В 60-х годах в разных лабораториях был разработан ряд установок и аппаратов высокоинтенсивного управляемого культивирования фотосинтезирующих микроводорослей в на сто процентов контролируемых критериях с автоматической стабилизацией хороших критерий и непрерывной автоматической регистрацией таких принципиальных физиологических функций культуры, как скорость роста, интенсивность фотосинтеза, минеральное питание для использования биомассы как источника энергии.

Более совершенным из таких способов культивирования является проточное выкармливание водных растений, при котором по сигналам, получаемым от самой культуры, осуществляются автоматический отбор прирастающих клеток (урожая), подача свежайшей питательной среды и стабилизация оптической плотности культуры. Одна из принципных схем такового типа культивирования представлена на рисунке.

Основным преимуществом этих способов культивирования является возможность вести долгое непрерывное выкармливание водных растений с поддержанием неизменной плотности суспензии на хороших значениях, при которых наблюдается наибольшая продуктивность культуры. С этой целью разработаны особые реакторы, в каких употребляются массивные источники света и особые системы светораспределения и световодов, что обеспечивает равномерное освещение клеток в довольно плотных культурах.

Урожаи, а именно, хлореллы, которые получают в таких установках, составляют приблизительно 30-40 г сухой биомассы с 1 л суспензии в день либо 80-100 г с 1 м2 освещаемой поверхности.

Таким макаром, в текущее время можно считать довольно детально разработанными физиологические базы культивирования микроскопичных фотосинтезирующих водных растений и некие принципы технологии их выкармливания как в установках под открытым небом, так и в закрытых аппаратах.

В текущее время разработки методов выкармливания микроводорослей и конструирование разных типов аппаратов для этого ведут многие компании, начиная от глобальных гигантов в энергетической области таких как Chevron, Shell заканчивая корпорациями De Beers, Nestle для которых энергетический бизнес не является профильным, также потребители горючего компании Boing, Chysler NextDiesel и т.д. Ведущиеся работы ориентированы на понижение себестоимости получаемой биомассы водных растений методом использования для выкармливания микроводорослей открытых естественных водоемов, водоемов очистных сооружений, попутных газов электрических станций, внедрения комбинированных методов использования открытых и закрытых систем для выкармливания.

Открытые системы – это открытые емкости, естественные водоемы, пруды, искусственные бассейны в каких выращиваются микроводоросли. Данные методы выкармливания микроводорослей не обеспечивают высочайшего выхода и стандартного свойства получаемой биомассы. Процессы не контролируемы исходя из убеждений обеспечения хороших критерий для выкармливания, зависят от наружных природных причин. Существует возможность загрязнения культивируемой культуры одичавшими и патогенными микробами.

Закрытые системы – более многообещающие для получения биомассы микроводорослей с данными качествами (высочайшим содержанием жиров и т.д.) является выкармливание их в разработанных специально закрытых системах – биореакторах, в каких создаются рациональные условия – требуемые температура и освещенность, нужный газообмен и подвод питательных веществ. Более известны в этой области разработки – компании Valcent Products США (разработка Vertigro), компании GreenFuel Technologies и компании Arizona Public Service (биореактор ETB), компании BioKing. Средняя получаемая продуктивность в этих системах – 98г/м2 – 125 г/м2 в денек (беззольная база сухого веса). Но, сделанные конструкции биореакторов для выкармливания микроводорослей имеют суровые недочеты:

• светопринимающие поверхности биореакторов зарастают и их нужно повсевременно очищать, это ведет к удорожанию и усложнению конструкции;
• в этих конструкциях биореакторов смешивание идет беспорядочно, не отлично, высоки энергозатраты на компанию смешивания;
• массо- и газообмен малоуправляемы;
• при продувке газа через жидкость идет огромное пенообразование, что мешает созданию хороших критерий и не позволяет использовать весь объем биореактора;
• при использовании насосов для обеспечения циркуляции воды микроводоросли травмируются;
• при горизонтальном расположении светопринимающих труб, они занимают огромные площади земли.

В докладе организации Worldwatch Institute, по биотопливу, обозначено, что разработанные в текущее время конструкции биореакторов для выкармливания водных растений малоэффективны.

Разглядим устройство для культивирования микроводорослей, содержащих фотоблок с профилированным дном и барботажные трубки, расположенные на деньке фотоблока. Дно фотоблока выполнено в виде волнистой поверхности, повдоль которой размещены барботажные трубки, снабженные патрубками, направленными вниз по касательной к поверхности дна.

Устройство работает последующим образом. В фотоблок наливают суспензию, содержащую питательный раствор и рассаду микроводорослей, и пропускают по барботажным трубкам газовоздушную смесь, содержащую 0,5-1% СО2. Нужный для фотосинтеза свет поступает к водорослям через верхнюю открытую часть фотоблока от наружного источника освещения (Солнца либо искусственного источника). Струя газовоздушной консистенции, обогощающая суспензию СО2 сразу употребляется для вертикального смешивания воды: размещение барботажных трубок и форма дна позволяют сделать потоки воды во всем рабочем объеме среды культивации.

Низкая эффективность установок пока не дает способности приступить к промышленному культивированию микроводорослей для производства энергии, т.е. биомасса — источник энергии. Значимым препятствием на этом пути является необходимость отторжения под размещение установок огромных площадей земли, что фактически нереально.

Рентабельность массового культивирования водных растений значимым образом находится в зависимости от качеств внедрения получаемой биомассы и должна оцениваться, разумеется, в каждом определенном случае персонально. Так, способы высокоинтенсивного культивирования водных растений, кроме исследовательской работы, направленной на выяснение возможной продуктивности фотосинтетического аппарата растений и других заморочек физиологии, биохимии и генетики фотосинтезирующих клеток, находят применение для биосинтеза соединений, меченых разными изотопами углерода (С14, С13), дейтерировапных соединений, также в галлактической биологии для сотворения замкнутых экологических систем жизнеобеспечения. Высочайшая продуктивность и стабильность работы систем насыщенного проточного культивирования хлореллы позволили выполнить многомесячные опыты с испытателями по био регенерации воздуха при помощи фотосинтеза.

Эффективность внедрения биомассы водных растений в сельском хозяйстве остается еще неясной. Биомасса водных растений, получаемая при культивировании под открытым небом, употребляется для исследования их кормовых плюсов как источника белка и физиологически активных соединений. Результаты противоречивы, что свидетельствует о необходимости проведения предстоящей исследовательской работы.

Вкупе с тем в более широком плане разработка методов промышленного культивирования одноклеточных фотосинтезирующих микроводорослей является одним из путей введения процесса фотосинтеза в промышленное создание. Последствия такового явления специфичной индустриализации фотосинтеза тяжело переоценить.

Читайте также: Биомасса источник энергии. Часть 2

Создатель статьи: ст. гр БТ «УГХТУ » Мельников М.