Bir foto-biyo üretilmesini sağlayan bir sistemdir fotosentetik mikroorganizmalar gibi fotosentetik bakteri, siyanobakteriler olarak su içinde süspansiyon haline getirilmiş, ökaryotik mikroalg izole çok hücreli bitki hücrelerinde , örneğin, küçük bitkiler olarak macroalgal gametofitlerin ve yosun protonemata . Bu üretim, aydınlatma altında sulu bir ortamda, çoğunlukla klonal olmak üzere kültür yoluyla gerçekleştirilir. Yüzlerce metreküp ulaşabilen endüstriyel hacimlere amplifikasyon, bir aşamanın hacminin bir sonraki hacmi aşılamak için kullanıldığı ardışık aşamalarda gerçekleştirilir. Mikrobiyal popülasyonu hasat etmek ve biyokütle üretimini sağlamak için, her adımın hacmi her gün kısmen yenilenebilir (sürekli kültür) veya tamamen değiştirilebilir (toplu kültür). Bu aşamalara, artan hacme ve farklı yapıya sahip fotobiyoreaktörler karşılık gelir.
Klonal fotosentetik kültürler, asepsi altında dört koşulun sürekli olarak gerçekleştirilmesini gerektirir.
Fotobiyoreaktörler, açık hava havzalarından kapalı sistemlere kadar çok çeşitlidir. Özellikle geometrileri ve kültür koşulları, hapsetme modu, ışık, karıştırma, termal kontrol, gaz transferleri ve çalışma koşulları ile ilgili birçok açıdan farklılık gösterirler. Çeşitli hususlar, bu sistemleri sınıflandırmayı, özellikle kültür koşullarının ve kültür tabakasının kalınlığının az ya da çok tam kontrolünü mümkün kılar. Desimetrik (havuzlar, kolonlar ve tanklar) ve santimetrik (eğimli düzlemler, borular, plakalar) kalınlıkları ayırt edebiliriz. Tablo 1, çeşitli türler ve fotobiyoreaktörler için literatürde bahsedilen bazı performansları bir araya getirmektedir.
Tablo 1: Kültür katmanının kalınlığına (Ø = çap) göre sınıflandırılan farklı fotobiyoreaktörlerin konsantrasyonları ve yüzey üretkenlikleri.
Üretim sistemi | Optik yol uzunluğu (cm) | Mikroalg türleri | Maksimum konsantrasyonlar (gl -1 ) | Yüzey verimliliği (gm -2 d -1 ) | Kaynak |
---|---|---|---|---|---|
Eğik düzlem | 1 | Chlorella sp. | 2 | 25 (p) | |
Tabak | 1.2 | Arthrospira platensis | 4 - 6 | 24 (d) | |
Borulu | 2,5 (Ø) | Spirulina platensis | 4 | 27 (p) | |
Borulu | 4.8 (Ø) | Chlorella vulgaris | 4 | 52 (p) | |
Borulu | 6,0 (Ø) | Porphyridium cruentum | 1 | 25 (p) | |
Borulu | 12,3 (Ø) | Spirulina maxima | 1 | 25 (p) | |
Havuz | 15 | Arthrospira platensis , Dunaliella salina , Odontella aurita | 0.4 | 12 - 13 (p) | |
Borulu | 50 (Ø) | Haematococcus pluvialis | 0.4 | 13 (p) | |
Kabarcık sütunu | 50 (Ø) | T. Iso , Pavlova lutheri , Chaetoceros calcitrans , Tetraselmis suecica | 0.1 | 3 boyutlu) |
(p) ayak izi alanı; (d) gelişmiş alan
Kontaminasyona maruz kalmaları nedeniyle, tek bir türün saf kültürleri, aralarında Arthrospira sp., Chlorella sp. , Dunaliella salina , Odontella aurita , Scenedesmus sp. ve Nannochloropsis oculata . Diğer türler, asepsiyi güçlendirerek ve yoğun aşılamayla gelişimlerini desteklemeye yönelik önlemler gerektirir. Buna rağmen, daha hızlı büyüyen rakipler ve avcılardan kaynaklanan kirlilik nedeniyle kültürler genellikle kısa ömürlüdür (parti).
Su ürünleri yetiştiriciliğinde kuluçkahanelerde en basit ve en yaygın kullanılan fotobiyoreaktör, tabanında hava enjekte edilen ve yandan ışık alan şeffaf dikey bir tüptür. Bu kabarcık kolonlarının hacmi 100 ila 1000 litre arasında değişmektedir . Alt kısım düz eğimli veya koniktir ve su geçirmez olmayan bir kapakla açılır veya kapatılır. Şeffaf duvarlarını oluşturan plastiklerin yapısına (polietilen, polimetil metakrilat, güçlendirilmiş polyester veya polikarbonat), bu duvarların kalınlığına (sert kabuk veya film) ve kültür hacminin yenilenme şekline göre ayırt edilirler. (Sürekli veya toplu).
Floresan tüpler genellikle bu hacimlerin etrafına, kültür litresi başına 1 watt'lık bir güç / hacim oranına göre yerleştirilir. Enlem izin verdiğinde doğal ışık da kullanılır. Nispeten büyük kültür kalınlıkları, çok yüksek konsantrasyonların elde edilmesine izin vermez. Bu sistemler, yumuşakçalar ve karides larvaları için yem olarak ve küçük ağızlı balık larvalarının canlı avı olarak mikroalglerin yetiştirilmesi için deniz kültür balıkçılığı kuluçkalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu uygulama için mikroalgal biyokütle, ham kültür şeklinde dağıtılır. Tüm mikroorganizma kültürlerinde olduğu gibi, katı-sıvı ayırma işini azaltmak için (biyokütlenin hasat edilmediği su ürünleri yetiştiriciliği durumu hariç), hasatta mikroalg konsantrasyonlarını maksimize etmeye çalışacağız. En yüksek konsantrasyonların araştırılması, mikroalg kültürünün kalınlığında bir azalmayı destekleme eğilimindedir. Pratikte, optik yolun uzunlukları nadiren cm'den kısadır.
Bir foto-biyo kullanılan bu fotosentetik organizmaların CO kullanma özelliği olan 2 O üretmek üzere hava içinde mevcut 2 katlandığı ve (ilkesi algoculture ).
Bu büyük ölçekli kültürlerin ilgisi, önemli miktarda alg biyokütlesi elde etmenin çok yararlı olmasına dayanmaktadır. Gerçekte, algler (özellikle) yüksek bir üreme kapasitesine sahiptir (yüksek bir biyokütle oluşturma ). Özellikle biyoyakıt (Biyoyakıt, Biyogaz ) yapımında kullanılabilen büyük miktarlarda lipit üretirler .
Ek olarak, bu alglerin kirletme kapasitesi, atık su ve atmosferi temizlemek için de kullanılabilir.
Alglerin bu belirli özellikleri, enerji üretmek için (biyoyakıt, ısı ve elektrik) çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır.
Borulu fotobiyoreaktörler, izin verdikleri kültür koşullarının ve bunlardan kaynaklanan performansların yakın kontrolü nedeniyle büyük bir gelişme için tasarlanmıştır. Yatay olarak akan boru biçimli demetlerin dikey bariyerleri halinde düzenlenmiş olanlar, dağınık ışığı kullanma yetenekleriyle ilgili olarak yüksek fotosentetik verimlilik sergilerler. Kültür, ışığı yakaladığı şeffaf tüpten ve fotosentezin engellenmesini önlemek için zorunlu olarak oksijeni kaybetmesi gereken bir gazdan arındırma kulesine dönüşümlü olarak geçmek için bir döngü içinde sirküle edilir. Bu tesislerden bazıları, Klötze'deki (Almanya) Roquette Frères şirketininki gibi toplam 500 km cam boru tesisatıdır.
Çözünmüş oksijen içeriğinin kritik değerlere ulaşmasını önlemek için, gaz giderme kulesindeki iki geçiş arasındaki süreler, fotobiyoreaktörün boyutu arttıkça kısaltılmalıdır. Bazı büyük kurulumlarda bu süreler dakikaya kadar düşebilir. Pompalar daha sonra kültürü 2 m / s'de boru sisteminde ve 7 m yüksekliğe ulaşabilen gaz giderme kulesinde dolaştıracak şekilde boyutlandırılır . Çok fazla enerji tüketen ek (> 2000 W / m 3 ), bu çoğaltma türlerin sadece bir avuç dayanabilmektedir yoğun mekanik streslere maruz mikroalg işler. Bunlar genellikle uzantıları olmayan küçük mikroalglerdir ve Chlorella vulgaris , Scenedesmus obliquus , Nannochloropsis oculata , Haematococcus pluvialis (kistler) gibi dirençli bir hücre duvarına sahiptir . Mekanik strese toleransları nedeniyle, bu ekstremofil türler Avrupa'da Salata, Roquette Frères (Almanya), CleanAlgae (İspanya), Necton (Portekiz) ve Algatech (İsrail) tarafından yetiştirilmektedir.
Önceki bir boru şeklindeki foto-biyo farklıdır yeni bir konsept olduğu CO takviyeli hava ile aynı zamanda, boru donanımı kültür ko-dolaştığı 2 aşırı oksijen temizleyici malzeme sağlamaktır. Bu, gaz giderme verimliliğini fotobiyoreaktörün boyutundan bağımsız hale getirir ve teknolojiye performansı düşürmeden boyutu artırarak daha düşük sermaye ve işletme maliyetleri için büyük bir potansiyel sağlar. Bu seçimin bir başka pratik sonucu, sirkülasyon hızının gaz giderme kulesi fotobiyoreaktörlerine göre çok daha düşük ( 0,3 m / s ) olmasıdır. Bu önemli ölçüde enerji tüketimi (<400 azaltır W / m 3 , mekanik gerilimler dolaşan mikroalg uygulanan) ve mümkün etkin bir şekilde reaktörün iç yüzünün in-line temizleme gibi başka temel işlevleri gerçekleştirmek için yapar. Bu konsepte göre 5.000 L fotobiyoreaktörler , Microphyt şirketi tarafından Baillargues'de (Fransa) 2009'un sonundan beri kullanılmaktadır. Özellikle hassas mikroalg türlerinin endüstriyel ekimi için uygun oldukları kanıtlanmıştır. Hassas türlerin kitlesel üretme olasılığı, biyoçeşitliliğin en önemlileri arasında olduğu fotosentetik mikroorganizmaların endüstriyel sömürü alanını açar.
Fotobiyoreaktör teknolojisi, Biofacades kullanımıyla birçok mimari ve kentsel planlama projesinin konusu olmuştur. Biofacades, içinde yosun yetiştirmenin mümkün olduğu su ile doldurulmuş çift camlı yapılardır (foto-biyoreaktör tipi) . Bu Biofacades'in ilgisi, dikey bir mikroalg kültürü alanının entegrasyonu ile binaların "kayıp" yüzeyini optimize etmektir.
Bu yapıların kurulması, binanın enerji ihtiyacının karşılanmasını mümkün kılacaktır. Nitekim alglerin özelliklerini kullanarak şunları yapmak mümkündür:
Mevsim boyunca sıcaklık sabit değildir. Bu doğal olgunun üstesinden gelmek için cihaz, kışın sera etkisiyle güneşin enerjisini yakalayabilecek ve yazın cepheyi su ve havalandırma akışlarıyla soğutabilecektir. Bu, bir ısı eşanjörünün foto-biyoreaktör içinde bulunmasıyla mümkün olur. Biofacades kullanımı, havuzlarda geleneksel yetiştiriciliğe kıyasla termal enerji tüketimini bina için% 50 ve yosun için% 80 azaltmayı mümkün kılacaktır.
Adlı bir konsorsiyum vardır Symbio2 bir "yeşil bölge" oluşturmak amacı şirketleri (GEPEA; Sèche Environement; OASIIS; RFR;; Algosource Teknolojileri X-TU) oluşan 3 rd nesil binalar için mikro -algae onların üretimini havuzu kendi enerji ihtiyaçlarını karşılamak için. Bu program, benzersiz bir Bakanlıklar Arası Fonu (FUI 15) elde etti.Mart 2015 1,7 milyon Euro değerinde.
O zamandan beri not etmek önemlidir Ocak 2014, uygulanan çeşitli projelerin ilerleyişi hakkında herhangi bir geri bildirim bulunmamaktadır. Ancak, Hamburg'da bu Biofacades ile zaten sağlanan bir bina var: BIQ.
Algler, biyodizel ve biyoetanol üretmek için kullanılabilir . Alglerin biyokütlesinin diğer biyokütlelerden 30 kata kadar daha verimli olması özellikle ilginçtir.