DE20017229U1 - Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen - Google Patents
Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von AlgenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen, nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs. Die Biomasse wird dabei unter Lichteinwirkung durch Fotosynthese erzeugt.
Vorzugsweise werden mit dieser Anlage durch Fotosynthese Mikroalgen gezüchtet. Die Mikroalgen verarbeiten dabei Kohlendioxid, welches derzeit meist als Abfallprodukt in verschiedenen Industriezweigen anfällt.
Vorzugsweise werden mit dieser Anlage durch Fotosynthese Mikroalgen gezüchtet. Die Mikroalgen verarbeiten dabei Kohlendioxid, welches derzeit meist als Abfallprodukt in verschiedenen Industriezweigen anfällt.
Es sind zahlreiche Verfahren und Anlagen für die Produktion von Algen bekannt, bei welchen jedoch als Reaktor für den Durchlauf der Biomasse ein System aus einer Vielzahl von neben- und übereinander angeordneten Teilelementen in Form von Glasrohren eingesetzt wird. Ein derartiger Reaktor wird beispielsweise in DE 198 14 424 beschrieben. Diese Glasrohre sind jedoch sehr teuer, so dass insgesamt für derartige Reaktoren hohe Kosten zu verzeichnen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen, zu entwickeln, welcher durch den Einsatz preisgünstiger Teilelemente kostengünstig herstellbar ist und mit welchem umweitschädigende CO2 Gase abgebaut werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen, eingesetzte Reaktor aus einer Vielzahl von Teilelementen mit lichtdurchlässigen Wandungen besteht, wobei erfindungsgemäß die Teilelemente als Flachelemente ausgebildet sind. Dem Reaktor werden bevorzugt CO2 haltige Rauchgase, z.B. die Abgase eines Heizkraftwerkes, zugeführt.
Innerhalb eines Flachelementes können dabei zwei oder mehrere Umläufe angeordnet sein, die den Stoffstrom mehrfach umlenken. Die Umleitung der Umläufe erfolgt vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden senkrechten Stirnseiten des jeweiligen Flachelementes. Der Zu- und Ablauf der Flachelemente kann variiert werden. Z.B. ist es möglich, den Zulauf eines Flachelementes oben und den Ablauf unten anzuordnen und zwischen dem Ablauf eines Flachelementes und dem Zulauf des sich anschließenden Flachelementes ein Schrägrohr vorzusehen. Alternativ ist es auch möglich, zwischen zwei benachbarten Flachelementen Ablauf und Zulauf wechselseitig unten- und obenliegend anzuordnen und die jeweils nebeneinander liegenden Ab- und Zuläufe über ein horizontales Verbindungsrohr zu verbinden. Es besteht die Möglichkeit, zwei oder mehr Flachelemente zu einem Teilreaktor und wiederum mehrere Teilreaktoren miteinander zu kombinieren. Jeder sollte dabei einen, den
Innerhalb eines Flachelementes können dabei zwei oder mehrere Umläufe angeordnet sein, die den Stoffstrom mehrfach umlenken. Die Umleitung der Umläufe erfolgt vorzugsweise an zwei sich gegenüberliegenden senkrechten Stirnseiten des jeweiligen Flachelementes. Der Zu- und Ablauf der Flachelemente kann variiert werden. Z.B. ist es möglich, den Zulauf eines Flachelementes oben und den Ablauf unten anzuordnen und zwischen dem Ablauf eines Flachelementes und dem Zulauf des sich anschließenden Flachelementes ein Schrägrohr vorzusehen. Alternativ ist es auch möglich, zwischen zwei benachbarten Flachelementen Ablauf und Zulauf wechselseitig unten- und obenliegend anzuordnen und die jeweils nebeneinander liegenden Ab- und Zuläufe über ein horizontales Verbindungsrohr zu verbinden. Es besteht die Möglichkeit, zwei oder mehr Flachelemente zu einem Teilreaktor und wiederum mehrere Teilreaktoren miteinander zu kombinieren. Jeder sollte dabei einen, den
unerwünschten Druckabfall oder Druckanstieg signalisierenden Drucksensor aufweisen.
Die miteinander kombinierten Flachelemente können gleichartige oder unterschiedliche Bauformen aufweisen.
Es ist möglich, die Teilreaktoren neben- und/oder übereinander anzuordnen.
Zur Beschleunigung der Fotosynthese ist es möglich, den Flachelementen und/oder den Teilreaktoren zusätzliche Lichtquellen zuzuordnen. Dies kann in Form von Spiegeln oder Lichtleitkabeln erfolgen.
Die Spiegel werden am Behälterboden der Flachelemente angeordnet oder können auch jedem Umlenkelement zugeordnet werden. Dabei besteht auch die Möglichkeit, die Umlenkelemente selbst als Spiegel auszubilden. Diese können z.B. aus beschichtetem Aluminiumblech, Kunststoff oder Glas bestehen.
Bevorzugt können die Flachelemente und/oder die Teilreaktoren auch in einem, den Lichteinfall verbessernden, Winkel aufgestellt werden.
Bestehen die Flachelemente aus doppelwandigem Glas oder Kunststoff ist es möglich, den obigen Zulauf mehrerer nebeneinander angeordneter Flachelemente über einen gemeinsamen Verteiler zu speisen. Der unten liegende Ablauf
der Flachelemente mündet dann vorteilhafter Weise in einen gemeinsamen Sammelkanal.
Die Teilreaktoren werden über Leitungen miteinander verbunden. Diese Leitungen und/oder das zwischen zwei Flachelementen angeordnete Verbindungsrohr und/oder der Verteiler und/oder Sammelkanal können eine oder mehrere Weitungen aufweisen, welche die Strömungsverhältnisse verbessern.
Mit der Erfindung wird ein Reaktor geschaffen, der einfach herstellbar, vielfältig kombinierbar und kostengünstig ist. Die Ausbildung als ■Flachelemente gewährleistet eine Verbesserung der Biointensität, welche durch den Einsatz von Spiegeln oder Lichtleitfasern und/oder durch eine definierte Neigung der Flachelemente zusätzlich verstärkt werden kann.
Mit der Erfindung wird ein Reaktor geschaffen, der einfach herstellbar, vielfältig kombinierbar und kostengünstig ist. Die Ausbildung als ■Flachelemente gewährleistet eine Verbesserung der Biointensität, welche durch den Einsatz von Spiegeln oder Lichtleitfasern und/oder durch eine definierte Neigung der Flachelemente zusätzlich verstärkt werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
Es zeigen:
Fig. 1: vier Flachelemente mit Umlenkungen, oben liegenden Zuleitungen und unten liegenden Ableitungen,
Pig. la: vergrößerte Darstellung eines Flachelementes,
Fig. 2: vier Flachelemente mit Umlenkungen und abwechselnd von einem zum nächsten Flachelement
Fig. 2: vier Flachelemente mit Umlenkungen und abwechselnd von einem zum nächsten Flachelement
oben und unten liegenden horizontalen Verbindungsrohren,
Fig. 2a: übereinanderIiegende Anordnung mehrerer Systeme gem. Fig. 2,
Fig. 3: Darstellung des StoffStroms gem. Fig. 2,
Fig. 4a: Übergang von einem Teilreaktor Tl zum nächsten
Teilreaktor mit Schrägrohr, .
Fig. 4b: Übergang von einem Teilreaktor Tl zum nächsten Teilreaktor mit horizontalem Verbindungsrohr,
Fig. 5: Verbindungsrohr mit Weitungen,
Fig. 4b: Übergang von einem Teilreaktor Tl zum nächsten Teilreaktor mit horizontalem Verbindungsrohr,
Fig. 5: Verbindungsrohr mit Weitungen,
Fig. 6: parallele Anordnung mehrerer Teilreaktoren mit
Spiegeln,
Fig. 7: Flachelement mit Umlenkelementen und diesen zugeordneten Spiegeln,
Fig. 8: Teilreaktoren mit batterieartig übereinander
Fig. 7: Flachelement mit Umlenkelementen und diesen zugeordneten Spiegeln,
Fig. 8: Teilreaktoren mit batterieartig übereinander
angeordneten Flachelementen,
Fig. 9: Flachelement in Form einer doppelwandigen Scheibe
Fig. 9: Flachelement in Form einer doppelwandigen Scheibe
in Vorderansicht,
Fig. 10: Flachelement gem. Fig. 9 in Seitenansicht,
Fig. 11: mehrere gem. Fig. 9 ausgebildete Flachelemente in
Fig. 11: mehrere gem. Fig. 9 ausgebildete Flachelemente in
Seitenansicht,
Fig. 12: mehrere gem. Fig. 9 ausgebildete Flachelemente in
Fig. 12: mehrere gem. Fig. 9 ausgebildete Flachelemente in
Vorderansicht,
Fig. 13: möglicher Aufbau eines Reaktors.
25
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In Fig. 1 sind vier Flachelemente 1.1/ 1.2, 1.3 mit Umlenkungen 2, oben liegenden Zuleitungen 3 und unten liegenden Ableitungen 4, dargestellt. Die Ableitung 3 eines Flachelementes ist mit der Zuleitung 4 des sich anschließenden Flachelementes über ein Schrägrohr 5 verbunden. Der biologische Stoffstrom (Pfeilrichtung) wird zum ersten Flachelement 1.1 über dessen Zuleitung 3 eingeleitet und gelangt durch die Schwerkraft über eine mehrfache Umlenkung mittels der Umlenkungen 2 zur Anleitung 4 des ersten Flachelementes 1.1. Von dort aus wird es über eine nicht dargestellte Pumpe über das Schrägrohr 5 zur Zuleitung 3 des zweiten Flachelementes 1.2 gefördert usw. Die vergrößerte Darstellung eines Flachelementes gem. Fig. 1 zeigt Fig. la. Die Umlenkung 2 besteht aus mehreren horizontal angeordneten Trennelementen 2a. Das oberste Trennelement 2a liegt an einer Behältervandung la an und ist von der gegenüberliegenden Behältervandung Ib beabstandet. Das darunter liegende Trennelement 2a liegt an der Behältervandung Ib an und ist von der Behältervandung la beabstandet usv., so daß hier von oben nach unten daß ein meanderförmiger Stofffluß entsteht.
Es können auch Flachelemente 1.1 bis l.n mit abwechselnd von einem zum nächsten Flachelement oben und unten liegenden horizontalen Verbindungsrohren kombiniert werden
(Fig. 2) . Der Stoff strom gelangt über den oben liegenden Zulauf 3 zum ersten Flachelement 1.1, wird mittels Schwerkraft nach unten zu dessen Ablauf 4 geleitet und über ein horizontales Verbindungsrohr 6 in den unten liegenden Zulauf 3 des zweiten Flachelementes 1.2 gespeist. Unter Druck steigt der biologische Stoffstrom im Flachelement 1.2 nach oben und gelangt über den oben liegenden Ablauf 4 des zweiten Flachelementes 1.2 über ein horizontales Verbindungsrohr 6 zum oben liegenden Zulauf des dritten Flachelements 1.3. Es wird in den einzelnen Flachelementen 1.1 bis l.n abwechselnd ein in unterschiedliche Richtungen weisender Stoffstrom realisiert. Dieser kann abwechselnd fallend und steigend sein (bei stehender Anordnung der Flachelemente) oder horizontal meanderförmig verlaufen (bei liegender Anordnung der Flachelemente). Eine Variante einer übereinanderliegenden Anordnung mehrerer gem. Fig. 2 nebeneinander geschalteter Systeme ist in Firg. 2a dargestellt.Die Prinzipdarstellung des StoffStroms gem. Fig. 2 wird in Fig. 3 gezeigt.
Es ist möglich, verschiedene Stückzahlen und Anordnungskombinationen von Flachelementen zu einem Teilreaktor zu kombinieren. Der Übergang von einem Teilreaktor Tl zum nächsten Teilreaktor T2 zeigen Fig. 4a und 4b. In erstgenannter Darstellung ist der erste Teilreaktor Tl gem. Fig. 2 und der zweite Teilreaktor T2
gem. Fig. 2 ausgebildet. Die Verbindung von Tl zu T2 erfolgt über ein Schrägrohr. In Fig. 4b ist ein oben liegendes horizontales Verbindungsrohr 7 zwischen den Teilreaktoren Tl, T2 vorgesehen. Die Flachelemente 1.1, 1.2, l.n der Teilreaktoren Tl, T2 weisen dabei Umlenkungen auf, die sowohl übereinander als nebeneinander angeordnet sind. Der Stofffluss wird damit im Flachelement um 180° umgelenkt.
Ein horizontales Verbindungsrohr 7 mit zwei Weitungen 11 ist in Fig. 5 dargestellt.
Ein horizontales Verbindungsrohr 7 mit zwei Weitungen 11 ist in Fig. 5 dargestellt.
Eine parallele Anordnung mehrere Teilreaktoren Tl, T2 bis Tn mit einem, jedem Teilreaktor Tl, T2 bis Tn zugeordneten Spiegel 7 ist in Fig. 6 schematisch dargestellt.
Ein Flachelement 1.1 mit Umlenkelementen 2 und diesen zugeordneten Spiegeln 7 zeigt Fig. 7. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch am Boden des Flachelementes ein Spiegel vorgesehen sein.
Ein Flachelement 1.1 mit Umlenkelementen 2 und diesen zugeordneten Spiegeln 7 zeigt Fig. 7. Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann auch am Boden des Flachelementes ein Spiegel vorgesehen sein.
Drei miteinander kombinierte Teilreaktoren Tl bis T3 mit jeweils batterieartig übereinander angeordneten Flachelementen 1.1, 1.2 bis 2.&eegr; zeigt Fig. 8. Die Verbindung der Teilreaktoren Tl bis T3 erfolgt über ein Schrägrohr 5.
Es ist auch möglich, das Flachelement in der Art einer doppelwandigen Scheibe ohne Umlenkelemente auszubilden.
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Diese Variante zeigt Fig. 9 in der Vorderansicht und Fig. 10 in der Seitenansicht. Die doppelwandige Scheibe ist oben und unten geöffnet. Die obere Öffnung bildet die Zuleitung 3 und die untere Öffnung die Ableitung 4. Ein Verteiler 8 führt den Stoffstrom zur Zuleitung 3. Dieser fließt durch die Schwerkraft nach unten und gelangt durch den Ablauf 4 in einen Sammelkanal 9. Gem. Fig. 10 wird das Flachelement in Form der Doppelglasscheibe mittels einer Halterung 11 besseren Ausnutzung des natürlichen Tageslichtes im Winkel &agr; schräggestellt. Mehrerer dieser Flachelemente können parallel zueinander oder in Reihe angeordnet werden. Eine Vielzahl dieser hintereinander angeordneten Flachelemente 1.1, 1.2 bis 1.2 in Seitenansicht zeigt Fig. 11 und mehrere nebeneinander angeordnete Flachelemente in Vorderansicht Fig. 12. Dabei ist in Fig. 12 jedem Flächenelement 1.1 bis l.n ein Spiegel 7 zugeordnet.
Über eine Pumpe P erfolgt die Rückführung des Stoffflusses vom Sammelkanal zum nächsten Verteiler. Damit wird die Umlaufgeschwindigkeit über den Pumpendruck nach Optimierungskriterien hinsichtlich der zu erreichenden Prozeßparameter (z.B. Wachstumsrate u.a.) bestimmt.
Ein möglicher Aufbau eines aus einer Vielzahl von Teilreaktoren Tl, T2 bis Tn zusammengesetzten Reaktors ist in Fig. 13 dargestellt.
Dabei werden über eine Zuleitung 12 die Rauchgase eines Heizkraftwerkes über eine Nährlösungsversorgungseinrichtung 13 dem Reaktor R zugeführt. Dem Reaktor schließt sich eine Erntevorrichtung 14 für die Mikroalgen an.
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Neben den vorgenannt beschriebenen Ausführungsvarianten sind eine Vielzahl weiterer Kombinationsmöglichkeiten der Flachelemente und der Teilreaktoren denkbar.
Die Teilreaktoren sind vorteilhafter Weise durch
Rückschlagklappen bei Havarie gesichert und mit einem
Drucksensor versehen, der den Druckabfall für die Gruppe signalisiert.
Vorzugsweise werden mit dieser Anlage durch Fotosynthese Mikroalgen gezüchtet, die Kohlendioxid verarbeiten. Als Kohlendioxid-Lieferant wird erstmalig aus Heizkraftwerken anfallendes Rauchgas eingesetzt. Das darin enthaltene umweltschädigende CO2 kann damit vollständig abgebaut werden. Mit Beseitigung dieses Schadstoffes werden gleichzeitig erstmalig wertvolle Algen unter Verwendung von CO2 aus Rauchgas gezüchtet.
Claims (23)
1. Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen, unter Verwendung einer Vielzahl von Teilelementen mit lichtdurchlässigen Wandungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilelemente als Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) ausgebildet sind.
2. Reaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb eines Flachelementes (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n zwei oder mehrere Umläufe (2) angeordnet sind.
3. Reaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umleitung der Umläufe an zwei sich gegenüberliegenden senkrechten Stirnseiten (a, c) des jeweiligen Flachelementes (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) erfolgt.
4. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf (3) eines Flachelementes (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) oben und der Ablauf (4) unten angeordnet ist und dass zwischen dem Anlauf eines Flachelementes und dem Zulauf (3) des sich anschließenden Flachelementes ein Schrägrohr (5) reicht.
5. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei benachbarten Flachelementen (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) wechelseitig der Ablauf (4) und Zulauf (3) unten- und obenliegend angeordnet sind, und dass zwischen zwei nebeneinander liegenden Ab- und Zuläufen (3, 4) jeweils ein horizontales Verbindungsrohr (6) angeordnet ist.
6. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) einen Teilreaktor (T1, T2 . . . Tn) bilden und dass mehrere Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) miteinander kombinierbar sind.
7. Reaktor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Teilreaktor (T1, T2 . . . Tn) einen den unerwünschten Druckabfall oder Druckanstieg signalisierenden Drucksensor aufweist.
8. Reaktor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) gleicher oder unterschiedlicher Bauform zu einem Reaktor oder Teilreaktor (T1, T2 . . . Tn) kombinierbar sind.
9. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) neben und/oder übereinander angeordnet sind.
10. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass den Flachelementen (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) und/oder den Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) eine zusätzliche Lichtquelle zugeordnet ist.
11. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass einem oder mehreren Flachelementen (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) und/oder einem oder mehreren den Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) ein oder mehrere die Lichteinstrahlung intensivierende Spiegel (7) zugeordnet sind.
12. Reaktor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiegel (7) am Behälterboden der Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) angeordnet sind.
13. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Umlenkelement (2) ein Spiegel (7) zugeordnet ist.
14. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Umlenkelement (2) ein Spiegel (7) zugeordnet ist.
15. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (2) als Spiegel ausgebildet sind.
16. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkelemente (2) aus beschichtetem Aluminiumblech, Kunststoff oder Glas bestehen.
17. Reaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle in Form eines Glasfaserkabels ausgebildet ist.
18. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) und/oder die Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) in einem, den Lichteinfall verbessernden Winkel (α) angeordnet sind.
19. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) über einen gemeinsamen Verteiler (8) gespeist wird und dass der Anlauf der Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) in einen gemeinsamen Sammelkanal (9) mündet.
20. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche von 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachelemente (1.1, 1.2, 1.3 bis 1.n) aus doppelwandigem Glas oder Kunststoff bestehen.
21. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilreaktoren (T1, T2 . . . Tn) über Leitungen (10) miteinander verbunden sind.
22. Reaktor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das zwischen zwei Flachelementen angeordnete Verbindungsrohr (6) und/oder der Verteiler (8) und/oder Sammelkanal (9) und/oder die zwischen zwei Teilreaktoren angeordnete Leitung (10), die Strömungsverhältnisse verbessernde Weitungen (11) aufweisen.
23. Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen, unter Verwendung einer Vielzahl von Teilelementen mit lichtdurchlässigen Wandungen, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Reaktor eine, CO2 haltige Abgase eines Heizkraftwerkes zuführende, Leitung gekoppelt ist.
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|---|---|---|---|
| DE20017229U DE20017229U1 (de) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE20017229U DE20017229U1 (de) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE20017229U1 true DE20017229U1 (de) | 2002-02-14 |
Family
ID=7947381
Family Applications (1)
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| DE20017229U Expired - Lifetime DE20017229U1 (de) | 2000-10-05 | 2000-10-05 | Reaktor zur Produktion von Biomasse, insbesondere von Algen |
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| DE (1) | DE20017229U1 (de) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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