[發明專利]一種改進的漫射光可擴展表面積水支撐式光生物反應器

有效

• 申請號: 200780051628.2
• 申請日: 2007-12-13
• 公開（公告）號: CN101636484A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 布賴恩·威爾森;蓋伊·巴比特;克里斯多佛·特納;彼得·利特文;克里斯蒂納·韋耶-蓋格爾;安娜·埃廷格;艾米·博克森;尼古拉斯·蘭西斯;詹姆士·默菲
• 申請（專利權）人: 索利克斯生物燃料公司;科羅拉多州大學研究基金會
• 主分類號: C12M1/36
• 分類號: C12M1/36;C12M3/00;C12P7/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司
• 代理人: 李 宓

相關申請

本申請是2007年10月12日提交的美國專利申請No.11/871,728的繼 續申請，并根據35?USC?119(e)，要求如下美國臨時專利申請的優先權：2006 年12月20日提交的60/877,997，2007年1月3日提交的60/878,506，和 2007年3月9日提交的60/894,082，在此每個專利申請的內容以引用的方 式并入。

技術領域

本發明涉及用于經濟的、高密度的、高度可擴展性的封閉的光生物反 應器的方法和裝置，所述光生物反應器用于培養支持生物燃料和其它燃料 生產的藻類。在優選的實施方案中，為了支持藻類的生長，設計光生物反 應器的結構以優化太陽光的利用。其它實施方案涉及設計光生物反應器系 統的元件以優化系統的溫度控制，使藻類的密度和產出率最大化，并使光 生物反應器的組成材料、結構以及運行的成本最低化。

背景技術

對化石燃料至電力傳輸和電網的依賴正引起多重的并發的能源危機。 煤、石油和天然氣造成全球變暖和氣候變化，同時造成地緣政治的不穩定 和能源的不安全。為了解決這些問題，近來很多發達國家和發展中國家已 經轉向生物燃料。

遺憾的是，從植物來源獲得生物燃料呈現其窘境。種植任一英畝的能 源作物有可能排擠一英畝的糧食作物，這轉而引起了基本的主要糧食的價 格上漲。農業使用了可觀數量的能源，其中很多以化石燃料的形式供給， 因而降低了生物燃料作物的總的碳平衡。此外，大多數的能源作物的產出 率相當低。一英畝玉米每年僅僅產出大約350加侖乙醇，一英畝大豆每年 可以產出大約50加侖生物柴油。最后，使用農業邊緣土地種植能源作物則 由于缺少能夠支持作物生長的足夠的水而受到限制。

需要將這樣的能源作物轉化為可持續的能源基礎設施：其能夠在另外 不常用的土地上有效地種植，同時能源輸入最小。傳統的陸地作物不能提 供全面的解決方案。但是，微藻有希望解決生物燃料的各限制因素。封閉 系統的光生物反應器可以設置在其他不常用的土地上，其可以降低與糧食 作物的競爭并將蒸發導致的失水降至最低。按照規模而言，藻類的生物燃 料的產出率潛在地超過了土壤植物的產出率(參見，例如，Natl.Renewable Energy?Laboratory，″A?Look?Back?at?the?U.S.Department?of?Energy′s?Aquatic Species?Program：Biodiesel?from?Algae，″NREL/TP-580-24190，July?1998)。 藻類細胞的生長能夠快速地取代其所汲取的養料，有希望一年收割一次。 作為額外的好處，微藻能夠利用化石燃料發電廠的富含二氧化碳的煙氣以 及其它的工業廢氣，因此降低了從發電廠、啤酒廠、葡萄酒廠等排到大氣 中的溫室氣體的數量。

就目前情況而言，尚未有為生產生物燃料目的而建造的商業規模的微 藻農場。傳統的工業光生物反應器尚未能重復出實驗室規模的光生物反應 器所能達到的高細胞密度。為了在與石油可競爭的基礎上生產微藻能源作 物，必須在光生物反應器內種植極高密度的培養物，其可最大限度地利用 可用的太陽光。此外，必須使用于建造這些光生物反應器的材料成本合算。 傳統封閉的光生物反應器由昂貴的玻璃和鋼組件以及復雜的水泵和流量分 配系統制成，其將不能實現堪與化石燃料競爭的生物原油成本目標。此類 系統在從實驗室規模裝置到商業規模生產的規模放大方面也不佳(例如， Grima?et?al.，J.Applied?Phycology?12：355-68，2000)。本領域需要經濟有效的 封閉系統的光生物反應器，其能夠種植高密度的藻類培養物，其設計能夠 優化太陽光的利用，并且能夠生產出堪與化石燃料競爭的價格水準的生物 燃料。

發明內容

本發明通過提供用于經濟有效的封閉系統的光生物反應器的方法、裝 置和組合物，滿足了本領域尚未解決的需求，所述光生物反應器能夠種植 高密度的藻類培養物，其設計能夠優化太陽光的利用，并且能夠生產出堪 與化石燃料成本競爭的生物燃料。該光生物反應器還可以用于生產除燃料 之外的其它產品，例如蛋白質、淀粉、其它碳水化合物、維生素、類胡蘿 卜素、葉黃素以及纖維素基材料。