet sind. Im Beleuchtungsmodus erfolgt somit eine Verstärkung des Lichtangebotes in Anwesenheit natürlicher Konvektion und Turbulenz in einem extratropischen Meer. In dem anderen Betriebsmodus, zur besseren Unterscheidung im Folgenden „Zirkulationsmodus" genannt, sieht eine alternative Erfindungsausgestaltung hingegen vor, dass der Reaktionsraum als freier Wasserkörper in einem tropischen Meer als offenes Gewässer mit einem von der Gewässeroberfläche nach unten abfallenden Temperaturgradienten ausgebildet ist, in dem die vertikale Zirkulationsströmung künstlich durch Heraufpumpen kalten Tiefenwassers mittels Pumpen, die an der Gerüststruktur angeordnet sind, erzeugt wird, und dass die Beleuchtungseinrichtung von der natürlichen Sonneneinstrahlung gebildet wird. Im künstlichen Zirkulationsmodus erfolgt somit eine Verstärkung von Konvektion und Turbulenz in einem tropischen Meer unter Anwesenheit eines natürlichen Lichtangebotes. Für die Realisierung des jeweiligen Modus sind unterschiedliche konstruktive Elemente erforderlich, wobei eine Ausstattung für den Beleuchtungsmodus auch den Betrieb des Zirkulationsmodus und umgekehrt erlaubt. Nach einer weiteren Erfindungsausbildung ist es deshalb für einen besonders flexiblen Einsatzbetrieb vorteilhaft, wenn bei dem Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung sowohl die für den Beleuchtungsmodus als auch die für den Zirkulationsmodus erforderlichen konstruktiven Elemente vorgesehen sind. Somit kann der Beleuchtungsbetrieb auch bei nicht ausreichender natürlicher Zirkulationsströmung gefahren werden, indem die Pumpen zugeschaltet werden, und der Zirkulationsbetrieb auch bei nicht ausreichender natürlicher Beleuchtung gefahren werden, indem die Beleuchtungseinrichtung zugeschaltet wird. Die entsprechende Zuschaltung kann insbesondere automatisch und in Abhängigkeit von entsprechend erfassten aktuellen Messdaten erfolgen.

SUPMARE (Sustainable Utilisation and Production of MARine Resources and Energy), ein Projekt zur nachhaltigen Verwendung und Produktion mariner Resourcen und Energie. Es ist bekannt, dass von im Winter künstlich beleuchteten Gewächshäusern eine Ertragssteigerung zu erwarten ist. Das SUPMARE-Projekt plant, ein „Gewächshaus" im offenen Meer zur Steigerung der Primärproduktion mariner Organismen zu betreiben. Das virtuelle Gewächshaus existiert bereits und wird durch die winterliche Konvektionsströmung gebildet. Man muss nur noch das Licht einschalten. Den wissenschaftlichen Hintergrund zum SUPMARE-Projekt bilden Beobachtungen, Untersuchungen und Berechnungen der durch den im Winter und frühen Frühjahr verstärkten und von der Wasseroberfläche in die Tiefe ansteigenden Tempraturgradienten hervorgerufene Konvektionsströmungen in den Ozeanen der gemäßigten Zonen. Von den Meeresbiologen wurde in der Vergangenheit lediglich eine Abnahme der Plankton-Konzentration im Winter beobachtet. Dabei wurde der Effekt der thermisch angetriebenen vertikalen Bewegung großer Wasserkörper übersehen. Die Bewegung erreicht je nach den Bedingungen einige hundert Meter, kann aber durchaus auch bis in mehrere tausend Meter Tiefe reichen. Dadurch wird aber das Plankton auf wesentlich größere Räume verteilt und die Konzentration nimmt ab. Das Projekt möchte nun im Winter photosynthetisch aktive Lichtstrahlung in die Tiefen unterhalb der im Sommer Plankton führenden Deckschicht bringen und so die Produktion auch in der kalten Jahreszeit aufrechterhalten. Hiervon wird letztlich eine nachhaltige Steigerung der Fischproduktion zum Nutzen für die menschliche Ernährung erwartet. Das Projekt umfasst auch eine Variante für tropische Meere, in denen keine Konvektion herrscht und die Primärproduktion durch feste Wasserschichtungen sehr gering ist. Hier wird das hohe Angebot regenerierbarer Energie dazu genutzt, die Schichtung durch Umpumpen von Tiefenwasser zu erodieren und so die zu vermehrenden Organismen in vom Tageslicht durchleutete Zonen zu bringen.

Das Projekt bietet Möglichkeiten zur Zucht von zu Ernährungszwecken attraktiven Makroalgen, zur Energiegewinnung und kann auch gewinnbringend für touristische Zwecke ausgebeutet werden, indem z.B. die komplette Vorrichtung als ein auch zur Personenbeförderung geeignetes und am Einsatzort durch Fluten von Ballasttanks in senkrechte Position aufrichtbares, schiffsähnliches Fahrzeug geplant ist. Darüberhinaus kann der über die Wasseroberfläche ragende Teil der Vorrichtung als Wetterstation der Meteorologie und Ozeanographie zu besseren Ergebnissen verhelfen.

Die extratropischen Meere unterscheiden sich von den tropischen Meeren durch die Ausbildung ihres Temperaturgradienten über die Wasserschichten. Bei einem extratropischen Meer nimmt die Temperatur von der Wasseroberfläche zu tiefer liegenden Wasserschichten hin zu. Dieser Effekt tritt besonders stark in den kalten Jahreszeiten auf, in denen die Wasseroberfläche eine Temperatur in der Nähe des Gefrierpunktes aufweist, und erzeugt eine starke vertikale Zirkulationsströmung, die einen guten vertikalen Stoffaustausch zwischen den einzelnen Wasserschichten gewährleistet. Somit kann zur Produktionssteigerung der im Winter tief reichenden konvektiven Mischzone in einem offenen, natürlichen Gewässer durch die räumliche Verteilung vieler einzelner Lichtquellen ein zusätzliches Angebot an photosynthetisch aktiver Strahlung bereitstellt werden.

Über diese natürliche, starke, vertikale Zirkulationsströmung wird in Veröffentlichung I (von Jan O. Backhaus. et al. "Phyto-Convection – on the role of oceanic convection in primary production", Marine Ecology Progress Series, Vol. 189, pp 77–92, 1999) und Veröffentlichung II (von Jan O. Backhaus et al.: „Convection and primary production in winter", Marine Ecology Progress Series, Vol. 251, pp 1–14, published 2003 April 11,) berichtet. Im offenen Meer und in den Schelfgebieten der Kontinente wird die natürliche Primärproduktion von phototrophen marinen Organismen als Biomasse in der kälteren Jahreszeit durch die natürliche Konvektion im Wasserkörper sehr begünstigt. Angetrieben durch die atmosphärische Abkühlung der Meeresoberfläche wird die gesamte konvektive Mischzone von vertikalen Umlaufbewegungen erfasst. In den nicht tropischen Meeren kann diese konvektive Mischzone (CML, Convective Mixed Layer) von der Oberfläche bis zu mehreren tausend Meter Tiefe reichen. Die Umlaufbewegungen transportieren dabei das dort beheimatete Plankton auf und ab. Überraschend starke Aufwärtsbewegungen sorgen dafür, dass das Plankton die durchleuchtete Zone nahe der Wasseroberfläche regelmäßig durchläuft und so täglich mindestens einmal der photosynthetisch aktiven Strahlung (PAR; Photosynthetic Active Radiation) ausgesetzt wird. Interessanterweise bleiben die Umlaufzeiten unabhängig von der Tiefe der CML im Großen und Ganzen konstant. Dieser Umstand wird mit dem höheren Energieniveau der Konvektionsbewegung erklärt, das von den aufgrund der atmosphärischen Abkühlung von der Oberfläche hinunter in größere Tiefen stärker beschleunigt absinkenden Wasserblasen hervorgerufen wird. Auf diese Weise wird im Winter trotz der geringeren Lichtintensität und damit der Lichteindringtiefe annähernd dieselbe Menge Biomasse erzeugt wie im Sommer bei aufgrund der höheren Temperatur an der Meeresoberfläche fehlender Konvektion. Die Winterproduktion hat dabei allerdings den Nachteil der Verteilung auf wesentlich größere Wassermengen, d.h. der geringeren Konzentration. Damit ist das Nahrungsangebot für die Lebewesen an höherer Stelle in der marinen Nahrungskette im Winter deutlich schwieriger zu erreichen als im Sommer, d.h. dass letztlich die Fischproduktion stockt. Der Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung bietet hier eine wirksame Abhilfe an, sodass in seinem aufgespannten Reaktionsraum auch im Winter eine Biomasse- und damit Fischproduktion nach Sommerverhältnissen stattfinden kann. Dieser Vorteil kann dann wirtschaftlich entsprechend ausgenutzt werden.

In einem tropischen Meer nimmt die Temperatur hingegen zu tieferen Wasserschichten hin ab. Weite Teile des offenen tropischen und Teile des sub-tropischen Ozeans werden als 'Wüste' betrachtet, da dort marines Leben, insbesondere Plankton, nur in geringer Menge vorkommt. Der Grund ist eine permanente thermische Deckschicht, die durch solare Einstrahlung erzeugt und aufrecht erhalten wird. Die Deckschicht ist zum angrenzenden unterliegenden Ozean durch einen starken Temperatursprung, genannt Thermokline, abgegrenzt, der einen vertikalen Austausch von Sauerstoff und Nährsalzen unterbindet. Es existiert demzufolge nur ein Minimum an Sauerstoff unterhalb der Deckschicht und nur ein Minimum an Nährsalzen innerhalb der Deckschicht. Die Thermokline wirkt darüber hinaus als Leiter für interne Wellen. Dieser als Grenzfläche wirkende Wellenleiter kann durch die Anwesenheit des schwimmenden Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung durchbrochen werden. Dies führt zu einer lokalen Anreicherung von Nährsalzen innerhalb der Deckschicht und zu einem Abbau des Sauerstoffminimums unterhalb der Deckschicht. Dabei erzeugt die Gerüststruktur des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung Turbulenzen und eine Brechung der internen Wellen in der Thermokline. Sie wird dadurch erodiert und die reichlich im unterliegenden Ozean vorhandenen Nährsalze werden in die Deckschicht eingemischt. Die Folge ist somit eine Ankurbelung der Primarproduktion in der Deckschicht, also eine Verstärkung des marinen Lebens, die letztlich auch Fisch betrifft. Im Zirkulationsmodus braucht durch den Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung somit keine Energie zur Produktion von Licht aufgewandt werden, das in niedrigen geografischen Breiten reichlich vorhanden ist. Die Energie wird in diesem Fall verwendet, um kaltes dichteres Tiefenwasser in die wärmere Deckschicht zu pumpen. Die daraus resultierende Konvektionsströmung verstärkt die gewünschte vertikale Stoffvermischung erheblich.

Im Beleuchtungsmodus ist die Beleuchtungseinrichtung mit einer Gerüststruktur kombiniert, die ebenfalls die für den Betrieb des Outdoor-Photobioreaktors notwendigen Stromversorgungs- und die Steuerungseinrichtung trägt. Dadurch wird ein kompakter Aufbau erzielt, der sich in der offenen See besonders gut handhaben lässt. Zusätzliche Versorgungseinrichtungen und Haltevorrichtungen entfallen. Im Stand der Technik wird zum bestimmungsgemäßen Betrieb des Outdoor-Photobioreaktors eine Reihe von weiteren Hilfseinrichtungen wie ein zur CO₂-Anreicherung benötigter Karbonator, Pumpen zur Umwälzung des Nährmediums (Biosubstrat) im fest berandeten Reaktionsraum, Vorratsbehälter, Versorgungsrohrleitungen, ein Entgaser zum Entzug des entstehenden Sauerstoffs, Ausgleichs- und Sammelbehälter und eine Einrichtung zum Rühren der Biomasse benötigt. Der erfindungsgemäße Outdoor-Photobioreaktor zeichnet sich auch dadurch aus, dass alle diese zusätzlichen Einrichtungen entfallen, da z.B. das Nährmedium durch die Konvektionsbewegung umgewälzt und durch die Meeresoberfläche das notwendige CO₂ zu- und der entstehende Sauerstoff abgeführt wird. Somit werden Aufbau, Handhabung und Wartung bedeutend vereinfacht. Der Ersatz des natürlichen Sonnenlichts durch eine künstliche Beleuchtungseinrichtung mit einer Vielzahl von einzelnen Lichtquellen im Beleuchtungsmodus stellt demgegenüber keinen bedeutsame Aufwandsvergrößerung dar, da es sich hierbei um relativ einfache Elemente handelt. Dabei können die eingesetzten Lichtquellen besonders effektiv arbeiten, da sie direkt im Reaktionsraum angeordnet sind. Der Stand der Technik kennt hier ausschließlich Anordnungen außerhalb des Reaktionsraumes.

Sowohl für die Einstellung der für den bestimmungsgemäßen Betrieb des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung erforderlichen Arbeitstiefe unterhalb der Gewässeroberfläche als auch für ein im Fall eines schweren Sturms notwendiges Absenken der Gerüststruktur in ungefährliche Wassertiefen kann nach einer nächsten Erfindungsfortführung vorteilhaft vorgesehen sein, dass mit Hilfe der Verankerung die Gerüststruktur in unterschiedlichen Gewässertiefen positionierbar ist. Dazu kann, wenn wie bei der nächsten Fortbildung vorgesehen, die Gerüststruktur über einen vertikalen Auftrieb verfügt, ein Grundgewicht über ein Seil mit dem Haltegerüst verbunden sein, das über eine steuerbare Aufwickelvorrichtung verfügt. Als vorteilhafte Weiterbildung des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung kann also auch vorgesehen sein, dass die verankerte Gerüststruktur durch zumindest je ein Auftriebs- und ein Abtriebselement vertikal in dem offenen Gewässer ausgerichtet wird. Die stabile vertikale Ausrichtung in der vertikal orientierten Zirkulationsströmung unterstützt im Beleuchtungsmodus die kontinuierliche Lichtversorgung und im Zirkulationsmodus die Durchströmung des gesamten Reaktionsraums. Dabei kann, nach einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung, das Auftriebselement von zumindest einem luftgefüllten Hohlkörper im Bereich des oberen Endes der Gerüststruktur unterhalb der Gewässeroberfläche gebildet werden. Ferner kann das Abtriebselement vorteilhaft von einem strömungsgünstig geformten Ballasttank im Bereich des unteren Endes der Gerüststruktur gebildet werden. Zur Einhaltung der Schwimmbedingung in der gewünschten Ausrichtung des schwimmenden Körpers im Wasser müssen sich die oben angreifenden Auftriebs- und die unten angreifenden Abtriebskräfte die Waage halten. Der dichte, am oberen Ende der vertikal ausgerichteten Gerüststruktur angeordnete und luftgefüllte Hohlkörper sorgt für die Position des oberen Endes nahe der Wasseroberfläche. Der am unteren Ende der Gerüststruktur angeordnete und mit Wasser geflutete Ballasttank sorgt für die Position des unteren Endes senkrecht unter dem oberen Ende des Haltegerüsts. Weiterhin kann sich das obere Ende der Gerüststruktur durch entsprechende Anbringung der Auftriebskörper auch oberhalb der Wasseroberfläche befinden. Das obere Ende kann dann nach einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorteilhaft von einem schiffsbugartig geformten Körper gebildet werden.

Schließlich kann als weitere vorteilhafte Weiterbildung des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung die Gerüststruktur mit dem schiffsbugartig geformten Körper am oberen Ende und dem strömungsgünstig geformten Ballasttank am unteren Ende in waagerechter Ausrichtung bei entlastetem Ballasttank schwimmfähig und mit einer Rudereinrichtung als Selbstfahrer ausgebildet sein, wobei zusätzlich mehrere Personen transportiert werden können. Die Grundlage für diese Ausgestaltung kann grundsätzlich in der Form der mobilen Meeresforschungseinrichtung FLIP (Floating Instrument Plattform, Marine Physical Laboratory of the Scripps Institution of Oceanography, University of California, San Diego, USA) gefunden werden. In der Veröffentlichung III (SIO FLIP Description, im Internet abrufbar unter http://www-mpl.ucsd.edu/facilities/flip/flip_description.html) wird FLIP als eine schiffsähnlich schwimmfähige, antriebslose Einheit dargestellt, die aus einem kurzen bugartigen Vorderteil und einem sehr langen rohrförmigen rückwärtigen Teil gebildet ist. Die Einheit wird zur Einsatzstelle verfahren und kann dort durch Fluten von am Ende des rückwärtigen Teils angeordneten Ballasttanks in den senkrechten Zustand gekippt werden. Stabilisiert wird eine Stellung von ca. 10% Länge oberhalb und ca. 90% Länge unterhalb der Wasseroberfläche mittels im am Anfang des rohrförmigen rückwärtigen Teils angeordneter luftgefüllter Auftriebskörper. Durch diese Konstruktion wird die Einheit ohne weitere Hilfsmittel relativ stabil in Position gehalten und zeigt durch das Hinabreichen in nicht von Wind und Wellen bewegte Tiefen sehr geringe Stampf- und Schlingerneigungen. Decks und Einrichtungen im bugartigen Vorderteil sind für beide Ausrichtungen nutzbar gestaltet. Die Einrichtung wird erfolgreich für ozeanographische, meeresbiologische und meteorologische Untersuchungen im offenen Meer eingesetzt. FLIP wurde 1962 in Dienst gestellt und ist die erste und einzige Einheit seiner Art geblieben. Der Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung profitiert von dieser Konstruktion, indem er für die Gerüststruktur eine ähnlich gestaltete, im Wasser aufrichtbare Form vorsieht. Der schiffsbugförmige vordere Teil dient nicht nur der Besatzung sondern lässt auch die Beförderung und Versorgung von Passagieren zu, und ist dafür mit in beiden Ausrichtungen nutzbaren Decks und kardanisch aufgehängten Ausrüstungsgegenständen ausgestattet. Ferner hat der vordere Teil neben der Bugfunktion in waagerechter Ausrichtung auch die Funktion der Aufnahme für die weiter unten beschriebenen Versorgungseinrichtungen. Er kann weitgehend geschlossen ausgeführt sein, um im aufgerichteten Zustand weniger Windwiderstand zu bieten. Der aufwändige rohrförmige Teil bei FLIP kann bei dem Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung durch den oben beschriebenen strömungsgünstig geformten Ballasttank als Abtriebselement am unteren Ende, zumindest ein Auftriebselement am oberen Ende und die Gerüststruktur als zentraler Mittelteil zur Verbindung ersetzt werden. Durch diesen müssen dann nur noch die für den Betrieb des Ballasttanks, der Auftriebskörper und weiter unten angebrachter Versorgungseinrichtungen, die im Weiteren beschrieben werden, erforderlichen Versorgungsleitungen geführt werden. Die Vorrichtung kann dann von der Gewässeroberfläche mehrere hundert Meter tief reichen und dennoch mit vertretbarem Aufwand die Schwimmbedingung einhalten und dabei in besonders stabiler Tiefenlage den Umweltbedingungen an der Wasseroberfläche ohne nennenswerte Auswirkungen ausgesetzt sein. Desweiteren sind einfache größere Ansammlungen solcher Vorrichtungen zusammenführbar, die dann eine gemeinsame Farm, beispielsweise in Atollform, bilden.

Im Beleuchtungsmodus ist zur möglichst gleichmäßigen Ausleuchtung des Reaktionsraums eine räumlich möglichst homogene Verteilungsmatrix wichtig. Im Zirkulationsmodus sorgt eine derartige Verteilungsmatrix hingegen für eine möglichst homogene Verwirbelung des Nährmediums im Reaktionsraum. Daher kann nach einer nächsten Fortführung der Erfindung vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Gerüststruktur eine zentrale Haltesäule und radiale Seitenarme in zumindest einer Radialebene aufweist. Dabei eignen sich die radialen Seitenarme sowohl zum Tragen der Beleuchtungseinrichtung als auch als Verwirbelungsarme. Dabei erzeugen auch die die Beleuchtungseinrichtung tragenden Radialarme eine Verwirbelung, sodass der für den Beleuchtungsmodus geeignete konstruktive Aufbau auch für den Zirkulationsmodus verwendet werden kann (mit oder ohne aktive Beleuchtungseinrichtung) Eine noch raumgreifendere Verteilungsmatrix kann durch die Anordnung mehrerer Radialebenen übereinander erreicht werden. Dabei kann die Verteilung der Lichtquellen an den Armen variieren. Für den Fall, dass der fertig montierte Outdoor-Photobioreaktor komplett mit seiner Gerüststruktur an seinen Einsatzort gebracht oder verfahren wird, müssen die konstruktiven Elemente derart verstaut werden, dass sie die freie Fahrt nicht behindern. Daher können in einer weiteren Erfindungsfortführung die radialen Seitenarme an die zentrale Haltesäule anklappbar sein. Die Verteilung der Arme an der zentralen Haltesäule muss dafür unter Berücksichtigung der im Beleuchtungsmodus angestrebten homogenen Lichtverteilung die Staubarkeit im angeklappten Zustand berücksichtigen. Im Beleuchtungsmodus wird die vertikale Zirkulationsströmung im Reaktionsraum des Photobioreaktors nach der Erfindung von dem in die Tiefe gerichteten Temperaturgradienten verursacht. Zur Aufrechterhaltung der Bioproduktion darf diese Bewegung nicht oder nicht wesentlich behindert werden. Der die Steilheit des Temperaturgradienten verringernde Wärmeeintrag unter Wasser durch die Beleuchtungseinrichtung muss daher so gering wie möglich gehalten werden. Daher können die Lichtquellen vorteilhaft als Leuchtdiodenarrays mit insbesondere photosynthetisch aktivem Lichtspektrum ausgebildet sein. Leuchtdiodenarrays haben bekanntlich ein besonders gutes Verhältnis von Lichtausbeute zu Verlustwärme. Als vorteilhafte Alternative kann das Licht in der Gerüststruktur erzeugt werden und über Glasfaserkabel auf die Radialarme verteilt werden. Dort befinden sich dann Reflektoren und Diffusoren, die gelegentlich durch Ultraschall gereinigt werden müssen.

Der Outdoor-Photobioreaktor nach der Erfindung kann im offenen Meer weit vor den kontinentalen Küsten in Gebieten ausreichender Wassertiefe zum Einsatz kommen. Zumindest zur Versorgung seiner Beleuchtungseinrichtung und seiner Steuerungseinrichtung muss daher eine Stromversorgungseinrichtung vorhanden sein, die den Standort angemessen berücksichtigt. Es kann daher in einer nächsten Erfindungsausgestaltung vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Stromversorgungseinrichtung zumindest einen autonom arbeitenden Stromerzeuger mit regenerierbarer Energie aufweist, der als Wind-, Strömungs-, Solar- oder Wellenhubgenerator oder als eine Kombination davon ausgebildet ist. Die genannten regenerierbaren Energieformen stehen auf dem Meer in hohem Maße zur Verfügung. Jahreszeitlich bedingt werden Wind-, Strömungs- und Wellenenergie oder Solarenergie überwiegen. In einer weiteren Erfindungsausgestaltung ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Windgenerator frei drehbar an einem umklappbaren Mast am oberen Ende des schiffsbugartig geformten Körpers angeordnet ist. Der umklappbare Mast kann so eingerichtet sein, dass er in beiden Ausrichtungen der Gerüststruktur senkrecht steht und der Windgenerator wirksam werden kann. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Strömungsgenerator drehbare, kardanisch an der Gerüststruktur aufgehängte Cord-Düsen aufweist. Die Cord-Düsen können in vertikaler Ausrichtung als turbinenartige Pumpen die vertikale Zirkulationsströmung künstlich erzeugen oder bei horizontaler Ausrichtung der Gerüststruktur als Navigations- oder Antriebsdüsen wirken. Ein Solargenerator in Form eines Solarpaneels kann am höchsten Punkt des oberen Endes der Gerüststruktur angeordnet sein. Es kann neigungsverstellbar sein und von einem richtungsabhängig wirkenden Sensor automatisch in die Sonne ausrichtbar sein. Im Fall der Überschreitung der maximal zulässigen Windgeschwindigkeit kann das Solarpaneel in eine Sicherungsstellung verfahren werden. Ein Wellenhubgenerator kann in der Wellenzone des säulenartigen Haltegerüsts angeordnet sein, so dass dessen „Rotor" sich im „Stator" wie ein Kolben im Zylinder geführt auf und ab bewegen und die Amplitude der Wellen ausnutzen kann. Dazu kann er mit dem Auftriebselement der Gerüststruktur verbunden sein oder eigene Auftriebselemente besitzen. Die Gerüststruktur kann und soll durch ihre Stationierung mit dem unteren Ende in unbewegter großer Tiefe gemeinsam mit der Verankerungseinrichtung dem Wellenhub nicht folgen. Dadurch wird ein Wellenhubgenerator sinnvoll, der schon von kleinen Dünungen an bis hin zu großen Wellenbewegungen in hervorragend umweltschonender Weise zur Stromerzeugung beisteuern kann. Ein vorgesehener Strömungsgenerator in Form von Cord-Düsen kann in beiden Betriebsmodi unterschiedliche Funktionen erfüllen. Im Beleuchtungsmodus kann er ebenfalls Strom zur Versorgung des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung erzeugen. Im Zirkulationsmodus kann er der Erzeugung der künstlichen Vertikalströmung dienen und dazu verwendet werden, Tiefenwasser in die Deckschicht zu pumpen. Dazu ist es vorteilhaft, wenn gemäß einer nächsten Erfindungsausgestaltung die Cord-Düsen in vertikaler Ausrichtung als turbinenartige Pumpen die vertikale Zirkulationsströmung künstlich erzeugen oder bei waagerechter Ausrichtung der Gerüststruktur als Navigations- oder Antriebsdüsen wirken. Das obere und untere Ende des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung stellen im Transportfall in horizontaler Lage Bug und Heck sowie einen unterbrochenen Kiel dar. Das Heck verfügt über eine Rudereinrichtung. In Bug und Heck können dann weitere drehbare Cord-Düsen als Steuerdüsen zur schnellen Veränderung der horizontalen Lage der Gerüststruktur wirken. Dies ist eine wichtige Sicherheitsmaßnahme, um möglichen Kollisionen auszuweichen. Die Cord-Düsen können, unter zusätzlicher Verwendung des Ruders im Heck auch dazu verwendet werden, die Gerüststruktur in waagerechter Ausrichtung so zu drehen, dass im Falle eines Sturmes der Bug immer in die Wellen zeigt. Angesichts der Länge der beschriebenen Konstruktion muss mit einer erheblichen vertikalen Veränderung (Scherung) der Strömungen gerechnet werden, sodass diese Maßnahmen empfehlenswert sind.

Auf dem Meer können Wind, Strömungen, Sonne und Wellen als Energiequelle mit hoher Konstanz, jedoch jahreszeitlich variabel vorausgesetzt werden. Für den Betrieb des Photobioreaktors nach der Erfindung ist es aber auch keineswegs ein Problem, wenn aufgrund ungewöhnlicher Wind-, Strömungs-, Wellen- und/oder Sonnenscheinarmut die Beleuchtungseinrichtung zeitweise vorübergehend außer Betrieb ist. Es muss lediglich sichergestellt werden, dass die Steuerungseinrichtung jederzeit ausreichend mit Strom versorgt ist, so dass der Normalbetrieb wieder aufgenommen werden kann. Dazu kann der autonom arbeitende Stromerzeuger vorteilhaft zusätzlich eine Pufferbatterie mit Laderegler umfassen. Diese kann auch dazu dienen, bei schönem Wetter mit überwiegend Solarenergie die jahreszeitlich bedingt kurze Beleuchtungszeit morgens und abends etwas zu verlängern.

Die als zentrales Element des Outdoor-Photobioreaktors dienende Gerüststruktur kann über die zu ihrer bestimmungsgemäßen Funktion dienenden Einrichtungen hinaus noch andere, der Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Betriebs dienende Lasten aufweisen. So können die Schwachlastzeiten in der Nacht vorteilhaft dazu verwendet werden, am Haltegerüst an leicht zugänglicher Stelle oberhalb der Gewässeroberfläche angeordnete Wasserstoffzellen von dem autonom arbeitenden Stromerzeuger versorgen zu lassen, wie es vorteilhaft in einer nächsten Erfindungsfortführung vorgesehen ist. Durch die Anwesenheit und die Größe des in der Hauptsache unter Wasser befindlichen Haltegerüsts des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung kann der Schiffsverkehr gefährdet sein. Dabei können außerhalb der üblichen Routen fahrende Handelsschiffe oder auch Fischereifahrzeuge und Sportboote betroffen sein. Es ist daher vorteilhaft, wenn gemäß einer anderen Erfindungsausgestaltung zumindest eine Schiffswarneinrichtung als Blinklicht, als Nebelhorn, als Radarreflektor oder als mit einer Antennenanlage automatisch auf dem offenen Kanal 16 des internationalen Schiffsfunkverkehr arbeitendes Sicherungssystem vorgesehen ist. Internationalen Bestimmungen auf hoher See und darüber hinaus nationalen Vorschriften der in Hoheitsgewässern zuständigen Staaten genügende Sicherungseinrichtungen können auch Kombinationen der genannten oder auch weitere Systeme sein. Die bevorzugte Lage des Einsatzortes des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung prädestiniert diesen dafür, dass als Erfindungsausgestaltung eine Wetterstation vorgesehen ist, die zumindest halbautomatisch Wetterdaten über die Antennenanlage abgeben kann. Es kann dadurch im Laufe der Zeit das Netz der Wettermeldestationen um eine ganz neue Kategorie bereichert werden, die sowohl bezüglich des frühen Zeitpunkts der Daten von hoher See als auch für eine kurzfristig sicherere Vorhersage für den Küstenbereich wertvoll ist.

Ferner kann in einer zusätzlichen Ausgestaltung des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung für den Beleuchtungsmodus noch vorgesehen sein, dass Hängekulturen aus an Auslegern befestigten senkrechten Seilen an der Gerüststruktur angeordnet sind, auf die ein Teil der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung ausgerichtet ist. Unmittelbar unter der Wasseroberfläche in der Wellenzone sind die Bedingungen zur Zucht von Makroalgen, z.B. Kelp (Seetang), besonders vorteilhaft. Bei Kelp handelt es sich um eine Pflanze mit ernährungsphysiologisch und pharmazeutisch wertvollen Inhaltsstoffen. Die Alge gedeiht besonders in den kühleren, nichttropischen Meeren, die auch für den Outdoor-Photobioreaktor als Einsatzgebiet besonders in Frage kommen. Durch die zusätzliche Beleuchtung kann die Kelp-Produktion provoziert und gesteigert werden. In Meeresbereichen, die bezüglich Tiefe und sonstigen Bedingungen für das Kelp-Wachstum besonders geeignet sind, kann auf diese Weise ein- bis zweimal im Jahr mit einer als Handelsware vermarktbaren Kelp-Ernte gerechnet werden. Darüber hinaus sind Kelp-Wälder dafür bekannt, die Wellenbewegung an der Wasseroberfläche zum Vorteil von Navigation und Fischerei zu dämpfen. Weiterhin können in tieferen Wasserschichten außerhalb der Wellenzone empfindliche Algen gezüchtet werden, z.B. Rotalgen (Porphyra), die einen hohen Marktwert haben.

Schließlich kann als vorteilhafte Weiterbildung vorgesehen sein, dass eine Vielzahl von Gerüststrukturen in einer großflächigen Farm, insbesondere in Form eines Atolls, angeordnet sind. Hierbei kann es sich um Anordnungen in Form von mehrreihigen Berandungen von nach einer Seite mit einer Durchfahrt versehenen offenen, Hafenbecken oder Atollen ähnlichen Flächen handeln. Diese können dem jungen Fisch vor größeren Raubfischen einerseits und der Fischerei in kleineren Einheiten vor Wetterauswirkungen und durch die wegen der Kelpkulturen gedämpfte Wellentätigkeit andererseits gewissen Schutz bieten. Durch die flächige Anordnung der Photobioreaktoren wird in der Lagune eine wellenberuhigte Zone entstehen, und in Lee des Atolls werden Wirbel bewusst so induziert, dass die lokal erzeugt Biomasse entweder möglichst am Ort erhalten wird, oder sich in Form einer Schleppe hinter dem Atoll verteilt. Beides, Erhaltung sowie Verteilung können erwünscht sein. Dies wird u.a. auch von der Anströmungs-Geschwindigkeit abhängen.

Ausbildungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der schematischen Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
1a eine Ausführungsform eines Outdoor-Photobioreaktors für den Beleuchtungsmodus in der Seitenansicht,
1b eine Draufsicht auf den Outdoor-Photobioreaktor gemäß 1a,
2 eine Ausführungsform eines Outdoor-Photobioreaktors für den Zirkulationsmodus in der Seitenansicht,
3 eine weitere Ausführungsform eines Outdoor-Photobioreaktors für den Beleuchtungsmodus in der Seitenansicht,
4 im Detail ein Solarpaneel als alternative Stromversorgungseinrichtung,
5 im Detail einen Outdoor-Photobioreaktor mit zusätzlichen Einrichtungen,
6 eine Outdoor-Photobioreaktoren-Farm und
7 ein Outdoor-Photobioreaktoren-Atoll
1a zeigt in der Seitenansicht eine Ausführungsform des Outdoor-Photobioreaktors 1 für den Beleuchtungsmodus zur Vermehrung phototropher mariner Organismen. An einer röhrenförmig ausgebildeten Gerüststruktur 2 ist eine Beleuchtungseinrichtung 3 angeordnet. Diese besteht aus einer Vielzahl einzelner Lichtquellen 4, die an radialen Seitenarmen 5 der Gerüststruktur 2 befestigt sind. Gezeigt ist eine radiale Ebene, möglich ist aber auch eine Anordnung mehrerer radialer Ebenen übereinander. Durch diese Anordnung entsteht eine räumliche Verteilungsmatrix, die einen Reaktionsraum 6 aufspannt (gestrichelt dargestellt). Dieser Reaktionsraum 6 befindet sich in einem offenen, natürlichen Gewässer 7, das das Nährmedium 8 bildet und von einer natürlichen, vertikalen Zirkulationsströmung 9 (angedeutet durch Pfeile, wobei beide Zirkulationsrichtungen möglich sind) durchzogen ist. Die vertikale Zirkulationsströmung 9 wird konvektiv durch einen Temperaturgradienten ΔT verursacht, der zwischen einer niedrigen Wassertemperatur T₁ an der Gewässeroberfläche 10 und einer höheren Wassertemperatur T₂ in größerer Gewässertiefe ansteigt. Derartige Temperaturverhältnisse treten insbesondere in extratropischen Meeren in der Winterjahreszeit auf. Die eine zentrale Haltesäule 73 aufweisende Gerüststruktur 2 schwimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende Auftriebs- und Abtriebsverteilung vertikal im offenen Gewässer 7, wobei das obere Ende 18 aus der Gewässeroberfläche 10 herausragt. Hier trägt die Gerüststruktur 2 außerdem eine Stromversorgungseinrichtung 11, im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um einen Windgenerator 12. Ebenfalls an der Gerüststruktur 2 ist eine Steuerungseinrichtung für den Betriebsablauf angeordnet, was in der 1 jedoch nicht weiter dargestellt ist. Über eine Verankerung 13 ist der Outdoor-Photobioreaktor 1 mit einem auf dem Gewässergrund 14 abgesetzten Grundgewicht 15 verbunden, das für dessen stationäre Positionierung im offenen Gewässer 7 sorgt.
Die 1b zeigt den Outdoor-Photobioreaktor 1 schematisch in der Draufsicht. Zu erkennen sind die Gerüststruktur 2 mit sechs radialen Seitenarmen 5, die die räumliche Verteilungsmatrix aufspannen. An jedem Seitenarm 5 sind vier Lichtquellen 4 angeordnet. Zur Stabilisierung sind die einzelnen Lichtquellen 4 zwischen den Seitenarmen 5 mit Spannseilen 16 verspannt. Zur horizontalen Stabilisierung können weiterhin Spannseile 17 (vgl. 1a) zum oberen Ende 18 der Gerüststruktur 2 vorgesehen sein.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines Outdoor-Photobioreaktors 20 nach der Erfindung für den Zirkulationsmodus zur künstlichen Erzeugung der Zirkulationsströmung. An einer gitterförmig ausgebildeten Gerüststruktur 21 sind radiale Seitenarme 22 befestigt. Gezeigt ist eine Anordnung mehrerer radialer Ebenen übereinander. Durch diese Anordnung entsteht eine räumliche Verteilungsmatrix, die einen Reaktionsraum 24 aufspannt (gestrichelt dargestellt) und die von den radialen Seitenarmen 22 durchmischt wird. Der Reaktionsraum 24 befindet sich wiederum in einem offenen, natürlichen Gewässer 7, das das Nährmedium 8 bildet. Die Zirkulationsströmung 9 (durch Pfeile angedeutet, wobei beide Zirkulationsrichtungen möglich sind) wird in diesem Betriebsmodus bei einem Temperaturgradienten ΔT, der zwischen einer höheren Wassertemperatur T₂ an der Gewässeroberfläche 10 und einer niedrigeren Wassertemperatur T₁ in größerer Gewässertiefe abfällt, durch in senkrechter Ausrichtung als Pumpen 81 eingesetzte Cord-Düsen 83 des Strömungsgenerators 82 künstlich erzeugt. Derartige Temperaturverhältnisse treten insbesondere in tropischen und subtropischen Meeren auf.
Die eine zentrale Haltesäule 80 aufweisende Gerüststruktur 21 schwimmt im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine entsprechende Auftriebs- und Abtriebsverteilung vertikal im offenen Gewässer 7, wobei das obere Ende 30 aus der Gewässeroberfläche 10 herausragt. Hier trägt die Gerüststruktur 21 außerdem eine Stromversorgungseinrichtung 11, im gezeigten Ausführungs beispiel handelt es sich dabei um einen Windgenerator 32 an einem klappbaren Mast 84. Dabei dient dessen Klappfunktion der Umstellung zwischen Transport und Betrieb des Outdoor-Photobioreaktors 20. Ebenfalls an der Gerüststruktur 21 ist eine Steuerungseinrichtung für den Betriebsablauf angeordnet, was in der 2 jedoch nicht weiter dargestellt ist. Über eine Verankerung 34 ist der Outdoor-Photobioreaktor 20 mit einem auf dem Gewässergrund 35 abgesetzten Grundgewicht 36 verbunden, das für dessen stationäre Positionierung im offenen Gewässer 7 sorgt. Die Seitenarme 22 zeigen unterschiedliche Längen, sodass der durch die räumliche Verteilungsmatrix aufgespannte Reaktionsraum 24 im gezeigten Ausführungsbeispiel in Annäherung ein Pyramidenstumpf ist. Durch die unterschiedlichen Längen der Seitenarme 22 ist außerdem zu Transportzwecken deren Anklappen nach oben möglich. An seinem unteren Ende 25 weist die Gerüststruktur 21 einen strömungsgünstig geformten Ballasttank 26 als Abtriebselement 27 auf. Durch Entlasten des Ballasttankes 26 kann ein horizontales Aufschwimmen der Gerüststruktur 21 zu Transportzwecken erreicht werden. Das Auftriebselement 28 wird von einem weiteren Tank gebildet. Im Bereich dieses Tanks befindet sich außerdem ein Wellenhubgenerator 29, dessen Auf- und Abwärtsbewegung von der Gerüststruktur 21 abgekoppelt ist. Am oberen Ende 30 der Gerüststruktur 21 ist ein schiffsbugartig geformter Körper 31 angeordnet.
Die autonome Stromerzeugung zum Betrieb und der nicht weiter dargestellten Steuerungseinrichtungen kann von den beiden Generatoren 29, 32 alternativ oder gemeinsam erfolgen. Im Innern des schiffsbugartig geformten Körpers 31 befindet sich noch eine Pufferbatterie 33 (gestrichelt angedeutet) zur Speicherung autonom erzeugter Energie. Unterhalb des Ballasttanks 26 ist der Outdoor-Photobioreaktor 20 über eine Verankerung 34 ortsfest positioniert. Die Verankerung 34 besteht aus einem auf dem Gewässerboden 35 abgesetzten Grundgewicht 36 und einem Verankerungsseil 37, das über eine Längenverstelleinrichtung 38 längenverstellbar ist. Dadurch kann die Tiefenlage des Outdoor-Photobioreaktors 20 strömungs- und witterungs abhängig insbesondere automatisch gesteuert werden. Eine Trennung vom Grundgewicht 36 kann ebenfalls ferngesteuert herbeigeführt werden, sodass die Gerüststruktur 21 dann aufschwimmt und transportiert werden kann. Dazu ist an dem Ballasttank 26 eine Rudereinrichtung 85 vorgesehen. Zur Unterstützung der Navigation weist das obere Ende 30 eine vordere Cord-Düse 86 und das untere Ende 25 der Gerüststruktur eine hintere Cord-Düse 87 auf. An der höchsten Stelle der Gerüststruktur 21 ist eine Schiffswarneinrichtung 39 angeordnet. Sie kann aus einem Blinklicht 40, einem Nebelhorn 41, einem Radarreflektor 42 und einem automatisch sendenden Sicherheitssystem 43 bestehen.
Die in 2 gezeigte Ausführungsform enthält keine künstliche Beleuchtungseinrichtung, da die Beleuchtungseinrichtung 3 auf natürlichem Wege von der Sonne gebildet wird. Es sei aber an dieser Stelle vermerkt, dass auch für den Beleuchtungsmodus konzipierte Outdoor-Photobioreaktoren gemäß 1 und 3 für den Zirkulationsmodus eingesetzt werden können. Die Beleuchtungseinrichtung bleibt dann inaktiviert und dient der zusätzlichen homogenen Verwirbelung im Reaktionsraum. Im Bedarfsfall, insbesondere, wenn in den tropischen Gebieten die Sonneneinstrahlung ausbleibt, kann auch die Beleuchtung aktiviert werden, sodass dann ein kombinierter Betriebsmodus gefahren werden kann. Im Umkehrschluss kann auch ein für den Zirkulationsmodus konzipierter Outdoor-Photobioreaktor für den Beleuchtungsmodus eingesetzt werden, wenn er über eine Beleuchtungseinrichtung verfügt. Der Bedarfsfall entsteht, wenn keine ausreichende natürliche Zirkulation aufgrund eines zu geringen Temperaturgradienten, insbesondere in der sommerlichen Jahreszeit, vorliegt. Somit ergibt sich durch eine konstruktive Kombination der beiden Betriebsmodi noch eine Anwendungserweiterung. Der Outdoor-Photobioreaktor gemäß 3 ist dafür ein Beispiel.
In der 3 ist ein weiterer Outdoor-Photobioreaktor 20 nach der Erfindung dargestellt, der in seinem prinzipiellen Aufbau mit dem in 2 gezeigten Photobioreaktor 20 übereinstimmt (hier nicht erläuterte Bezugszeichen siehe dort), aber grundsätzlich für den Beleuchtungsmodus eingesetzt wird. Zu erkennen ist in 3 die zentrale Gerüststruktur 21 mit den Seitenarmen 22 in mehreren Ebenen, an denen jedoch nunmehr einzelne Lichtquellen, hier „kalte" Leuchtdiodenarrays 23 (möglich sind auch Licht-Diffusoren mit angeschlossenen Glasfasern), als Beleuchtungseinrichtung angeordnet sind. Die Seitenarme 22 zeigen wieder unterschiedliche Längen, sodass auch hier der durch die räumliche Verteilungsmatrix aufgespannte Reaktionsraum 24 im gezeigten Ausführungsbeispiel in Annäherung ein Pyramidenstumpf ist. Zu erkennen ist in 3 aufgrund des eingezeichneten ansteigenden Temperaturgradienten ΔT, der von einer tieferen Oberflächentemperatur T₁ zu einer höheren Tiefenwassertemperatur T₂ verläuft, dass sich eine natürliche Zirkulation einstellt, die für eine ausreichende Verwirbelung im Reaktionsraum sorgt. Im Beleuchtungsmodus wird deshalb die zusätzliche Energie in die Beleuchtungseinrichtung geleitet, da die natürliche Beleuchtung in diesem Betriebsmodus in der Regel für eine zufriedenstellende Bioproduktion nicht ausreicht.
Die 4 zeigt eine Ausführungsform des Outdoor-Photobioreaktors 20 nach 3 mit einem Solargenerator 50 als Stromversorgungseinrichtung. Der Solargenerator 50 umfasst in der Hauptsache ein Solarpaneel 51, das dem Sonnenstand entsprechend ausrichtbar ist.
5 zeigt eine Ausführungsform des Outdoor-Photobioreaktors 20 nach 3 mit einer Hängekultur 60, die aus Auslegern 61, hier in Form eines Traggitters 62, mit herabhängenden Seilen 63 gebildet ist. Weiterhin ist in der 5 dargestellt, dass die Gerüststruktur 21 oberhalb des Auftriebselements 28 in sicherer Entfernung von der Wasseroberfläche eine Gruppe Wasserstoffzellen 64 trägt, die von der nicht weiter dargestellten Stromversorgungseinrichtung versorgt werden.
6 zeigt perspektivisch einen Outdoor-Photobioreaktor 70 mit einer Vielzahl von Gerüststrukturen 71 in einer zur Nutzung der natürlichen Ressourcen und zu Zwecken der Fischerei günstigen Anordnung einer Farm 72. Je nach Dimensionierung können in einer solchen Anordnung bestimmte Elemente von allen Gerüststrukturen gemeinsam genutzt werden, z.B. Steuerungs- und Warneinrichtungen oder an jeder Gerüststruktur 71 getrennt vorhanden sein, z.B. Windgenerator. 7 zeigt in der Draufsicht eine ähnliche Anordnung in Form eines einseitig offenen Atolls 90, das einen künstlichen Hafen 91 bildet. Durch die horizontale Anordnung der Outdoor-Photobioreaktoren 1 entsteht in der Lagune 92 des Atolls 90 eine wellenberuhigte Zone 93, die sich von der Wellenzone 94 außerhalb des Atolls 90 absetzt. In Lee 95 des Atolls werden dabei Wirbel 96 bewusst so induziert, dass die lokal erzeugte Biomasse entweder möglichst am Ort erhalten wird oder sich in Form einer Schleppe hinter dem Atoll 90 verteilt.
Eine Anordnung einer Vielzahl von Outdoor-Photobioreaktoren nach der Erfindung für Anordnungen gemäß den 6 und 7 ist ebenfalls möglich. Durch die Maßnahme kann die Produktivität des Outdoor-Photobioreaktors nach der Erfindung für die Nahrungs- und Rohstoffgewinnung noch weiter gesteigert werden, sodass ein bedeutender Beitrag zur weltweiten Lösung der Nahrungsprobleme geleistet werden kann. Dabei ist insbesondere die direkte Nutzung natürlicher Ressourcen sowohl bezüglich des Nährmediums als auch bezüglich der Energieversorgung von besonderer Bedeutung.

1: Outdoor-Photobioreaktor
2: Gerüststruktur
3: Beleuchtungseinrichtung
4: Lichtquelle
5: radialer Seitenarm
6: Reaktionsraum
7: Gewässer
8: Nährmedium
9: Zirkulationsströmung
10: Gewässeroberfläche
11: Stromversorgungseinrichtung
12: Windgenerator
13: Verankerung
14: Gewässergrund
15: Grundgewicht
16: Spannseil
17: weiteres Spannseil
18: oberes Ende der Gerüststruktur
20: Outdoor-Photobioreaktor
21: Gerüststruktur
22: radialer Seitenarm
23: Leuchtdiodenarray
24: Reaktionsraum
25: unteres Ende der Gerüststruktur
26: Ballasttank
27: Abtriebselement
28: Auftriebselement
29: Wellenhubgenerator
30: oberes Ende der Gerüststruktur
31: schiffsbugartiger Körper
32: Windgenerator
33: Pufferbatterie
34: Verankerung
35: Gewässergrund
36: Grundgewicht
37: Verankerungsseil
38: Längenverstelleinrichtung
39: Schiftswarneinrichtung
40: Blinklicht
41: Nebelhorn
42: Radarreflektor
43: automatisches Sicherheitssystem
50: Solargenerator
51: Solarpaneel
60: Hängekultur
61: Ausleger
62: Traggitter
63: Seil
64: Wasserstoffzellen
70: Outdoor-Photobioreaktor
71: Gerüststruktur
72: Farm
80: zentrale Haltesäule
81: Pumpe
82: Strömungsgenerator
83: Cord-Düse
84: klappbarer Mast
85: Rudereinrichtung
86: vordere Cord-Düse
87: hintere Cord-Düse
90: Atoll
91: Hafen
92: Lagune
93: beruhigte Zone
94: Wellenzone
95: Lee des Atolls
96: Wirbel
ΔT: Temperaturgradient
T1: niedrige Wassertemperatur
T2: höhere Wassertemperatur

Claims

Outdoor-Photobioreaktor zur Vermehrung phototropher mariner Organismen in einem Nährmedium mit zumindest einem vom Nährmedium durchströmten Reaktionsraum und einer in den Reaktionsraum einstrahlenden Beleuchtungseinrichtung sowie einer Stromversorgungs- und einer Steuerungseinrichtung für den Betriebsablauf, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsraum (6, 24) von zumindest einer Gerüststruktur (2, 21, 71) als freier Wasserkörper ohne Begrenzungswände in einem natürlichen Gewässer (7) als Nährmedium (8) aufgespannt und von einer vertikalen Zirkulationsströmung (9) durchströmt wird, wobei die Gerüststruktur (2, 21, 71) zumindest auch die Stromversorgungs- (11) und die Steuerungseinrichtung trägt und auf dem Gewässergrund (14, 35) verankert ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Beleuchtungsmodus der Reaktionsraum (6, 24) als freier Wasserkörper in einem extratropischen Meer als offenes Gewässer (7) mit einem von der Gewässeroberfläche (10) nach unten ansteigenden Temperaturgradienten (ΔT) ausgebildet ist, in dem die vertikale Zirkulationsströmung (9) natürlich erzeugt ist, und dass die Beleuchtungseinrichtung (3) aus einer Vielzahl von künstlichen Lichtquellen (4) besteht, die in einer räumlichen Verteilungsmatrix an der Gerüststruktur (2, 21, 71) angeordnet sind,
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Zirkulationsmodus der Reaktionsraum (6, 24) als freier Wasserkörper in einem tropischen Meer als offenes Gewässer (7) mit einem von der Gewässeroberfläche (10) nach unten abfallenden Temperaturgradienten (ΔT) ausgebildet ist, in dem die vertikale Zirkulationsströmung (9) künstlich durch Heraufpumpen kalten Tiefenwassers mittels Pumpen (81), die an der Gerüststruktur (21) angeordnet sind, erzeugt wird, und dass die Beleuchtungseinrichtung (3) von der natürlichen Sonneneinstrahlung gebildet wird.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die für den Beleuchtungsmodus als auch die für den Zirkulationsmodus erforderlichen konstruktiven Elemente vorgesehen sind.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerüststruktur (2, 21, 71) mit Hilfe einer Verankerung (13, 34) in unterschiedlichen Gewässertiefen positionierbar ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die verankerte Gerüststruktur (21, 71) durch zumindest je ein Auftriebs- (27) und ein Abtriebselement (28) vertikal in dem offenen Gewässer (7) ausgerichtet wird.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftriebselement (27) von zumindest einem luftgefüllten Hohlköper im Bereich des oberen Endes (30) der Gerüststruktur (21) unterhalb der Gewässeroberfläche (10) gebildet wird.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtriebselement (27) von einem strömungsgünstig geformten Ballasttank (26) im Bereich des unteren Endes (25) der Gerüststruktur (21) gebildet wird.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Ende (30) der Gerüststruktur (21, 71) oberhalb der Gewässeroberfläche (10) angeordnet ist und von einem schiffsbugartig geformten Körper (31) gebildet wird.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerüststruktur (21, 71) mit dem schiffsbugartig geformten Körper (31) am oberen Ende (30) und dem strömungsgünstig geformten Ballasttank (26) am unteren Ende (25) in waagerechter Ausrichtung bei entlastetem Ballasttank (26) schwimmfähig und mit einer Rudereinrichtung (85) als Selbstfahrer ausgebildet ist, wobei zusätzlich mehrere Personen transportiert werden können.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gerüststruktur (2, 21, 71) eine zentrale Haltesäule (80) und radiale Seitenarme (22) in zumindest einer Radialebene aufweist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Seitenarme (22) an die zentrale Haltesäule (80) anklappbar sind.
Outdoor-Photobioreaktor nach den Ansprüchen 2 oder 4 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4) an den radialen Seitenarmen (22) angeordnet sind.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (4) als Leuchtdiodenarrays (23) mit insbesondere photosynthetisch aktivem Lichtspektrum oder als zuführende Glasfaserkabel mit Reflektoren und Diffusoren ausgebildet sind, wobei die Lichterzeugung für die Glasfaserkabel im Inneren der Gerüststruktur (2, 21) erfolgt.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungseinrichtung (11) zumindest einen autonom arbeitenden Stromerzeuger mit regenerierbarer Energie aufweist, der als Wind- (12), Strömungs- (82), Solar- (50) oder Wellenhubgenerator (29) oder als eine Kombination davon ausgebildet ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Windgenerator (12) frei drehbar an einem umklappbaren Mast (84) am oberen Ende des schiffsbugartig geformten Körpers (31) angeordnet ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsgenerator (82) drehbare, kardanisch an der Gerüststruktur (21) aufgehängte Cord-Düsen (83) aufweist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Cord-Düsen (83) in vertikaler Ausrichtung als turbinenartige Pumpen (81) die vertikale Zirkulationsströmung künstlich erzeugen oder bei horizontaler Ausrichtung der Gerüststruktur (21) als Navigations- oder Antriebsdüsen wirken.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der autonom arbeitende Stromerzeuger eine Pufferbatterie (33) mit Laderegler umfasst.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 15 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gerüststruktur (21) an leicht zugänglicher Stelle oberhalb der Gewässeroberfläche (10) Wasserstoffzellen (64) angeordnet sind, die von dem autonom arbeitenden Stromerzeuger versorgt werden.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schiffswarneinrichtung (39) als Blinklicht (40), als Nebelhorn (41), als Radarreflektor (42) oder als mit einer Antennenanlage automatisch auf dem offenen Kanal 16 des internationalen Schiffsfunkverkehr arbeitendes Sicherungssystem (43) vorgesehen ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wetterstation vorgesehen ist, die zumindest halbautomatisch Wetterdaten über die Antennenanlage abgeben kann.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 2 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass Hängekulturen (60) aus an Auslegern (61) befestigten senkrechten Seilen (63) an der Gerüststruktur (21) angeordnet sind, auf die ein Teil der Lichtquellen der Beleuchtungseinrichtung ausgerichtet ist.
Outdoor-Photobioreaktor nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Gerüststrukturen (71) in einer großflächigen Farm, insbesondere in Form eines Atolls (90), angeordnet sind.