带有光分布器的光生物反应器以及生产光合培养物的方法

专利名称：带有光分布器的光生物反应器以及生产光合培养物的方法
技术领域：
本发明涉及一种包含水性液体和光分布器的光生物反应器，所述水性液体包含光 合培养物。本发明还涉及所述光分布器。本发明还涉及在生物反应器中生产光合培养物的 方法，并涉及可通过所述方法获得的光合培养物产品。
背景技术：
用于培养光合培养物(例如藻类)的光生物反应器为本领域中已知。使光线高 效率地进入含有光合培养物的液体是一种挑战。例如，US 3，986，297公开了一种用于人工 培养光合物质(例如小球藻)的密封双水箱装置。高纯度培养物的加速生长是通过用于 放出二氧化碳和氨气的混合气体的多个喷嘴、用于间歇施加基本上类似于自然光的光线的 光源、以及用于搅拌内水箱中培养液的搅拌器叶片和用于控制温度的外水箱的组合而获得 的。这里，所述光源不是日光，而是氙灯，根据US 3，986，297的记载，其基本上类似于自然 光。US 6，602，703公开了一种用于培养光合生物的光生物反应器。这种光生物反应器提供 可清洗所述光源的部件。所述光生物反应器具有容纳用于培养光合生物的液体培养基的容 器和安装在所述容器内的发光管。所述光生物反应器还具有安装在所述容器内用于清洗所 述发光管外表面的清洗装置和用于驱动所述清洗装置的致动器。所述发光管可为氖管。
上述光生物反应器使用人工照明。US 4，699，086使用日光并公开了一种利用了日 光收集装置的养鱼设备和一种安装在海洋、湖泊或池塘等中的藻类培养装置。所述设备包 括由圆柱体构成的结构、安装在所述结构上方水表面上的日光收集装置以及安装在水中用 于培养藻类等的培养装置；其中所述结构通过将圆柱体垂直安装在水中并使用水平圆柱体 使各圆柱体相互连通而构建。通过所述日光收集装置收集日光，并将其通过光导体缆索传 播至用于培养藻类等的培养装置用作藻类等的光合作用光源。所述培养装置通过利用水中 所含的二氧化碳CO2、磷、氮、营养盐等来培养藻类。
WO 05068605描述了一种用于培养光养微生物的反应器，其中将日光通过使用一 个或多个活动的平行光管引入到间格的壁中。所述间格的壁是透明的并且光线可从那里分 布到所述反应器中。这一反应器具有改善的光照收集和改善的到所述反应器中的光照分 布，从而提供更高效率的反应器和更高效率的光养微生物培养。
此外，Terry 等人在 Enzyme Microb. Technol.，1985 (7)的第 474-487 页，Tredici 等人在 Biotech, and Bioeng. 1998(57)的第 187-197 页以及 Mayer 等人在 Biotech, and Bioeng. 1964(VI)的第173-190页描述了光生物反应器的设计。发明内容
一些现有技术的一个缺点是上述光生物反应器是应用人造光，但使用日光是优选 的，例如出于能量和效率的原因。此外，某些现有光生物反应器的另一个缺点可为有时日光 的低效率内耦合(incoupling)。此外，某些上述现有光生物反应器具有比较复杂的构造并 有时使用复杂的光学器件来为含有光合培养物的液体照明。
因此，本发明的一个目的是提供一种可供选择的光生物反应器，其优选地消除了 上述缺点中的一个或多个。本发明的另一个目的是提供一种构造比较廉价并且光学器件比 较廉价的光生物反应器。此外，本发明的另一个目的是提供这样一种可供选择的光生物反 应器，其可进行良好的均化从而使得在整个所述光合培养物中的光分布比较均勻。
为此目的，在第一方面中，本发明提供一种这样的光生物反应器，其(在使用过程 中)包含水性液体和光分布器，特别是多个光分布器，所述水性液体包含光合培养物，其中 所述(每个)光分布器(都)具有布置用于接收光线的表面和布置用于发出至少部分接收 光线的锥面(tapered surface)，其中至少部分所述锥面浸没在所述包含光合培养物的水 性液体中。这种光生物反应器——特别是使用本发明的光分布器——的优点有光线可通 过比较简单廉价的方式高效率地——例如最高至约200-300 μ mol/m2/s的水平——分布在 所述包含光合培养物的水性液体中。此概念可获得高照明体积分数(接收用于细胞生长的 充足光线的包含光合培养物的水性液体的体积与包含光合培养物的水性液体的总体积的 比例)，例如至少约50%，更优选地至少约80%。例如在“普通”池塘中，藻类培养期间只能 利用水的上层，然而利用本发明，光线可穿透到所述池塘的更深处，并因此用光线照明更多 的光合培养物。此外，最佳数量的光子(约50-400ymOl/m2/S ；取决于所述培养物)的分布 可遍及所述培养物，而在现有技术中，池塘上层接收少量光线，这些光线只有部分可用于光 合作用。此外，用本发明实施方案的光生物反应器可培养比较大面积的光合培养物。
通过在所述锥面上加上反射器可进一步加强所述光分布。因此在一个实施方案 中，至少部分锥面包含布置用于将至少部分接收光线反射回所述光分布器中的反射器。通 过这种方式可将光线提供给所述水性液体表面之下更深处的水性液体。
在一个实施方案中，所述光分布器具有选自圆锥形、抛物线形和类棱锥形的形状。
在另一个实施方案中，所述光分布器为中空体，其中所述中空体任选地适合容纳 液体例如水。当所述中空光分布器装有水(和/或其他液体)时，所述光分布器内的反射次 数可能增加。通过这种方式也可将光线提供给所述水性液体表面之下更深处的水性液体。 如会为本领域技术人员所明了的，在所述光分布器为(装有所述液体的)中空体的实施方 案中，所述光分布器所含的液体优选地可透过光线。合适的液体可例如选自水、乙醇、甘油 和Y-丁内酯一特别是水、乙醇和甘油一中的一种或多种(即混合物)。此外，所述中 空光分布器优选地为液密性的，即所述光分布器所含的液体和所述光生物反应器中的水性 液体是相互隔开的并且原则上不能有接触，即优选地所述光分布器是密封性地隔离的。所 述光分布器还可包含多种材料。例如，在一个实施方案中，所述中空光分布器装有另一种固 体透明材料。因此，所述中空体的空腔可至少部分装有(即包含)液体和/或可至少部分 装有(即包含)固体。
在一个特别优选的实施方案中，所述光生物反应器还包含第二主体，所述第二主 体包含具有锥面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主体按照如下构造布置所述光分 布器至少部分地布置在所述空腔中，并且在所述第二主体的空腔的锥面与所述光分布器的 锥面之间有一段距离。优选地，所述空腔和所述光分布器具有基本上对应的形状。通过这种 方式，所述第二主体和(一个或多个)所述光分布器可按照凸凹配置布置，并且可在(一个 或多个)所述空腔的(一个或多个)锥面和(一个或多个)所述分布器的(一个或多个) 锥面之间获得一股基本上均勻的液流。优选地，(一个或多个)所述空腔的(一个或多个)锥面和(一个或多个)所述分布器的(一个或多个)锥面之间的一个或多个空隙中的至少 一部分具有固定宽度，即(一个或多个)所述空腔的(一个或多个)锥面的至少一部分和 (一个或多个)所述分布器的(一个或多个)锥面的至少一部分以固定距离布置。
因此，在优选的实施方案中，本发明的光生物反应器包含多个光分布器并任选地 还包含含多个空腔的第二主体。
在一个特别优选的实施方案中，所述光生物反应器还包含一种构造，其中所述构 造包含多个光分布器。所述光分布器可例如布置在所述构造中或整合在所述构造中。在一 个特别的实施方案中，所述包含多个光分布器的构造为波纹状构造，并且所述光分布器为 波纹状物。所述光分布器可例如具有楔形(或V形)或弧形的锥面，即所述波纹状物可为 楔形(V形)或弧形的，特别是抛物线形的。在所述光生物反应器的使用过程中，所述波纹 状物的布置使至少部分所述锥面浸没在所述包含光合培养物的水性液体中。如会为本领域 技术人员所明了的，所述构造还可包括楔形(或V形)和弧形分布器(这里尤其指波纹状 物)的组合。
因此，在一个优选实施方案中，本发明提供一种(在使用过程中)包含水性液体和 多个光分布器的光生物反应器，所述水性液体包含光合培养物，其中所述光分布器具有布 置用于接收光线的表面和布置用于发出至少部分接收光线的锥面，其中至少部分所述锥面 浸没在所述包含光合培养物的水性液体中，其中所述光生物反应器还包含一种包含多个 所述光分布器的构造，其中所述包含多个所述光分布器的构造是一种波纹状构造，并且其 中所述光分布器为波纹状物。
在一个特别的实施方案中，所述光生物反应器还包含第二主体，所述第二主体包 含多个具有锥面的空腔，其中所述光分布器和所述第二主体按照如下构造布置所述光分 布器至少部分布置在所述空腔中，并且在所述第二主体的空腔的锥面和所述光分布器的锥 面之间有一段距离d2，其中所述多个空腔构成波纹状副构造(coimterconstruction)，并 且其中优选地所述空腔和所述光分布器具有基本上对应的形状(凸凹配置)。
在一个特别的实施方案中，所述构造和所述第二主体是一体反应器。更特别地，所 述构造和所述第二主体是挤压成的反应器主体。通过这种方式，可容易地生产、加工和运输 所述反应器。另一优点是大量生产是比较容易可行的，这使得可使用大面积的所述反应器。 在一个特别的实施方案中，使用了多个反应器，其中相邻反应器的通道相互连通。
在一个特别的实施方案中，所述构造和所述第二主体(特别是所述波纹状副构 造)的布置提供基本上平行的通道以容纳所述包含光合培养物的水性液体，其中例如所述 通道具有基本上为楔形或弧形的形状。然而其他形状也是可行的，同样见下文。
在另一个实施方案中，所述光生物反应器的布置使得在与所述通道基本上平行的 方向上形成一股所述包含光合培养物的水性液体的液流。
因此，根据另一个方面，本发明还涉及所述包含多个光分布器的构造。特别地，本 发明还涉及一种包含多个光分布器的构造，其中所述构造为波纹状构造，并且其中所述光 分布器为波纹状物(即布置用于形成波纹状结构)。
此外，本发明在一个方面中还涉及包含波纹状构造和波纹状副构造的反应器主 体，其中所述波纹状构造和波纹状副构造的布置可在所述波纹状构造和波纹状副构造之间 提供基本上平行的通道以容纳包含光合培养物的水性液体。
更特别地，所述波纹状构造的波纹状物和所述波纹状副构造的波纹状物可独立地 具有选自抛物线形、类正弦形、楔形(V形)和矩形波形(block-wave)——特别选自抛物线 形、类正弦形和楔形——的形状。这是指，所述波纹状构造的波纹状物具有选自抛物线形、 类正弦形、楔形和矩形波的形状，并且所述波纹状副构造的波纹状物独立地具有选自抛物 线形、类正弦形、楔形和矩形波的形状。然而其他形状也是可行的。因此，所述光分布器也 可具有例如选自抛物线形、类正弦形、楔形和矩形波——特别选自抛物线形、类正弦形和楔 形——的形状。
本发明在另一方面中提供一种生产光合培养物的方法，其包括提供水性液体和 光合培养物，提供本发明的光分布器(特别是多个光分布器)或本发明的构造，及将(一个 或多个)所述光分布器的(一个或多个)锥面至少部分浸没在包含光合培养物的水性液体 中，以及向(一个或多个)所述光分布器的用于接收光线的(一个或多个)表面提供光线。 在另外一些方面中，本发明还提供本发明的光分布器或构造用于在光生物反应器中分布光 的用途，以及本发明的光生物反应器用于生产光合培养物(即形成生物质)的用途。
根据另一方面，本发明提供通过本发明方法生产的光合培养物，特别地其中所述 光合培养物包括藻类，更特别地其中所述光合培养物包括微藻。因此，可通过本发明方法获 得的光合培养物也是本发明的一部分。


现在仅以举例的方式结合所附示意图对本发明的实施方案进行描述，在所述示意 图中相应的标记符号表示相应的部件
图1以侧视图示意性地描绘了本发明的光生物反应器和光分布器的一般性实施 方案及其变型；
图2a_2c示意性地描绘了从侧面(h，2c)观察的和从底部Qb)观察的多个光分 布器；图2d示意性地描绘了这些实施方案的一种变型；
图3以侧视图示意性地描绘了本发明光生物反应器的另一个实施方案；
图4a4c示意性地描绘了光分布器在容器中排布的实施方案的俯视图5a_5c示意性地描绘了延长的光分布器的实施方案；图恥是图如或恥的延长 的光分布器的侧视图；图fe和5c是透视图6a_6c示意性地描绘了包含光分布器的构造的实施方案，其中图6a示意性地描 绘了光生物反应器中这种构造的侧视图，图6b以透视图示意性地描绘了所述构造的一种 实施方案(例如图6a的构造)，并且其中图6c示意性地描绘了具有多个光分布器(未被延 长的)的另一构造，并且其中所述光分布器具有抛物线形的锥面；
图7a_7f示意性地描绘了本发明的多个实施方案；以及
图8示意性地描绘了一种包含多个一系列连接反应器的反应器。
具体实施方式
图1以侧视图示意性地描绘了本发明的光生物反应器1和光分布器30的一般性 实施方案及其变型。所述光生物反应器1可包括反应器或容器10。优选地，本发明的光生 物反应器1是封闭的光生物反应器。然而，所述光生物反应器也可是开放的。
在一个实施方案中，容器10可为池塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部 分、河流的一部分、沟渠的一部分，或者海洋的一部分。例如，容器10可为具有反应器底13 和壁14的人造容器，但容器10也可为池塘或其一部分，其中壁14被布置在池塘中池塘底 13上以在池塘中形成容器10。本发明还会涉及容器10。本文中，“人造容器”是指这样的 容器或反应器，其中(一个或多个)壁14和底13为人造的，例如包括由一种或多种材料制 成的(一个或多个)壁14和底13的容器，所述材料选自钢、塑料、混凝土和其他可用于装 配容器的材料。在一个实施方案中，(一个或多个)壁14由一种透明材料制成。容器10被 布置和构建成用于容纳液体20。在下述实施方案中，也可不包括容器10。因此，光生物反 应器1可包括容器10，但在其他实施方案中也可包括内部通道(或“反应器通道”)。
容器10容纳有——至少在光生物反应器1的使用过程中——包含光合培养物21 的水性液体20 (优选水)。因此，容器10被布置或构建以在使用过程中容纳包含光合培养 物21的水性液体20。
所述光合培养物21可包括藻类(微藻)，以及可将太阳的辐射转化为生物 质的其他物种例如光合紫细菌(purper bacteria)。可培养在液体中并由此形成生 物质和/或其他有用物质、并且光线为其生长所必需的生物物种在本文中被称为光合 培养物。光合培养物21不仅指(绿)藻类，还指所有光合微生物，例如蓝细菌、红藻 (Rhodophyta)、绿藻(Chlorophyta)、甲藻门(Dinophyta)、金褐藻(Chrysophyta)、定鞭 藻门(Prymnesiophyta)、娃藻门(Bacillariophyta)、黄藻门(Xanthophyta)、黄绿藻 (Eustigmatophya)、针胞藻(Rhaphidophyta)、褐藻门(Phaeophyta)和光合紫细菌。合适 的藻类为本领域技术人员所知。例如，可使用杜氏盐藻(Dunaliella salina)、雨生红球藻 (Haematococcus pluvialis)、微绿球藻属(Nannochloropsis sp·)、小球藻属(Chlorella sp·)、莱茵衣藻(Chlamydomonas rheinhardtii)、节方宠藻属(Arthrospira sp.)、念珠藻属 (Nostoc sp.)、栅藻(Scenedesmus)、紫球藻(Porphyridium)、扁藻(Tetraselmis)、螺方宠藻 属(Spirulina sp.)等。用于本发明的光合培养物21还可包括其他生物——如遗传修饰 的藻类(微藻)、遗传改良的藻类(微藻)等——的细胞培养物。两种或多种不同光合培养 物的组合也可用作光合培养物21。
有利的是，本发明提供这样的容器10，其中的液体20含有约l_50g/l的光合培养 物21。可获得约5至50g/l、或可能甚至更高的浓度，而本领域现有的用于培养光合培养物 21的反应器中容纳的液体可含有2-3g/l的光合培养物21。这样，与本领域现有的反应器 相比，反应器容积可得以更好的利用。
光生物反应器1还包括光分布器30。在本文中术语“光分布器”也包括多个光分 布器。光分布器30具有布置用于接收光线40的表面31和布置用于发出至少部分接收光 线40的锥面32。因此表面31也可被称为光接收表面31，表面32也可被称为光线发出表 面32。在光生物反应器1的使用过程中，(一个或多个)光分布器30被布置在反应器1 中使得至少部分表面31位于液面22之上，然而优选整个表面31位于液面22之上。同样， 在光生物反应器1的使用过程中，一个或多个光分布器30被布置在反应器1中使得至少部 分锥面32浸没在液体20中。优选地至少约50%例如约50-80%、更优选地至少约70%例 如约70-90 %、更优选地至少约90 %例如约90-100 %的锥面32在光生物反应器1的运行过 程中浸没在所述液体中。
在一个实施方案中，光分布器30可被构建为漂浮的。本领域技术人员知晓如何使 物体漂浮，例如通过选择材料类型及其比重、形状、存在空气室等。
光分布器30具有顶面38，其可包含开口。当顶面38封闭时，顶面38包含光接收 表面31 (即包括其中顶面38基本上由光接收表面31构成的实施方案)；当顶面38开放时， 光线40可基本上不受阻碍地穿透至所述光分布器的边缘。所述开口可被特别地布置以使 光线40例如日光可透射到中空光分布器30中(也见下文)。
然而，(一个或多个)光分布器30也可包含在被布置在液体20之上或之中的构 造中。所述构造布置用于保持至少部分锥面32在使用过程中位于液面22之下，并且保持 至少部分布置用于接收光线40的表面31位于液面22之上(也见上文)。所述构造的实施 方案示意性地描绘于图6a-6c中(见下文)。
因此，有利地，(一个或多个)本发明光分布器30可用于将光线分布到光生物反 应器1中，在一个实施方案中光生物反应器1可被布置在容器10中，其中容器10为例如池 塘或其一部分、湖泊或其一部分、小溪的一部分、河流的一部分、沟渠的一部分，或者海洋的 一部分。通过将液体容纳在壁14和底13之间并将所述光分布器30布置在液体20中，得 到可在其中培养藻类等的光生物反应器1。光分布器30的一部分会从液体20中突出(即 从液体20中伸出)，这部分可接收光线40。这样，天然池塘等可容易地用作光生物反应器 1。因此，本发明还提供这样的光分布器30，其本身具有布置用于接收光线40的表面31和 布置用于发出至少部分接收光线40的锥面32。本发明的光分布器30尤其是这样一种用于 光生物反应器的光分布器30，所述光生物反应器包括一个容纳包含光合培养物21的水性 液体20的容器，所述光分布器30具有布置用于接收光线40的表面31和布置用于发出至 少部分接收光线40使其进入水性液体20的锥面32，其中光线40来自位于水性液体20的 外部(即在所述容器10中液面22之上)的光源，所述光源例如太阳和/或人造光源(如 一个或多个灯和/或一个或多个LED)。
因此，将(一个或多个)所述光分布器30布置成在使用过程中至少部分锥面32浸 没在包含光合培养物21的水性液体20中。(一个或多个)光分布器30包括具有锥面32 的锥形部分和被设计以通过布置用于接收光线40的表面31来接收光线的部分。在使用过 程中，布置用于接收光线的表面31至少部分地被布置在液面22之上。光生物反应器1还 可包括将光线40集中到液体20中的附加装置。例如，(一个或多个)光分布器30的表面 31可包括透镜等。
如会为本领域技术人员所明了的，(一个或多个)光分布器30的材料基本上是透 明的。这是指(一个或多个)光分布器30中至少部分——特别是那些对接收光线40和将 此光线透射到至少部分锥面32上而言必需的部分——是透明的。优选地，(一个或多个) 光分布器30由透明材料制成。术语“透明的”为本领域技术人员所知。在本文中，透明的尤 其是指可见光在垂直照射Icm厚的材料块时透过至少约70%、更优选地透过至少约90%、 甚至更优选地透过至少约95%、最高达基本上透过100%。可用的透明材料例如可选自玻 璃、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) (Plexiglas或Perspex)、乙酸丁酸纤维 素(CAB)、聚碳酸酯(PC)、聚氯乙烯(PVC)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)和乙二醇改性聚对苯 二甲酸乙二酯(PETG)。在另一实施方案中，所述材料包括丙烯酸酯，例如PMA或PMMA，尤其 是PMMA。这些材料也是本领域中作为透明塑料已知的。在另一实施方案中，所述材料包括商品名为PERSPEXTM或I3RISMEXTM的透明塑料。优选地，本发明的光分布器30基本上由透 明材料制成。
由于(一个或多个)光分布器30的形状，接收光线会传播至(一个或多个)光分 布器30并被透射和/或反射到锥面32上。透射的光线可被靠近锥面32的液体20中的光 合培养物21吸收。反射的光线会进一步传播穿过(一个或多个)光分布器30，碰到锥面 32的另一部分，并在那里可被透射和/或反射。反射越多，接收光线40穿透进入(一个或 多个)光分布器30中的位置越低(并从而在容器10中可被光合培养物21吸收的接收光 线40的位置越低)。透射到液体20中的光线以标记数字42出。
光分布器30之间的距离被标示为锥面32的末端之间或“顶点”之间的距离d3，可 为约 2-200cm。
为了增加反射次数，在一个实施方案中，至少部分锥面32包含布置用于将至少部 分接收光线40反射回光分布器30中的反射器33。在图1中，示出了这种反射器33。优选 地，所述反射器占据约10-90%的锥面32 ；优选地，反射器只被布置在锥面32的上半部分中 或上半部分上。反射器为本领域所知，并可例如包括反射箔。在一个实施方案中，还可布置 反射器33用于透射至少部分接收光线40 (例如被构建以透射约2-25%的接收光线40的反 射器)。(一个或多个)反射器32可环绕至少部分锥面32。反射器33可环绕光分布器30 并可占据约10-90%的锥面32。
如上所述，反射越多，接收光线40穿过进入(一个或多个)光分布器30中的位置 越低，从而在容器10中可被光合培养物21吸收的接收光线40的位置越低。因此，(一个 或多个)光分布器30优选具有选自圆锥形、抛物线形和类棱锥形的形状。如可为本领域技 术人员所明了的，光生物反应器1可包括不同类型的光分布器30，并可在操作过程中(在使 用过程中)应用不同类型的光分布器30。因此两种或多种不同形状的光分布器30的组合 可用于光生物反应器1中。在一个实施方案中，抛物线形是优选的，因为似乎会比弧形(圆 形)收集更高比例的入射光线，从而光线在液体中可透射得更深。因此，锥面32特别地为 “抛物线弧形的”或“抛物线锥形的”或“抛物线弧锥形的”。
图2a_2c示意性地描绘了非限制性的多个可能类型的光分布器30。图加示意性 地示出了可能的光分布器30的侧视图，图2b示意性地示出了从光分布器30的底部观察 的视图。光分布器30具有顶点或光接收表面31以及末端34。末端34实际上是数学对象 (mathematical object)棱锥形、四面体形或圆锥形的顶点。
在本文中，也可使用截锥形、四面体形或棱锥形。此外，也可使用其他形状，例如五 棱锥形、三角弯顶形、四角弯顶形、五角弯顶形、五角圆顶形(pentagonal rotunda)或它们 的延长的形状，例如延长的圆锥形、延长的正方棱锥、延长的四面体形、延长的五棱锥形、延 长的三角弯顶形、延长的四角弯顶形、延长的五角弯顶形、延长的五角圆顶形。所述光分布 器可为规则形状，但也可为不规则或不对称形状。全部这些形状以及其他形状在本文中都 被称为带有锥面32的锥形。如会为本领域技术人员所明了的，锥面32因此还可包括多个 面，例如3个(四面体形)、4个(正方棱锥形)等。在本文中，包括多个面的表面32(也见 图2b的示意图)也称为表面32。如可为本领域技术人员所明了的，光生物反应器1可包 括不同类型的光分布器30，并可在操作过程中(在使用过程中)应用不同类型的光分布器 30。因此两种或多种不同形状的光分布器30的组合可用于光生物反应器1中。10
在本文中，为简便起见，只对圆锥形、四面体型和棱锥形进行进一步讨论。这些对 象具有一个(任选弧形的)基部，其基本上由光接收表面31构成；和一个带有锥面32的锥 形部分，其逐渐变尖至顶点34。注意在使用过程中，顶点34会在液体20中，而所述基部至 少部分、更优选地全部位于液面22之上。
在图加中，I型示出了一个圆锥形、四面体形或棱锥形光分布器30的侧视图；II 型与I型相同，但顶面31 (即用于接收光线40的表面)是弧形的，此处优选中凸的。锥面 32与穿过锥形体(即光分布器30)的纵轴形成一个角α。角α优选地为约1_45°，更优 选地为约2-40°，甚至更优选地为约5-35°。因此，在一个实施方案中，锥面32是平直的 并与光分布器30的纵轴100具有角α (优选地为约1-45° )。
图2b的左侧示出了从末端34观察(即从顶点34侧沿着纵轴观察)的视图。对于 正方棱锥形，可见左边第一个视图；对于四面体形，可见左边第二个视图；对于圆锥形，可 见右边两个视图之一。以举例的方式，图2从左到右示出了带有基本上平坦的表面32 (尽 管在一个实施方案中表面32也可为弧形的)的正方棱锥形、带有弧形的表面32 (尽管在 一个实施方案中表面32也可为平坦的)的四面体形、抛物线形和另一个具有反射器33的 抛物线形的仰视图。注意，示意性地示出的全部光分布器30均可在至少部分表面32上或 在至少部分表面32处包括或不包括反射器33。
因此，作为I型和II型光分布器30的替代(或补充)，也可使用具有弧形的锥面 32的光分布器30。这些类型作为III型和IV型在图加中示出。本领域技术人员理解，当 从I型和II型的末端34观察时，可看到基本上相同的侧视图。因此，在一个实施方案中， 本发明提供这样一种光分布器30，其中锥面32是弧形的。III型和IV型在本文中也称为 “抛物线形”。这些类型可具有抛物线弧形的锥面32。
为示例说明，带有反射器33的圆锥形类型(其可为I-IV型)可进一步在图 2b(右)中示出。在图加中，这种反射器33只以示例方式在IV型中示出，然而全部类型都 可具有这种反射器33。也见图1中包括反射器的光分布器30的实例，其中中间的光分布器 30以示例方式包括反射器33。
本发明还提供一种光分布器30，其中所述光分布器30为中空体，其中所述中空体 任选地适合容纳液体或固体材料。图2c示意性地描绘了这种中空类型的光分布器30。该 光分布器30具有一个空腔35 (光分布器空腔35)，其具有(一个或多个)空腔壁36。优选 地，所述空腔35中不装有包含光合培养物21的水性液体。优选地，所述空腔可装有水或其 它液体；所述空腔35——其任选地装有液体或固体材料——增加反射的次数。所述空腔可 以是——被例如光线接收表面31——封闭的，或者可以是开放的，如在图2c中示意性地描 绘的。然而，空腔35优选地是封闭的。这样在空腔35和反应器1之间不相通，即光分布器 30中的液体是密封性地与环境隔离的。注意，在图2c中以举例的方式示意性地描绘了一种 变型，其中至少部分空腔壁36包括反射器37。如上所述，当顶面38封闭时，光分布器30基 本上被光线接收表面31封闭；当光分布器30开放(即顶面38包括开口)时，光线接收表 面31可至少部分地与(一个或多个)空腔壁36重合。在图2c中示意性地描绘了一个带 有开口 39的光分布器30。当该光分布器30是开放的(例如在图2c中示意性地示出的) 时，至少部分(一个或多个)空腔壁36可具有光线接收表面的功能。
光分布器30具有高度hi，并且在锥形光分布器30 (圆锥形或抛物线形)的情况下11具有直径dl。对于棱锥形(正方棱锥形或四面体形)或其他形状，光线分布器30具有宽度 wl和长度11。优选地，hi为约5-100cm, dl、wl、11独立地为约l_20cm。hl/11、hl/wl和 hl/dl的比例独立地优选为约5-30。布置用于接收光线的表面31优选地具有约4-400cm2、 优选约4-lOOcm2的面积(以标记131示出)。布置用于将光线透射到含有光合培养物的水 性液体中的锥面32优选地具有约10-4000cm2的面积232。优选地，表面32为表面31的 约2-50倍、尤其是约2-40倍、更优选地约4-30倍、尤其是约5_30倍。因此，在一个优选实 施方案中，表面32的表面积232与表面31的表面积131的比例为约2_50、尤其是约2_40、 例如约4-30、例如尤其是5-30。本领域技术人员可根据例如所述光生物反应器所安置的高 度——以及任选地根据所述藻类的物种——来调节尺寸的范围和比例。当光分布器30是 开放的(即顶面38可包括开39)时，表面32的表面积232与表面31的表面积131的比例 可为约1-50。当11/W1的比例不是大致为1时，可得到延长的光分布器30，其沿着垂直于 纵轴100的轴延长(见图5a-5c和6a-6c)。
参照图2d，光分布器30也可具有不对称形状，例如如在此图中示意性地描绘的。 在光生物反应器1的使用过程中被布置浸没在水性液体21中的部分外表面可为基本上非 锥形平直的(non-taperedstraight)，并且部分外表面可为锥形的，即可为如本文所定义的 锥面32。参照I型和II型，被布置浸没在液体20中的部分外表面具有α =0°，并且被 布置浸没在液体20中的部分外表面具有0° < α <90°。这对于安置光生物反应器1的 高度而言可能是有利的。当使用这种不对称光分布器30时，通常在光生物反应器1的使用 过程中被布置浸没在水性液体21中的约一半外表面可是非锥形平直的(即相对于地球表 面或液面22垂直)，并且在光生物反应器1的使用过程中被布置浸没在水性液体21中的 一半外表面可包含如本文所定义的锥面32。为便于理解，在光生物反应器1的使用过程中 被布置浸没在水性液体21中的部分外表面还以标记432示出；非锥形(平直)表面以标记 430示出。因此，被布置浸没的部分外表面430基本上不包括光线接收表面31。因此，在本 发明的光分布器30的一个实施方案中，所述光分布器30具有在光生物反应器1的使用过 程中布置用于接收光线40的表面31和被布置浸没在水性液体21中的外表面432，其中至 少部分外表面432包括布置用于发出至少部分接收光线40的锥面32，并且任选地部分外表 面432包括非锥形(平直)表面430。如会为本领域技术人员所明了的，表面432的表面积 与表面31的表面积的比例可为约2-50、尤其是约5-30(也见上文)。
这些实施方案还可包括反射器33，如图2d中IV型所示。因此，为了增加反射次 数，在一个实施方案中，至少部分锥面32和至少部分非锥面430可包含布置用于将至少部 分接收光线40反射回光分布器30的反射器33。在图2dl中示出了这种反射器33。优选 地，所述反射器占据锥面32和非锥面430的约10-90%;优选地，反射器只被布置在锥面32 和非锥面430的上半部分中或上半部分上。
此外，如会为本领域技术人员所明了的，也可使用具有不对称锥面32的光分布器 30。例如，在一个实施方案中，光分布器可具有部分为弧形锥形且部分为直线锥形的锥面 32。假如图2d中的I型和III型通过共面430相互连接，则得到一个具有不对称的弧形锥 面32的光分布器30的实施方案。
在一个特别的实施方案中，本发明的光生物反应器1还包括第二主体60。这示意 性地示于图3中。此第二主体60包括具有锥面62的空腔61。这样，在容器10例如反应器或池塘(的一部分)中，光分布器30和第二主体60可按照如下构造布置光分布器30至 少部分地布置在空腔61中。为使液体20流动，在第二主体60的空腔61的锥面62与光分 布器30的锥面32之间存在距离d2。光分布器30和第二主体60的空腔61以这种方式按 照凸凹配置布置。如会为本领域技术人员所明了的，空腔61和光分布器30优选地具有基 本上对应的形状。空腔61的锥面62的形状基本上对应于光分布器30的锥面32的形状。 例如，当光分布器30为圆锥体时，提供圆锥状空腔61。因此，空腔61 (或其表面62)的形 状与光分布器30 (或其锥面3 的形状为至少部分符合的，并构建为可使光分布器30进入 空腔61的至少一部分(凸凹配置)，同时使各个表面之间至少保持有距离d2。第二主体60 可布置在容器10的底部上。例如，这种第二主体60可布置在池塘等的底部，等等。原则上， 第二主体60也可是漂浮的。第二主体60可由上述一种或多种材料制成，但也可由一种或 多种其他材料制成。在本文所述的实施方案中，第二主体60不必须包括透明材料。
光分布器30与第二主体60的空腔61的锥面62之间的距离d2也可被示为最短 的距离。此距离可在所述空腔的表面62和光分布器30的表面32之间变化。距离d2通常 为约2-15cm。优选地，选择该距离以获得到液体20中的最佳光分布。原则上距离d2不必 大于光线42的穿透深度。由于存在距离d2，在光分布器30和空腔61之间形成了一个通道 或缝隙64。此通道可用于获得一股均勻的流体。这样，光线可基本相同地分布在光合培养 物21上，同时所述空腔中的流动使得所述通道表面上和中间的培养物得以不断更新。
任选地，第二主体60的空腔61的至少部分锥面62可包括反射器63。
优选地，光生物反应器1包括多个光分布器30。多个光分布器30可包括例如每个 容器30中有10-10000个光分布器30。此外，多个光分布器30可包括不止一种类型的光分 布器30。多个光分布器30中的光分布器30可具有基本相同的尺寸，然而也可使用不同尺 寸的光分布器30。如上所述，光生物反应器1可包括不同类型的光分布器30，并可在操作 过程中(在使用过程中)应用不同类型的光分布器30。因此两种或多种不同类型形状的光 分布器30的组合可用于光生物反应器1中。
相应地，优选地，第二主体60包括多个空腔61。多个空腔61可包括例如每个第二 主体60中10-10000个空腔61。此外，多个空腔61可包括不止一种类型的空腔61 (即不同 形状的锥形空腔61)。多个空腔61中的空腔61可具有基本上相同的尺寸，然而也可使用不 同尺寸的空腔61。第二主体60的多个空腔61本身形成了( 一个或多个)突出物65(即 空腔61之间的(一个或多个)凸起65)。实际上，多个光分布器30和包括多个凸起65的 第二主体60的组合可被视为多个钟乳石和石笋，其中它们被相互偏移地布置(即石笋不在 钟乳石的正下方)。多个光分布器30和包括多个空腔61的第二主体60的组合优选地以 凸凹配置布置，从而优选地使每个光分布器30至少部分被布置在空腔61中。从而，(一个 或多个)光分布器30的(一个或多个)锥面32的至少部分被(一个或多个)空腔61的 (一个或多个)锥面62的至少部分所环绕。因此，本发明还涉及这样一种方法，该方法包 括提供多个光分布器30并提供包括多个空腔61的第二主体60并将光分布器30和空腔 61按照凸凹配置布置(例如在容器10中)。
多个光分布器30的布置的实施方案示意性地描绘于图4a、4b和如的俯视图中。 图如示出了圆锥形(包括抛物线形)光分布器30的一种布置，图4b示出了正方棱锥形光 分布器30的一种布置，图如示出了四面体形光分布器30的一种布置。如会为本领域技术13人员所明了的，也可使用不同形状的光分布器30的组合，例如多个圆锥形和棱锥形光分布 器30的组合。它们可优选地被规则地布置(在容器10中)。优选地，光分布器30和对应 的空腔61的形状基本上相同；即圆锥形光分布器30和反圆锥形空腔61 ；四面体形光分布 器30和反四面体形空腔61，等等。
参照图如、仙和如，光分布器30可以六角堆积的形式(例如在图如和如中示意 性地描绘的)以及以立方堆积的形式(例如在图4b中示意性地描绘的)堆积。优选地使 用密堆积，即液面22被所述照射直接照射到的面积(此面积在图l、3、4a-k和6a中以标 记122示出)和未被透射通过锥面32的光线照射到的面积尽可能小，同时优选地液体20 被穿过锥面32的光线照射的面积(此面积在图1、3和6a的侧视图中以标记332示出)尽 可能大。参照图l、3、6a和6b，当使用密堆积时并且当光分布器30相互邻接时应如此。因 此，光分布器30可与相邻的光分布器30直接接触(未描绘出)。优选地，光分布器30的布 置使得纵轴100基本上平行。优选地，光分布器30与相邻的光分布器30直接接触。
光分布器30的其他实施方案示意性地描绘于图中。
在图fe中，光分布器30具有延长的弧形或延长的抛物线形。参照图加的III和 IV型，如图fe中所描绘的光分布器30可例如通过沿一个垂直于纵轴100的轴延长而获得。 这样可获得一种弧形的或更尤其是抛物线的锥面32。特别地，抛物线弧形的锥面32获得了 良好的结果。此外，此实施方案被示为延长的弧形光分布器30。这种延长的弧形光分布器 30可为中空的或可为封闭的，即顶面38可包含开口(如图fe中以标记39所示出的)或可 为封闭的。特别地，所述顶面38包含开口 39。因此布置用于接收光线的表面31是延长的 弧形光分布器30的内表面。
弧形的锥面32具有末端34，并且由于此末端也是延长的，因此此末端也可理解为 锥形边缘，以标记134示出。此外，延长的弧形光分布器30可具有前表面和后表面，以标记 132示出。因此，在一个特别的实施方案中，延长的弧形光分布器30是一种由锥面32和前 后表面132形成的部分封闭物。
这种延长的弧形光分布器30的长度(以标记L2示出)可例如为约0. 5-10m,如 约l-5m。宽度dl可例如为约l_50cm，如约l_20cm，尤其是约10_20cm。高度hi可为约 5-100cm，约10-50cm，尤其是20-40cm。hl/ll、hl/wl和hl/dl的比例独立地优选为约5-30。 长度L2和高度hi的比例至少约为1，更特别地至少约5，甚至更特别地至少约10。例如，比 例L2/hl可为约1-1000、例如约2-200。
优选地，表面32为表面31的约2-50倍、尤其是约2_40倍、更优选地约4_30倍、 例如优选地约5-30倍。因此，在一个优选实施方案中，表面32的表面积232与表面31的 表面积131的比例为约5-30。然而应注意，如上所述，所述空腔可以是封闭的，被例如光线 接收表面31封闭，但在一个实施方案中也可以是开放的，如在图2c中示意性地描绘的。当 光分布器30是开放的，即顶面38可包括开39时，表面32的表面积232与表面31的表面 积131的比例可为约1-50。
前表面和后表面132可独立地与顶面38具有角β ； β可为例如90°，通常为约 70-90° 。
在另一实施方案中，提供一种楔形光分布器，如在图5c中示意性地描绘的。这 里，如上所述——尤其是针对图如和恥——的详细描述同样适用，除了弧形表面32变为延长的V型表面32以外。因此，参照图加的I和II型，如图5c中示意性地示出的光分布器 30可例如通过沿一个垂直于纵轴100的轴延长而获得。这样可获得一种V形或楔形的锥面 32。因此，在图5c中示出的延长的V形光分布器30或延长的楔形光分布器30也可为本发 明的光分布器30的实施方案。
在使用过程中，所述延长的V形光分布器30或延长的楔形光分布器30或延长的 弧形光分布器30的布置使得至少部分锥面32浸没在包含光合培养物21的水性液体20中。 光生物反应器1可包括(一个或多个)所述延长的光分布器30。当应用多个所述延长的锥 形光分布器30时，可应用一种波纹状构造(以标记300示出)。
在图6a中，示意性地描绘了一个光生物反应器1的实施方案，其还包含构造300， 其中构造300包含多个光分布器30。所述光分布器30可例如布置在这种构造300中或整 合在构造300中。在一个特别的实施方案中，包含多个光分布器30的构造300为波纹状构 造300，并且所述光分布器30为波纹状物(如图所示)。
如上所述，光分布器30可例如具有楔形(或V形)或弧形的锥面，即所述波纹状 物可为楔形(或V形)或弧形(如图所示)，特别是抛物线弧形(或抛物线锥形)。在使用 过程中，所述波纹状物的布置使至少部分锥面32浸没在所述包含光合培养物21的水性液 体20中。
图6b示意性地描绘了所述构造300。所述构造300可为一整块材料。因此，在一 个实施方案中，包含多个光分布器30的构造300是单个单元、尤其是单块材料。光生物反 应器1可任选地包括多个所述构造300，并可任选地包括用于支撑构造300的支架和/或托 梁(未示出)。所述光分布器被示意性地描绘为具有弧形锥面32，然而，锥面32也可是楔 形的，如上所述(也见图5c)。然而，锥面32优选地为抛物线锥形。
图6c示出了构造300的一个实施方案，该构造还包括多个光分布器30，但所述光 分布器——至少在与所述纵轴垂直的方向上——不是延长的，如上所述，并如在图和 3a-3d和中示意性地描绘的。
图6a示意性地描绘了一个实施方案，其中光生物反应器1还包括包含多个光分布 器30的构造。图6a-6b示意性地描绘了一些实施方案，其中包含多个光分布器30的构造 300是波纹状构造300，并且光分布器30为波纹状物，特别地其中光分布器30具有楔形(见 图5c)或弧形(见图6a-6c，也见图的锥面(32)。注意在图6a_6c中，光分布器30 不是邻接的；然而它们可为邻接的。
使用构造300的优点还可为可相对容易地提供封闭的光生物反应器1。术语封闭 的光生物反应器特别地涉及基本上封闭的生物反应器。这可能不是指密封性地隔离的光生 物反应器1，而是指基本上封闭的光生物反应器1。在一个实施方案中“所述光生物反应器 是基本上封闭的但不是密封性地隔离”是指，液面22被直接照射的面积122和未被透射穿 过锥面32的光线照射的面积尽可能小(但未必是0)，同时优选地液体20被穿过锥面32的 光线照射的面积332尽可能大。因此，构造300可用作光生物反应器1的一种盖子。
特别地，在本文中提到的光分布器30的形状和尺寸可由本领域技术人员设计以 尽可能多地收集光线并将其均勻地分布到整个液体20中。本领域技术人员可适当注意光 生物反应器1的安置高度。如上面提到的，可在光生物反应器1或构造300中分别使用两 种或多种不同类型形状的光分布器30——例如楔形、抛物线形和不对称(也见下文)光分布器30——的组合。
参照图fe-5c、6a和6b，与上述类似地，(一个或多个)所述波纹状物也可为不对 称的。同样(如上所述)，这可适用于在图6c中示意性地描绘的构造300的光分布器30。 因此，延长的光分布器30 (例如在构造300中的)也可为不对称的。
光生物反应器1可包括一个进口用于光合培养物的含碳营养物的进入，例如CO2 进口 ；例如可对液体20通气，但也可使空气鼓泡通过液体20。同样，可将对液体20通入或 鼓泡含有(X)2的气体或纯(X)2气体。因此，光生物反应器1可包括用于含有(X)2的液体的进 口。此外，如果需要，可加入和/或排出包含或不包含光合培养物21的水性液体20。因此， 光生物反应器1 (即特别指容器10)还可包括用于引入水性液体20的进口并任选地包括 用于排出水性液体20的出口。特别地，所述光生物反应器1可包含分别用于引入和排出至 少部分光合培养物21的进口和出口。如会为本领域技术人员所明了的，光合培养物21优选 地存在于液体20中被引入和/或排出。因此，所述光生物反应器1还包括用于排出至少部 分光合培养物21的出口。此外，光生物反应器1还可包括引入用于所述光合培养物的营养 物——例如矿物质(以及CO2)——的进口。如会为本领域技术人员所明了的，可合并(一 个或多个)进口和出口。光合培养物21的收获可通过本领域已知的方法进行。优选地，有 一股液流通过所述反应器。因此，为此目的所述反应器包括进口 11和出口 12。布置进口 11用于引入——任选地包含光合培养物21的——水性液体，布置出口 12用于排出水性液 体以及任选地光合培养物21。因此，在一个实施方案中，收获所述光合培养物可通过经出口 12排出包含光合培养物21的水性液体20而进行。因此，在一个实施方案中所述光生物反 应器包括(一个或多个)进口，所述进口用于引入选自含有CO2的液体、水性液体(任选地 包含光合培养物21)和用于光合培养物21的营养物中的一种或多种；以及(一个或多个) 出口，所述出口用于排出选自光合培养物21和水性液体20中的一种或多种。术语“进口” 和“出口”还可分别指多个进口和出口。本领域技术人员已知的任选或必需的周边设备，例 如泵、阀门、过滤器、(一个或多个)再循环管、加热设备、照明设备、温度传感器、流量传感 器、用于检测一种或多种化学品浓度的传感器等，未在所述示意图中示出。
在本发明另一方面中，提供一种生产光合培养物21的方法。向容器10中提供水性 液体20和光合培养物21 (即包括提供包含光合培养物21的水性液体20)，所述容器在光生 物反应器1的操作过程中容纳液体20。此外，将本发明的(一个或多个)光分布器30 (参 见上文)提供在光生物反应器1中，即布置在容器10中。
在一个实施方案中，在液体20的存在下，(一个或多个)光分布器30被布置以使 光分布器30的至少部分锥面32浸没在水性液体20中。(一个或多个)光分布器30可在 提供液体20后布置在液体20中，然而当所述(一个或多个)光分布器30在一个实施方案 中包括在构造中时，也可向光生物反应器1装入液体20和光合培养物21 (即包括提供包 含光合培养物21的水性液体20的实施方案)直至所述(一个或多个)光分布器30的(一 个或多个)锥面32的至少部分浸没在液体20中。如会为本领域技术人员所明了的，在光 生物反应器1的使用过程中，液面22会被保持在一个高度以使(一个或多个)光接收表面 31至少部分位于液面22之下(也见下文)。
将光线40提供到布置用于接收光线40的表面31。光线40可为日光或人造照明 (例如Xe灯和/或Ne灯)中的一种或多种。优选地使用日光。
所述方法还可包括提供一种或多种含有(X)2的液体、水性液体和用于所述光合培 养物的营养物；以及收获至少部分光合培养物21。收获可通过本领域已知的方法进行。为 了使光线良好地分布在整个光合培养物21上，所述方法优选地还包括在包含光合培养物 21的水性液体20中提供一股液流(在容器10中)。所述液流可通过在例如进口 11处引 入水性液体并经出口 12排出水性液体20以及任选地光合培养物21而获得。利用此方法 可产出生物质，其可用于产生能量和/或提供有用化合物例如脂肪酸等。
在上面示意性地描绘的实施方案中，光生物反应器1包括容器10。然而，光生物反 应器1不必须包括所述容器10。液体20也可基本上只存在于布置在构造100中的光分布 器30和第二主体60的空腔61之间的通道64中。
图7a_7f示意性地描绘了非限制性的一些“波纹状双层结构”的实施方案，即，其 中多个光分布器30都具有波纹状物形式，特别是波纹状的构造300，其在本文中也表示为 波纹状构造300 ；并且其中具有空腔61的第二主体60也具有波纹结构的形式，其在本文中 表示为波纹状副构造600。优选地，本发明的光生物反应器1是封闭的光生物反应器。图 7a_7e为正视图；图7f为透视正/侧视图。
结合这些图，示意性地描绘了光生物反应器1，所述反应器包含含有光合培养物 21的水性液体20。提供了多个(此处示例性地为3个)光分布器30，其中所述光分布器 30也如上所述地具有布置用于接收光线40的表面31和布置用于发出至少部分接收光线 40的锥面32。至少部分锥面32浸没在包含光合培养物21的水性液体20中。换言之，至 少部分锥面32与所述水性液体接触。此处所述光分布器30不是独立结构，而是包含在构 造300中。实际上，在此，所述构造的形状可提供多个光分布器30。因此，光生物反应器1 还包括包含多个光分布器30的构造300。特别地，如在图7a-7f中示意性地描绘的，包含多 个光分布器30的构造300例如为上面提到的波纹状构造300，并且所述光分布器30为波纹 状物，由标记308示出。构造300可被视为光生物反应器1的上部部件或上部波纹状物。
如上面提到的，所述光生物反应器还可包括第二主体60，所述主体包含多个具有 锥面62的空腔61。光分布器30和第二主体60布置在这样一个构造中，其中光分布器30 至少部分布置在空腔61中。这使得第二主体60的空腔61的锥面62与光分布器30的锥面 32之间有距离d2，从而还在锥面62与锥面32之间形成了通道64。同样，此处空腔61 (因 此还有突出物65)不是独立结构，而是被包含在构造(在本文中表示为波纹状副构造600) 中。实际上，此处构造600的形状可提供多个光空腔61。因此，多个空腔61构成波纹状副 构造600。或者，换言之，第二主体60被布置形成波纹状副构造600。光分布器30—起—— 作为构造300——构成波纹状物308 ；同样，所述空腔61 (和突出物65)构成波纹状物(以 标记608示出)。波纹状副构造600包括波纹状物608。空腔61和光分布器30优选地具 有基本上对应的形状。或者，这也可定义为波纹状物308和波纹状物608优选地具有对应 的结构。
在图7a中，波纹状物308的形状为抛物线形，并且波纹状物608的形状也为抛物 线形。在图7b中，波纹状物308的形状为楔形(或V形)，并且波纹状物608的形状也为楔 形(或V形)。因此，在一个具体的实施方案中，波纹状构造300的波纹状物308和波纹状 副构造600的波纹状物608独立地具有选自抛物线形、类正弦形、楔形和矩形波的形状。优 选地，所述形状是对应的(并因此不是独立的)。图7a和7b中的光分布器30均具有开放的顶面38，并具有空腔35 (在本文中也表示为光分布器空腔35)。
特别地，构造300和第二主体60的布置可提供——优选地基本上平行的——用 于容纳水性液体20的通道64，其中通道64因此优选地具有基本上为抛物线形、类正弦形、 楔形或阻断波形的形状。阻断波形是类似于板桩形的形状。这样，光生物反应器1的布置 可在与通道64基本上平行的方向上形成一股包含光合培养物21的水性液体20的液流。
在一个特别的实施方案中，构造300和第二主体60——或者更优选地，波纹状构 造300和波纹状副构造600——是一体反应器(以标记360示出)。参照图7a和7b，光生 物反应器1基本上由一体反应器360构成，所述反应器主体基本上由构造300和第二主体 60构成，更特别地基本上由波纹状构造和波纹状副构造600构成，所述波纹状构造和波纹 状副构造的布置可提供(基本上平行的)液体20的通道64。这样，提供(一个或多个)通 道64，其还可被限定为一种内部通道，即在反应器主体360内部。光线穿过所述光分布器并 进入液体20。一体反应器360的优点是所述反应器可相对容易地生产、加工、运输、与其他 反应器主体连接和使用。这种包含反应器360的光生物反应器1可简单地布置在表面如沙 漠表面、(其他)荒地表面、海滩、水域(例如海洋或湖泊)上的漂浮结构物等上。
反应器主体360可通过不同方式制造。例如，构造300和副构造600可独立地制 造并可装配成一个构造(即反应器主体360)。在另一个有利的实施方案中，构造300和第 二主体60是挤压成的反应器主体360。
因此，在一个实施方案中，本发明还提供包含波纹状构造300和波纹状副构造600 的反应器主体360，其中所述波纹状构造300和波纹状副构造600的布置在波纹状构造300 和波纹状副构造600之间提供(基本上平行的)通道64以容纳包含光合培养物21的水性 液体20。如上面提到的，优选地，波纹状构造300的波纹状物308和波纹状副构造600的波 纹状物608(独立地)具有选自抛物线形、类正弦形、楔形和矩形波的形状。
为了进一步讨论，只描绘了抛物线形的波纹状物308和608。然而，下面描述和描 绘的实施方案不限于这些实施方案。
图7c示意性地描绘了波纹状物308被透明盖子301封闭的实施方案。这样，此 透明盖子可包括布置用于接收光线40的(一个或多个)表面31。此外，空腔35被此盖子 301 “遮盖”。图7d示意性地描绘了作为实体的波纹状结构300，其具有波纹状物308和基 本上平的顶面，所述顶面可再布置以接收光线(并因此包括(一个或多个)布置用于接收 光线40的表面31)。此处所述光线分布器为实体(无空腔35)。
图7e示意性地描绘了光生物反应器1的一个实施方案，所述反应器包括具有实 体光分布器30的一体反应器360，其中波纹状构造300和波纹状副构造600构成一体反应器。
图7f示意性地描绘了与图Ia中所示基本上相同的光生物反应器1，但这个是以透 视图的形式。此外，光生物反应器1被布置在支撑结构15上。这可使光生物反应器1得以 布置，此处可以波纹状物608作为底部。
图8(以俯视图)示意性地描绘了包括多个光生物反应器1的光生物反应器1的 一个实施方案，为便于理解(只)以4个生物反应器1 (以标记Ia-Id示出)描绘该实施方 案。特别地反应器主体360可容易地串联布置。这种光生物反应器1可被布置为相互直接 接触，但也可使用辅助管道来将相邻(串联)布置的光生物反应器1(此处分别为Ia-Ib和lc-ld)的通道64彼此连接。
所述光分布器30，因此以及波纹状构造300，任选地以及波纹状副构造600，可具 有对称的但也可具有不对称的光分布器。这样，最佳光内耦合取决于使用光生物反应器1 的目标高度。此外，如上面提到的，优选地波纹状构造300——以及任选地以及波纹状副构 造600——优选地被布置为各自距离为(d)的凸凹配置，从而形成(一个或多个)通道64。
因此，本发明还涉及通过本发明生产方法获得的光合培养产物。特别地，藻类脂质 为贮存脂质和膜脂质的混合物。二十碳五烯酸(高价值藻类衍生的脂质产物之一)主要以 糖脂类和磷脂类的形式存在于微藻中。当从本发明的光生物反应器1中收获微藻时，由于 细胞很可能处在指数生长期，因此二十碳五烯酸(EPA)可主要以膜脂质而不是贮存脂质的 形式存在。由于膜脂质比贮存脂质丰富得多，因此所培养的细胞可更有效率地提供所需的 产物。在所述光生物反应器中培养的微藻(特别是微绿球藻)可具有约40重量％或更多 的糖-二乙酰基甘油酯和磷酸-二乙酰基甘油酯形式的脂质，以及至少约5重量％、特别地 至少约10重量％的EPA构成的脂肪酸。与在现有光生物反应器中于非指数生长条件下生 长的其他生物相比，在本发明光生物反应器中生长的生物达到并保持指数生长。因此用本 发明光生物反应器生产的光合生物(藻类或其他)表现出独特的高生产力产率的特性以及 提高的合成所需产物的效率。
应注意的是，上面提到的实施方案是为了举例说明而非限制本发明，本领域技术 人员能够在不背离所附权利要求的范围的情况下设计许多替代性实施方案。在所述权利要 求中，任何置于括号中的附图标记都不应理解为限制所述权利要求。使用动词“包括”不排 除权利要求中所述元素或步骤以外的元素或步骤的存在。元素前的词“一”或“一个”不排 除多个所述元素的存在。本发明可借助包括多个不同元件的硬件并借助合适编程的计算机 实施。在列举多种装置的设备权利要求中，这些装置中的多种都可为硬件中的一种和相同 项所体现。某些方法在彼此不同的从属权利要求中被陈述的简单事实不代表这些方法的组 合不能用于产生良好效果。
本文中的术语“基本上”会为本领域技术人员所理解。术语“基本上”也可包括带 有“完全地”、“全部地”、“所有”等的实施方案。因此，在实施方案中，副词“基本上”也可 被删掉。在适用时，术语“基本上”还可涉及90%或更高、例如95%或更高、特别是99%或 更高、甚至更特别是99. 5%或更高、包括100%。术语“包括”也包括其中术语“包括”意指 “由...构成”的实施方案。
本文尤其对操作过程中的光生物反应器、光分布器和构造进行了描述。如会为本 领域技术人员所明了的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
权利要求
1.一种光生物反应器(1)，包括包含光合培养物的水性液体OO)和多个光分布 器(30)，其中所述光分布器(30)具有布置用于接收光线的表面(31)和布置用于发出至少 部分接收光线GO)的锥面(32)，其中至少部分所述锥面(3 浸没在所述包含光合培养物 (21)的水性液体OO)中，其中所述光生物反应器(1)还包括一种包含多个所述光分布器 (30)的构造(300)，其中所述包含多个光分布器(30)的构造是一种波纹状构造(300)，并且 其中所述光分布器(30)为波纹状物(308)。
2.权利要求1的光生物反应器(1)，还包含第二主体(60)，所述第二主体(60)包含多 个具有锥面(62)的空腔(61)，其中所述光分布器(30)和所述第二主体(60)按照如下构造 布置所述光分布器(30)至少部分布置在所述空腔(61)中，并且在所述第二主体(60)的 空腔(61)的锥面(6 与所述光分布器(30)的锥面(3 之间有一段距离(d2)，其中所述 多个空腔(61)构成波纹状副构造(600)，并且其中所述空腔(61)和所述光分布器(30)优 选地具有基本上对应的形状。
3.权利要求1和2的光生物反应器(1)，其中所述构造(300)和所述第二主体(60)为 一体反应器(360)。
4.权利要求3的光生物反应器(1)，其中所述构造(300)和所述第二主体(60)为挤压 成的反应器主体(360)。
5.权利要求2-4中任一项的光生物反应器(1)，其中所述构造(300)和所述第二主体 (60)的布置可提供基本上平行的容纳包含光合培养物的水性液体00)的通道(64)。
6.权利要求5的光生物反应器(1)，其中生物反应器(1)的布置可在与通道(64)基本 上平行的方向上形成一股包含光合培养物的水性液体00)的液流。
7.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有选自抛物 线形和类棱锥形的形状。
8.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)具有选自抛物 线形、类正弦形和楔形的形状。
9.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，其中至少部分锥面(32)包含布置用 于将至少部分所述接收光线GO)反射回所述光分布器(30)的反射器(33)。
10.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，包括多个光分布器(30)，其中每容器 (10)中有10-10000个光分布器(30)。
11.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，其中所述光生物反应器(1)是一种封 闭的光生物反应器(1)。
12.前述权利要求中任一项的光生物反应器(1)，其中所述光分布器(30)为具有含有 液体的光分布器空腔(35)的中空体。
13.—种包括多个光分布器(30)的构造(300)，其中所述构造(300)为波纹状构造 (300)，并且所述光分布器(30)为波纹状物(308)。
14.一种包含波纹状构造(300)和波纹状副构造(600)的反应器主体(360)，其中所 述波纹状构造(300)和波纹状副构造(600)的布置可在波纹状构造(300)和波纹状副构造 (600)之间提供基本上平行的通道(64)来容纳包含光合培养物的水性液体00)。
15.权利要求14的反应器主体(360)，其中所述波纹状构造(300)的波纹状物(308) 和波纹状副构造(600)的波纹状物(608)独立地具有选自抛物线形、类正弦形、楔形和矩形波的形状。
16.权利要求13的构造(300)用于在光生物反应器(1)中分布光线的用途。
17.—种生产光合培养物的方法，包括向光生物反应器(1)的容器(10)提供 水性液体00)和光合培养物；提供权利要求1-12之一的光分布器(30)或权利要求 25- 中任一项的构造(300)；将一个或多个所述光分布器(30)的至少部分锥面(3 浸没 在包含光合培养物00)的水性液体00)中；并向一个或多个所述光分布器(30)中布置用 于接收光线的一个或多个表面(31)提供光线00)。
18.权利要求17的方法，还包括在容器(10)中提供一股在包含光合培养物的水 性液体OO)中的液流。
19.权利要求17-18中任一项的方法，其中所述光合培养物包括藻类。
20.通过权利要求17-19中任一项的方法生产的光合培养物。
21.权利要求20的光合培养物，其中所述光合培养物包括藻类。
22.权利要求20的光合培养物，其中所述光合培养物包括微藻。
全文摘要
本发明提供一种包括水性液体和光分布器(30)的光生物反应器，所述水性液体包含光合培养物。每个光分布器均具有布置用于接收光线的表面和布置用于发出至少部分接收光线的锥面。至少部分锥面浸没在包含光合培养物的水性液体中。光可以比较简单廉价的方式高效率地分布于包含光合培养物的水性液体中。所述反应器可获得高照明体积分数。
文档编号C12N1/12GK102037117SQ200880129299
公开日2011年4月27日 申请日期2008年9月15日 优先权日2008年3月19日
发明者F·E·吾博茨, G·F·沃利, S·埃尔莫尔 申请人:费伊肯有限公司