[go: up one dir, main page]

NL1014825C2 - Method for growing algae. - Google Patents

Method for growing algae. Download PDF

Info

Publication number
NL1014825C2
NL1014825C2 NL1014825A NL1014825A NL1014825C2 NL 1014825 C2 NL1014825 C2 NL 1014825C2 NL 1014825 A NL1014825 A NL 1014825A NL 1014825 A NL1014825 A NL 1014825A NL 1014825 C2 NL1014825 C2 NL 1014825C2
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
algae
open
photosynthetic microorganisms
group
series
Prior art date
Application number
NL1014825A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Johannes Henricus Reith
Cornelis Johannes Josef M Hack
Ronald Kalwij
Lucas Roelof Mur
Original Assignee
Stichting Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stichting Energie filed Critical Stichting Energie
Priority to NL1014825A priority Critical patent/NL1014825C2/en
Priority to AU2001246949A priority patent/AU2001246949A1/en
Priority to PCT/NL2001/000273 priority patent/WO2001074990A1/en
Priority to EP01920003A priority patent/EP1272607A1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1014825C2 publication Critical patent/NL1014825C2/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M21/00Bioreactors or fermenters specially adapted for specific uses
    • C12M21/02Photobioreactors
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/02Form or structure of the vessel
    • C12M23/18Open ponds; Greenhouse type or underground installations
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12MAPPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M23/00Constructional details, e.g. recesses, hinges
    • C12M23/58Reaction vessels connected in series or in parallel

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)

Description

Werkwijze voor het kweken van algenMethod for growing algae

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het kweken van fotosynthetische micro-organismen (omvattende de groepen van de micro-algen en de 5 cyanobacteriën) op industriële schaal. De uitvinding wordt hier nader toegelicht aan de hand van algen als vertegenwoordigers van de fotosynthetische micro-organismen. Belangrijke taxonomische groepen in het algenrijk zijn: groenalgen, rode micro-algen, diatomeeën, dinoflagellaten.The invention relates to a method for the cultivation of photosynthetic microorganisms (comprising the groups of the microalgae and the cyanobacteria) on an industrial scale. The invention is further explained herein with reference to algae as representatives of the photosynthetic micro-organisms. Important taxonomic groups in the algae kingdom are: green algae, red microalgae, diatoms, dinoflagellates.

Algenteelt is een milieuvriendelijk en energiezuinig proces voor de productie 10 van organisch materiaal door fotosynthese uit kooldioxide en lichtenergie. Daarbij wordt gebruik gemaakt van kostenloze energie uit zonlicht, kostenloze kooldioxide en water dat van lage kwaliteit kan zijn waaronder industrieel proceswater, effluent van biologische waterbehandeling, of andere afvalwaterstromen. Producten van de algenteelt zijn algenbiomassa en gezuiverd water, dat bijvoorbeeld kan worden toegepast als 15 industriewater. Indien het kooldioxide afkomstig is uit rookgas, levert deze algenproductie ook een bijdrage aan de rookgasreiniging, temeer omdat ook stikstofverbindingen (NOx) door de algen uit het rookgas kunnen worden verwijderd.Algae cultivation is an environmentally friendly and energy-efficient process for the production of organic material by photosynthesis from carbon dioxide and light energy. It uses free energy from sunlight, free carbon dioxide and water that can be of low quality, including industrial process water, effluent from biological water treatment, or other waste water flows. The products of algae cultivation are algae biomass and purified water, which can for instance be used as industrial water. If the carbon dioxide comes from flue gas, this algae production also contributes to the flue gas purification, the more so because nitrogen compounds (NOx) can also be removed from the flue gas by the algae.

Uit de geproduceerde algenbiomassa kan - afhankelijk van de gekweekte soort — een reeks hoogwaardige stoffen worden gewonnen zoals: vetzuren (waaronder veel-20 voudig onverzadigde vetzuren, pigmenten, polysachariden en een reeks andere biologisch actieve stoffen. Deze producten kunnen worden toegepast in voeding en voedingssupplementen, cosmetica en andere 'personal care' producten, en in klinische en farmaceutische producten. Het restant van de biomassa kan worden bestemd als diervoeder, bodembemester of als grondstof voor energieproductie. De integratie van 25 productie- en milieufuncties is een gunstig kenmerk van algenteelt.Depending on the cultivated species, a series of high-quality substances can be obtained from the algae biomass produced, such as: fatty acids (including polyunsaturated fatty acids, pigments, polysaccharides and a range of other biologically active substances). These products can be used in food and dietary supplements. , cosmetics and other personal care products, and in clinical and pharmaceutical products. The remainder of the biomass can be used as animal feed, soil fertilizer or as a raw material for energy production. The integration of 25 production and environmental functions is a favorable feature of algae cultivation.

Voor de kweek van algen is de toevoer van (zon)licht vereist (als energiebron voor de fotosynthese) en een voldoende toevoer van voedingsstoffen in opgeloste vorm in het kweekmedium. Met name zijn dit: koolstof in de vorm van CO2, HCO3' of C02 afkomstig van mineralisatie van organische stoffen in het toegevoerde water, een 30 stikstofbron (doorgaans NO3-, NH4+ of ureum), fosfaat en een aantal andere nutriënten waaronder zwavel, kalium, magnesium en sporenelementen. Bij gebruik van afvalwater voor de kweek dienen hier - afhankelijk van de samenstelling - voedingsstoffen aan te worden toegevoegd om voldoende toevoer van alle benodigde voedingsstoffen te verzekeren. De vereiste nutriëntentoevoeging is afhankelijk van het type afvalwater. 35 Aan effluent van biologische waterzuivering kan het bijvoorbeeld noodzakelijk zijn fosfaat en sporenelementen toe te voegen om een goede groei mogelijk te maken. In 1 0U825 2 effluent of ander afvalwater is koolstof doorgaans (ook) aanwezig in gebonden vorm (CZV). Gebleken is dat deze organische stof in het algensysteem door bacteriën wordt gemineraliseerd, zodat C02 voor opname door de algen beschikbaar komt. Daarnaast is een aantal fotosynthetische micro-organismen in staat organische stof rechtstreeks op te 5 nemen en als voedingsstof en energiebron te benutten, in combinatie met het proces van de fotosynthese. Als alternatief kan ook ‘schoon’ worden gekweekt door gebruik van bijvoorbeeld oppervlaktewater of leidingwater waaraan de voedingsstoffen worden toegevoegd in de vorm van bijv. kunstmestproducten en zuiver, technisch C02.The cultivation of algae requires the supply of (sun) light (as an energy source for photosynthesis) and an adequate supply of nutrients in dissolved form in the culture medium. In particular these are: carbon in the form of CO2, HCO3 'or CO2 from mineralization of organic substances in the supplied water, a nitrogen source (usually NO3-, NH4 + or urea), phosphate and a number of other nutrients including sulfur, potassium , magnesium and trace elements. When using wastewater for cultivation, nutrients must be added to this, depending on the composition, to ensure an adequate supply of all necessary nutrients. The required nutrient addition depends on the type of wastewater. For example, it may be necessary to add phosphate and trace elements to the effluent from biological water purification to enable good growth. In 1 0U825 2 effluent or other wastewater, carbon is usually (also) present in bound form (COD). It has been found that this organic substance is mineralized in the algae system by bacteria, so that CO2 becomes available for uptake by the algae. In addition, a number of photosynthetic microorganisms are able to directly absorb organic matter and use it as a nutrient and energy source, in combination with the photosynthesis process. Alternatively, "clean" can also be cultivated by using, for example, surface water or tap water to which the nutrients are added in the form of, for example, fertilizer products and pure, technical CO2.

In de praktijk tot nu toe worden twee typen algenkweeksystemen gebruikt. 10 Enerzijds zijn er de open systemen, bestaande uit open ondiepe bakken met een meng-voorziening, meestal ringvormig uitgevoerd (bijvoorbeeld “High Rate Algal Pond”, HRAP). Anderzijds kent men de gesloten fotobioreactorsystemen, die gewoonlijk de vorm hebben van staande of liggende buis- of paneelstelsels.In practice, two types of algae culture systems have been used to date. 10 On the one hand, there are the open systems, consisting of open shallow bins with a mixing facility, which are usually ring-shaped (eg “High Rate Algal Pond”, HRAP). On the other hand, the closed photobioreactor systems are known, which usually take the form of upright or horizontal tube or panel systems.

De open systemen worden ter verhoging van de efficiëntie gewoonlijk als 15 continue cultuur uitgevoerd, waarbij een vaste toevoer van kweekmedium of influent zorgt voor een constante verdunning van het systeem. De organismen passen hun groei-snelheid aan dit verdunningsregime aan, waarbij het organisme dat het best aan het in het systeem heersende milieu is aangepast de competitie met de andere organismen wint.The open systems are usually run as a continuous culture to enhance efficiency, with a solid supply of culture medium or influent ensuring constant dilution of the system. The organisms adapt their growth rate to this dilution regime, with the organism best adapted to the environment in the system winning competition with the other organisms.

20 Het nadeel van de gangbare open algenkweeksystemen is de grote kans op infecties met ongewenste fotosynthetische micro-organismen die via de lucht of regen kunnen worden aangevoerd. In de praktijk is het daardoor niet mogelijk om een willekeurig gekozen algensoort met succes in open systemen te kweken, omdat algen die het systeem infecteren (veelal groenalgen) doorgaans snel gaan overheersen in het 25 systeem, waardoor de samenstelling van de algenbiomassa wordt verstoord. Hierdoor kunnen de samenstelling en kwaliteit van de geproduceerde biomassa (en daarmee de opbrengst van het gewenste product) niet worden beheerst. Dergelijke infecties vallen alleen te voorkomen door het kweekmedium zodanig te kiezen dat dit ongunstig is voor infecterende en andere ongewenste micro-organismen en gunstig is voor groei van de 30 gewenste algensoort, zodat deze de competitie kan winnen. In een beperkt aantal gevallen is dat mogelijk. Zo zijn bij de open kweek van Spirulina een hoge pH en een hoge alkaliniteit (zuuropnemend vermogen) selecterend voor deze algensoort. Naast Spirulina wordt een aantal Chlorella-soorten (zoals C. pyrenoidosa, en C. vulgaris) en Dunaliella-soorten (onder meer Dunaliella salina) aldus op grotere schaal gekweekt. De 35 selectieve voordelen die dit voor deze algengroepen mogelijk maken zijn respectievelijk: de hoge groeisnelheid waardoor de concurrentie van andere organismen 1014825 3 kan worden gewonnen (voor Chlorella sp.) en het zoutwatermilieu (voor Dunalietta sp.). Voor de meeste microalgensoorten geldt echter dat de kweekomstandigheden onvoldoende selectief zijn om goed beheersbare teelt in grootschalige open systemen mogelijk te maken. Daardoor is het productiepotentieel van algen (er zijn naar schatting 5 30.000 soorten) nog grotendeels onbenut. Ook indien het aanleggen van selectieve omstandigheden via de samenstelling van het kweekmedium mogelijk is, heeft dit nadelen, omdat het effluent na afscheiding van de biomassa niet kan worden hergebruikt. Bij de teelt van Spirulina sp. bijvoorbeeld is de consequentie dat het effluent een hoge pH en alkaliniteit heeft en daardoor voor vele doeleinden onbruikbaar 10 is. De teelt in zout water - zoals bij Dunaliella sp. - is weliswaar selectief voor Dunalietta (en mogelijk andere algengroepen) maar leidt evenmin tot een herbruikbaar effluent. De kweek van geselecteerde algensoorten in open continue cultuur in combinatie met hergebruik van het effluent is daardoor tot nu toe in het geheel niet mogelijk.The disadvantage of the common open algae culture systems is the high risk of infections with unwanted photosynthetic micro-organisms that can be supplied by air or rain. In practice, it is therefore not possible to successfully cultivate a randomly selected algae species in open systems, because algae that infect the system (usually green algae) usually quickly predominate in the system, thereby disrupting the composition of the algae biomass. As a result, the composition and quality of the biomass produced (and therefore the yield of the desired product) cannot be controlled. Such infections can only be prevented by choosing the culture medium such that it is unfavorable for infecting and other undesired microorganisms and favorable for growth of the desired algae species so that it can win the competition. This is possible in a limited number of cases. For example, in open cultivation of Spirulina, a high pH and a high alkalinity (acid-absorbing capacity) are selective for this type of algae. In addition to Spirulina, a number of Chlorella species (such as C. pyrenoidosa, and C. vulgaris) and Dunaliella species (including Dunaliella salina) are thus cultivated on a larger scale. The selective advantages that make this possible for these algae groups are respectively: the high growth rate, which allows competition from other organisms to be won (for Chlorella sp.) And the saltwater environment (for Dunalietta sp.). For most microalgae species, however, the cultivation conditions are not selective enough to allow easy controllable cultivation in large-scale open systems. As a result, the production potential of algae (there are an estimated 5 30,000 species) is still largely untapped. Even if the application of selective conditions via the composition of the culture medium is possible, this has disadvantages, because the effluent cannot be reused after separation of the biomass. In the cultivation of Spirulina sp. for example, the consequence is that the effluent has a high pH and alkalinity and is therefore unusable for many purposes. Cultivation in salt water - as with Dunaliella sp. - although selective for Dunalietta (and possibly other algae groups), it does not lead to a reusable effluent. The cultivation of selected algae species in open continuous culture in combination with reuse of the effluent has therefore not been possible at all.

15 Een alternatief voor de geschetste problemen zou kunnen zijn de uitvoering van de algenteelt in gesloten fotobioreactoren. Daarin kunnen de procescondities nauwkeurig worden beheerst en treden geen infecties met ongewenste algensoorten op. Een groot nadeel van de gesloten fotobioreactoren vormen de hoge investeringskosten, die leiden tot hoge productiekosten. Daarnaast is de technologie van de fotobioreactoren 20 nog onvoldoende ontwikkeld voor een grootschalige toepassing.15 An alternative to the outlined problems could be the cultivation of algae in closed photobioreactors. In it, the process conditions can be accurately controlled and no infections with unwanted algae occur. A major drawback of the closed photobioreactors is the high investment costs, which lead to high production costs. In addition, the technology of the photobioreactors 20 is not yet sufficiently developed for a large-scale application.

Gevonden is nu een algenkweeksysteem, waarbij een hoge productie gepaard kan gaan aan een hoge graad van zuiverheid van de gekozen algensoort, dat wil zeggen met een minimale besmetting met andere, ongewenste soorten, en waaruit na afscheiding van de geproduceerde algen uit de vloeistof een effluent resulteert dat nuttig 25 kan worden toegepast, bijv. als industriewater. De werkwijze volgens de uitvinding wordt nader omschreven in bijgaande conclusies en in onderstaande toelichting.An algae culture system has now been found, in which a high production can be associated with a high degree of purity of the selected algae species, i.e. with a minimal contamination with other, undesired species, and from which an effluent after separation of the algae produced from the liquid results in a useful application, eg as industrial water. The method according to the invention is further described in the appended claims and in the explanation below.

De werkwijze voor het kweken van algen volgens de uitvinding berust op het toepassen van een serie achter elkaar geschakelde open reactoren. Het totale systeem gedraagt zich als een propstroomreactor, en wel sterker naarmate het aantal geschakelde 30 reactoren groter is. Deze propstroomreactor wordt, bij voorkeur continu dan wel periodiek, beent met een grote hoeveelheid algen, die onder gecontroleerde condities zijn voorgekweekt in een gesloten fotobioreactor en/of een ander van de buitenlucht afgesloten of afdoende overdekt kweeksysteem (bijv. een kas). Onder een gesloten reactor wordt hier aldus verstaan een reactor die in voldoende mate van mogelijke 35 infectiebronnen is afgesloten; afhankelijk van de omstandigheden kan dit ook een semi-gesloten reactor zijn.The method of cultivating algae according to the invention is based on the use of a series of open reactors connected in series. The total system behaves like a plug flow reactor, the more the larger the number of switched reactors. This plug flow reactor is seeded, preferably continuously or periodically, with a large amount of algae which have been pre-cultivated under controlled conditions in a closed photobioreactor and / or another closed-air or adequately covered culture system (e.g. a greenhouse). A closed reactor is here understood to mean a reactor which is sufficiently closed off from possible sources of infection; depending on the circumstances, this can also be a semi-closed reactor.

1014825 41014825 4

De grote hoeveelheid algen waarmee de propstroomreactor vanuit de gesloten voorkweek wordt beënt bedraagt ten minste 105 cellen per lading; anderzijds kan deze hoeveelheid worden uitgedrukt ten opzichte van de uiteindelijk gewonnen hoeveelheid algen of fotosynthetische bacteriën, bij voorkeur ten minste 100 ppm van die 5 uiteindelijke hoeveelheid.The large amount of algae with which the plug flow reactor is inoculated from the closed pre-culture is at least 105 cells per batch; on the other hand, this amount can be expressed relative to the amount of algae or photosynthetic bacteria ultimately recovered, preferably at least 100 ppm of that final amount.

Kenmerk van het reactorsysteem van het propstroomtype is dat er geen macro-terugmenging optreedt, waardoor een eventueel optredende verontreiniging zich niet tot hogere dichtheden kan ontwikkelen en wordt uitgespoeld. Het onderliggende principe van de massale beënting met een gecontroleerde voorkweek wordt verduidelijkt in 10 onder staand kader.A characteristic of the plug-flow reactor system is that no macro-back-mixing occurs, as a result of which any contamination that may occur cannot develop to higher densities and is flushed out. The underlying principle of mass inoculation with controlled pre-cultivation is explained in the box below.

De groei van algenThe growth of algae

Indien de generatiesnelheid van een alg gelijk is aan T, kan de biomassa na een periode t uitgerekend worden met de volgende vergelijkingIf the generation speed of an algae is equal to T, the biomass after a period t can be calculated with the following equation

Nt = N0 2^ (N o is biomassa op t = 0)Nt = N0 2 ^ (N o is biomass at t = 0)

De gevormde biomassa na een periode t wordt dus bepaald door N 0 en de generatietijd T Voorbeeld:The biomass formed after a period t is therefore determined by N 0 and the generation time T Example:

Bij een enting van 10 6 cellen van soort A met een generatietijd van 24 uur, zal de biomassa na 240 uur bedragen: N 24o = 1,024.109 cellenWith an inoculation of 10 6 cells of type A with a generation time of 24 hours, the biomass after 240 hours will be: N 24o = 1,024,109 cells

Een infectie van soort B die bij het begin van het systeem binnenkomt en een generatietijd heeft van de helft van die van organisme A zal na 240 uur een biomassa hebben van: N240= 1,049 .106 cellen.A B-type infection that enters the system at the beginning and has a generation time of half that of organism A will after 240 hours have a biomass of: N240 = 1,049,106 cells.

ConclusieConclusion

Ondanks de twee maal hogere groeisnelheid van de infectie vormt deze na 10 generaties slechts 0,1 % van de biomassa . Dit wordt veroorzaakt door de massale beginenting van soort A (10 6 cellen) t.o.v de beginenting van de infectie (1 cel)Despite the twice as fast growth rate of the infection, after 10 generations it forms only 0.1% of the biomass. This is caused by the massive inoculation of type A (10 6 cells) compared to the inoculation of the infection (1 cell)

Een open systeem gebaseerd op een massale enting en een constante stroom in één richting kan gebruikt worden voor de productie van relatief langzaam groeiende algensoorten zonder last van luchtinfecties. In principe kunnen zo alle gewenste algensoorten worden gekweekt.An open system based on a mass inoculation and a constant flow in one direction can be used for the production of relatively slow-growing algae species without the burden of air infections. In principle, all desired types of algae can be grown in this way.

De serie geschakelde open reactoren telt ten minste drie reactoren, bij voorkeur ten minste vier reactoren. De schakeling is zodanig dat bij overdracht van de inhoud van de 15 ene reactor naar de volgende reactor niet meer dan 5% terugmenging plaats vindt, d.w.z. dat niet meer dan 5% van de inhoud van de reactor die wordt doorgegeven aan de stroom» afwaartse reactor wordt gemengd met de volgende inhoud afkomstig van de stroom- 1 014825 5 opwaartse reactor. Bij voorkeur is dit percentage lager, bij voorbeeld ten hoogste 2% of liefst ten hoogste 1%. Het zal duidelijk zijn dat naarmate dit terugmengpercentage lager is, met het oog op beperking van infecties kan worden volstaan met een kleinere serie reactoren.The series of switched open reactors has at least three reactors, preferably at least four reactors. The circuit is such that upon transfer of the contents from one reactor to the next reactor, no more than 5% back-mixing takes place, ie no more than 5% of the contents of the reactor are passed to the downstream reactor. is mixed with the following contents from the flow-up reactor. Preferably, this percentage is lower, for example at most 2% or most preferably at most 1%. It will be clear that the smaller this reaction rate, the smaller a series of reactors will be, in order to limit infections.

5 Voor de uitvoering van een dergelijk systeem kan worden gedacht aan een cascade van geschakelde buis- of gootreactoren (goten, kanalen, buizen of vergelijkbaar) of een cascade van ideaal gemengde reactorsystemen (CISTR's). Deze laatste kunnen zowel ideaal gemengde tankreactoren zijn als ook buisreactoren met statische mengers of gelijkwaardige systemen.For the implementation of such a system, a cascade of switched tube or gutter reactors (gutters, channels, pipes or similar) or a cascade of ideally mixed reactor systems (CISTRs) can be envisaged. The latter can be ideally mixed tank reactors as well as tubular reactors with static mixers or equivalent systems.

10 In de geschakelde elementen van het systeem vindt een exponentiële toename van de biomassa plaats (zoals toegelicht in bovenstaand kader). Daarnaast is het van belang voor het bereiken van een zo hoog mogelijke algenproductiviteit dat de bio-massadichtheid in het systeem zo nauwkeurig mogelijk wordt gehandhaafd op een optimale, constante waarde teneinde de omzetting van het invallende licht in algen-13 biomassa zo efficiënt mogelijk te laten verlopen. Deze optimale dichtheid is een functie van de invallende lichtintensiteit en de cultuurdiepte. Daar de biomassadichtheid optimaal moet blijven en de waterdiepte niet mag toenemen, zullen de elementen van het systeem bij voorkeur een exponentiële vergroting van het oppervlak vertonen. De vergroting van het oppervlak kan worden verkregen door een toename van het aantal 20 elementen in stroomafwaartse richting. In plaats daarvan kan een vergroting van het oppervlak worden verkregen door vergroting van het reactorvolume in stroomafwaartse richting. De volume-toename wordt verkregen door op twee of meer plaatsen extra kweekmedium of afvalwater met voedingsstoffen toe te voeren, waardoor de algenconcentratie op een constant niveau gehandhaafd blijft. Deze toevoeging wordt 25 gedoseerd op de algenconcentratie en derhalve op de groeisnelheid van de algen in het systeem. Daardoor is ook de stroomsnelheid een functie van de momentane groeisnelheid van de gekweekte alg. Aan het eind van het systeem worden de algen afgescheiden van het kweekmedium, waardoor als producten: gereinigd water en algenbiomassa als grondstof voor winning van producten ontstaan.10 The switched elements of the system are subject to an exponential increase in biomass (as explained in the box above). In addition, it is important to achieve the highest possible algae productivity that the biomass density in the system is maintained as accurately as possible at an optimal, constant value in order to make the conversion of the incident light into algae-13 biomass as efficient as possible. expired. This optimal density is a function of the incident light intensity and the culture depth. Since the biomass density must remain optimal and the water depth must not increase, the elements of the system will preferably exhibit an exponential increase in surface area. Surface enlargement can be obtained by increasing the number of elements in the downstream direction. Instead, an increase in surface area can be obtained by increasing the reactor volume downstream. The volume increase is obtained by adding additional culture medium or wastewater with nutrients to two or more places, so that the algae concentration is maintained at a constant level. This addition is dosed on the algae concentration and therefore on the growth rate of the algae in the system. As a result, the flow rate is also a function of the instantaneous growth rate of the cultivated algae. At the end of the system, the algae are separated from the culture medium, so that as products: purified water and algae biomass as raw material for product extraction.

30 In Fig.l wordt het principe geïllustreerd aan de hand van een systeem bestaande uit een gesloten buizenbioreactor voor continue beënting van het open systeemdeel, dat -in dit voorbeeld- bestaat uit open goten.In Fig. 1 the principle is illustrated by means of a system consisting of a closed tube bioreactor for continuous inoculation of the open system part, which in this example consists of open gutters.

Het systeem is in principe geschikt voor de grootschalige kweek van alle gewenste soorten en stammen fotosynthetische micro-organismen, ook die soorten en 35 stammen die bij de huidige stand van de techniek slechts in gesloten reactorsystemen met succes kunnen worden gekweekt, vanwege de eerder beschreven besmettings- 1014825 6 problematiek. Daardoor wordt bereikt dat -door de 'vrije' soorten- en/of stammenkeuze-ook de gewenste producten 'vrij' kunnen worden gekozen uit het spectrum van inhoud-stoffen die door fotosynthetische micro-organismen worden geproduceerd en dat aanzienlijk lagere productiekosten per eenheid biomassa en per eenheid product worden 5 gerealiseerd omdat het gevonden systeem een belangrijk lagere investering vereist dan gesloten bioreactorsystemen ven vergelijkbare schaal.In principle, the system is suitable for the large-scale cultivation of all desired species and strains of photosynthetic microorganisms, including those species and strains which, in the current state of the art, can only be successfully grown in closed reactor systems, due to the previously described contamination. - 1014825 6 problems. This ensures that, through the 'free' species and / or strain selection, the desired products can also be 'freely' chosen from the spectrum of substances produced by photosynthetic micro-organisms and that considerably lower production costs per unit of biomass. and per unit product are realized because the system found requires a significantly lower investment than closed bioreactor systems of a comparable scale.

De werkwijze en het systeem volgens de uitvinding zijn geschikt voor elke soort of stam uit de groep van de fotosynthetische micro-organismen. Deze omvat fotosynthetische bacteriën en microalgen, uit de orde van de Cyanobacteriën (eertijds ook 10 wel aangeduid als algenorde Cyanophyta), de orde Chlorophyta (groene algen), de orde Chromophyta, de orde Cryptophyta, de orde Pyrrhophyta (dinoflagellaten), de orde Euglenophyta en de orde Rhodophyta (rode microalgen). Tot de Chromophyta behoren volgens deze indeling onder meer de klassen Bacillaiiophyceae (diatomeeën), Chryso-phyceae (goudalgen), Eustigmatophyceae en Xanthophyceae (geelgroene algen). 15 Volgens oudere indelingen vormen sommige van deze klassen eigen ordes (Bacillariophyta, Xanthophyta e.d.)The method and system according to the invention are suitable for any species or strain from the group of photosynthetic microorganisms. This includes photosynthetic bacteria and microalgae, from the order of the Cyanobacteria (formerly also referred to as the algae order Cyanophyta), the order Chlorophyta (green algae), the order Chromophyta, the order Cryptophyta, the order Pyrrhophyta (dinoflagellates), the order Euglenophyta and the order Rhodophyta (red microalgae). According to this classification, the Chromophyta includes the classes Bacillaiiophyceae (diatoms), Chryso-phyceae (golden algae), Eustigmatophyceae and Xanthophyceae (yellow-green algae). 15 According to older classifications, some of these classes form orders of their own (Bacillariophyta, Xanthophyta, etc.)

Voorbeelden zijn de kweek van Monodus-soorten (Eustigmatophyceae) voor de productie van veelvoudig onverzadigde vetzuren. Daarvan kan worden genoemd de soort Monodus subterraneus, een zoetwatersoort met optimale kweektemperatuur van 20 ca. 25°C en een optimale groeisnelheid (μ) van ca. 0.04 uur*1. Andere voorbeelden zijn soorten en stammen uit het microalgen-genera Porphyridium sp. (Rhodophyta) voor de productie van phycobiliproteinen en Chlorélla sp. (Chlorophyta) voor de productie van carotenoiden en bio-actieve stoffen en de cyanobacteriën-genera Nostoc sp., (voor productie van phycobiliproteinen) en Calothrix sp. (voor phycobiliproteinen en neven-25 producten).Examples are the cultivation of Monodus species (Eustigmatophyceae) for the production of polyunsaturated fatty acids. Of these, the species Monodus subterraneus can be mentioned, a freshwater species with an optimum cultivation temperature of approx. 25 ° C and an optimum growth rate (μ) of approx. 0.04 hours * 1. Other examples are species and strains from the microalgae genera Porphyridium sp. (Rhodophyta) for the production of phycobiliproteins and Chlorélla sp. (Chlorophyta) for the production of carotenoids and bioactive substances and the cyanobacteria genera Nostoc sp., (For the production of phycobiliproteins) and Calothrix sp. (for phycobiliproteins and co-25 products).

Fieuurbeschriiving:Fieuurdescription:

Figuur 1 geeft een overzicht van integraal kweeksysteem volgens de uitvinding.Figure 1 gives an overview of an integral cultivation system according to the invention.

Figuur 2 is een schematische weergave van het principe van een combinatie van een 30 gesloten fotobioreactor voor de productie van de ent (A) en het open systeemdeel, de Multiplicator (B) waarin de algen een aantal generaties verblijven (in dit voorbeeld 4 generaties). Het onderste deel van de figuur toont het principe van het open systeemdeel waarin de oppervlakte exponentieel toeneemt, zoals aangegeven door de exponentiële toename van het aantal blokjes. In de praktijkuitvoering zullen deze blokjes ofwel 35 bestaan uit (geschakelde) buis- of goot-reactoren (goten, kanalen, buizen of vergelijkbaar) of (geschakelde) ideaal gemengde reactorsystemen (CISTR's). Deze individuele 1014825 7 elementen van het systeem zullen om technische en economische redenen bij voorkeur een groter oppervlak hebben dan de getekende blokjes, dit onder de voorwaarde dat het oppervlak van het systeem als geheel exponentieel toeneemt in de lichting van de propstroom.Figure 2 is a schematic representation of the principle of a combination of a closed photobioreactor for the production of the graft (A) and the open system part, the Multiplier (B) in which the algae reside for a number of generations (in this example 4 generations) . The bottom part of the figure shows the principle of the open system part in which the area increases exponentially, as indicated by the exponential increase in the number of blocks. In practice, these cubes will consist of either (switched) tube or gutter reactors (gutters, channels, tubes or similar) or (switched) ideally mixed reactor systems (CISTRs). These individual elements of the system will, for technical and economic reasons, preferably have a larger surface area than the blocks drawn, provided that the surface area of the system as a whole increases exponentially in the light of the plug flow.

5 10148255 1014825

Claims (13)

1. Werkwijze voor het kweken vaii fotosynthetische micro-organismen in een open systeem door enten van een waterhoudend medium met een of meer soorten of stammen uit de groep van de fotosynthetische micro-organismen, kweken van de micro-organismen en winnen van de geproduceerde biomassa, met het kenmerk, dat men de fotosynthetische micro-organismen kweekt in een serie open reactoren, waarvan men de eerste ent met entmateriaal dat is voorgekweekt in een gesloten fotobioreactor.1. A method for growing photosynthetic microorganisms in an open system by inoculating an aqueous medium with one or more species or strains from the group of photosynthetic microorganisms, cultivating the microorganisms and recovering the produced biomass characterized in that the photosynthetic microorganisms are cultured in a series of open reactors, the first of which is inoculated with inoculum pre-grown in a closed photobioreactor. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij men de algen in de serie open reactoren gedurende 3 tot 15 generaties kweekt.The process according to claim 1, wherein the algae in the series of open reactors are grown for 3 to 15 generations. 3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, waarbij men de concentratie biomassa in de serie open reactoren goeddeels constant houdt.A process according to claim 1 or 2, wherein the concentration of biomass in the series of open reactors is kept largely constant. 4. Werkwijze volgens een der conclusies 1-3, waarbij het oppervlak van de serie open reactoren per generatie of twee generaties van het gekweekte organisme verdubbelt in stroomafwaartse richting.The method of any one of claims 1 to 3, wherein the surface of the series of open reactors per generation or two generations of the cultured organism doubles downstream. 5. Werkwijze volgens een der conclusies 1-4, waarbij men op twee of meer plaatsen in de serie open reactoren medium toevoegt.A process according to any one of claims 1-4, wherein medium is added at two or more locations in the series of open reactors. 6. Werkwijze volgens een der conclusies 1-5, waarbij de terugmenging van reactorinhoud van een open reactor naar de direct stroomopwaarts liggende open reactor ten hoogste 5% bedraagt.The process according to any one of claims 1 to 5, wherein the back-mixing of reactor contents from an open reactor to the open reactor directly upstream is at most 5%. 7. Werkwijze volgens een der conclusies 1-6, waarbij men als medium gebruik maakt van afval(water)stromen, al dan niet voorzien van aanvullende voedingsstoffen.A method according to any one of claims 1-6, wherein as a medium use is made of waste (water) streams, optionally provided with additional nutrients. 8. Werkwijze volgens een der conclusies 1-7, waarbij men na het afscheiden van de biomassa het resulterende effluent, al dan niet na een of meer aanvullende zuiveringsstappen, gebruikt voor toepassing als industriewater.A method according to any one of claims 1-7, wherein after the separation of the biomass the resulting effluent, whether or not after one or more additional purification steps, is used for use as industrial water. 9. Werkwijze volgens een der conclusies 1-8, waarbij men fotosynthetische micro-organismen uit de groep van de micro-algen kweekt. 1014825 »A method according to any one of claims 1-8, wherein photosynthetic microorganisms are grown from the group of the microalgae. 1014825 » 10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij men fotosynthetische micro-organismen uit de groep van de Chlorophyta (groenalgen) of Chromophyta kweekt.The method according to claim 9, wherein photosynthetic microorganisms are grown from the group of the Chlorophyta (green algae) or Chromophyta. 11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij men fotosynthetische micro-organismen uit de groep van de Cryptophyta (goudalgen) of Pyrrhophyta (dinoflagellaten) kweekt.The method according to claim 9, wherein photosynthetic microorganisms are cultivated from the group of the Cryptophyta (golden algae) or Pyrrhophyta (dinoflagellates). 12. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij men fotosynthetische micro-organismen uit de groep van de Euglenophyta of Rhodophyta kweektThe method according to claim 9, wherein photosynthetic microorganisms are grown from the group of the Euglenophyta or Rhodophyta 13. Werkwijze volgens een der conclusies 1-9, waarbij men fotosynthetische micro-organismen uit de groep van de cyanobacteriën kweekt. 1014825A method according to any one of claims 1-9, wherein photosynthetic microorganisms are cultivated from the group of the cyanobacteria. 1014825
NL1014825A 2000-04-03 2000-04-03 Method for growing algae. NL1014825C2 (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1014825A NL1014825C2 (en) 2000-04-03 2000-04-03 Method for growing algae.
AU2001246949A AU2001246949A1 (en) 2000-04-03 2001-04-03 Process of culturing algae
PCT/NL2001/000273 WO2001074990A1 (en) 2000-04-03 2001-04-03 Process of culturing algae
EP01920003A EP1272607A1 (en) 2000-04-03 2001-04-03 Process of culturing algae

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1014825A NL1014825C2 (en) 2000-04-03 2000-04-03 Method for growing algae.
NL1014825 2000-04-03

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1014825C2 true NL1014825C2 (en) 2001-10-04

Family

ID=19771129

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1014825A NL1014825C2 (en) 2000-04-03 2000-04-03 Method for growing algae.

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1272607A1 (en)
AU (1) AU2001246949A1 (en)
NL (1) NL1014825C2 (en)
WO (1) WO2001074990A1 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19916597A1 (en) * 1999-04-13 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Photobioreactor with improved light input through surface enlargement, wavelength shifter or light transport
ES2193845B1 (en) * 2001-07-16 2005-03-01 Seaweed Canarias, S.L. PROCEDURE FOR OBTAINING A MULTIEXTRACT FOR APPLICATION IN AGROECOSYSTEMS.
US8507253B2 (en) 2002-05-13 2013-08-13 Algae Systems, LLC Photobioreactor cell culture systems, methods for preconditioning photosynthetic organisms, and cultures of photosynthetic organisms produced thereby
US7770322B2 (en) 2005-06-07 2010-08-10 Hr Biopetroleum, Inc. Continuous-batch hybrid process for production of oil and other useful products from photosynthetic microbes
US8110395B2 (en) 2006-07-10 2012-02-07 Algae Systems, LLC Photobioreactor systems and methods for treating CO2-enriched gas and producing biomass
AP2009005054A0 (en) 2007-04-27 2009-12-31 Greenfuel Technologies Corp Photobioreactor systems positioned on bodies of water
ITMI20072343A1 (en) * 2007-12-14 2009-06-15 Eni Spa PROCESS FOR THE PRODUCTION OF ALGAL BIOMASS WITH HIGH LIPID CONTENT
ES2368282B1 (en) * 2010-03-17 2012-09-24 Universidad De Alicante OPEN REACTOR SYSTEM FOR MICROALGAS CULTURE.
US20110318815A1 (en) * 2010-06-23 2011-12-29 Hazlebeck David A Method and System for Growing Microalgae in an Expanding Plug Flow Reactor
AP3754A (en) * 2012-04-12 2016-07-31 Seagrass Ag Sa Ltd Method of culturing algae
US10208276B2 (en) 2015-06-17 2019-02-19 Siftex Equipment Company, Inc. Pure algae growth system and method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1579556A (en) * 1968-02-09 1969-08-29
US3763824A (en) * 1971-11-30 1973-10-09 Minnesota Mining & Mfg System for growing aquatic organisms
US4065875A (en) * 1976-09-17 1978-01-03 University Of Delaware Selective destruction of certain algae
DE4317006A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 Vieh & Fleisch Gmbh Process for the cultivation and use of microalgae

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1579556A (en) * 1968-02-09 1969-08-29
US3763824A (en) * 1971-11-30 1973-10-09 Minnesota Mining & Mfg System for growing aquatic organisms
US4065875A (en) * 1976-09-17 1978-01-03 University Of Delaware Selective destruction of certain algae
DE4317006A1 (en) * 1993-05-17 1994-11-24 Vieh & Fleisch Gmbh Process for the cultivation and use of microalgae

Also Published As

Publication number Publication date
AU2001246949A1 (en) 2001-10-15
EP1272607A1 (en) 2003-01-08
WO2001074990A1 (en) 2001-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Costa et al. An open pond system for microalgal cultivation
KR101577820B1 (en) New cultivation method of heterotrophic microalgae
Khadim et al. Mass cultivation of Dunaliella salina in a flat plate photobioreactor and its effective harvesting
Nguyen et al. Microalgae cultivation using biogas and digestate carbon sources
WO2009134114A1 (en) An apparatus for mass cultivation of micro algae and a method for cultivating the same
NL1014825C2 (en) Method for growing algae.
Abdelkhalek et al. Growth performance and biochemical composition of nineteen microalgae collected from different Moroccan reservoirs
Unpaprom et al. A newly isolated green alga, Scenedesmus acuminatus, from Thailand with efficient hydrogen production
WO2013100756A2 (en) A method and a system for mass-cultivating microalgae with enhanced photosynthetic efficiency
Podevin et al. Detailing the start-up and microalgal growth performance of a full-scale photobioreactor operated with bioindustrial wastewater
Pires Mass production of microalgae
Kamyaba et al. Role of microalgal biotechnology in environmental sustainability—a mini review
Sara et al. Treatments of industrials wastewater by using microalgae
Veuthey et al. Production of the marine microalga Nannochloropsis gaditana in pilot-scale thin-layer cascade photobioreactors using fresh pig slurry diluted with seawater
US10173913B2 (en) Process of treating buchu mercaptan production wastewater using microalgae and chitin as a nitrogen source
El-Awady et al. Bio-mass Production of Chlorella vulgaris grown on date wastes under different stress conditions
WO2015071908A1 (en) Chlorella ohadii and uses thereof
Ungureanu et al. Microalgal systems for wastewater treatment-review.
Plengsakul et al. Plastic media reduced algal wall-growth of Chlorococcum humicola for the cultivation in internal-loop airlift photobioreactor
Bertolini et al. Algae culture conditions and process parameters for phycoremediation and biomaterials production
RU2555519C2 (en) STRAIN OF MICROALGAE Chlorella vulgaris, INTENDED FOR TREATMENT OF WASTEWATER OF AGRICULTURAL AND ALCOHOL PRODUCTION
Divakaran et al. Algae Cultivation Strategies: An Overview
US20160002588A1 (en) Solid phase based high yield biofuel technology
Ievina et al. Efficient Low-Temperature Nutrient Removal from Agricultural Digestate using Microalgae
Ray et al. Sugarcane industry effluents: generation, characteristics, impacts and applications for biobased product recovery in a biorefinery

Legal Events

Date Code Title Description
PD2B A search report has been drawn up
V1 Lapsed because of non-payment of the annual fee

Effective date: 20121101