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WO2008128625A2 - Biomassezuchtanlage und verfahren zur züchtung von biomasse - Google Patents

Biomassezuchtanlage und verfahren zur züchtung von biomasse Download PDF

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WO2008128625A2
WO2008128625A2 PCT/EP2008/002618 EP2008002618W WO2008128625A2 WO 2008128625 A2 WO2008128625 A2 WO 2008128625A2 EP 2008002618 W EP2008002618 W EP 2008002618W WO 2008128625 A2 WO2008128625 A2 WO 2008128625A2
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WO
WIPO (PCT)
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biomass
light
growing plant
container
light guide
Prior art date
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PCT/EP2008/002618
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Ralf Seyfried
Robert Frase
Jörg Nikolaus
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Individual
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C12N1/00—Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/12—Unicellular algae; Culture media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M21/02—Photobioreactors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C12M31/02—Means for providing, directing, scattering or concentrating light located outside the reactor
    • C12M31/06—Lenses
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    • C12M—APPARATUS 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
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    • C12M31/08—Means for providing, directing, scattering or concentrating light by conducting or reflecting elements located inside the reactor or in its structure
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS 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
    • C12M41/00—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation
    • C12M41/06—Means for regulation, monitoring, measurement or control, e.g. flow regulation of illumination
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    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N13/00—Treatment of microorganisms or enzymes with electrical or wave energy, e.g. magnetism, sonic waves

Definitions

  • the invention relates to a biomass growing system having a container for receiving biomass-containing aqueous solution, with at least one guided into the container light guide for supplying light energy for biomass-containing aqueous solution, and with a controllable light distributor, which is coupled to the light distributor for selectively supplying light in selected areas of the container is.
  • the invention further relates to a method for growing biomass, in particular algae, with a container, which is divided into a plurality of segments, for receiving biomass-containing aqueous solutions and for each segment, each having at least one light-emitting surface coupled to a light guide in the container.
  • No. 6,477,841 B1 describes a method for converting solar energy stored by photosynthesis by algae into electrical energy.
  • the supply of light to the algae in a container is problematic.
  • DE 39 33 486 A1 describes a device for the cultivation of aquatic organisms in seawater. It is proposed to vertically introduce a column with an attached sun rays collecting device in the water and to direct the sun's rays by means of optical fibers in the direction of the algae.
  • KR 860000529 B proposes for the supply of light in a photosynthesis reaction vessel by means of light guides to illuminate the light guide sequentially by rotation of a light distributor in succession.
  • NL 1027743 C discloses a method for stimulating algal growth in a tank by pumping water from a water source to a filter, while passing the biomass-containing water it illuminates it into a pipe system to stimulate photosynthesis.
  • JP 2000060533 A describes a device in which algae are stored in a container and light is guided via a light guide plate to the container bottom.
  • JP 5292849 A proposes to promote algae growth to transmit solar energy from space by means of an electric wave in the gigahertz frequency range on the earth and to capture the electric radiation with a concave mirror and convert it into light energy.
  • WO 7900282 A1 describes a method for distributing a light beam in a photosynthetic medium.
  • a strong light beam is passed over a light guide and divided into several optical fiber cables, where a plurality of radiating surfaces are provided. In this way, light can be distributed evenly throughout the container.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved biomass breeding plant and an improved method for growing biomass.
  • the container is divided into segments, each with the light guide via the light distributor selectively coupled light emitting surfaces have, the light guide is coupled to a unit for collecting sunlight and directing the trapped solar energy in the light guide, and a control unit is provided for controlling the light distributor, which is arranged to distribute the light powers available in the light guide to the light emitting surfaces such that an additional Supply another
  • Lichtabstrahl Type takes place when supplied with light power from the light guide at least one light emitting surface is supplied with a significant increase in mass biomass illuminance and more light power is available to provide the other light emitting surface also required for significant increase in biomass illuminance, and a shutdown to further light emission surfaces takes place in such a way that a predetermined minimum period of accumulated dark phases is provided as a function of the cumulated illumination period of a segment.
  • the available light output is utilized in the best possible way by the biophysical system according to the invention. It was recognized that a minimum light energy is required for a significant growth of biomass through photosynthesis. Once this minimum light energy has been reached, only a significant increase in biomass occurs.
  • the biomass growth rate decreases again after some time. After receiving a total light output that exceeds a defined limit depending on the type of biomass, the growth is saturated, so to speak. It must therefore be ensured that in addition to the illumination phases required for photosynthesis, dark phases are also ensured in which cell division takes place. The period of the accumulated dark phases is to be adjusted to the period of the cumulative light phases.
  • the biomass-containing aqueous solution in a large volume, but in preferably separate container segments.
  • the light energy supply is optimized by the available light energy so is divided, that not too much, but not too little light energy is led into the segments.
  • the efficiency it makes sense, if necessary, not to illuminate a segment at times, instead of wasting light energy that does not exceed a minimum light energy. Even if the biomass in one segment is already saturated with light energy, the light energy should be concentrated on the other segments where biomass growth with optimal efficiency can be achieved through photosynthesis.
  • control unit is adapted to the pulsed light supply with a sequence of light and dark phases to a respective light emission surface. It has been shown that biomass for photosynthesis does not necessarily require a constant supply of light. Rather, it is only important that the minimum light requirement during lighting and sufficient light output over time is provided.
  • the light and dark phases can be achieved that the available light energy is always concentrated during a light phase on selected segments and for the segments a minimum light energy is provided. Due to the alternating light and dark phases can also be achieved that the segments of the container are relatively uniformly supplied with light energy.
  • control unit In order to regulate the illuminance of individual light emission surfaces, the control unit is set up as a function of the available light output and the illuminance required for appreciable mass increase of the biomass by adjusting the pulse width of the clocked light supply to the respective light emission surfaces.
  • the removal of the biomass for further utilization and use as an energy source is preferably carried out with harvesting devices which are arranged in the segments of the container. These harvesting devices are coupled to the light-emitting surfaces in order to adhere to the light-emitting surface
  • Such a harvesting device can be moved, for example, on the surface of the light emitting surface
  • wiping elements that are configured for example in the manner of a windshield wiper.
  • the wiping elements may for example be mounted on a movable carrier and have in the direction of the light emitting surface pointing rubber lip profiles.
  • the carrier can be moved vertically in a respective segment from top to bottom.
  • suction openings are preferably provided in the container for sucking up on the ground accumulating biomass.
  • Suction openings can then be communicatively connected to a pipe system. At least one separator for discharging biomass is then connected to the pipe system. A dryer for drying the biomass and a pressing device for compressing the dried biomass, for example pellets or briquettes, can then be connected to this preferably controlled separator. These pellets or briquettes can then be fed to a pellet stove.
  • an optical fiber fabric tape may be introduced, which is for supplying light with the
  • Light distributor is coupled.
  • the light guide fabric belt is movable for harvesting the biomass, for example on transport rollers, so that a light energy acted area of the light tissue tape is fed to the emitter, while another area is re-exposed to light and used for further biomass growth.
  • Such a light guide fabric belt can be realized, for example, as an endless belt.
  • the light distributor may, for example, have a distributor unit which has at least one mirror surface or lens movably arranged with a drive unit.
  • the mirror surfaces or lenses are then coupled to at least one supply optical fiber for supplying light energy of the sun catcher unit and having a plurality of discharge optical fibers routed to the respective segments, to depending on the position of the mirror surfaces or lenses - optionally to convert light energy from supply optical fibers to selected discharge fiber optics.
  • the light distributor has an actuator connected to a light guide for supplying light energy of the sunlight collecting unit, which is for rotating or shifting the exit end face of the feed light guide on at least one inlet end face of at least one selected to a respective segment guided discharge light guide is set up.
  • the discharge optical fibers are arranged with their inlet end faces opposite the exit face of the feed light guide, which is parallel to a
  • Plane is formed, which is formed by the entrance end faces of the discharge light guide.
  • the device for collecting sunlight has at least one light collector, which has a coupling-in region, to which the light guide provided for the transmission of the light energy to the light distributor is aligned.
  • the biomass growing system may have a heat exchanger and / or a heat pump in order to convert excess heat or cold energy of the biomass plant, in particular of the container, the light collector and / or light distributor, and supply it to a further use.
  • the heat released during cooling of the biomass plant heat can be used, for example, to heat process water.
  • the biomass growing plant is coupled to a combustion device for the biomass produced and a recirculation of exhaust gases and / or combustion residues of the combustion device into the container of the biomass growing plant is provided. This can be done fertilizing the nutrient solution for the biomass. It is advantageous if gaseous, liquid and / or solid combustion residues are temporarily stored. Thus, different requirements and production quantities can be adapted to each other without overfertilising the nutrient medium. Then the biomass growing plant can also form a closed system, in which all exhaust gases and combustion residues are recycled.
  • additives to the biomass produced before, during or after the drying of the separated biomass, the pulverization of the dried biomass, the foaming of the biomass and / or the compression Add the dried biomass to fuel pellets or fuel briquettes. This can, for example, likewise serve for calorific value regulation.
  • Figure 1 sketch of a biomass breeding plant.
  • FIG. 1 shows a biomass growing installation 1, which is installed in a house to supply the household.
  • Sunlight is collected by a unit 3 for catching to sunlight.
  • This unit 3 may, for example, be a light collector in which collecting lenses, such as fresnel lenses 4, are arranged on one surface, in the foci of which the coupling-in regions of optical fibers 5 are arranged in order to feed the trapped solar energy into the optical fibers 5.
  • the outgoing from the light manifold 6 discharge fiber 8 are used, which are connected to respective associated light emitting surfaces 9, which are arranged in the individual segments.
  • a control unit 10 which controls the light supply to the light emitting surfaces 9 based on the available light power, which is measured by means of suitable sensors.
  • the light emitting surfaces 9 are supplied in such a way that a light emitting surface 9 is only exposed to light when a minimum light energy required for cell division of the biomass can be provided.
  • the light power available in the light guide 5 is thus bundled and split onto the light emission surfaces 9 in such a way that each of the light emission surfaces 9 charged with light output emits a minimum light energy required for cell division of the biomass.
  • This minimum light energy is dependent on the type of biomass that multiplies using photosynthesis, such as bacteria, plankton, lichens, mosses, aquatic plants, algae, especially blue-green algae, etc.
  • As an aqueous solution For example, fresh water or salt water, possibly with the addition of nutrients, can be used.
  • the control unit 10 can be used in conjunction with the light distributor 6 for controlling light-dark phases at the individual light emitting surfaces 9 - which can serve to stimulate cell division.
  • control unit 10 can control the average illuminance of the light emitting surfaces 9 by distributing the light energy to the light guides 5 which are coupled to the light emitting surfaces 9.
  • This distribution of the light energy in the light distributor 6 can be realized, for example, by pulse width modulation (PWM) in conjunction with a digital control, as far as possible always a light guide 5 - which leads to the Lichtabstrahlinci 9 - is illuminated to the highest possible efficiency achieve.
  • PWM pulse width modulation
  • the light pulse frequency at the light emitting surfaces 9 is high enough, for example, some species of algae behave as in a continuous illumination with the same average illuminance. Also one
  • control unit 10 in conjunction with the light distributor 6 ensures that the largest possible part of the bioreactor forming a container 7 is operated at the optimum operating point in order to achieve the highest possible efficiency in cell division.
  • the control unit 10 takes into account a hysteresis behavior in the growth of biomass, in which a significant growth occurs only from at least required for cell division light energy. Only after reaching this minimum light energy is a substantial cell division. However, it must also be taken into account that, although biomass requires light, biomass, especially algae, does not divide again until dark. So it's one too Dark phase necessary, which must also be considered by the control unit 10.
  • the control unit 10 further serves to control the entry of nutrient into the biomass-containing aqueous solution and the harvesting process.
  • a harvesting device 11 is provided to remove the biomass from the container and supply it to a post-processing device 12.
  • the post-processing device 12 may in particular have a dryer and a pellet press for compacting the dried biomass into pellets. The pellets produced from the biomass are then fed to a pellet stove 13 for combustion thereof and power supply.
  • Light collector 3 is then mounted on vertical and / or horizontal surfaces and can optionally have a Einstrahlwinkel-adjustment and in particular a tracking in order to adjust the angle of the light collector always optimally to the position of the sun.
  • a preferably automatic partitioning may be provided on a light collector 3, which is embodied, for example, as a venetian blind.
  • a cleaning device may be provided to clean the light collector 3 in case of contamination or snow, etc.
  • the light guide 5 is used to transport the light energy, with only the
  • the light guide 5 can therefore be designed as a glass fiber or plastic cable. It is also conceivable, however, the use of tubes that are mirrored on the inside or other mirror systems.
  • a further advantage is the integration of a breakage detector in the light guide 5 in order to be able to detect damage to the light guide 5.
  • a breakage detector in the light guide 5 in order to be able to detect damage to the light guide 5.
  • fiber optic cables, rods, etc. can be used.
  • a Lichtleitergewebebandes which is mounted in the form of a - preferably endless circulating mat in a segment of the container 7 and coupled to the light distributor 6 so that light power is fed into the optical fiber fabric tape and coupled to the surface of the optical fiber fabric tape , The optical fiber fabric tape may then be movably supported on rollers in the container to guide individual regions of the optical fiber fabric tape to an emitter device 11.
  • the harvesting device 11 may, for example, have a multiplicity of wiper blades movably arranged on one or more holders, which are movable on the light-emitting surfaces 9 in order to scrape off the biomass accumulating on the light-emitting surfaces 9 and feed them to the harvesting device 11.
  • the biomass growing plant 1 has the advantage that it can be easily controlled with the control unit 10. It is also a remote maintenance and monitoring, for example via telephone, Internet or data radio, etc possible.
  • Control unit 10 and the light distributor 6 optimally adapted to the growth resource, ie the type of biomass, to optimize the yield and volume requirements.
  • the energy accumulation of the energy extraction be decoupled in time.
  • the sunlight can be converted into solid fuel all year round, which can be consumed if necessary. This has an advantage in efficiency result.
  • the biomass breeding plant 1 can be operated autonomously as shown in households. But it is also the operation of networked systems in a coupled power grid conceivable. In this case, the method can be implemented completely autonomously with the aid of remote monitoring by a control center.
  • algae such as Chlorella pyrenoidosa can be used as biomass.
  • a lighting over 24 hours and a light energy of 10 kLux 9 to 11 divisions at a temperature of 30 to 35 0 C are possible.
  • the light requirement of 10 kLux corresponds to about one tenth of the maximum daylight current.

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Abstract

Eine Biomasse-Zuchtanlage (1) mit einem Behälter (7) zur Aufnahme biomassehaltiger Lösung, mit mindestens einem in den Behälter (7) geführten Lichtleiter (8) zur Zufuhr von Lichtenergie zur biomassehaltigen wässrigen Lösung, und mit einem steuerbaren Lichtverteiler (6), der mit dem Lichtleiter (8) zur wahlweisen Lichtzufuhr in ausgewählte Bereiche des Behälters gekoppelt ist, wird beschrieben. Der Behälter (7) ist in Segmente aufgeteilt, die jeweils mit dem Lichtleiter (5) über den Lichtverteiler (6) wahlweise ankoppelbare Lichtabstrahlflächen (9) haben. Der Lichtleiter (5) ist mit einer Einheit (3) zum Auffangen von Sonnenlicht und Leiten der aufgefangenen Sonnenenergie in den Lichtleiter (5) gekoppelt. Eine Steuerungseinheit (10) ist zur Ansteuerung des Lichtverteilers (6) vorgesehen, um die im Lichtleiter (5) verfügbaren Lichtleistungen zu den Lichtabstrahlflächen (9) derart zu verteilen, dass eine zusätzliche Versorgung einer weiteren Lichtabstrahlfläche (9) erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter (5) versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche (9) mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere Lichtabstrahlfläche (9) ebenfalls mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine Abschaltung an weitere Lichtabstrahlflächen (9) derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird.

Description

Biomassezuchtanlage und Verfahren zur Züchtung von Biomasse
Die Erfindung betrifft eine Biomassezuchtanlage mit einem Behälter zur Aufnahme biomassehaltiger wässriger Lösung, mit mindestens einem in den Behälter geführten Lichtleiter zur Zufuhr von Lichtenergie zur biomassehaltigen wässrigen Lösung, und mit einem steuerbaren Lichtverteiler, der mit dem Lichtverteiler zur wahlweisen Lichtzufuhr in ausgewählte Bereiche des Behälters gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Züchtung von Biomasse, insbesondere von Algen, mit einem in einem mit einer Mehrzahl von Segmenten aufgeteilten Behälter zur Aufnahme biomassenhaltiger wässriger Lösungen und für jedes Segment mit jeweils mindestens einer mit einem Lichtleiter gekoppelten Lichtabstrahlfläche in dem Behälter.
Bei der Verwertung alternativer Rohstoffe zur Energiegewinnung spielt die
Sonnenenergie eine große Rolle. Diese wird herkömmlicherweise mittels Kollektoren eingefangen und zur Erwärmung eines Mediums genutzt oder in elektrische Energie umgewandelt. Dabei stellt sich das Problem der Speicherung der gewonnenen Energie, da Sonnenenergie oftmals nicht dann zur Verfügung steht, wenn die Energie gebraucht wird.
US 6,477,841 B1 beschreibt ein Verfahren zur Umwandlung von mittels Photosynthese durch Algen gespeicherter Solarenergie in elektrische Energie.
Die Lichtzufuhr zu den in einem Behälter befindlichen Algen ist problematisch.
DE 39 33 486 A1 beschreibt ein Gerät zur Kultivierung von Wasserlebewesen im Meerwasser. Dabei wird vorgeschlagen, eine Säule mit einer daran angebrachten Sonnenstrahlen sammelnden Vorrichtung vertikal in das Wasser einzubringen und die Sonnenstrahlen mittels Lichtleiter in Richtung auf die Algen zu lenken.
KR 860000529 B schlägt zur Zufuhr von Licht in einen Photosynthese- Reaktionskessel mittels Lichtleitern vor, die Lichtleiter durch Rotation eines Lichtverteilers sequenziell hintereinander zu beleuchten. NL 1027743 C offenbart einen Verfahren zu Stimulierung des Algenwachstums in einem Tank durch Pumpen von Wasser von einer Wasserquelle zu einem Filter, während beim Durchleiten des biomassehaltigen Wassers dieses in eine Rohrsystem beleuchtet wird, um die Photosynthese anzuregen.
In JP 2000060533 A ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der Algen in einem Behälter gelagert sind und Licht über eine Lichtleiterplatte zum Behälterboden geführt wird.
JP 5292849 A schlägt zur Förderung des Algenwachstums vor, Sonnenlichtenergie aus dem Weltraum mittels einer elektrischen Welle im Gigahertz-Frequenzbereich auf die Erde zu übertragen und mit einem Hohlspiegel die elektrische Strahlung einzufangen und in Lichtenergie umzuwandeln.
In WO 7900282 A1 ist ein Verfahren zum Verteilen eines Lichtstrahls in einem Photosynthesemedium beschrieben. Ein starker Lichtstrahl wird über einen Lichtleiter geführt und in mehrere Lichtleiterkabel aufgeteilt, an denen eine Vielzahl von Abstrahlflächen vorgesehen sind. Auf diese Weise kann Licht gleichmäßig im gesamten Behälter verteilt werden.
Um die Energiegewinnung mittels Biomasse auch im kleintechnischen Maßstab für Haushalte realisieren zu können, muss die nutzbare Lichtleistung effizient einfangen und zum optimalen Wachstum der Biomasse mittels Photosynthese umgesetzt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte Biomasse- Zuchtanlage und ein verbessertes Verfahren zur Züchtung von Biomasse zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit der Biomasse-Zuchtanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Behälter in Segmente aufgeteilt ist, die jeweils mit dem Lichtleiter über den Lichtverteiler wahlweise ankoppelbare Lichtabstrahlflächen haben, der Lichtleiter mit einer Einheit zum Auffangen von Sonnenlicht und Leiten der aufgefangenen Sonnenenergie in den Lichtleiter gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit zur Ansteuerung des Lichtverteilers vorgesehen ist, die zur Verteilung der im Lichtleiter verfügbaren Lichtleistungen zu den Lichtabstrahlflächen derart eingerichtet ist, dass eine zusätzliche Versorgung einer weiteren
Lichtabstrahlfläche erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere Lichtabstrahlfläche ebenfalls mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine Abschaltung an weitere Lichtabstrahlflächen derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird.
Durch die erfindungsgemäße Biozuchtanlage wird die verfügbare Lichtleistung bestmöglich ausgenutzt. Dabei wurde erkannt, dass für ein nennenswertes Wachstum von Biomasse durch Photosynthese eine Mindestlichtenergie erforderlich ist. Ab Erreichen dieser Mindestlichtenergie erfolgt erst eine nennenswerte Vermehrung der Biomasse.
Es wurde weiterhin erkannt, dass die Biomassenzuwachsrate nach einiger Zeit wieder abnimmt. Nach Aufnahme einer Gesamtlichtleistung, die in Abhängigkeit von der Art der Biomasse einen definierten Grenzwert übersteigt, ist das Wachstum sozusagen gesättigt. Es ist daher sicherzustellen, dass neben der zur Photosynthese erforderlichen Beleuchtungsphasen auch Dunkelphasen sichergestellt werden, in denen die Zellteilung erfolgt. Der Zeitraum der kumulierten Dunkelphasen ist an den Zeitraum der kumulierten Hellphasen anzupassen.
Für einen hohen Wirkungsgrad ist es vorteilhaft, die biomassehaltige wässrige Lösung nicht in einem großen Volumen bereit zu stellen, sondern in vorzugsweise voneinander getrennten Behältersegmenten. Für jedes dieser Behältersegmente wird dann die Lichtenergiezufuhr optimiert, indem die verfügbare Lichtenergie so aufgeteilt wird, dass nicht zu viel, aber auch nicht zu wenig Lichtenergie in die Segmente geführt wird. Für den Wirkungsgrad ist es sinnvoll, ein Segment ggf. zeitweise überhaupt nicht zu beleuchten, anstatt Lichtenergie zu verschwenden, die eine Mindestlichtenergie nicht übersteigt. Auch für den Fall, dass die Biomasse in einem Segment bereits mit Lichtenergie gesättigt ist, sollte die Lichtenergie auf die anderen Segmente konzentriert werden, in denen ein Biomassewachstum mit optimalem Wirkungsgrad durch Photosynthese erreicht werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Steuerungseinheit zur getakteten Lichtzufuhr mit einer Folge von Hell- und Dunkelphasen zu einer jeweiligen Lichtabstrahlfläche eingerichtet ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass Biomasse zur Photosynthese nicht zwingend eine konstante Lichtzufuhr benötigt. Vielmehr ist lediglich wichtig, dass der Mindestlichtbedarf während der Beleuchtung sowie eine ausreichende Lichtleistung über die Zeit bereitgestellt wird. Durch die Hell- und Dunkelphasen kann erreicht werden, dass die verfügbare Lichtenergie während einer Hellphase immer auf ausgewählte Segmente konzentriert wird und für die Segmente eine Mindestlichtenergie bereitgestellt wird. Durch die abwechselnden Hell- und Dunkelphasen kann zudem erreicht werden, dass die Segmente des Behälters relativ gleichmäßig mit Lichtenergie versorgt werden.
Zur Regelung der Beleuchtungsstärke einzelner Lichtabstrahlflächen ist die Steuerungseinheit in Abhängigkeit der verfügbaren Lichtleistung und der zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke durch Anpassen der Pulsweite der getakteten Lichtzufuhr zu den jeweiligen Lichtabstrahlflächen eingerichtet.
Die Abfuhr der erzeugten Biomasse zur Weiterverwertung und Nutzung als Energieträger erfolgt vorzugsweise mit Ernteeinrichtungen, die in den Segmenten der Behälter angeordnet sind. Diese Ernteeinrichtungen sind mit den Lichtabstrahlflächen gekoppelt, um die an der Lichtabstrahlfläche anhaftende
Biomasse zu entfernen und damit nicht nur die Biomasse abzuernten, sondern auch gleichzeitig die Lichtabstrahlflächen zu reinigen. Eine solche Ernteeinrichtung kann beispielsweise auf der Oberfläche der Lichtabstrahlfläche verfahrbare Wischelemente haben, die beispielsweise in der Art eines Scheibenwischers ausgestaltet sind.
Die Wischelemente können beispielsweise auf einem verfahrbaren Träger montiert sein und in Richtung der Lichtabstrahlfläche weisende Gummilippenprofile haben. Der Träger kann dabei in einem jeweiligen Segment senkrecht von oben nach unten verfahrbar sein.
Am Boden der Segmente sind vorzugsweise Absaugöffnungen im Behälter zum Absaugen von sich auf dem Boden ansammelnder Biomasse vorgesehen. Die
Absaugöffnungen können dann mit einem Rohrsystem kommunizierend verbunden sein. An das Rohrsystem ist dann mindestens ein Abscheider zum Ableiten von Biomasse angeschlossen. An diesem vorzugsweise gesteuerten Abscheider kann dann ein Trockner zur Trocknung der Biomasse und eine Pressvorrichtung zur Verdichtung der getrockneten Biomasse, beispielsweise zu Pellets oder Briketts, angeschlossen sein. Diese Pellets oder Briketts können dann einem Pelletofen zugeführt werden.
In einer Ausführungsform kann in jedes der Behältersegmente jeweils ein Lichtleitergewebeband eingebracht sein, das zur Einspeisung von Licht mit dem
Lichtverteiler gekoppelt ist. Das Lichtleitergewebeband ist zum Ernten der Biomasse beweglich, beispielsweise auf Transportrollen, gelagert, so dass ein mit Lichtenergie beaufschlagter Bereich des Lichtgewebebandes der Emtevorrichtung zugeführt wird, während ein anderer Bereich wieder mit Licht beaufschlagt wird und zur weiteren Biomassezüchtung verwendet wird. Ein solches Lichtleitergewebeband kann zum Beispiel als Endlosband realisiert sein.
Der Lichtverteiler kann beispielsweise eine Verteilereinheit haben, die mindestens eine mit einer Antriebseinheit manipulierbare, beweglich angeordnete Spiegelfläche oder Linse aufweist. Die Spiegelflächen oder Linsen sind dann mit mindestens einem Zufuhr-Lichtleiter zur Zufuhr von Lichtenergie der Sonnenauffangeinheit und mit einer Mehrzahl zu den jeweiligen Segmenten geführten Abfuhr-Lichtleitern gekoppelt, um - je nach Stellung der Spiegelflächen oder Linsen - wahlweise Lichtenergie von Zufuhr-Lichtleitern an ausgewählte Abfuhr-Lichtleiter zu überführen.
In einer anderen vorteilhaften Ausführungsform hat der Lichtverteiler eine mit einem Lichtleiter zur Zufuhr von Lichtenergie der Sonnenlicht-Auffangeinheit verbundenen Aktor, der zur Rotation oder Verschiebung der Austrittsstirnfläche des Zufuhr- Lichtleiters auf einen mindestens eine Eintrittstirnfläche mindestens eines ausgewählten zu einem jeweiligen Segment geführten Abfuhr-Lichtleiters eingerichtet ist. Die Abfuhr-Lichtleiter sind dabei mit ihren Eintrittsstirnseiten gegenüberliegend der Austrittsstimfläche des Zufuhr-Lichtleiters angeordnet, der parallel zu einer
Ebene verfahren wird, die durch die Eintrittsstirnseiten der Abfuhr-Lichtleiter gebildet wird.
Als Sonnenlicht-Auffangeinrichtung kann beispielsweise mindestens ein Hohlspiegel genutzt werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Einrichtung zum Auffangen von Sonnenlicht mindestens einen Lichtkollektor aufweist, der einen Einkoppelbereich hat, auf den der zur Weiterleitung der Lichtenergie an den Lichtverteiler vorgesehene Lichtleiter ausgerichtet ist.
Die Biomassezuchtanlage kann einen Wärmetauscher und/oder eine Wärmepumpe haben, um überschüssige Wärme- oder Kälteenergie der Biomasseanlage, insbesondere des Behälters, des Lichtkollektors und/oder Lichtverteilers, umzuwandeln und einer weiteren Nutzung zuzuführen. So kann die bei einer Kühlung der Biomasseanlage freiwerdende Wärme genutzt werden, um beispielsweise Brauchwasser zu erhitzen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Biomassezuchtanlage mit einer Verbrennungseinrichtung für die erzeugte Biomasse gekoppelt ist und eine Rückführung von Abgasen und/oder Verbrennungsrückständen der Verbrennungseinrichtung in den Behälter der Biomassezuchtanlage vorgesehen ist. Damit kann eine Düngung der Nährlösung für die Biomasse erfolgen. Vorteilhaft ist es, wenn gasförmige, flüssige und/oder feste Verbrennungsrückstände zwischengespeichert werden. Damit können unterschiedliche Bedarfs- und Produktionsmengen aufeinander angepasst werden ohne das Nährmedium zu überdüngen. Dann kann die Biomassezuchtanlage auch ein geschlossenes System bilden, bei der sämtliche Abgase und Verbrennungsrückstände rückgeführt werden.
Die Aufgabe wird weiterhin durch das Verfahren der eingangs genannten Art gelöst durch die Schritte:
a) Auffangen von Solarlicht, b) Leiten des aufgefangenen Solarlichtes in einen Lichtleiter, c) Messen der im Lichtleiter verfügbaren Lichtleistung und d) Verteilen der verfügbaren Lichtleistung aus dem Lichtleiter zu ausgewählten Lichtabstrahlflächen derart, dass eine zusätzliche Versorgung einer weiteren Lichtabstrahlfläche erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere Lichtabstrahlfläche ebenfalls mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine
Abschaltung an weitere Lichtabstrahlflächen derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird.
Für die weitere Verwertung der erzeugten Biomasse als Brennstoff ist es vorteilhaft, diese Aufzuschäumen und hierdurch Luft oder Gas zur Brennwerteinstellung in die zu Brennstoffpellets oder Brennstoffbriketts weiterverarbeitete Biomasse einzuschließen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Zusatzstoffe zu der erzeugten Biomasse vor, während oder nach dem Trocknen der abgeschiedenen Biomasse, dem Pulverisieren der getrockneten Biomasse, dem Aufschäumen der Biomasse und/oder dem Verpressen der getrockneten Biomasse zu Brennstoffpellets oder Brennstoffbriketts hinzuzufügen. Dies kann beispielsweise ebenfalls zur Brennwertregulierung dienen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Figur 1 - Skizze einer Biomasse-Zuchtanlage.
Figur 1 lässt eine Biomasse-Zuchtanlage 1 erkennen, die in ein Haus zur Versorgung des Haushalts eingebaut ist. Sonnenlicht wird mit einer Einheit 3 zum Auffangen zum Sonnenlicht aufgefangen. Diese Einheit 3 kann beispielsweise ein Lichtkollektor sein, bei dem auf einer Fläche Sammellinsen, wie zum Beispiel Fresnel-Linsen 4, angeordnet sind, in deren Foki die Einkoppelbereiche von Lichtleitern 5 angeordnet sind, um die eingefangene Sonnenenergie in die Lichtleiter 5 einzuspeisen.
Diese zum Beispiel aus Glasfaserkabel ausgeführten Lichtleiter 5 werden in einen Lichtverteiler 6 geführt, um von dort gesteuert die Lichtleistung in einzelne Segmente eines Behälters 7 zu leiten und in dem Behälter 7 enthaltene biomassehaltige wässrige Lösung zur Anregung eines Photosyntheseprozesses zu beleuchten. Hierzu werden die von dem Lichtverteiler 6 abgehende Abfuhr-Lichtleiter 8 genutzt, die mit jeweils zugeordneten Lichtabstrahlflächen 9 verbunden sind, die in den einzelnen Segmenten angeordnet sind.
Für die Ansteuerung des Lichtverteilers 6 ist eine Steuerungseinheit 10 vorgesehen, die anhand der verfügbaren Lichtleistung, die mittels geeigneter Sensoren gemessen wird, die Lichtzufuhr zu den Lichtabstrahlflächen 9 steuert. Die Versorgung der Lichtabstrahlflächen 9 erfolgt derart, dass eine Lichtabstrahlfläche 9 nur dann mit Licht beaufschlagt wird, wenn eine zur Zellteilung der Biomasse erforderliche Mindestlichtenergie bereitgestellt werden kann. Die im Lichtleiter 5 verfügbare Lichtleistung wird somit derart gebündelt und auf die Lichtabstrahlflächen 9 aufgeteilt, dass jede der mit Lichtleistung beaufschlagten Lichtabstrahlflächen 9 eine zur Zellteilung der Biomasse erforderliche Mindestlichtenergie abstrahlt. Diese Mindestlichtenergie ist abhängig von der Art der Biomasse, die sich unter Nutzung der Photosynthese vermehrt, wie beispielsweise Bakterien, Plankton, Flechten, Moose, Wasserpflanzen, Algen, insbesondere Blaualgen, etc. Als wässrige Lösung kann beispielsweise Süßwasser oder Salzwasser, ggf. mit Zusatz von Nährstoffen, verwendet werden.
Die Steuerungseinheit 10 kann in Verbindung mit dem Lichtverteiler 6 zur Steuerung von Hell-Dunkelphasen an den einzelnen Lichtabstrahlflächen 9 - welche zur Anregung der Zellteilung dienen können - verwendet werden.
Desweiteren kann die Steuerungseinheit 10 die gemittelte Beleuchtungsstärke der Lichtabstrahlflächen 9 durch die Verteilung der Lichtenergie auf die Lichtleiter 5 welche an die Lichtabstrahlflächen 9 gekoppelt sind, steuern.
Diese Verteilung der Lichtenergie im Lichtverteiler 6 kann beispielsweise per Puls- Weiten-Modulation (PWM) in Verbindung mit einer digitalen Steuerung realisiert werden, wobei möglichst immer ein Lichtleiter 5 - welcher zu den Lichtabstrahlflächen 9 führt - beleuchtet wird, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu erzielen.
Ist die Lichtimpulsfrequenz an den Lichtabstrahlflächen 9 dabei hoch genug, verhalten sich beispielsweise einige Algenarten wie bei einer kontinuierlichen Beleuchtung mit der gleichen gemittelten Beleuchtungsstärke. Auch eine
Analogsteuerung der Beleuchtungsstärke durch Strahlteiler im Lichtverteiler 6 ist denkbar.
Entscheidend ist, dass die Steuerungseinheit 10 in Verbindung mit dem Lichtverteiler 6 dafür sorgt, dass ein größtmöglicher Teil des einen Bioreaktor bildenden Behälters 7 im optimalen Betriebspunkt betrieben wird, um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der Zellteilung zu erreichen. Die Steuerungseinheit 10 berücksichtigt ein Hystereseverhalten beim Wachstum von Biomasse, bei dem erst ab einer zur Zellteilung mindestens erforderlichen Lichtenergie ein nennenswertes Wachstum auftritt. Erst ab Erreichen dieser Mindestlichtenergie erfolgt eine wesentliche Zellteilung. Allerdings ist zudem zu berücksichtigen, dass zum Wachstum der Biomasse zwar Licht erforderlich ist, die Biomasse, insbesondere Algen, sich jedoch erst bei Dunkelheit wieder teilen. Es ist also auch eine Dunkelphase notwendig, die ebenfalls durch die Steuerungseinheit 10 berücksichtigt werden muss.
Die Steuerungseinheit 10 dient weiterhin dazu, den Eintrag von Nährstoff in die biomassehaltige wässrige Lösung sowie den Erntevorgang zu steuern.
Am Boden der Behälter 7 ist eine Ernteeinrichtung 11 vorgesehen, um die Biomasse dem Behälter zu entnehmen und einer Nachverarbeitungseinrichtung 12 zuzuführen. Die Nachverarbeitungseinrichtung 12 kann insbesondere einen Trockner und eine Pelletpresse zur Verdichtung der getrockneten Biomasse zu Pellets haben. Die aus der Biomasse erzeugten Pellets werden dann einem Pelletofen 13 zur Verbrennung derselben und Energieversorgung zugeführt.
Anstelle des dargestellten Lichtkollektors 3 mit Fresnellinsen 4 können optional auch andere Sammellinsen oder Hohlspiegelanordnungen genutzt werden. Der
Lichtkollektor 3 wird dann auf vertikalen und/oder horizontalen Flächen montiert und kann optional eine Einstrahlwinkel-Justierung und insbesondere eine Nachführung haben, um den Winkel des Lichtkollektors immer optimal auf den Sonnenstand einzustellen. Zur Vermeidung einer Überhitzung oder zum Ausschalten der Anlage kann eine vorzugsweise automatische Abschottung an einem Lichtkollektor 3 vorgesehen sein, die zum Beispiel als Jalousie ausgeführt ist. Weiterhin kann eine Reinigungsvorrichtung vorgesehen sein, um den Lichtkollektor 3 bei Verschmutzung oder Schnee etc. zu reinigen.
Der Lichtleiter 5 dient zum Transport der Lichtenergie, wobei lediglich die
Lichtleistung weitergegeben werden muss, nicht jedoch die durch die Einstrahlung verursachte Wärmeenergie. Der Lichtleiter 5 kann daher als Glasfaser- oder Kunststoffkabel ausgeführt sein. Denkbar ist aber auch die Nutzung von Röhren, die an der Innenseite verspiegelt sind oder sonstige Spiegelsysteme.
Vorteilhaft ist weiterhin die Integration eines Bruchdetektors in den Lichtleiter 5, um eine Beschädigung des Lichtleiters 5 erkennen zu können. Als Leuchtabstrahlflächen können Leuchtplatten, Glasfaserkabel, Rundstäbe etc. genutzt werden. Denkbar ist beispielsweise auch die Nutzung eines Lichtleitergewebebandes, das in Form einer - vorzugsweise endlos umlaufenden - Matte in ein Segment des Behälters 7 eingehängt ist und mit dem Lichtverteiler 6 so gekoppelt ist, dass Lichtleistung in das Lichtleitergewebeband eingespeist und an der Oberfläche des Lichtleitergewebebandes ausgekoppelt wird. Das Lichtleitergewebeband kann dann auf Rollen im Behälter beweglich gelagert sein, um einzelne Bereiche des Lichtleitergewebebandes zu einer Emteeinrichtung 11 zu führen.
Die Ernteeinrichtung 11 kann beispielsweise eine Vielzahl von auf einem oder mehreren Haltern beweglich angeordneten Wischblättern haben, die auf den Lichtabstrahlflächen 9 verfahrbar sind, um die sich an den Lichtabstrahlflächen 9 ansammelnde Biomasse abzuschaben und der Ernteeinrichtung 11 zuzuführen.
Es ist aber auch denkbar, die Biomasse durch Umpumpen der biomassehaltigen wässrigen Lösung und Durchführen der Lösung durch einen Filter abzuernten. Hierzu sollten dann an den am Boden des Behälters in den einzelnen Segmenten Absaugöffnungen vorhanden sein, die mit einem entsprechenden Abpump- Rohrsystem gekoppelt sind.
Die Biomasse-Zuchtanlage 1 hat den Vorteil, dass sie mit der Steuerungseinheit 10 einfach gesteuert werden kann. Dabei ist auch eine Fernwartung und Überwachung, beispielsweise über Telefon, Internet oder Datenfunk etc, möglich.
Mit der Biomasse-Zuchtanlage 1 gelingt eine ganzjährige Umwandlung von Sonnenlicht in Wärmeenergie und/oder elektrische Energie über einen kostengünstigen und verlustfreien Zwischenspeicher der gesammelten Energie in Form von Festbrennstoff-Substrat aus der der gewonnenen Biomasse. Der Licht- und Nährstoff ei ntrag sowie die Temperaturbedingungen können über die
Steuerungseinheit 10 und den Lichtverteiler 6 optimal an die Wachstumsressource, d.h. die Art der Biomasse, angepasst werden, um den Ertrag und Volumenbedarf zu optimieren. Insbesondere kann die Energieakkumulation von der Energieentnahme zeitlich entkoppelt werden. Das Sonnenlicht kann ganzjährig in Festbrennstoff umgewandelt werden, der hingegen bei Bedarf verbraucht werden kann. Dies hat einen Vorteil im Wirkungsgrad zur Folge.
Die Biomasse-Zuchtanlage 1 kann autonom wie dargestellt in Haushalten betrieben werden. Es ist aber auch der Betrieb vernetzter Anlagen in einem gekoppelten Energieversorgungsnetz denkbar. In diesem Fall kann das Verfahren vollständig autonom mit Hilfe einer Fernüberwachung durch eine Zentrale realisiert werden.
Durch die räumliche Entkopplung des Lichtkollektors 3 von dem Rest der Biomasse- Zuchtanlage 1 durch den verlustarmen Lichttransport im Lichtleiter 5 ohne die Notwendigkeit des Wärmeenergietransports ist ein vielfältiger Gestaltungsfreiraum bei der Realisierung der Biomasse-Zuchtanlage 1 und eine optimale Anpassung an unterschiedliche örtliche Gegebenheiten möglich.
Als Biomasse können zum Beispiel Algen, wie z.B. Chlorella Pyrenoidosa, genutzt werden. Bei einer Beleuchtung über 24 Stunden und einer Lichtenergie von 10 kLux sind 9 bis 11 Teilungen bei einer Temperatur von 30 bis 35 0C möglich. Der Lichtbedarf von 10 kLux entspricht etwa einem Zehntel des maximalen Tageslichtstroms.

Claims

Patentansprüche
1. Biomassezuchtanlage (1 ) mit einem Behälter (7) zur Aufnahme biomassehaltiger wässriger Lösung, mit mindestens einem in den Behälter (7) geführten Lichtleiter (8) zur Zufuhr von Lichtenergie zur biomassehaltigen wässrigen Lösung, und mit einem steuerbaren Lichtleiter (5) , der mit dem Lichtleiter (8) zur wahlweisen Lichtzufuhr in ausgewählte Bereiche des Behälters (7) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (7) in Segmente aufgeteilt ist, die jeweils mit dem Lichtleiter (5) über den
Lichtverteiler (6) wahlweise ankoppelbare Lichtabstrahlflächen (9) haben, der Lichtleiter (5) mit einer Einheit (3) zum Auffangen von Sonnenlicht und Leiten der aufgefangenen Sonnenenergie in den Lichtleiter (5) gekoppelt ist, und eine Steuerungseinheit (10) zur Ansteuerung des Lichtverteilers (6) vorgesehen ist, die zur Verteilung der im Lichtleiter (5) verfügbaren Lichtleistungen zu den
Lichtabstrahlflächen (9) derart eingerichtet ist, dass eine zusätzliche Versorgung einer weiteren Lichtabstrahlfläche (9) erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter (5) versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche (9) mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere
Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere Lichtabstrahlfläche (9) ebenfalls mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine Abschaltung an weitere Lichtabstrahlflächen (9) derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener
Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird.
2. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (10) zur getakteten Lichtzufuhr mit einer Folge von HeII- und Dunkelphasen zu einer jeweiligen Lichtabstrahlfläche (9) eingerichtet ist.
3. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (10) zur Regelung der Beleuchtungsstärke einzelner Lichtabstrahlflächen (9) in Abhängigkeit der verfügbaren Lichtleistung und der zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke durch Anpassen der Pulsweite der getakteten Lichtzufuhr zu den jeweiligen Lichtabstrahlflächen (9) eingerichtet ist.
4. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine in den Segmenten in dem Behälter (7) angeordnete Ernteeinrichtung (11 ), die mit den Lichtabstrahlflächen (9) derart gekoppelt ist, das eine nach der Betätigung der Emteeinrichtung (11) und dem Ernten der Biomasse an der Lichtstrahlfläche (9) anhaftenden Biomasse entfernt wird.
5. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ernteeinrichtung (11 ) auf der Oberfläche der Lichtabstrahlfläche (9) verfahrbare Wischelemente hat.
6. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wischelemente auf einem verfahrbaren Träger montierte und in Richtung der Lichtabstrahlfläche (9) weisende Gummilippenprofile haben.
7. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger in einem jeweiligen Segment senkrecht von oben nach unten verfahrbar ist.
8. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Boden der Segmente im Behälter Absaugöffnungen zum Absaugen von sich auf dem Boden ansammelnder Biomasse vorgesehen sind.
9. Biomassezuchtanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugöffnungen mit einem Rohrsystem kommunizierend verbunden sind, an das ein Abscheider zum Ableiten von Biomasse angeschlossen ist.
10. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedes Behältersegment jeweils ein Lichtleitergewebeband eingebracht ist, das zur Einspeisung von Licht mit dem Lichtverteiler (6) gekoppelt und zum Ernten der Biomasse beweglich gelagert ist.
11. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtverteiler (6) eine mit einer Antriebseinheit rotierbar angeordnete mindestens eine Spiegelfläche oder mindestens eine Linse aufweisende Verteilereinheit hat, die mit mindestens einem Zufuhr-Lichtleiter (5) zur Zufuhr von Lichtenergie der Sonnenlicht- Auffangeinheit und einer Mehrzahl zu den jeweiligen Segmenten geführten Abfuhr-Lichtleitern (8) gekoppelt ist, um wahlweise Lichtenergie von Zufuhr- Lichtleitern an ausgewählte Abfuhr-Lichtleiter (8) zu überführen.
12. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Lichtverteiler (6) einen mit einem Lichtleiter (5) zur Zufuhr von Lichtenergie der Sonnenlicht-Auffangeinheit verbundenen Aktor hat, der zur Rotation oder Verschiebung der Austrittsstirnfläche des Zufuhr- Lichtleiters (5) auf ein mindestens eine Eintrittsstirnfläche mindestens eines ausgewählten zu einem jeweiligen Segment geführten Abfuhr-Lichtleiters (8) eingerichtet ist, wobei die Abfuhr-Lichtleiter (8) mit ihren Eintrittsstirnseiten gegenüberliegend der Austrittsstirnfläche des Zufuhr-Lichtleiters (5) angeordnet sind.
13. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen gesteuerten Abscheider, der zur Abfuhr von Biomasse aus den Behältersegmenten eingerichtet ist, einen an dem Ausgang des Abscheiders angeschlossenen Trockner zur Trocknung der Biomasse und eine an den Trockner angeschlossene Pressvorrichtung zur Verdichtung der getrockneten Biomasse.
14. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Hohlspiegel als Einrichtung (3) zum Auffangen von Sonnenlicht.
15. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zum Auffangen von Sonnenlicht mindestens einen Lichtkollektor aufweist, wobei der Lichtkollektor einen Einkoppelbereich zur Weiterleitung der Lichtenergie an den Lichtverteiler (6) durch den vorgesehenen Lichtleiter (5) hat und der Lichtleiter (5) auf den Einkoppelbereich ausgerichtet ist.
16. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtkollektor eine oder mehrere Sammellinsen, insbesondere Fresnel- Linsen, und/oder einen oder mehrere Hohlspiegel hat.
17. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage zur Vermehrung von Algen eingerichtet ist.
18. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage einen Wärmetauscher und/oder eine Wärmepumpe zur Umwandlung und weiteren Nutzung überschüssiger Wärme- oder Kälteenergie der Biomasseanlage, insbesondere des Behälters, des Lichtkollektors und/oder Lichtverteilers (6), hat.
19. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage mit einer Verbrennungseinrichtung für die erzeugte Biomasse gekoppelt ist und eine
Rückführung von Abgasen und/oder Verbrennungsrückständen der Verbrennungseinrichtung in den Behälter der Biomassezuchtanlage vorgesehen ist.
20. Biomassezuchtanlage (1 ) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Biomassezuchtanlage ein geschlossenes System bildet und zur Rückführung sämtlicher Abgase und Verbrennungsrückstände eingerichtet ist.
21. Biomassezuchtanlage (1 ) nach einem der Ansprüche 19 oder 20, gekennzeichnet durch Zwischenspeicher für gasförmige, flüssige und/oder feste Verbrennungsrückstände.
22. Verfahren zur Züchtung von Biomasse, insbesondere von Algen, in einem in eine Mehrzahl von Segmenten aufgeteilten Behälter (7) zur Aufnahme biomassehaltiger wässriger Lösungen und für jedes Segment mit jeweils mindestens einer mit einem Lichtleiter (8) gekoppelten Lichtabstrahlfläche (9) in dem Behälter (7) mit den Schritten:
a) Auffangen von Solarlicht,
b) Leiten des aufgefangenen Solarlichtes in den Lichtleiter (5),
gekennzeichnet durch
c) Messen der im Lichtleiter (5) verfügbaren Lichtleistung und
d) Verteilen der verfügbaren Lichtleistung aus dem Lichtleiter (5) zu ausgewählten Lichtabstrahlflächen (9) derart, dass eine zusätzliche
Versorgung einer weiteren Lichtabstrahlfläche (9) erfolgt, wenn die mit Lichtleistung aus dem Lichtleiter (5) versorgte mindestens eine Lichtabstrahlfläche (9) mit einer zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke versorgt ist und weitere Lichtleistung zur Verfügung steht, um die weitere
Lichtabstrahlfläche (9) ebenfalls mit einer zum Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke zu versorgen, und dass eine Abschaltung von Lichtabstrahlflächen (9) derart erfolgt, dass in Abhängigkeit des kumulierten Beleuchtungszeitraums eines Segments ein vorgegebener Mindestzeitraum kumulierter Dunkelphasen bereitgestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch getaktete Lichtzufuhr der Lichtleistung zu ausgewählten Lichtabstrahlflächen (9) mit einer Folge von Hell- und Dunkelphasen.
24. Verfahren nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch Regeln der Beleuchtungsstärke einzelner Lichtabstrahlflächen (9) in Abhängigkeit der verfügbaren Lichtleistung und der zum nennenswerten Massezuwachs der Biomasse erforderlichen Beleuchtungsstärke durch Anpassen der Pulsweite der getakteten Lichtzufuhr zu den jeweiligen Lichtabstrahlflächen (9).
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, gekennzeichnet durch Abwischen der Lichtabstrahlfläche (9) mit einer Abwischvorrichtung zur Säuberung und Entfernung anhaftender Biomasse und Absaugen der Biomasse an der Abwischvorrichtung und/oder Abscheiden der sich am Boden ansammelnden Biomasse.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, gekennzeichnet durch Abscheiden der Biomasse aus ausgewählten Segmenten, Trocknen der abgeschiedenen Biomasse und Pulverisieren der getrockneten Biomasse oder Verpressen der getrockneten Biomasse zu Brennstoffpellets oder Brennstoffbriketts.
27. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 26, gekennzeichnet durch Entsorgung der Biomasse, die bei der Vermehrung Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre aufgenommen und umgewandelt hat, zur Reduzierung des Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre.
28. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 27, gekennzeichnet durch Umwandlung und weitere Nutzung überschüssiger Wärme- oder Kälteenergie der Biomassezuchtanlage (1), insbesondere des Behälters, des Lichtkollektors und/oder Lichtverteilers (6), mittels Wärmetauscher und/oder Wärmepumpe.
29. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 28, gekennzeichnet durch Rückführung von Abgasen und/oder Verbrennungsrückständen einer mit der
Biomassezuchtanlage (1 ) gekoppelten Verbrennungseinrichtung für die erzeugte Biomasse in den Behälter der Biomassezuchtanlage (1).
30. Verfahren nach Anspruch 29, gekennzeichnet durch Rückführung sämtlicher Abgase und Verbrennungsrückstände, so dass die Biomassezuchtanlage ein geschlossenes System bildet.
31. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 oder 30, gekennzeichnet durch Zwischenspeichern gasförmiger, flüssiger und/oder fester Verbrennungsrückstände.
32. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 31 , gekennzeichnet durch Aufschäumen der Biomasse zur Brennwerteinstellung der Brennstoffpellets oder Brennstoffbriketts, insbesondere zum Lufteinschluss.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 32, gekennzeichnet durch Hinzufügen von Zusatzstoffen, beispielsweise zur Brennwertregulierung, zu der erzeugten Biomasse vor, während oder nach dem Trocknen der abgeschiedenen Biomasse, dem Pulverisieren der getrockneten Biomasse, dem Aufschäumen der Biomasse und/oder dem Verpressen der getrockneten
Biomasse zu Brennstoffpellets oder Brennstoffbriketts.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 34, gekennzeichnet durch Düngung der Biomasse in Abhängigkeit von einem ermittelten Betriebszustand der Biomassezuchtanlage (1), beispielsweise in Abhängigkeit vom gemessenen Kohlendioxidgehalt im Nährmedium der Biomasse.
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