СИСТЕМА И СПОСОБ ВЫРАЩИВАНИЯ ВОДОРОСЛЕЙ Российский патент 2021 года по МПК C12M1/02 C12M1/04 C12M1/36 A01G33/00 

Область техники

[001] Изобретение относится в широком смысле к выращиванию водорослей. Более конкретно, изобретение относится к системам и способам усиления роста водорослей.

Уровень техники

[002] В последние годы культивирование водорослей в искусственных условиях с применением биореакторов (например барботажных колонок) получает все более широкое распространение, например, для производства биомассы. Для обеспечения оптимальных условий и ускоренного роста к водорослям (или микроводорослям) подаются пузырьки воздуха, обогащенные CO₂, и освещение (либо искусственное освещение, либо солнечный свет). Примерно 50% биомассы водорослей составляет углерод, полученный путем фотосинтетической фиксации CO₂, причем диоксид углерода требуется растворить в культуре, находящейся в жидкой фазе. В фототропных системах культивирования водорослей основные входные факторы роста (или макронутриенты) - это свет, CO₂, нутриенты (такие как азот, фосфор и т.д.) и вода при их турбулентном перемешивании, чтобы распределить эти ресурсы по индивидуальным ячейкам культивируемых водорослей.

[003] Кроме того, для достижения высокой концентрации водорослей в биореакторах требуется хорошее перемешивание текучих сред. Хорошее перемешивание может влиять на световую экспозицию клетки путем снижения степени взаимного затенения и минимизации фотоингибиции. Эффективное перемешивание может приводить клетки в непосредственную близость к освещенной поверхности, чтобы обеспечить получение ими фотонов, а затем отводить их от нее, чтобы дать насыщенным фотонами клеткам возможность поглотить эту световую энергию для фотосинтеза до того, как клетки снова будут экспонированы светом. Поскольку ультравысокие концентрации клеток требуют применения мощных источников света, неадекватное перемешивание может привести к переэкспонированию интенсивным светом, а также к повреждению клеток вследствие фотоингибиции.

[004] Чтобы обеспечить требуемое перемешивание, в фотобиореакторах широко применяется барботирование газа (главным образом, воздуха или азота, обогащенного CO₂). Движение пузырьков вверх создает перемешивание, тангенциальное к направлению потока. Эффективное перемешивание обычно требует применения постоянных высоких скоростей потока и крупных пузырьков. Однако использованию барботирующего потока воздуха для перемешивания и обогащения его состава CO₂ присуща неэффективность, поскольку CO₂ вводится в крупные пузырьки (требуемые для перемешивания) в низкой концентрации, что приводит к низкому биологическому использованию CO₂, составляющему 10% (тогда как 90% CO₂ выводится из биореактора).

[005] Микроводоросли могут выращиваться под воздействием света в системах многих типов, включая фотобиореакторы в виде плоских панелей. Для выращивания водорослей могут использоваться источники света (видимого излучения) любого типа, генерирующие свет с длинами волн в интервале примерно 400-700 нм. Светодиоды (СД) способны генерировать свет с конкретными длинами волн, например в видимом спектральном интервале (в частности синий и/или красный свет).

[006] Однако некоторые входные компоненты имеют ограничения (например, ограничение по свету вследствие самозатенения водорослей), что приводит к определенной максимальной плотности водорослей в конкретной системе. Если все другие входные компоненты имеют неограниченную доступность, по мере увеличения плотности водорослевой культуры клетки затеняют клетки, которые оказываются заблокированными относительно траектории света. Постепенно свет оказывается неспособным проникать в культуру достаточно глубоко, чтобы сделать возможным дальнейший рост, т.е. система достигает максимальной концентрации (ограниченной доступным светом).

Раскрытие изобретения

[007] Некоторые аспекты изобретения могут быть направлены на способ барботирования в контейнере для культивирования водорослей. Способ может включать управление по меньшей мере одним первым барботером для обеспечения распределения первой текучей среды в контейнере при первой операционной скорости потока и управление по меньшей мере одним вторым барботером для обеспечения распределения второй текучей среды в контейнере при второй операционной скорости потока. В некоторых вариантах первая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности перемешивания водорослей в указанном контейнере для культивирования, а вторая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в указанном контейнере для культивирования.

[008] В некоторых вариантах способ может дополнительно включать изменение операционной скорости потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним вторым барботером, в соответствии с изменениями по меньшей мере одного измеренного параметра. В некоторых вариантах способ может дополнительно включать освещение контейнера светом с заданной длиной волны посредством по меньшей мере одного источника света.

[009] Дополнительные аспекты изобретения могут быть направлены на систему барботирования в контейнере для культивирования водорослей. Данная система может содержать по меньшей мере один датчик для измерения по меньшей мере одного параметра внутри контейнера; по меньшей мере один первый барботер для распределения первой текучей среды в контейнере при первой операционной скорости потока и по меньшей мере один второй барботер для распределения второй текучей среды в контейнере при второй операционной скорости потока на основе по меньшей мере одного измеренного параметра. Система барботирования в контейнере для культивирования водорослей может дополнительно содержать по меньшей мере один контроллер для управления первой и второй операционными скоростями потока. В некоторых вариантах первая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности турбулентного перемешивания водорослей в указанном контейнере для культивирования, а вторая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в указанном контейнере для культивирования.

[010] В некоторых вариантах изобретения по меньшей мере один первый барботер может иметь диаметр, превышающий 1 мм. В определенных вариантах по меньшей мере один второй барботер может иметь диаметр менее 1 мм. В некоторых вариантах заданная текучая среда может быть выбрана из группы, состоящей из воздуха и азота. В определенных вариантах система барботирования в контейнере для культивирования водорослей может дополнительно содержать физический барьер для разделения текучих сред, распределяемых первым и вторым барботерами. В некоторых вариантах по меньшей мере один второй барботер может быть выполнен с возможностью распределения в контейнере пузырьков диоксида углерода. В группе вариантов первая операционная скорость потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним первым барботером, может составлять 100 мм/мин. В некоторых вариантах первая операционная скорость потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним вторым барботером, может составлять 5 мм/мин.

Краткое описание чертежей

[011] Объект предлагаемого изобретения конкретно описан и четко сформулирован в заключительной части описания. Вместе с тем, изобретение, как в отношении его структуры, так и способа функционирования, совместно с решаемыми им задачами, признаками и преимуществами станет наиболее понятным из нижеследующего подробного описания при его рассмотрении с прилагаемыми чертежами, где:

[012] на фиг. 1 представлена блок-схема системы барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения;

[013] на фиг. 2А представлена блок-схема системы барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения, содержащая по меньшей мере один осветительный модуль;

[014] на фиг. 2В представлена блок-схема системы 200 барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения, содержащая по меньшей мере один осветительный модуль 201 и единственный барботер;

[015] на фиг. 3 представлена блок-схема способа барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения.

[016] Должно быть понятно, что для простоты и ясности иллюстраций элементы, показанные на чертежах, необязательно воспроизведены с соблюдением масштаба. Например, для ясности размеры некоторых элементов могут быть преувеличены относительно других элементов. Кроме того, когда это представляется удобным, цифровые обозначения могут повторяться на различных чертежах, чтобы обозначить идентичные или аналогичные элементы.

Осуществление изобретения

[017] В нижеследующем подробном описании приводятся многочисленные конкретные детали, чтобы обеспечить полное понимание изобретения. Однако специалистам в соответствующей области должно быть понятно, что изобретение может быть реализовано и без этих конкретных деталей. В других случаях хорошо известные способы, процедуры и компоненты не описываются подробно, чтобы не осложнять понимание изобретения.

[018] На фиг. 1 представлена блок-схема системы 100 барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения. Следует отметить, что направление стрелок на фиг. 1 может указывать направление информационного потока.

[019] В некоторых вариантах система 100 барботирования может содержать по меньшей мере один первый барботер 101 с множеством сопел, служащих для распределения первой заданной текучей среды (например пузырьков воздуха и/или азота) в воде, заполняющей контейнер 10 для культивирования водорослей (например биореактор), при первой операционной скорости потока, чтобы обеспечить перемешивание внутри контейнера. Система 100 барботирования может также содержать по меньшей мере один второй барботер 102 с множеством сопел, служащих для распределения второй заданной текучей среды (например содержащей пузырьки газа с CO₂ и/или растворенным фосфором для массопереноса) в контейнере 10 при второй операционной скорости потока.

[020] В некоторых вариантах система 100 барботирования может содержать по меньшей мере один контроллер 103 для управления первой и второй операционными скоростями потока. Согласно некоторым вариантам по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 и второго барботера 102 может распределять текучую среду в контейнере 10 для культивирования в соответствии с запросом от по меньшей мере одного контроллера 103, как это будет описано далее. В некоторых вариантах первая операционная скорость потока может быть основана на второй операционной скорости потока. В некоторых вариантах по меньшей мере одна из первой и второй операционных скоростей потока является заданной.

[021] В некоторых вариантах первая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности турбулентного перемешивания водорослей в контейнере 10 для культивирования. Согласно некоторым вариантам вторая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности массопереноса и/или ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в контейнере 10 для культивирования.

[022] В некоторых вариантах вторая заданная текучая среда может содержать пузырьки газа с концентрацией CO₂ более 30%. Согласно некоторым вариантам источник по меньшей мере одной первой и второй заданных текучих сред может быть внешним по отношению к системе 100 барботирования. Например, источник растворенных углерода и/или серы для второй заданной текучей среды может обеспечиваться геотермальными электростанциями.

[023] В некоторых вариантах первая операционная скорость потока, обеспечиваемая по меньшей мере одним соплом первого барботера 101 (составляющая, например, 100 мм/мин), может отличаться от второй операционной скорости потока, обеспечиваемой по меньшей мере одним соплом второго барботера 102 (составляющей, например, 5 мм/мин).

[024] В некоторых вариантах по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 может иметь диаметр, превышающий ~1 мм, а по меньшей мере одно сопло второго барботера 102 может иметь диаметр менее ~1 мм. Согласно некоторым вариантам сопла первого барботера 101, а также второго барботера 102 могут распределять ту же текучую среду (например воздух), причем сопла каждого барботера могут иметь различные диаметры.

[025] В некоторых вариантах система 100 барботирования может дополнительно содержать физический барьер 104 для разделения первой текучей среды, распределяемой первым барботером 101, и второй текучей среды, распределяемой вторым барботером 102 в контейнере 10 для культивирования. В конкретных вариантах по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 и/или второго барботера 102 может быть заглублено в физический барьер 104. В других вариантах физический барьер 104 может быть выполнен с возможностью пропускать текучую среду с одной стороны барьера (в которой распределяется первая текучая среда) на другую сторону (в которой распределяется вторая текучая среда) в заданных местах (например в верхней и нижней частях) контейнера 10 для культивирования, чтобы создать управляемое течение в контейнере 10.

[026] В некоторых вариантах система 100 барботирования может дополнительно содержать по меньшей мере один датчик 105 (например датчик температуры), подключенный к контроллеру 103 и выполненный с возможностью детектирования по меньшей мере одного параметра внутри контейнера 10 для культивирования. Например, по меньшей мере один датчик 105 может детектировать по меньшей мере одно из следующих условий в контейнере 10 для культивирования: уровни рН, температуру и давление. В некоторых вариантах по меньшей мере один датчик 105 может также детектировать параметры, внешние по отношению к контейнеру 10 для культивирования, например измерять массоперенос газов, выделяемых из контейнера 10, чтобы определить количество вещества, которое было поглощено клетками водорослей, путем вычитания количества выделившегося вещества из количества вещества, введенного в контейнер (например, вторым барботером 102).

[027] Согласно некоторым вариантам система 100 барботирования может дополнительно содержать по меньшей мере одну базу 106 данных (или блок памяти), выполненную с возможностью хранения алгоритмов функционирования контроллера 103, например базы данных по производительности для каждого сопла и/или каждого барботера. В некоторых вариантах система 100 барботирования может дополнительно содержать источник 107 питания, подключенный к контроллеру 103 и выполненный с возможностью подачи электрической мощности в систему 100 барботирования. При этом источник 107 питания выполнен с возможностью обеспечивать питание по меньшей мере одного первого барботера 101 и по меньшей мере одного второго барботера 102 так, чтобы они имели различные производительности.

[028] В некоторых вариантах данные, собранные по меньшей мере одним датчиком 105, могут анализироваться контроллером (или процессором) 103, чтобы определить, не превышает ли какой-либо параметр заданный порог, например порог для уровня рН и/или температуры, и/или концентрации CO₂ в контейнере 10. В случае если условия в контейнере 10 для культивирования (например детектируемые датчиком 105) превышают по меньшей мере одно пороговое значение, контроллер 103 может обеспечить функционирование по меньшей мере одного сопла первого барботера 101 и/или по меньшей мере одного сопла второго барботера 102 при других скоростях потока. Например, если детектируется, что концентрация CO₂ в контейнере 10 превышает 40% (или детектируется низкий уровень рН), посредством по меньшей мере одного сопла второго барботера 102 может быть обеспечено снижение скорости потока, обеспечиваемого вторым барботером 102, до ~2 мм/мин. В некоторых вариантах по меньшей мере одно сопло второго барботера 102 может функционировать только после получения от датчика 105 сигнала о том, что параметр превышает заданный порог, и не функционировать при стабильной производительности.

[029] В некоторых вариантах по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 может функционировать только после приема сигнала от датчика 105 о том, что какой-либо параметр превышает заданный порог, например, чтобы увеличить перемешивающий поток при увеличении плотности массы водорослей. Согласно некоторым вариантам по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 и/или по меньшей мере одно сопло второго барботера 102 могут функционировать с постоянной производительностью, но не в непрерывном режиме. Согласно другим вариантам по меньшей мере одно сопло первого барботера 101 и/или по меньшей мере одно сопло второго барботера 102 могут функционировать с непостоянной производительностью, причем также не в непрерывном режиме.

[030] В некоторых вариантах контейнер 10 для культивирования может иметь конфигурацию барботажной колонны по меньшей мере с одним первым барботером 101 и по меньшей мере с одним вторым барботером 102, находящимися на одной и той же поверхности контейнера в форме барботажной колонны. В других вариантах контейнер 10 для культивирования может иметь эрлифтную конфигурацию с по меньшей мере одним вторым барботером 102, который расположен в придонной части опускной трубы и который может быть дистальным по отношению к датчику 105, так что резидентное время для пузырьков по меньшей мере из одного второго барботера 102 может быть увеличено.

[031] В некоторых вариантах система 100 барботирования может допускать содержание в контейнере 10 по меньшей мере 20% органического углерода, рассчитанное применительно к углероду, присутствующему в виде пузырьков CO₂. В некоторых вариантах по меньшей мере часть водорослей в контейнере 10 составляет Chlorella Vulgaris. В других вариантах по меньшей мере часть водорослей в контейнере 10 составляет Nannochloropsis. В некоторых вариантах по меньшей мере часть водорослей в контейнере 10 составляют микроводоросли Isochrysis galbana.

[032] На фиг. 2А представлена блок-схема системы 200 барботирования в контейнере для культивирования водорослей, содержащая по меньшей мере один осветительный модуль 201 согласно некоторым вариантам изобретения. Следует отметить, что направление стрелок на фиг. 2А может указывать направление информационного потока.

[033] В некоторых вариантах система 200 барботирования в контейнере для культивирования водорослей может содержать по меньшей мере один осветительный модуль 201, подключенный к контроллеру 103 и служащий для освещения контейнера 10 для культивирования. В некоторых вариантах по меньшей мере один осветительный модуль 201 и контроллер 103 (или иной контроллер) могут быть включены в систему 208 освещения биореактора для выращивания водорослей. В некоторых вариантах расстояние между контейнером 10 для культивирования и по меньшей мере одним осветительным модулем 201 может быть изменяемым, чтобы управлять освещением, получаемым контейнером 10 для культивирования. Например, может осуществляться подведение по меньшей мере одного осветительного модуля 201 ближе к контейнеру 10, чтобы усилить освещение находящихся в нем водорослей. В некоторых вариантах управление расстоянием между контейнером 10 для культивирования и по меньшей мере одним осветительным модулем 201 может осуществляться контроллером 103, например, входящим в состав осветительной системы 208. Согласно некоторым вариантам, в дополнение к изменению расстояния осветительного модуля 201 от контейнера 10 для культивирования, возможно управление интенсивностью освещения, обеспечиваемого источниками 202 света в составе осветительного модуля 201.

[034] В некоторых вариантах по меньшей мере один осветительный модуль 201 может содержать по меньшей мере один источник 202 света (например СД), причем каждый источник 202 света может управляться контроллером 103 по отдельности. В некоторых вариантах по меньшей мере один источник 202 света может контролироваться таким образом, чтобы он имел интенсивность, отличную от интенсивности другого источника 202 света. Согласно некоторым вариантам все источники 202 света могут быть управляемыми, т.е. обеспечиваемую ими интенсивность освещения можно изменять либо вручную, либо согласно заданному временному графику и/или детектированным условиям в контейнере 10.

[035] В некоторых вариантах контейнер 10 для культивирования с физическим барьером 104 может содержать (как показано на фиг. 1) по меньшей мере один источник 202 света, заглубленный в физический барьер 104, так что контейнер 10 может освещаться изнутри, т.е. по меньшей мере посредством одного источника 202 света, заглубленного в физический барьер 104. Согласно некоторым вариантам контейнер 10 для культивирования может содержать группу физических барьеров 104, в каждом из которых имеется по меньшей мере один источник 202 света. Таким образом, может быть создана система, в которой водоросли выращиваются между смежными физическими барьерами 104, причем по меньшей мере один контроллер 103 может управлять освещением, обеспечиваемым всеми источниками 202 света, заглубленными в физические барьеры 104.

[036] Как может быть очевидно специалисту в данной области, количество света, поступающего в контейнер 10 для культивирования, может задаваться, как усредненный световой поток, достигающий поверхности контейнера 10 для культивирования. Так, в системе 200 барботирования для культур с ультравысокой плотностью (например превышающей ~5 г/л) по меньшей мере один осветительный модуль 201 может обеспечивать распределение света по меньшей мере от одного источника 202 света таким образом, чтобы обеспечить усредненный световой поток, по существу равный усредненному световому потоку для культур с низкой плотностью (например меньше ~5 г/л) с достижением аналогичного проникновения света, тогда как по меньшей мере один осветительный модуль 201 может обеспечивать более высокую интенсивность для каждого источника 202 света. В некоторых вариантах интенсивность света в контейнере 10 для культивирования может измеряться по меньшей мере одним датчиком 105.

[037] Например, для культур с ультравысокой плотностью путь света может быть коротким (например соответствующим освещаемой зоне ~1-5 мм и темной зоне ~20-30 мм), так что клетки водорослей, находящиеся вблизи осветительного модуля 201, могут быть фотоингиброваны (что соответствует для водорослей сублетальному эффекту) и/или фотообесцвечены (что соответствует для водорослей летальному эффекту). Поэтому осветительный модуль 201 может сначала находиться на расстоянии от контейнера 10, чтобы сделать возможным некоторый рост водорослей, а затем подводиться ближе (например, 1 раз в день), чтобы усилить рост водорослей. Как следствие короткого светового пути, в некоторых вариантах культуры с ультравысокой плотностью могут требовать перемешивания, чтобы реализовать циклы освещения для водорослей (с переходами между освещаемой и темной зонами). В некоторых вариантах культуры с ультравысокой плотностью могут освещаться излучением с различными длинами волн, поскольку для таких плотностей значения длин волн могут иметь почти нулевое влияние на рост вследствие короткого светового пути. Следует отметить, что согласно типичной практике водоросли для обеспечения нормального роста освещают излучением с определенными длинами волн (например синим светом), поскольку водоросли по-разному реагируют на свет. Однако эксперименты, проведенные заявителем, показали, что для культур с ультравысокой плотностью может использоваться освещение на любых длинах волн.

[038] Согласно некоторым вариантам глубина проникновения света в контейнер 10 для культивирования может выбираться в зависимости по меньшей мере от одного из следующих параметров: интенсивность света, длина волны света, конкретный вид водорослей и/или плотность культуры водорослей. Следует отметить, что глубина проникновения света в контейнере 10 для культивирования может определять соотношение между освещаемыми зонами и темными зонами в контейнере 10 и, тем самым, влиять на интенсивность света, обеспечиваемую осветительными модулями 201, скорость потока газа, проходящего через первый барботер 101, скорость потока газа, проходящего через второй барботер 102, и т.д.

[039] В некоторых вариантах контейнер 10 для культивирования может освещаться по меньшей мере одним осветительным модулем 201, чтобы обеспечить ежедневный рост, превышающий 90% от максимального роста водорослей в контейнере 10 для культивирования.

[040] В некоторых вариантах по меньшей мере один осветительный модуль 201 может использовать конфигурацию с ограниченным количеством источников 202 света высокой интенсивности. Такая конфигурация может обеспечить усиленный рост водорослей по сравнению с распространенными конфигурациями с однородным распределением низкоинтенсивных источников света. Согласно некоторым вариантам плотность освещающего потока фотонов (мощность облучения) по меньшей мере от одного источника 202 света составляет 1200 микромоль/м²/с. В некоторых вариантах по меньшей мере один осветительный модуль 201 может содержать по меньшей мере четыре источника 202 света на каждый квадратный метр. Например, осветительный модуль 201 с площадью поверхности около 6 м и длиной пути света примерно 4 см может содержать 24 источника 202 света в виде СД, каждый из которых обеспечивает световой поток 1200 микромоль/м²/с. В некоторых вариантах по меньшей мере часть водорослей в контейнере 10 составляют микроводоросли Isochrysis galbana.

[041] В некоторых вариантах контроллер 103 может быть выполнен с возможностью управления длиной волны освещения по меньшей мере от одного источника 202 света, например, посредством специального освещающего модуля, выполненного с возможностью модифицировать длину волны испускаемого света. В некоторых вариантах в контейнере 10 может поддерживаться постоянная температура 27°С.

[042] Согласно некоторым вариантам контроллер 103 может быть выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним источником 202 света таким образом, чтобы обеспечить освещение на длине волне 650 нм. Следует отметить, что согласно обычной практике водоросли для оптимального выращивания освещают светом с определенной длиной волны (например синим светом); однако, эксперименты, проведенные заявителем, показали, что для усиления роста может использоваться освещение на других длинах волн (например красным светом).

[043] На фиг. 2В представлена блок-схема системы 210 барботирования в контейнере для культивирования водорослей согласно некоторым вариантам изобретения, содержащая по меньшей мере один осветительный модуль 201 и единственный третий барботер 211. Следует отметить, что направление стрелок на фиг. 2В может указывать направление информационного потока.

[044] В некоторых вариантах система 210 барботирования может содержать по меньшей мере один осветительный модуль 201 и по меньшей мере один третий барботер 211 (по меньшей мере с одним соплом), который выполнен с возможностью распределения заданной текучей среды в контейнере 10 для культивирования. Согласно некоторым вариантам по меньшей мере один третий барботер 211 может содержать по меньшей мере одно сопло для распределения первой заданной текучей среды и по меньшей мере одно сопло (например имеющее другой диаметр) для распределения второй заданной текучей среды. В некоторых вариантах по меньшей мере один третий барботер 211 может быть выполнен с возможностью осуществления турбулентного перемешивания водорослей в контейнере 10 для культивирования, а также ассимилирования CO₂ жидкостью, находящейся в контейнере 10.

[045] На фиг. 3 представлена блок-схема способа барботирования согласно некоторым вариантам изобретения в контейнере 10 для культивирования водорослей. В некоторых вариантах способ может включать этап 301 управления по меньшей мере одним первым барботером 101 для обеспечения распределения первой текучей среды в контейнере 10 при первой операционной скорости потока. В некоторых вариантах способ может дополнительно включать этап 302 управления вторым барботером 102 для обеспечения распределения второй текучей среды в контейнере 10 при второй операционной скорости потока. Согласно некоторым вариантам первая операционная скорость потока, обеспечиваемая по меньшей мере одним первым барботером 101, может отличаться от второй операционной скорости потока, обеспечиваемой по меньшей мере одним вторым барботером 102. В некоторых вариантах способ может дополнительно включать этап 303 измерения по меньшей мере одного параметра внутри контейнера 10 и этап 304 изменения операционной скорости потока, обеспечиваемой по меньшей мере одним вторым барботером 102 в соответствии с изменениями по меньшей мере одного измеренного параметра.

[046] В некоторых вариантах первая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности турбулентного перемешивания водорослей в контейнере для культивирования, а вторая операционная скорость потока может быть адаптирована для обеспечения возможности ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в контейнере для культивирования.

[047] Если прямо не оговорено обратное, варианты способа, раскрытые в данном описании, не ограничиваются определенным порядком выполнения его операций во времени или определенным порядком их следования. Кроме того, некоторые из описанных компонентов способа могут быть опущены или выполнены повторно в процессе реализации последовательности операций способа.

[048] Были рассмотрены различные варианты изобретения. Разумеется, каждый из этих вариантов может включать признаки других представленных вариантов, тогда как не рассмотренные подробно варианты могут включать различные признаки, представленные в данном описании.

Группа изобретений относится к области биотехнологии. Предложены способ и система барботирования в контейнере для культивирования водорослей. Способ включает управление первым барботером для обеспечения распределения первой текучей среды в контейнере, управление вторым барботером для обеспечения распределения второй текучей среды в контейнере. Система содержит датчик для измерения параметра внутри контейнера, первый барботер для распределения первой текучей среды в контейнере, второй барботер для распределения второй текучей среды в контейнере и контроллер для управления первой операционной скоростью потока и второй операционной скоростью потока. При этом первую операционную скорость потока адаптируют для обеспечения возможности перемешивания водорослей в контейнере, а вторую операционную скорость потока адаптируют для обеспечения возможности ассимилирования материалов в находящейся в контейнере жидкости. Причем сопла первого и второго барботера лежат в одной и той же плоскости в контейнере. Изобретения обеспечивают достижение высокой концентрации водорослей. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ барботирования в контейнере (10) для культивирования водорослей, включающий следующие этапы:

управляют по меньшей мере одним первым барботером (101) для обеспечения распределения первой текучей среды в указанном контейнере при первой операционной скорости потока; и

управляют по меньшей мере одним вторым барботером (102) для обеспечения распределения второй текучей среды в указанном контейнере при второй операционной скорости потока,

при этом первую операционную скорость потока адаптируют для обеспечения возможности перемешивания водорослей в указанном контейнере для культивирования, а вторую операционную скорость потока адаптируют для обеспечения возможности ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в указанном контейнере для культивирования,

причем сопла первого и второго барботера лежат в одной и той же плоскости в контейнере для культивирования водорослей.

2. Способ по п. 1, который дополнительно включает следующие этапы:

измеряют по меньшей мере один параметр внутри указанного контейнера; и

изменяют операционную скорость потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним вторым барботером, в соответствии с изменениями по меньшей мере одного измеренного параметра.

3. Способ по п. 1, который дополнительно включает освещение указанного контейнера светом с заданной длиной волны посредством по меньшей мере одного источника света.

4. Система (100, 200) барботирования в контейнере (10) для культивирования водорослей, содержащая:

по меньшей мере один датчик (105) для измерения по меньшей мере одного параметра внутри указанного контейнера;

по меньшей мере один первый барботер (101) для распределения первой текучей среды в указанном контейнере при первой операционной скорости потока;

по меньшей мере один второй барботер (102) для распределения второй текучей среды в указанном контейнере при второй операционной скорости потока на основе по меньшей мере одного измеренного параметра; и

по меньшей мере один контроллер (103) для управления первой операционной скоростью потока и второй операционной скоростью потока,

при этом первая операционная скорость потока адаптирована для обеспечения возможности турбулентного перемешивания водорослей в указанном контейнере для культивирования, а вторая операционная скорость потока адаптирована для обеспечения возможности ассимилирования материалов в жидкости, находящейся в указанном контейнере,

причем сопла первого и второго барботера лежат в одной и той же плоскости в контейнере для культивирования водорослей.

5. Система по п. 4, в которой сопло по меньшей мере одного первого барботера имеет диаметр, превышающий 1 миллиметр.

6. Система по п. 4 или 5, в которой сопло по меньшей мере одного второго барботера имеет диаметр менее 1 миллиметра.

7. Система по любому из пп. 4-6, в которой заданная текучая среда выбрана из группы, состоящей из воздуха и азота.

8. Система по любому из пп. 4-7, дополнительно содержащая физический барьер (104) для разделения текучих сред, распределяемых первым и вторым барботерами.

9. Система по любому из пп. 4-8, в которой по меньшей мере один второй барботер выполнен с возможностью распределения в контейнере пузырьков диоксида углерода.

10. Система по любому из пп. 4-9, в которой первая операционная скорость потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним первым барботером, составляет 100 мм/мин.

11. Система по любому из пп. 4-10, в которой первая операционная скорость потока, обеспечиваемого по меньшей мере одним вторым барботером, составляет 5 мм/мин.

12. Система по любому из пп. 4-11, которая дополнительно содержит по меньшей мере один источник (202) света для освещения внутреннего объема указанного контейнера, причем контроллер выполнен с возможностью управления по меньшей мере одним источником света.

13. Система по п. 10, в которой контроллер (103) выполнен с возможностью управлять длиной волны освещения, обеспечиваемого по меньшей мере одним источником (202) света.

14. Система по п. 11, которая содержит по меньшей мере два источника света, причем предусмотрено управление по меньшей мере одним источником света для освещения с интенсивностью, отличной от обеспечиваемой другим источником света.

15. Система по п. 11, в которой контроллер выполнен с возможностью управлять по меньшей мере одним источником света для освещения светом с длиной волны 650 нм.