Bioreaktor algowy - Algae bioreactor

Glony bioreaktor jest wykorzystywany do uprawy mikro lub makro glony. Glony mogą być hodowane w celu produkcji biomasy (jak w kultywatorze wodorostów ), oczyszczania ścieków , wiązania CO 2 lub filtracji akwariowej/stawowej w formie płuczki algowej . Bioreaktory alg różnią się znacznie pod względem konstrukcji, dzieląc się zasadniczo na dwie kategorie: reaktory otwarte i reaktory zamknięte. Reaktory otwarte są wystawione na działanie atmosfery, natomiast reaktory zamknięte, zwane też potocznie fotobioreaktorami , są w różnym stopniu odizolowane od atmosfery. W szczególności bioreaktory algowe mogą być wykorzystywane do produkcji paliw, takich jak biodiesel i bioetanol, do wytwarzania paszy dla zwierząt lub do redukcji zanieczyszczeń, takich jak NO x i CO 2 w gazach spalinowych elektrowni. Zasadniczo ten rodzaj bioreaktora opiera się na reakcji fotosyntezy , która jest przeprowadzana przez same algi zawierające chlorofil przy użyciu rozpuszczonego dwutlenku węgla i energii słonecznej. Dwutlenek węgla jest rozpraszany w płynie reaktora, aby był dostępny dla glonów. Bioreaktor musi być wykonany z przezroczystego materiału.


Glony to organizmy fotoautotroficzne, które wykonują fotosyntezę tlenową.

Równanie fotosyntezy:

Tło historyczne

Niektóre z pierwszych eksperymentów mających na celu hodowlę alg zostały przeprowadzone w 1957 r. przez „ Carnegie Institution ” w Waszyngtonie. W tych doświadczeniach hodowano jednokomórkową Chlorellę, dodając CO 2 i niektóre minerały. Na początku używano bioreaktorów wykonanych ze szkła, które później zamieniono na rodzaj plastikowej torby. Celem wszystkich tych badań była uprawa alg w celu wyprodukowania taniej paszy dla zwierząt.

Często używane typy fotoreaktorów

Obecnie trzeba rozróżnić 3 podstawowe typy fotobioreaktorów algowych, ale czynnikiem decydującym jest parametr ujednolicający – dostępne natężenie energii słonecznej.

Fotobioreaktor płytowy

Reaktor płytowy składa się po prostu z pionowo ustawionych lub nachylonych prostokątnych skrzynek, które często są podzielone na dwie części, aby wywołać mieszanie płynu reaktora. Ogólnie rzecz biorąc, skrzynki te są ułożone w system, łącząc je. Połączenia te służą również do ułatwienia procesu napełniania/opróżniania, wprowadzania gazu oraz transportu substancji odżywczych. Wprowadzanie gazów spalinowych odbywa się głównie na dnie skrzyni, aby zapewnić, że dwutlenek węgla ma wystarczająco dużo czasu na interakcję z glonami w płynie reaktora.

Fotobioreaktor rurowy

Reaktor rurowy składa się z rur ułożonych pionowo lub poziomo, połączonych ze sobą w system rur. Płyn zawieszony w algach może krążyć w tej rurce. Rurki są zazwyczaj wykonane z przezroczystego plastiku lub szkła borokrzemianowego, a stały obieg jest utrzymywany przez pompę na końcu systemu. Wprowadzenie gazu następuje na końcu/początku układu rur. Taki sposób wprowadzania gazu powoduje problem niedoboru dwutlenku węgla, wysokie stężenie tlenu na końcu urządzenia podczas cyrkulacji oraz złą wydajność.

Fotobioreaktor z kolumną bąbelkową

Kolumna barbotażowa zdjęcie reaktora składa się z pionowej kolumny umieszczony cylindryczny, wykonany z przezroczystego materiału. Wprowadzenie gazu odbywa się na dnie kolumny i powoduje turbulentny strumień umożliwiający optymalną wymianę gazu. Obecnie budowane są tego typu reaktory o maksymalnej średnicy od 20 cm do 30 cm w celu zapewnienia wymaganego dostarczania energii słonecznej.

Największym problemem w przypadku konstrukcji determinowanej światłem słonecznym jest ograniczona wielkość średnicy. Feuermann i in. wynalazł metodę zbierania światła słonecznego za pomocą kolektora w kształcie stożka i przesyłania go za pomocą kilku kabli z włókna szklanego, które są przystosowane do reaktora, aby umożliwić budowę reaktora kolumnowego o większych średnicach. - na tej skali zużycie energii przez pompy i tym podobne oraz CO 2 koszty produkcji mogą być większe niż CO 2 przechwycony przez reaktor.

Zastosowanie przemysłowe

Hodowla alg w fotobioreaktorze stwarza wąski zakres zastosowań przemysłowych. Niektóre firmy energetyczne stworzyły już obiekty badawcze z fotobioreaktorami alg, aby dowiedzieć się, jak skutecznie mogą one zmniejszyć emisję CO 2 zawartego w spalinach i ile biomasy zostanie wyprodukowane. Biomasa z alg ma wiele zastosowań i może być sprzedawana w celu generowania dodatkowego dochodu. Zaoszczędzona wielkość emisji może również przynieść dochód dzięki sprzedaży kredytów emisyjnych innym przedsiębiorstwom energetycznym.

Wykorzystanie alg jako pożywienia jest bardzo powszechne w regionach Azji Wschodniej. Większość gatunków zawiera tylko ułamek użytecznych białek i węglowodanów oraz dużo minerałów i pierwiastków śladowych. Generalnie spożycie alg powinno być minimalne ze względu na wysoką zawartość jodu, szczególnie problematyczne dla osób z nadczynnością tarczycy. Podobnie wiele gatunków alg okrzemkowych wytwarza związki niebezpieczne dla ludzi. Glony, zwłaszcza niektóre gatunki, które zawierają ponad 50% oleju i dużo węglowodanów, mogą być wykorzystywane do produkcji biodiesla i bioetanolu poprzez ekstrakcję i rafinację frakcji. Ten punkt jest bardzo interesujący, ponieważ biomasa alg jest generowana 30 razy szybciej niż część biomasy rolniczej, która jest powszechnie wykorzystywana do produkcji biodiesla.

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura