Биореактор водорослей — Algae bioreactor
Водоросли биореактор используется для выращивания микро или макро водорослей. Водоросли можно выращивать в целях производства биомассы (как в культиваторе морских водорослей ), очистки сточных вод , фиксации CO 2 или фильтрации аквариума / пруда в виде скруббера для водорослей . Биореакторы на водорослях широко различаются по конструкции и в целом делятся на две категории: реакторы открытого типа и реакторы закрытого типа. Открытые реакторы подвергаются воздействию атмосферы, в то время как закрытые реакторы, также обычно называемые фотобиореакторами , в той или иной степени изолированы от атмосферы. В частности, биореакторы из водорослей можно использовать для производства топлива, такого как биодизель и биоэтанол, для производства кормов для животных или для уменьшения количества загрязняющих веществ, таких как NO x и CO 2, в дымовых газах электростанций. По сути, этот вид биореактора основан на фотосинтетической реакции, которая осуществляется самими хлорофилл- содержащими водорослями с использованием растворенного углекислого газа и энергии солнечного света. Двуокись углерода диспергируется в жидкости реактора, чтобы сделать ее доступной для водорослей. Биореактор должен быть изготовлен из прозрачного материала.
Водоросли — фотоавтотрофные организмы, осуществляющие кислородный фотосинтез.
6 C О 2 + 6 ЧАС 2 О ⟶ C 6 ЧАС 12 О 6 + 6 О 2 Δ ЧАС 0 знак равно + 2870 k J м о л <\ displaystyle <\ begin 
СОДЕРЖАНИЕ
Историческое прошлое
Некоторые из первых экспериментов по выращиванию водорослей были проведены в 1957 г. Институтом Карнеги в Вашингтоне. В этих экспериментах одноклеточные хлореллы культивировались путем добавления CO 2 и некоторых минералов. Раньше использовались биореакторы, которые были сделаны из стекла, а позже превратились в пластиковый пакет. Целью всех этих исследований было выращивание водорослей для производства дешевого корма для животных.
Часто используемые типы фотореакторов
В настоящее время необходимо различать 3 основных типа фотобиореакторов на водорослях, но определяющим фактором является объединяющий параметр — доступная интенсивность солнечной энергии.
Пластинчатый фотобиореактор
Пластинчатый реактор просто состоит из вертикально расположенных или наклонных прямоугольных ящиков, которые часто разделены на две части для обеспечения перемешивания текучей среды реактора. Обычно эти блоки объединяются в систему путем их связывания. Эти соединения также используются для облегчения процесса наполнения / опорожнения, подачи газа и транспортировки питательных веществ. Введение дымового газа в основном происходит в нижней части окна , чтобы гарантировать , что диоксид углерода имеет достаточно времени , чтобы взаимодействовать с водорослями в реакторе жидкости.
Трубчатый фотобиореактор
Трубчатый реактор состоит из вертикально или горизонтально расположенных труб, соединенных вместе в систему трубопроводов. Жидкость, взвешенная в водорослях, может циркулировать по этой трубке. Трубки обычно изготавливаются из прозрачного пластика или боросиликатного стекла, а постоянная циркуляция поддерживается насосом в конце системы. Подача газа происходит в конце / начале системы трубок. Такой способ подачи газа вызывает проблему дефицита углекислого газа, высокую концентрацию кислорода в конце блока во время циркуляции и плохую эффективность.
Фотобиореактор с пузырьковой колонкой
Фотореактор с пузырьковой колонной состоит из вертикально расположенной цилиндрической колонны, изготовленной из прозрачного материала. Подача газа происходит в нижней части колонны и вызывает турбулентный поток, обеспечивающий оптимальный газообмен. В настоящее время эти типы реакторов строятся с максимальным диаметром от 20 до 30 см, чтобы обеспечить необходимый запас солнечной энергии.
Самая большая проблема с конструкцией, определяемой солнечным светом, — это ограниченный диаметр. Feuermann et al. изобрел метод сбора солнечного света с помощью конусообразного коллектора и передачи его с помощью некоторых стекловолоконных кабелей, которые адаптированы к реактору, чтобы позволить конструкции колонного реактора с более широкими диаметрами. — в этом масштабе потребление энергии за счет насосов и т.д. , а также СО 2 стоимости производства могут перевесить CO 2 , захваченное в реактор.
Промышленное использование
Выращивание водорослей в фотобиореакторе создает узкий диапазон возможностей промышленного применения. Некоторые энергетические компании уже создали исследовательские центры с фотобиореакторами из водорослей, чтобы выяснить, насколько они эффективны в сокращении выбросов CO 2 , содержащихся в дымовых газах , и сколько биомассы будет производиться. Биомасса водорослей имеет множество применений и может быть продана для получения дополнительного дохода. Сэкономленный объем выбросов может приносить доход и за счет продажи квот на выбросы другим энергетическим компаниям.
Использование водорослей в пищу очень распространено в регионах Восточной Азии. Большинство видов содержат только часть полезных белков и углеводов, а также много минералов и микроэлементов. Как правило, потребление водорослей должно быть минимальным из-за высокого содержания йода, что особенно проблематично для людей с гипертиреозом. Точно так же многие виды диатомовых водорослей производят соединения, небезопасные для человека. Водоросли, особенно некоторые виды, которые содержат более 50 процентов масла и много углеводов, могут быть использованы для производства биодизеля и биоэтанола путем извлечения и очистки фракций. Этот момент очень интересен, потому что биомасса водорослей генерируется в 30 раз быстрее, чем некоторая сельскохозяйственная биомасса, которая обычно используется для производства биодизеля.
Источник
Реактор на водорослях
Реактор водорослей или водоросли биореактор является фотобиореактором для выращивания водорослей в какую двуокись углерода (СО 2 ) вводятся. Растущие водоросли используют доступный им CO 2 и солнечный свет для фотосинтеза . Преимуществами выращивания микроводорослей ( фитопланктона ) по сравнению с выращиванием полезных растений на суше являются высокая урожайность с площади, а также отсутствие отходов, таких как корни, и меньшее потребление воды. К тому же они не конкурируют с наземными растениями. К недостаткам можно отнести высокую стоимость и отсутствие масштабных производственных процессов. Использовать его для производства биоэнергетики пока не экономично. Использование для производства пищевых добавок, фармацевтических препаратов и косметических продуктов уже имеет место.
оглавление
разновидность
Наиболее широко используемые классы — это цианобактерии (сине-зеленые бактерии, устаревшие «сине-зеленые водоросли»), Chlorophyceae (зеленые водоросли), Bacillariophyceae (диатомовые водоросли) и Chrysophyceae (золотые водоросли). Доминирующими видами в коммерческом производстве являются Isochrysis (золотисто-коричневый жгутик , Prymnesiophyceae ), Chaetoceros (диатомовые водоросли), Chlorella (одноклеточные зеленые водоросли — пресная вода), Arthrospira («Spirulina» — цианобактерии, ранее «синие водоросли») и Dunaliella (одноклеточные водоросли). зеленые водоросли) Соленая вода).
использовать
Микроводоросли из реакторов, высушенные и измельченные, могут служить фильтрами тяжелых металлов, которые более эффективны, чем активированный уголь, и могут использоваться повторно. Для веществ, которые могут противообрастающие краски и лекарства, полученные из патогенных вирусов и бактерий. Пилотная установка по производству биомассы от Eon Hanse находится в Гамбурге-Райтбрук .
Фиксация CO 2
Микроводоросли фиксируют углекислый газ из выбросов электростанций и используют его в качестве источника углерода . Производство зависит от солнечного излучения, поэтому в умеренных широтах наблюдаются сильные сезонные различия. Кроме того, нехватка места является проблематичной, а перекачивание методом эрлифта требует больших затрат энергии.
Производство топлива
Так называемое биотопливо третьего поколения — это культивируемые растения, которые не отнимают землю у производства продуктов питания, поскольку их также можно выращивать там, где сельское хозяйство невозможно (например, в полупустынях). Некоторые микроводоросли (например, Prymagnesus parvum , Scenedesmus dimorphus ) проходят испытания на предмет использования для производства нефти, поскольку они имеют высокое содержание масла. Проблема в том, что водоросли накапливают свою энергию в виде масел только в стационарной фазе роста. Доить водоросли, не уничтожив их, тоже сложно. Для сбора урожая водоросли необходимо центрифугировать и фильтровать, так как их небольшой размер не позволяет им расселиться самостоятельно. Дальше можно обрабатывать только сухое вещество, сушка также требует больших затрат энергии. В настоящее время окупаемости производства не предвидится.
Производство водорода
Зеленая водоросль Chlamydomonas reinhardtii преобразуется в стрессовых условиях, таких как дефицит питательных веществ, с помощью протонов фермента гидрогеназы, в результате чего электрон фотосинтеза в водороде превращается в. Преимущество заключается в том, что процессы протекают при нормальном давлении и температуре окружающей среды. Таким образом, стоимость системы низкая, а субстрат, в основном вода, дешевый и возобновляемый. Процесс нейтральный по отношению к CO 2 . Кроме того, образуется водород, который по сравнению с другими процессами газификации имеет значительно меньше таких нежелательных сопутствующих веществ. Б. содержит сероводород (H 2 S), щелочи или пыль. Однако, в отличие от системы in vitro , выход очень низкий.
Использование некоторых видов водорослей в пищу кажется наиболее многообещающим из всех возможных применений. Пресноводные водоросли Chlorella содержат z. B. минералы кальций, магний, цинк, железо, селен, а также все незаменимые аминокислоты и многочисленные ненасыщенные жирные кислоты . Его можно использовать в качестве пищевой добавки из-за его разнообразных оздоровительных эффектов.
Источник
Биореактор водорослей — Algae bioreactor
Водоросли биореактор используется для выращивания микро или макро водорослей. Водоросли можно выращивать в целях производства биомассы (как в культиваторе морских водорослей ), очистки сточных вод , фиксации CO 2 или фильтрации аквариума / пруда в виде скруббера для водорослей . Биореакторы на водорослях широко различаются по конструкции и в целом делятся на две категории: реакторы открытого типа и реакторы закрытого типа. Открытые реакторы подвергаются воздействию атмосферы, в то время как закрытые реакторы, также обычно называемые фотобиореакторами , в той или иной степени изолированы от атмосферы. В частности, биореакторы из водорослей можно использовать для производства топлива, такого как биодизель и биоэтанол, для производства кормов для животных или для уменьшения количества загрязняющих веществ, таких как NO x и CO 2, в дымовых газах электростанций. По сути, этот вид биореактора основан на фотосинтетической реакции, которая осуществляется самими хлорофилл- содержащими водорослями с использованием растворенного углекислого газа и энергии солнечного света. Двуокись углерода диспергируется в жидкости реактора, чтобы сделать ее доступной для водорослей. Биореактор должен быть изготовлен из прозрачного материала.
Водоросли — фотоавтотрофные организмы, осуществляющие кислородный фотосинтез.
6 C О 2 + 6 ЧАС 2 О ⟶ C 6 ЧАС 12 О 6 + 6 О 2 Δ ЧАС 0 знак равно + 2870 k J м о л <\ displaystyle <\ begin
СОДЕРЖАНИЕ
Историческое прошлое
Некоторые из первых экспериментов по выращиванию водорослей были проведены в 1957 г. Институтом Карнеги в Вашингтоне. В этих экспериментах одноклеточные хлореллы культивировались путем добавления CO 2 и некоторых минералов. Раньше использовались биореакторы, которые были сделаны из стекла, а позже превратились в пластиковый пакет. Целью всех этих исследований было выращивание водорослей для производства дешевого корма для животных.
Часто используемые типы фотореакторов
В настоящее время необходимо различать 3 основных типа фотобиореакторов на водорослях, но определяющим фактором является объединяющий параметр — доступная интенсивность солнечной энергии.
Пластинчатый фотобиореактор
Пластинчатый реактор просто состоит из вертикально расположенных или наклонных прямоугольных ящиков, которые часто разделены на две части для обеспечения перемешивания текучей среды реактора. Обычно эти блоки объединяются в систему путем их связывания. Эти соединения также используются для облегчения процесса наполнения / опорожнения, подачи газа и транспортировки питательных веществ. Введение дымового газа в основном происходит в нижней части окна , чтобы гарантировать , что диоксид углерода имеет достаточно времени , чтобы взаимодействовать с водорослями в реакторе жидкости.
Трубчатый фотобиореактор
Трубчатый реактор состоит из вертикально или горизонтально расположенных труб, соединенных вместе в систему трубопроводов. Жидкость, взвешенная в водорослях, может циркулировать по этой трубке. Трубки обычно изготавливаются из прозрачного пластика или боросиликатного стекла, а постоянная циркуляция поддерживается насосом в конце системы. Подача газа происходит в конце / начале системы трубок. Такой способ подачи газа вызывает проблему дефицита углекислого газа, высокую концентрацию кислорода в конце блока во время циркуляции и плохую эффективность.
Фотобиореактор с пузырьковой колонкой
Фотореактор с пузырьковой колонной состоит из вертикально расположенной цилиндрической колонны, изготовленной из прозрачного материала. Подача газа происходит в нижней части колонны и вызывает турбулентный поток, обеспечивающий оптимальный газообмен. В настоящее время эти типы реакторов строятся с максимальным диаметром от 20 до 30 см, чтобы обеспечить необходимый запас солнечной энергии.
Самая большая проблема с конструкцией, определяемой солнечным светом, — это ограниченный диаметр. Feuermann et al. изобрел метод сбора солнечного света с помощью конусообразного коллектора и передачи его с помощью некоторых стекловолоконных кабелей, которые адаптированы к реактору, чтобы позволить конструкции колонного реактора с более широкими диаметрами. — в этом масштабе потребление энергии за счет насосов и т.д. , а также СО 2 стоимости производства могут перевесить CO 2 , захваченное в реактор.
Промышленное использование
Выращивание водорослей в фотобиореакторе создает узкий диапазон возможностей промышленного применения. Некоторые энергетические компании уже создали исследовательские центры с фотобиореакторами из водорослей, чтобы выяснить, насколько они эффективны в сокращении выбросов CO 2 , содержащихся в дымовых газах , и сколько биомассы будет производиться. Биомасса водорослей имеет множество применений и может быть продана для получения дополнительного дохода. Сэкономленный объем выбросов может приносить доход и за счет продажи квот на выбросы другим энергетическим компаниям.
Использование водорослей в пищу очень распространено в регионах Восточной Азии. Большинство видов содержат только часть полезных белков и углеводов, а также много минералов и микроэлементов. Как правило, потребление водорослей должно быть минимальным из-за высокого содержания йода, что особенно проблематично для людей с гипертиреозом. Точно так же многие виды диатомовых водорослей производят соединения, небезопасные для человека. Водоросли, особенно некоторые виды, которые содержат более 50 процентов масла и много углеводов, могут быть использованы для производства биодизеля и биоэтанола путем извлечения и очистки фракций. Этот момент очень интересен, потому что биомасса водорослей генерируется в 30 раз быстрее, чем некоторая сельскохозяйственная биомасса, которая обычно используется для производства биодизеля.
Источник