專利名稱：養(yǎng)殖藻類和藍(lán)細(xì)菌的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藻類容納裝置和一種生物反應(yīng)器，以及一種與其相關(guān)的養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的用途和方法。
背景技術(shù)：
通過可持續(xù)的方法生產(chǎn)生物燃料是有助于把握未來更重要的能源經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵步驟。但除此之外，還必須以下述的方式使用這些燃料，即不產(chǎn)生有害物質(zhì)，如二氧化碳，或者減少該有害物質(zhì)的排放。生物燃料的生產(chǎn)已經(jīng)取得了很多重要的進(jìn)展。然而，雖然就物種的選擇、生長介質(zhì)，甚至遺傳控制方面而論，藻類的商業(yè)化生產(chǎn)已經(jīng)取得了極大的跳躍式的進(jìn)步，但在有關(guān)藻類的工作池塘深度和收獲方面，都存在不成比例的不足。藻類池塘的深度因太陽光穿透到池塘中的深度有限而受到限制。大量藻類的有效收獲需要花費(fèi)大量的能源和金錢。封閉的生物反應(yīng)器是克服部分這些缺陷的一種手段。然而，這樣的生物反應(yīng)器嚴(yán)重受到成本和必需的基礎(chǔ)設(shè)施的限制，尤其是對于生物燃料的應(yīng)用。開放的池塘更加經(jīng)濟(jì)， 特別是對于養(yǎng)殖藻類，但常常受到藻類池塘內(nèi)有效光只能到達(dá)特定范圍的限制。也就是說， 光線只可能穿透某一深度，導(dǎo)致許多藻類得不到生長所需的最理想的照明強(qiáng)度，或者甚至根本沒有得到用于其生長的光。另外，大部分藻類生長系統(tǒng)，例如封閉的生物反應(yīng)器或者開放的池塘，在水的表面都會遭受由于過度曝露在陽光下而導(dǎo)致的光抑制。在一個開放的池塘中，這種光抑制將發(fā)生在離水表面的幾厘米范圍之內(nèi)，導(dǎo)致在此幾乎沒有藻類能夠生長。只有當(dāng)入射的太陽光強(qiáng)度已經(jīng)由于被在表面受到光抑制的藻類吸收而極大地削弱時，在中間深度的藻類才開始生長。此外，藻類依賴于光合的色素，例如葉綠素，所述色素選擇性地吸收特定波長的光，而對其他波長的光較少利用，從而進(jìn)一步降低了整個入射太陽光輻射的效用。結(jié)果，藻類系統(tǒng)表現(xiàn)出低的太陽光光合效率。根據(jù)多數(shù)估算結(jié)果，當(dāng)前藻類生物反應(yīng)器的平均光合效率在2-7%，而且太陽光光合效率的最大理論得率為11%。因此，需要一種改善的生物反應(yīng)器來解決以前生物反應(yīng)器的各種缺點(diǎn)，包括生物反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、成本和在這種生物反應(yīng)器中有效光與藻類光合系統(tǒng)之間的固有生物學(xué)不兼容性。應(yīng)當(dāng)理解的是，在澳大利亞或者任何其它國家，這里對任何現(xiàn)有技術(shù)的引文都不能認(rèn)為是承認(rèn)這種技術(shù)是本領(lǐng)域中公知常識的一部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個方面提供了一種用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的藻類容納裝置，包括發(fā)光材料，其中所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，這種第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。
4
本發(fā)明的第二個方面提供了一種包括本發(fā)明第一個方面所述的藻類容納裝置的生物反應(yīng)器。本發(fā)明的第三個方面提供了本發(fā)明第一個方面所述的藻類容納裝置或者本發(fā)明第二個方面所述的生物反應(yīng)器用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的用途。本發(fā)明的第四個方面提供了一種養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的方法，包括在本發(fā)明第一個方面所述的藻類容納裝置，或者在本發(fā)明第二個方面所述的生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。本發(fā)明的第五個方面提供了一種用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的發(fā)光材料的用途，其中所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，這種第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。本發(fā)明的第六個方面提供了一種養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的方法，包括使所述藻類或藍(lán)細(xì)菌接受由發(fā)光材料產(chǎn)生的可見光的照射，所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，這種第二波長或波長范圍的光適合養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。本發(fā)明的第七個方面提供了一種根據(jù)本發(fā)明第三到第六個方面任意一個所述生長得到的一種藻類或藍(lán)細(xì)菌。本發(fā)明的第八個方面提供了一種由本發(fā)明的第七個方面所述的藻類制造的生物燃料。本發(fā)明的第九個方面提供了一種改善用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的生物反應(yīng)器的方法，包括在所述生物反應(yīng)器中設(shè)置一發(fā)光材料，所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，這種第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌，或者包括在所述生物反應(yīng)器中設(shè)置本發(fā)明第一個方面所述的藻類容納裝置。


圖1表示葉綠素及其類似化合物的吸收光譜。圖Ia表示葉綠素a和葉綠素b的吸收光譜，以及吸收綠光的發(fā)光物質(zhì)的吸收光譜示意圖。圖Ia同時表示發(fā)光物質(zhì)對應(yīng)的發(fā)射光譜示意圖，圖中顯示了紅光的發(fā)射與葉綠素的吸收具有部分重疊。圖Ib表示與圖Ia對應(yīng)的吸收光譜，但沒有發(fā)光材料的吸收和發(fā)射光譜的示意圖。 同樣還顯示了胡蘿卜素、藻紅素和藻青素的吸收光譜。藻紅素和藻青素都是在藍(lán)細(xì)菌中用于吸收光線進(jìn)行光合作用的藻膽色素。圖Ic表示葉綠素a、葉綠素b和胡蘿卜素的吸收光譜(上)和相關(guān)的光合作用的光譜(下)。圖2提供了多個化學(xué)方程式，描述通過與胺(單乙醇胺，MEA)反應(yīng)洗滌二氧化碳的過程，以及一旦加熱即釋放出二氧化碳的可逆反應(yīng)的過程。圖3提供工作中的藻類生物反應(yīng)器的一個具體實(shí)施方式
的示意圖，包括多個含有發(fā)光材料的基片(Substrate)，由此藻類可以在基片上生長，并且一旦曝露在陽光中，所述藻類可以在生物反應(yīng)器內(nèi)太陽光不能穿透的深度下的黑暗中，或者在夜晚期間，連續(xù)地生長。圖4提供藻類容納裝置的一個具體實(shí)施方式
的示意圖，以及包括所述藻類容納裝置的生物反應(yīng)器的一個具體實(shí)施方式
的示意圖。圖如表示包括多個藻類容納裝置的開放池塘生物反應(yīng)器的正交剖面圖。圖4b表示藻類容納裝置的橫截面圖。圖如表示包括多個藻類容納裝置的另一種水道型生物反應(yīng)器的俯視圖。圖4d顯示當(dāng)藻類在陽光下的藻類容納裝置中生長時的陰影和發(fā)光效應(yīng)。圖如表示光導(dǎo)位于藻類容納裝置的頂部的藻類容納裝置的正交視圖。圖4f表示根據(jù)圖4d和4f的多個藻類容納裝置的立體圖，每一個藻類容納裝置都包括光導(dǎo)。同樣表示的還有發(fā)射自所述光導(dǎo)邊緣的橙色光。圖4g表示圖如所述光導(dǎo)的具體實(shí)施方式
的縱向截面圖。圖5表示純水的光學(xué)吸收的曲線圖，以及表示所述吸收在500nm(約0. 0005cm"1) 至600nm(接近0. 005cm"1)之間如何增加至10倍。這可以理解為的傳輸路徑長度其吸收大約為1。圖6提供棱鏡光導(dǎo)的正交視圖(圖6a)，以及6b_6處剖面的截面圖(圖6b)。
具體實(shí)施例方式傳統(tǒng)開放式池塘藻類系統(tǒng)為了充分地曝露在陽光中，其深度很淺，因此需要很大的面積以滿足藻類的生長需求。生物反應(yīng)器需要的面積較小，且允許藻類生長的容積較大， 但在深度上需要面對光的有效性受到限制的問題。本裝置和方法通過提高在生物反應(yīng)器中生長的藻類的太陽光效率，來克服該限制。因此，可以使更多的藻類在較小容積的生長培養(yǎng)基中生長。并且，生物反應(yīng)器的深度可以達(dá)到比當(dāng)前設(shè)計(jì)的大十倍，從而可以減少10倍陸地面積的需求。更重要的是，由于系統(tǒng)中光線的光譜經(jīng)過優(yōu)化，藻類將能夠在所述生物反應(yīng)器中以更高的濃度生長。此外，與當(dāng)前的生物反應(yīng)器相比，將需要更少的材料和更少的透明管道。因此，本發(fā)明提供了下述優(yōu)點(diǎn)-通過將吸收水平低的光轉(zhuǎn)化成吸收水平高的光，提高了光合效率；-在光源可穿透的深度之下維持藻類或藍(lán)細(xì)菌的生長；-將開放系統(tǒng)的效率提高到接近封閉系統(tǒng)的效率；-改善封閉系統(tǒng)的效率；-可以在晚上維持藻類或藍(lán)細(xì)菌的生長；-通過將池塘替換為生物反應(yīng)器來減少陸地的使用；-利用來自于工業(yè)和農(nóng)業(yè)的二氧化碳進(jìn)行光合作用；以及-易于收獲。根據(jù)本發(fā)明生長的藻類或藍(lán)細(xì)菌可以用于制造生物燃料、飼料、食品、食品添加劑、生物活性劑例如藥品和抗生素、生物塑料、工業(yè)化工原料或者特種化工原料。在部分具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料配置在基片中或涂布在基片上。因此，所述基片可以向藻類或藍(lán)細(xì)菌發(fā)射光線。在部分具體實(shí)施方式
中，所述基片給藻類或藍(lán)細(xì)菌提供了生長的表面。
在一個具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器包括給藻類或藍(lán)細(xì)菌提供生長表面的基片。所述基片可以包含發(fā)光材料。在部分具體實(shí)施方式
中，所述藻類在靠近發(fā)光材料或與所述發(fā)光材料接觸的水中或者生長培養(yǎng)基中生長。在一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料可以是光導(dǎo)的一部分，其將光線向下均勻地灑布到片狀、管狀或其它有用的幾何形狀的水柱中，在這里藻類可以在生長培養(yǎng)基中生長。所述光導(dǎo)根據(jù)本領(lǐng)域公知的方法和材料，以適合于所述藻類容納裝置或生物反應(yīng)器的最佳方式工作。在本發(fā)明第一至第九個方面的部分具體實(shí)施方式
中，所述第一波長或波長范圍包括紫外光或可見光，而所述第二波長或波長范圍包括可見光。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述第一波長或波長范圍包括綠色可見光，而所述第二波長或波長范圍包括紅色可見光。通常，所述第一波長或波長范圍包括約500nm-約600nm，而所述第二波長或波長范圍包括約 600nm-約 700nm。根據(jù)大多數(shù)的估計(jì)，藻類系統(tǒng)的太陽光光合效率的最大理論得率為11%。在葉綠素的吸收波長下，即420nm和650nm(圖1)，將太陽光能量轉(zhuǎn)化成葡萄糖的光合作用可以提供高達(dá)40%的效率。然而，在光譜的其它波長，光合作用的效率小于1%，從而整個光譜的平均效率在5%至10%之間。在所有與大規(guī)模生產(chǎn)藻類的生物反應(yīng)器相關(guān)的低效率中，高達(dá)90%都與下述原因有關(guān)，即接收到的太陽輻射能在強(qiáng)度和波長方面與用于藻類生長的生物學(xué)最優(yōu)條件不相容。本發(fā)明通過發(fā)光轉(zhuǎn)化將未利用的光轉(zhuǎn)化成可吸收的光，促進(jìn)選擇性光吸收，并因此可以提高在生物反應(yīng)器或開放池塘中太陽光的光合作用效率，從而解決這種不相容性。將未利用的光轉(zhuǎn)化成可吸收光的發(fā)光轉(zhuǎn)化使藻類或藍(lán)細(xì)菌可以在晚上生長，或者在光線無法自然穿透的深度下生長。在本發(fā)明第一至第九個方面的其它具體實(shí)施方式
中，所述第一波長或波長范圍包括紫外光，而所述第二波長或波長范圍包括紫色或藍(lán)色的可見光。一般，所述第一波長或波長范圍包括約250nm-約400nm的光，而所述第二波長或波長范圍包括約400歷_約500nm 的光。在本發(fā)明第一至第九個方面的另一些具體實(shí)施方式
中，所述第一波長或波長范圍包括紫外光或藍(lán)光，而所述第二波長或波長范圍包括綠色、黃色、橙色或紅色的可見光。所述第一波長或波長范圍包括約250nm-約400nm的光，而所述第二波長或波長范圍包括約 450nm-約 650nm 的光。在本發(fā)明第一至第九個方面的還有一些具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料包括-硫酸鈣磷光體(CalciumSulfate Phosphor)；硫酸鋅磷光體(Zinc Sulfate Phosphor)；鋁酸鍶磷光體(Strontium Aluminate Phosphor)；鋁酸鈣磷光體(Calcium Aluminate Phosphor) ；CaSrS 磷光體(CaSrS Phosphor) ；CaS 磷光體(CaS Phosphor)； 或鋁酸釔石榴石(Yttrium Aluminium Garnet, YAG, Y3Al5O12)，鋁酸鋱石榴石(Terbium Aluminium Garnet, YAG, Tb3Al5O12)，或者乙基黃原酸鋅 Qex)。作為選擇，所述發(fā)光材料可以包括-摻雜至少一種稀土元素活化劑的鹵素取代的鋁酸堿土金屬鹽，或者
-aL. bM. cAl. dSi. ρΡ· 0. fR 的組合物，其中 L 選自 Na 禾口 / 或 K ;M 為選自 Sr,Ca,Mg 和Ba中的一種或多種的二價金屬；Al、Si、P和0分別表示各自代表的元素；R選自一種或多種稀土元素活化劑；其中變量a、b、c、d、p和f分別為0.0 <a<0. 1 ；0.0 <b <0. 3 ； 0. 0 < C < 0. 4 ；0. 0 < d < 0. 3 ；0. 0 < P < 0. 5 ；以及 0. 0 < f 彡 0. 25，附帶條件是變量 d 和P的至少之一大于0，而變量a和b的至少之一大于0。除此以外，所述發(fā)光材料可以包括-(Antimony-Activated Calcium Fluorophosphate) A^it 的鎢酸鈣(Lead-Activated Calcium Tungstate)、錫活化的正磷酸鍶鎂(Tin-Activated Strontium Magnesium Orthophosphate),或者猛活化的氟鍺酸鎂(Manganese-Activated Magnesium Fluorogermanate)；-由三價銪活化的氧化釔和/或氧化釓，并具有下列分子式(YaGd1J 203 Eu3+，優(yōu)選 a = 1 ；-選自下列分子式的化合物的鈣和鋱活化的鋁酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽和硼酸鹽CeMgAl11O19: TbY2SiO5:Ce, TbLaPO4:Ce, TbLaMgB5Ol0 Ce，Tb ；或者-B-氧化鋁結(jié)構(gòu)的堿土六方晶系鋁酸鹽，或者堿土氯代磷酸鹽，每一種都通過二價銪活化并具有下列分子式BaMgAl10O17IEu2+BaMg1 7A120 032.7 : Eu2+BaMg2Al24O39IEu2+(Sr, Ca, Ba) 1(IC12 (PO4) 6:Eu2+。根據(jù)本發(fā)明第一和第九個方面的部分具體實(shí)施方式
，所述發(fā)光材料配置在基片中或涂布在基片上。所述基片給藻類或藍(lán)細(xì)菌提供了生長的表面。所述發(fā)光材料可以配置在基片中，或涂布在基片的一個或多個表面上。在一些具體實(shí)施方式
中，所述基片可以包括一種以上的發(fā)光材料。如果存在多于一個的基片，每一個基片可以包括不同的發(fā)光材料，或者每一個基片可以包括一種以上的發(fā)光材料。如果存在一種以上的發(fā)光材料，所述發(fā)光材料可以是單獨(dú)分開的，或者是混合的。在部分具體實(shí)施方式
中，所述基片包括介電材料。所述介電材料可以包括聚合物、 玻璃或石英。所述聚合物可以包括丙烯酸酯(Acrylate)或聚碳酸酯(Polycarbonate)。在一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate)。使用石英和某些聚合物是有益的，因?yàn)樗鼈儌鲗?dǎo)UV光。在一個具體實(shí)施方式
中，所述基片為發(fā)光材料。在一個具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器包括一個儲存或存儲單元，它包括在所述生物反應(yīng)器中在晚上或者在光線無法照射的深度下使用的發(fā)光材料。在一個具體實(shí)施方式
中，這樣的發(fā)光材料將具有很長的發(fā)光時間，并為使用本領(lǐng)域公知的任何數(shù)量有機(jī)碳源的藻類的異養(yǎng)生長、夜間生長提供必要的低光照水平。在部分具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料從太陽光中吸收第一波長或波長范圍的光?；蛘撸霭l(fā)光材料可以吸收源自于人造光源，例如熒光的第一波長或波長范圍的光。在特定的具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器使用工業(yè)來源的二氧化碳。工業(yè)來源的二氧化碳可以是燃燒后的二氧化碳、燃燒前的二氧化碳，或者廢氣，無論是否經(jīng)過處理。 可以使用溶劑、膜、沸石或冷卻劑來分離燃燒后的二氧化碳。在某些具體實(shí)施方式
中，所述溶劑是胺。典型地，所述溶劑是單乙醇胺(MEA，Monoethanolamine)或三乙醇胺(TEA， Triethanolamine)。在另一個具體實(shí)施方式
中，可以使用整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC， Integrated Gasification Combined Cycle)來分離燃燒前的二氧化碳。在某些具體實(shí)施方式
中，IGCC生產(chǎn)出氫氣或合成氣。在另一個具體實(shí)施方式
中，二氧化碳以未處理的廢氣形式被接收，然后被保持在堿性PH值的藻類生長培養(yǎng)基吸收，在所述培養(yǎng)基中藻類吸收無機(jī)碳作為陰離子碳酸鹽，其中，因具有吸收碳酸鈣的能力而聞名的藻類物種，例如顆石藻(Coccolithophores)，在生物反應(yīng)器或池塘中生長。在另一個具體實(shí)施方式
中，二氧化碳以未處理的廢氣形式被接收，該廢氣來自使用氧燃燒(Oxygen Fired Combustion)的發(fā)電站，那里的廢氣可以含有高達(dá)95%的二氧化碳。這樣的系統(tǒng)可以使用或不使用循環(huán)的廢氣來稀釋純氧。在其它具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器可以使用農(nóng)業(yè)來源的二氧化碳。例如，可以將牛奶場排出的廢水在沼氣池中處理，以產(chǎn)生沼氣，通常是甲烷和二氧化碳的混合物。沼氣燃燒的排放物可以用作光合作用的二氧化碳源以及用作沼氣本身中的二氧化碳成分。也可以選擇使用人類的廢水或污水，不管是否經(jīng)過處理。本領(lǐng)域技術(shù)人員將對適合的生物反應(yīng)器或者可以適當(dāng)?shù)馗难b的生物反應(yīng)器的公開感到欣慰。在部分具體實(shí)施方式
中，可以對所述基片進(jìn)行過濾。過濾能夠使所述基片分離出來，以便簡單地收獲所述藻類。在一個具體實(shí)施方式
中，所述藻類或藍(lán)細(xì)菌可以從基片上收獲。收獲包括揩擦、刮削、洗滌、漂洗、干燥或部分干燥所述藻類或藍(lán)細(xì)菌，或者改變所述培養(yǎng)基的PH值，以破壞藻類的粘結(jié)。在一個具體實(shí)施方式
中，當(dāng)藻類生長在水中，且沒有粘結(jié)到表面時，可以通過對其進(jìn)行初步的濃縮，然后再聚集和過濾或離心來完成藻類的收獲。初步的濃縮可以通過在可控的密封裝置內(nèi)使用聲波的駐波使藻類濃縮到駐波的電極上來實(shí)現(xiàn)。濃縮藻類柱可以以較低的藻類濃度從水中轉(zhuǎn)移或分離出來。這樣的濃縮物隨后可以以本領(lǐng)域公知的方式進(jìn)行聚集、過濾或者離心。如在本說明書中使用的，單數(shù)形式的“一”和“所述”也包括復(fù)數(shù)的情況，除非在正文中清楚地表明不是如此。因此，例如參考“一發(fā)光材料”，包括單獨(dú)一種發(fā)光材料，也包括兩種或多種發(fā)光材料，諸如此類。本文所使用的“丙烯酸酯(Acrylate) ”指的是由單體的丙烯酸或其具有一個或多個功能基團(tuán)的衍生物獲得的聚合物、均聚物或共聚物。衍生物例如包括，丙烯酸甲酯 (Methyl Acrylate)、丙烯酸乙酯(Ethyl Acrylate)、甲基丙烯酸酯(Methacrylate)、甲基丙烯酸甲酯(Methyl Methacrylate)。本文所使用的“藻類(單數(shù))”和“藻類(復(fù)數(shù))”分別表示該詞的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式?！霸孱悺比狈υS多可以在植物中所特有的器官，但包括包裹在膜內(nèi)的核，以及結(jié)合在一層或多層膜中的葉綠體?！霸孱悺笔前ㄈ~綠素的真核生物，所述葉綠素吸收太陽光通過光合作用來進(jìn)行自養(yǎng)。葉綠素包括葉綠素a、葉綠素b和葉綠素C。葉綠素a、b和c的每一個在電磁波譜上都有兩個主要吸收峰一個在420nm附近，一個在650nm附近(分別為藍(lán)光和紅光；圖1)。葉綠素對紫外(UV)光、綠光、黃光、橙光或紅外光的吸光度較小。“藻類” 包括黃藻(Axodines)、黃藻(Bolidomonas)、褐藻(Brown algae)、輪藻(Charophyta,)、 隱藻(Cryptomonads，)、硅藻(Diatoms)、甲藻(Dinof lagellates)、裸藻(Euglenids)、隱藻(Eustigmatophytes)、灰色藻(Glaucophytes)、金藻(Golden algae,)、綠藻(Green algae)、黃藻(Heterokonts)、海金藻(Pelagophyceae)、揭枝藻(Phaetothamniophyceae)、 Pinguiophyceae、定鞭藻(Prymnesiophyta)、綠色鞭毛藻(Raphidophytes)、紅藻(Red algae)、黃群藻(Synurids)和黃-綠藻(Yellow-green algae)。特別是微型藻類 (Microscopic algae)和浮游植物(Phytoplankton)尤其在考慮范圍內(nèi)。在藻類中的光合色素包括葉綠素a和葉綠素b。光合的藻類的生長和維護(hù)相對比較簡單，成本比較合算。藻類可以通過利用二氧化碳和太陽光，再加上微量的營養(yǎng)素進(jìn)行光合作用而生長。作為選擇或補(bǔ)充，它們也可以依靠其它碳源，例如葡萄糖或蔗糖，或者廢水以非自養(yǎng)的方式生長。它們通常被視為是對環(huán)境無害，且對人類操作者安全的。本文所使用的“藻類容納裝置”是指支持藻類或藍(lán)細(xì)菌在其中生長的生物學(xué)活性環(huán)境的任何容器。除了實(shí)際工程因素的要求，以及包括管子，或者管狀的三角形袋子以外， “藻類容納裝置”沒有預(yù)定的長度?！霸孱惾菁{裝置”可以是剛性的或是撓性的。在一個具體實(shí)施方式
中，“藻類容納裝置”是基片。本文所使用的“生物反應(yīng)器”是指比“藻類容納裝置”更大的任何設(shè)備或系統(tǒng)，該 “藻類容納裝置”支持藻類或藍(lán)細(xì)菌在其中生長的生物學(xué)活性環(huán)境?！吧锓磻?yīng)器”可以是開放系統(tǒng)或封閉系統(tǒng)。因此，“生物反應(yīng)器”可以包括池塘、湖泊或水道?；蛘?，“生物反應(yīng)器” 可以是容器。這些容器式的“生物反應(yīng)器”通常是圓柱狀的，尺寸范圍在幾升到幾立方米之間，通常用不銹鋼制造。作為選擇，“生物反應(yīng)器”可以采用混凝土或聚合物來制造。要作為生物反應(yīng)器來使用，就需要碳源、能量源和微量的營養(yǎng)素。對于藻類或藍(lán)細(xì)菌的光合作用， 碳源是二氧化碳，能量源是光，通常是太陽光。在后附的權(quán)利要求書和本說明書中，除了上下文中因表達(dá)的語言或必要的暗示而采用別的方式之外，詞匯“包括”或其變體，例如“包含”等都用作開放式的表達(dá)方式，即指明所表達(dá)特征是存在的，但并不排除本發(fā)明各種具體實(shí)施方式
中還存在或添加的其它特征。本文所使用的“藍(lán)細(xì)菌(單)”和“藍(lán)細(xì)菌(復(fù))”分別表示該詞的單數(shù)和復(fù)數(shù)形式?！八{(lán)細(xì)菌”是原核的光合生物，也稱之為藍(lán)綠藻，但不是真正的藻類。與藻類利用葉綠素進(jìn)行光合作用不同，“藍(lán)細(xì)菌”一般利用藻膽素吸收光來進(jìn)行光合作用。在“藍(lán)細(xì)菌”中的藻膽素包括藻紅素、藻青素和別藻藍(lán)素。藻膽素主要吸收電磁波譜中從約500nm至約650nm 的綠色/黃色/橙色(和近紅色)區(qū)域的光線，葉綠素很少吸收這個區(qū)間的光。術(shù)語“介電材料”指的是非導(dǎo)電的物質(zhì)。本文所使用的術(shù)語“導(dǎo)管”或“光導(dǎo)管”與術(shù)語“光導(dǎo)”可以互換使用，指的是任何材料或由多種材料，不管是固體的、還是液體的，所構(gòu)成的構(gòu)件，設(shè)計(jì)用來通過內(nèi)反射或全內(nèi)反射來傳輸光線。所述內(nèi)反射取決于所涉及的材料的折射率，該材料包括那些透明或半透明材料。光學(xué)纖維是最常使用的導(dǎo)管的例子，但是導(dǎo)管也可以包括更大的體系，例如任何未指明寬度或長度的片材或柱狀物。本文所使用的“摻雜”指的是在純凈物中有意引入雜質(zhì)(“摻雜物”)以改變其光學(xué)性質(zhì)的過程，例如發(fā)光性能，即發(fā)熒光或發(fā)磷光?！皳诫s物”包括稀土元素。本文所使用的“發(fā)射”指的是從發(fā)光材料中放出或發(fā)出光能量。本文所使用的術(shù)語“激發(fā)”指的是對所述發(fā)光材料造成改變，或者施加影響，特別是指所述發(fā)光材料對光能量的吸收?！凹ぐl(fā)態(tài)”指的是通過吸收光能量使所述發(fā)光材料充滿能量，使之準(zhǔn)備就緒之后發(fā)射出較長波長可見光的狀態(tài)。術(shù)語“發(fā)熒光的”或“發(fā)熒光”和術(shù)語“發(fā)磷光的”或“發(fā)磷光”分別指一種發(fā)光，其中的能量，通常是光能量被所述材料在一個波長或某波長范圍之內(nèi)吸收，隨后以更長波長的能量或更低的能量發(fā)射出來。因?yàn)榱坠獾陌l(fā)射比熒光持續(xù)更長的時間，基于所述材料發(fā)射光的時間長短，可以清楚地區(qū)分出“熒光”和“磷光”，但根據(jù)光子物理學(xué)中的從光誘導(dǎo)的激發(fā)狀態(tài)到松弛狀態(tài)的截然不同的路徑能更精確地確定。這些光子物理學(xué)上的差別已定義清楚，且是公知的。本文所使用的術(shù)語“生長培養(yǎng)基”指的是能夠維持藻類或藍(lán)細(xì)菌生長的微量營養(yǎng)素的任何混合物。生長培養(yǎng)基的一個例子是一種包括下列組分的溶液(每一組分的濃度單位是 mg/L) =NaNO3, 250 ；CaCl2 · 2H20, 25 ；MgSO4 · 7H20, 75 ；K2HPO4, 75 ；KH2PO4,175 ；NaCl 25 ；Κ0Η, 31 ；FeSO4 · 7H20, 5. 0 ；H3BO3,11. 4 ；ZnSO4 · 7Η20，8· 8 ；MnCl2 · 4Η20,1. 44 ；MoO3,0. 7 ； CuSO4 · 5Η20,1. 57 ；Co[NO3J2 · 6Η20，0· 50和EDTA，50。作為選擇，生長培養(yǎng)基可以包括經(jīng)過處理的或未經(jīng)過處理的廢水或海水。術(shù)語“聚合物”指的是由許多的稱之為單體的更小單元重復(fù)地鍵合所構(gòu)成的大分子。術(shù)語“聚合物”既包括由單一結(jié)構(gòu)的單體組成的均聚物，也包括由超過一種結(jié)構(gòu)的單體組成的共聚物。本文所使用的“基片”指的是可以給發(fā)光材料提供載體，和/或給藻類或藍(lán)細(xì)菌提供生長表面的任何實(shí)體。因此，例如在容器式的生物反應(yīng)器中，所述基片包括所述生物反應(yīng)器的壁和基底。在某些具體實(shí)施方式
中，“基片”指的是與所述生物反應(yīng)器中的給發(fā)光材料提供載體和/或給藻類或藍(lán)細(xì)菌提供生長表面的壁和基底所不同的實(shí)體。在某些具體實(shí)施方式
中，所述藻類容納裝置或生物反應(yīng)器改裝成可防止由于直接與藻類接觸而造成所述基片的堵塞。在所述生物反應(yīng)器中可以存在多于一種的“基片”。在一個特定的具體實(shí)施方式
中，所述“基片”是發(fā)光材料。術(shù)語“UV”光或“紫外光”指的是太陽電磁波譜中從400nm-100nm的部分，其細(xì)分為 UVA、UVB 禾口 UVC0術(shù)語“可見光”指的是電磁波譜或光子的裸眼可見的部分，且其與“紫外”或“UV” 光性質(zhì)截然不同。這部分的電磁波譜通常都認(rèn)為落在約400nm至約750nm的波段范圍之內(nèi)。根據(jù)本發(fā)明，任何發(fā)光材料，只要其能夠被第一波長或波長范圍的光激發(fā)，或者吸收該光，然后能夠發(fā)射出比第一波長或波長范圍的光波長更長的第二波長或波長范圍的光，而且發(fā)射出的光適合用于藻類或藍(lán)細(xì)菌的生長，都可以使用。特別是，第二波長或波長范圍的光應(yīng)當(dāng)可以被藻類或藍(lán)細(xì)菌的光合蛋白或色素所吸收，所述的光合蛋白或色素包括葉綠素a、葉綠素b、葉綠素c和藻膽素，例如藻紅素、藻青素和別藻藍(lán)素。選擇所用發(fā)光材料的主要考慮因素就是所述材料發(fā)射光的波長。
所述發(fā)光材料應(yīng)該基于需要什么類型的發(fā)光，即是發(fā)熒光還是發(fā)磷光來進(jìn)行選擇。量子效率也是選擇發(fā)光材料需要考慮的特征。量子效率應(yīng)該大到足以產(chǎn)生適合用于光合作用的可見光。所述發(fā)光材料應(yīng)當(dāng)吸收在電磁波譜上的綠色區(qū)域范圍內(nèi)的光(約500nm至約 600nm)，這是所述光譜中大部分沒有被藻類中的葉綠素色素利用的一部分光。所述發(fā)光材料將吸收并利用該能量來發(fā)光或發(fā)射出在約600nm至約700nm范圍之間的紅光，在一個具體實(shí)施方式
中發(fā)射出的光在650nm附近，所述藻類可以很好地利用該光進(jìn)行光合作用，從而使其生長。所述發(fā)光材料也可以利用葉綠素在電磁波譜的420nm附近的吸收峰。在這種情況下，所述發(fā)光材料應(yīng)當(dāng)吸收在約250nm至約400nm范圍之間的UV光，并發(fā)射出在約400nm 至約500nm范圍之間的可見光，在一個具體實(shí)施方式
中發(fā)射出的光在420nm附近，這樣的光
同樣可用于光合作用。在某些具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料將吸收UV和/或藍(lán)色區(qū)域的光，一般在約 250nm至約500nm范圍之間，并發(fā)射出綠色、黃色、橙色或紅色區(qū)域的光，一般在約500nm至約650nm范圍之間，該光線隨后可以被藍(lán)細(xì)菌中的藻膽素吸收并用于光合作用。在一個具體實(shí)施方式
中，可以存在超過一種的發(fā)光材料。例如，使用兩種發(fā)光材料，一種吸收UV光并發(fā)射出藍(lán)光，另一種吸收綠光并發(fā)射出紅光，這可以使整個太陽光譜上的更多部分可以用于藻類的光合作用。因此，除了紅外(IRJnfrared)部分之外，本發(fā)明允許利用幾乎全部所述太陽光譜來進(jìn)行光合作用，盡管在寒冷的氣候下也可以使用頂部分來維持藻類的生長。所述發(fā)光材料一般包括所有具有下述功能的無機(jī)、有機(jī)和有機(jī)金屬材料能夠?qū)⑤斎氲奈盏墓庾愚D(zhuǎn)化成不同能量的輸出光子，且所述輸出包括具有足夠的亮度和強(qiáng)度以進(jìn)行光合作用的可見光。所述發(fā)光材料可以涂布在所述基片上，和/或可以配置或容納在所述基片中。在一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料可以是任何無機(jī)發(fā)光化合物。在一個具體實(shí)施方式
中，所述無機(jī)發(fā)光化合物可以包括稀土攙雜的無機(jī)結(jié)晶體，或者稀土摻雜的硫化鋅。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料可以是任何有機(jī)發(fā)光化合物。在再有一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料可以包括量子點(diǎn)(Quantum Dot)。在一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料可以是任何有機(jī)金屬發(fā)光化合物。所述發(fā)光材料例如可以是市售的發(fā)光顏料或發(fā)光染料。所使用的發(fā)光(發(fā)磷光的)材料的例子包括但不限于，硫酸鈣磷光體(Calcium Sulfate Phosphors)(主晶體CaS ；活化劑Bi)；硫酸鋅磷光體(Zinc Sulfate Phosphors)(主晶體&iS ；活化劑Cu，例如“GSS”，由 Nemoto 有限公司(Nemoto & Co., Ltd.)制造)；鋁酸鍶(Strontium Aluminate)或鋁酸鈣(Calcium Aluminate)磷光體(主晶體鋁酸鍶或鋁酸鈣；活化劑Eu、Dy、Nd等；例如VGS-FAP或VGS3-FAP系列， 由 Visionglow 國際合伙有限公司(Visionglow International Pty Ltd)制造；例如 LumiNova G_300 系列、BG-300 系列和 V-300 系列，由 Nemoto 有限公司(Nemoto & Co., Ltd.)制造；"ULTRA GLOW” 系列的 NP-2810、NP—2820 和 NP-2830,由 Nichia 股份有限公司制造；“R-bright”B 和 YG，由 Lead 有限公司(Lead Co.，Ltd.)制造；“Chemibright Powder”的 G-40-C、G_100-B、G_100-C、GB_80_B 和 B-50-B，由 Lumica 股份有限公司(Lumica Corporation)制造)；含有CaSrS作為主晶體、Bi作為活化劑的磷光體；以及含有CaS作為主晶體、Eu或者Tm作為活化劑的磷光體。適合的磷光材料的例子也包括，釔鋁石榴石 (Yttrium Aluminium Garnet, YAG, Y3Al5O12)、鋪招石槽石(Terbium Aluminium Garnet, TAG, Tb3Al5O12)以及乙基黃原酸鋅(Zex)，這些發(fā)光材料可以發(fā)射出波長在530-590nm范圍內(nèi)的黃光。所使用的發(fā)光(發(fā)熒光的)材料的例子包括但不限于，若丹明BO^hodamine B)、 若丹明 6G (Rhodamine 6G)、若丹明 S (Rhodamine S)、曙紅(Eosine)、堿性黃 HG (Basic yellow HG)、酸性黃 FF(Brilliant sulfoflavine FF)、硫黃素(Thioflavine)和熒光素 (Fluorescein)。適合的熒光材料的例子也包括1，2-聯(lián)苯乙烯(Stilbene)、苯并惡唑 (Benzooxazole)、9_ 占噸酮(9-Oxo-Xanthene)、N-甲基 _1，8_ 萘基酰亞胺(N-methyl-l， 8-Naphthyl-Imide)、3- -氯代苯基)吡唑啉(3-(4-Chlorophenyl)Pyrazoline)、吡唑啉(Pyrazoline)、咪唑(Imidazole)、1，2，4-三唑(1，2，4-Triazole)、1，3-氧氮雜環(huán)戊燒-2-酮(0xazolidine-2-0ne)、1，8-萘基酰亞胺(1，8-naphthyl-imide)、4，4 ‘ -二 (2-甲氧基苯乙烯基)-1，Γ -聯(lián)苯 0，4' -bis(2-methoxystyryl)-l,r -biphenyl)、 4,4 ‘ -二 0-(1-芘基)乙烯基)_1，1 ‘-聯(lián)苯 0，4 ‘ -bis(2-(l-pyrenyl) ethenyl)-l,l ‘ -biphenyl, ),4,4 ‘ -二(2-(9-菲基)乙烯基)_1，1 ‘-聯(lián)苯(4， 4' -bis(2-(9-phenanthrenyl)ethenyl)-l, 1 ‘ -biphenyl) >4,4 ‘ -二(2-(9-葸基) 乙烯基)_1，1'-聯(lián)苯 G，4' -bis(2-(9-anthracenyl)ethenyl)-l, 1 ‘ -biphenyl)、 4,4' _二 0-(1-葸醌基)乙烯基)_1，Γ -聯(lián)苯 G，4' -bis(2-(l-anthraquinonyl) ethenyl)-l,l ‘ -biphenyl) ,4,4 ‘ -二 {2-(2-芴基)乙烯基}_1，1 ‘-聯(lián)苯(4， 4' -bis {2-(2-fluorenyl) ethenyl} -1,1' -biphenyl)、1，4-二(2-氰基苯乙烯基)苯(1， 4-bis (2-cyanostyryl) benzene) >1,4-^ (2_ 苯并惡P坐基)蔡(1,4~bis (2-benzoxazoly) naphthalene)、2，5-二(5-叔丁基-2-苯并惡唑基)噻吩 0，5_bis (5-tertbutyl-2_b enzoxazolyl)thiophene)、2，5-二(2_ 苯并惡唑基)噻吩(2, 5_bis (2_benzoxazolyl) thiophene)、4，4- 二(苯并惡唑基)-1,2- 二苯乙烯(4，4-bis (benzoxazoyl) stilbene)、4， 4' -二(5-甲基-2-苯并惡唑基)-1，2-二苯乙烯 G，4' -bis(5-methyl-2-benzoxazolyl) stilbene)、1，2-二 (5-甲基-2-苯并惡唑基)乙烯(1, 2-bis (5-methyl-2-benzoxazolyl) ethylene) >5,6-苯并香豆素 _3_ 幾酸乙酉旨(ethyl5,6-benzocoumarin-3-carboxylate)、 3-苯基-5,6-苯并香豆素(3-phenyl-5,6-benzocoumarin)、N-甲基 _4，5_ 二乙氧基-1， 8-萘基酰亞胺(N-methyl-4，5-diethoxy-l，8-naphthyl-imide)、N-甲基-4-甲氧基-1， 8-萘基酰亞胺(N-methyl-4-methoxy-l，8-naphthyl-imide)、3_氯代苯基)-1，5- 二苯基-2-批唑啉(3-(4-chlorophenyl)-l，5-diphenyl-2-pyrazoline)、3-(4_ 氯代苯基)-1-苯基-吡唑(3- (4-chlorophenyl)-1-phenyl-pyrazole)、4_ 甲基-7- 二乙基氨基香豆素(4-methyl-7-diethylaminocoumarin)、1-(對甲磺?；交?-3-(對氯苯基)-2-吡 P坐 H|木(1- (p-methanesulfonylphenyl) _3_ (p-chlorophenyl) -2-pyrazoline)、1_ (對亞石黃酰氨基苯基)-3-(對氯苯基)-2-吡唑啉(1-(p-sulfonamidophenyl) -3- (p-chlorophenyl)
13-2-pyrazoline)、芘(pyrene)、多種二萘嵌苯(perylenes)的衍生物以及它們的任何組合。 上面列出的所述熒光材料可以基本上完全吸收整個UV、可見和近紅外波長范圍的光，并隨后重新發(fā)出波長更長、亮度很高的光。如果在發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)中包括1，2_聯(lián)苯乙烯(stilbene)或者聯(lián)苯乙烯聯(lián)苯 (distyrylbiphenyl)的部分，則任何發(fā)色基團(tuán)，例如甲氧基苯基基團(tuán)(methoxyphenyl group) ^ (anthracene group) ^ (pyrene group)或者 9,10—恵酉昆基團(tuán) (9,10-anthraquinone group)可以對稱地鍵合到這樣的1，2_聯(lián)苯乙烯(stilbene)或者聯(lián)苯乙烯聯(lián)苯(distyrylbiphenyl)的部分上以增強(qiáng)亮度。這樣的發(fā)光材料的例子包括但不限于，4，4' _二 O-甲氧基苯乙烯基)聯(lián)苯 G，4' -bis (2-methoxystyryl)biphenyl), 4,4 ‘ -二 {2-(9-葸基)乙基}聯(lián)苯 0，4 ‘ -bis {2- (9-anthracenyl) ethylenyl} biphenyl),4,4' -二 {2-(1-芘基)乙基}聯(lián)苯 0，4' -bis {2- (1-pyrenyl) ethylenyl} biphenyl)和 4，4' -二 {2-(1-葸醌基)乙基}聯(lián)苯 0，4' -bis {2-(1-anthraquinonyl) ethylenyl}biphenyl).當(dāng)使用4，4 ‘ - 二 O-甲氧基苯乙烯基)聯(lián)苯(4， 4' -bis (2-methoxystyryl)biphenyl)作為發(fā)熒光的材料時，其可以通過UV光激發(fā)，隨后發(fā)射出波長范圍在450nm-490nm的藍(lán)光。當(dāng)使用4，4' -二 {2-(9-葸基)乙基}聯(lián)苯(4， 4' -bis {2-(9-anthracenyl) ethylenyl}biphenyl)作為發(fā)熒光的材料時，其可以被 UV 光激發(fā)，隨后發(fā)射出波長范圍在520nm-550nm的淡黃綠色光。當(dāng)使用4，4' -二 {2-(1-芘基) 乙基}聯(lián)苯0，4' -bis {2- (1-pyrenyl) ethylenyl} biphenyl)作為發(fā)光材料時，其可以被 UV光激發(fā)，隨后發(fā)射出波長范圍在450nm-490nm的藍(lán)光。當(dāng)使用4，4' -二 {2-(1-葸醌基) 乙基}聯(lián)苯(4，4' -bis {2- (1-anthraquinonyl) ethylenyl} biphenyl)作為發(fā)熒光的材料時，其可以被UV光激發(fā)，隨后發(fā)射出波長范圍在580nm-660nm的紅光。為了提高亮度，可以將藍(lán)色磷光體與4，4' -二 O-甲氧基苯乙烯基)聯(lián)苯G，4' -bis (2-methoxystyryl) biphenyl)或者 4，4 ‘ -二 {2-(1-芘基)乙基}聯(lián)苯 0，4 ‘ -bis {2-(1-pyrenyl) ethylenyl}biphenyl) 一起使用，以將發(fā)射的光轉(zhuǎn)化成藍(lán)光；可以將淡黃綠色磷光體與4， 4' -二 {2-(9-葸基)乙基}聯(lián)苯 0，4' -bis {2-(9-anthracenyl) ethylenyl}biphenyl) 一起使用，以將發(fā)射的光轉(zhuǎn)化成淡黃綠色的光；以及可以將紅色磷光體與4，4' -二 {2-(1-葸醌基)乙基}聯(lián)苯(4,4' -bis {2-(1-anthraquinonyl) ethylenyl}biphenyl) 一起使用，以將發(fā)射的光轉(zhuǎn)化成紅光。嵌入在所述基片中的發(fā)光材料的顆粒尺寸沒有特別的限制，雖然可以包括平均直徑為IOnm MlOum的顆粒。如果所述發(fā)光材料的平均顆粒直徑小于lOnm，則表現(xiàn)出差的耐久性和顯著降低的亮度。如果所述發(fā)光材料的平均顆粒直徑大于10 μ m,會導(dǎo)致更嚴(yán)重的可見光散射。當(dāng)采用不依賴其品格進(jìn)行發(fā)光的非礦物質(zhì)發(fā)光材料時，如在大多數(shù)熒光染料的情況，所述材料可以完全分散或溶解在所述基片中，作為單個分子吸收光并隨后發(fā)光。任何可以發(fā)射適合于激發(fā)所述發(fā)光材料的波長光的光源，都可以用作能量源。所述能量源可以是太陽、白熾燈設(shè)備、鹵素?zé)粼O(shè)備或熒光設(shè)備。所述設(shè)備可以是發(fā)熒光的燈泡或燈管。在某些具體實(shí)施方式
中，所述光線來自于太陽光。所述發(fā)光材料可以在藻類吸收光線之前吸收光線，因?yàn)樵孱惖纳L有可能阻礙所述發(fā)光材料對光線的吸收。所述發(fā)光材料可以具有一個持續(xù)時間足夠長的發(fā)射期，使藻類能夠在所述發(fā)光減弱之前達(dá)到最佳的吸收。
所述發(fā)光材料可以配置在所述基片中或涂布在其上。藻類或藍(lán)細(xì)菌可以在表面上生長。所述表面可以由發(fā)光材料提供。或者，所述表面可以由基片提供。所述基片可以是滿足能曝露在光線中并提供藻類生長表面的任何形狀。因此，形狀的選擇很大程度上取決于這些考慮因素。所述基片可以是規(guī)則或不規(guī)則的形狀。三維尺寸可以相同或不相同，可以成比例或不成比例。所述基片例如可以是實(shí)心、中空、多孔或薄層的。所述基片可以包括多于一種材料。如果存在多于一種的基片，所述基片不要求是同質(zhì)的；所述基片可以包括任何形狀或尺寸的組合，或者單個基片的復(fù)合物。選擇本發(fā)明所用基片的主要考慮因素包括大的表面積、能傳播UV光、對太陽光或UV光穩(wěn)定、在水中近似中等的浮力以及耐用性。所述基片可以緊密相鄰地排列，使藻類能夠在相對小的容積內(nèi)濃密地生長。所述基片可以排列成緊密壓縮的多層或者一個陣列。另一種選擇是，所述基片可以不處于任何固定的方向上，而是可以自由地在所述生物反應(yīng)器中循環(huán)流動。所述基片可以是整體連續(xù)的表面，或者是任意尺寸、形狀、或其組合的自由移動的片狀物。所述基片可以通過任何適當(dāng)?shù)臋C(jī)械作用驅(qū)使而循環(huán)流動，從而可以曝露在固定的光源，例如太陽光或光導(dǎo)管中。循環(huán)流動例如可以通過起泡器、注射器、泵、葉片、螺旋槳、噴嘴、噴頭、攪拌機(jī)或混合器來實(shí)現(xiàn)。所述基片可以包括介電材料。所述介電材料可以包括聚合物、玻璃或石英。在一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物包括丙烯酸酯(Acrylate)或聚碳酸酯(Polycarbonate)。 在一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate)或聚碳酸酯(Polycarbonate)。在一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物是聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethyl Methacrylate)。在一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料配置在聚合物中。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述發(fā)光材料涂布在聚合物基片上。所述聚合物可以包括丙烯酸類(acrylic)、尿烷 (urethane)JB (ester)、甲基丙烯酸酯(methacrylate)、噻吩(thiophene)；任何共軛鍵聚合物的共聚物；可透光的聚合物；紫外光吸收能力低的聚合物；導(dǎo)熱的聚合物；或者導(dǎo)電的聚合物。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物可以是基于苯胺的(aniline based)聚合物、基于吡咯的(pyrrole based)聚合物、基于乙炔的(acetylene based)聚合物或基于呋喃的(furan based)聚合物。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述聚合物可以包括聚氨基甲酸乙酯 (polyurethane)、聚酯(polyester)、聚酰胺(polyamide)、聚脲(polyurea)、聚碳酸酯(polycarbonate)和聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate)。在本發(fā)明中所述聚合物的單體組成可以是甲基丙烯酸酯骨架(methacrylate-based)、碳酸酯骨架(carbonate-based)、丙烯酰胺骨架(acrylamide-based)、甲基丙烯酰胺骨架 (methacryIamide-based)或苯乙j；希骨架(styrene-based)白勺單體0可以使用的乙烯基聚合物的單體組成包括丙烯酸酯類(acrylic esters), 具體例如丙烯酸甲酯(methyl acrylate)、丙烯酸乙酯(ethyl acrylate)、丙烯酸正丙酯(η-propyl acrylate)、丙烯酸異丙酯(isopropyl acrylate)、丙烯酸正丁酯(η-butyl aery late)、丙;I；希酸異丁酉旨(isobutyl aery late)、丙;I；希酸仲丁酉旨(sec—butyl acrylate)、丙烯酸/叔丁酉旨(tert—butyl acrylate)、丙烯酸戊酉旨(amyl acrylate)、丙烯酸己酯(hexyl acrylate)、丙烯酸 _2_ 乙基己酯(2-ethylhexyl acrylate)、丙烯酸辛酯(octyl acrylate)、丙烯酸叔辛酯(tert-octyl acrylate)、丙烯酸_2_氯乙酉旨(2_chloroethyl acrylate)、丙;I；希酸 _2_ 漠乙酉旨(2_bromoethyl acrylate)、丙 酸 _4_ 氣丁酉旨(4_chlorobutyl acrylate)、丙;1；希酸氛乙酉旨(cyanoethyl acrylate)、 丙烯酸-2-乙酰氧基乙酯Q-acetoxyethyl acrylate)、丙烯酸二甲氨基乙酯 (dimethylaminoethyl acrylate)、丙煉酸節(jié)酉旨(benzyl acrylate)、丙煉酸甲氧基節(jié)酉旨 (methoxybenzyl acrylate)、丙烯酸 _2_ 氯環(huán)己酉旨(2-chlorocyclohexyl acrylate)、丙烯酸環(huán)己酯(cyclohexyl acrylate)、丙烯酸糠酯(furfuryl acrylate)、丙烯酸四氫糠酯 (tetrahydrofurfuryl acrylate)、丙;I；希酸苯酉旨(phenyl acrylate)、丙;I；希酸 _5_ 輕基苯酉旨 (5-hydroxypentyl acrylate)、丙;I；希酸 _2_ 甲氧基乙酉旨(2—methoxyethyl acrylate)、丙;I；希酸-3-甲氧基丁酯(3-methoxybutyl acrylate)、丙烯酸-2-乙氧基丁酯 0_ethoxybutyl acrylate)、丙烯酸_2_乙氧基乙酯(2-ethoxyethyl acrylate)、丙烯酸_2_異丙氧酯 (2-isopropoxy acrylate)、丙烯酸 _2_ 丁氧基乙酉旨(2-butoxyethyl acrylate)、丙烯酸-2- -甲氧基乙氧基)乙酯 O-Q-methoxyethoxy) ethyl acrylate)、丙烯酸 _2_ 甲氧基乙氧基)乙酯(2-(2-methoxyethoxy) ethyl acrylate)、丙烯酸 _2_(2_ 丁氧基乙氧基)乙酯(2- (2-butoxyethoxy) ethyl acrylate)、丙烯酸- ω-甲氧基聚乙二醇酯 (ω-methoxypolyethylene glycol acrylate)(加成摩爾數(shù)9)、丙烯酸溴 _2_ 甲氧基乙酉旨(l-bromo-2-methoxyethyl acrylate)和丙烯酸 _1,1_ 二氯 _2_ 乙氧基乙酯(1， l-dichloro-2-ethoxyethyl acrylate)。 此外，可以使用下列單體。甲基丙烯酸酯類(Methacrylic esters)，具體可例舉甲基丙烯酸甲酯(methyl methacrylate)、甲基丙烯酸乙酯(ethyl methacrylate)、 甲基丙烯酸正丙酯(η-propyl methacrylate)、甲基丙烯酸異丙酯(isopropyl methacrylate)、甲基丙烯酸正丁酯(n-butyl methacrylate)、甲基丙烯酸異丁酯 (isobutyl methacrylate) > 甲基丙煉酸仲丁酉旨(sec—butylmethacrylate)、甲基丙煉酸叔丁酯(tert-butylmethacrylate)、甲基丙烯酸戊酯(amylmethacrylate)、甲基丙烯酸己酉旨(hexylmethacrylate)、甲基丙；?。幌Ｋ岘h(huán)己酉旨(cyclohexylmethacrylate)、甲基丙；??；希酸^^酉旨(benzyl methacrylate)、甲基丙；??；希酸氣節(jié)酉旨(chlorobenzyl methacrylate)、甲基丙烯酸辛酯(octyl methacrylate)、甲基丙烯酸硬脂酰酯(stearylmethacrylate)、 甲基丙烯酸硫代丙酯(sulfopropylmethacrylate)、甲基丙烯酸-N-乙基_N_苯基氨基乙酉旨(N-ethyl-N-phenylaminoethyl methacrylate)、甲基丙烯酸 _2_ (3_ 苯基丙氧基)乙酉旨(2- (3-phenylpropyloxy) ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸二甲氨基苯氧基乙酉旨(dimethylaminophenoxyethyl methacrylate)、甲基丙煉酸糖酉旨(furfuryl methacrylate)、甲基丙；??；希酸四 fill 酉旨(tetrahydrofurfuryl methacrylate)、甲基丙 ；！；希酸苯酉旨(phenyl methacrylate)、甲基丙；??；希酸甲苯酉旨(cresyl methacrylate)、甲基丙烯酸萘酯(naphthyl methacrylate)、甲基丙烯酸_2_羥乙酯Q-hydroxyethyl methacrylate)、甲基丙;I；希酸 _4_ 輕基丁酉旨(4_hydroxybuty 1 methacrylate)、三乙二醇單甲基丙烯酸酯(triethylene glycol monomethacrylate)、二丙二醇單甲基丙烯酸酯
16(dipropylene glycol monomethacrylate)、甲基丙烯酸 _2_ 甲氧基乙酉旨(2-methoxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸 _3_ 甲氧基丁酉旨(3-methoxybutyl methacrylate)、甲基丙烯酸-2-乙酰氧基乙酯O-acetoxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸_2_乙酰乙酰氧基乙酉旨(2-acetoacetoxyethyl methacrylate)、甲基丙；?。幌Ｋ?_2_ 乙氧基乙酉旨(2—ethoxyethyl methacrylate)、甲基丙煉酸 ~2~ 異丙氧基乙酉旨(2—isopropoxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸-2- 丁氧基乙酯Q-butoxyethyl methacrylate)、甲基丙烯酸_2-(2_甲氧基乙氧基)乙酉旨(2-(2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸-2_(2_ 乙氧基乙氧基)乙酯(2- (2-ethoxyethoxy) ethyl methacrylate)、甲基丙烯酸 _2_ (2_ 丁氧基乙氧基)乙酯(2-(2_butoxyethoxy)ethyl methacrylate)、ω-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酸酯 (ω -methoxypolyethylene glycol methacrylate)(加成摩爾數(shù)6)、甲基丙烯酸丙烯酰酯 (acryl methacrylate)和甲基丙烯酸的二甲氨基乙基甲基氯化物鹽(methacrylic acid dimethylaminoethylmethyl chloride salt)。乙烯基酯類(Vinylesters)，具體可以例舉如乙酸乙烯酯(vinylacetate)、丙酸乙烯酯(vinyl propionate)、丁酸乙烯酯(vinyl butyrate)、異丁酸乙烯酯(vinyl isobutyrate)、己酸乙；?。幌Ｓ现?vinyl caproate)、氣乙酸乙;I；希酉旨(vinyl chloroacetate)、乙酸乙烯基甲氧酯(vinylmethoxy acetate)、乙酸乙烯基苯酯(vinylphenyl acetate)、苯甲酸乙烯酯(vinyl benzoate)和水楊酸乙烯酯(vinyl salicylate)。丙烯酰胺類(Acrylamides)，可以例舉如丙烯酰胺(acrylamide)、甲基丙烯酰胺(methylacrylamide)、乙基丙烯酰胺(ethylacrylamide)、丙基丙烯酰胺(propylaerylamide)、異丙基丙烯酰胺(isopropylacrylamide)、正丁基丙烯酰胺(n-butylacrylamide)、仲丁基丙烯酰胺(sec-butylacrylamide)、叔丁基丙烯酰胺 (tert-butylacrylamide)、環(huán)己基丙烯酰胺(cyclohexylacrylamide)、苯甲基丙烯酰胺 (benzylacrylamide)、羥甲基丙烯酰胺(hydroxymethylacrylamide)、甲氧基乙基丙烯酰胺 (methoxyethy lacry lamide)、二甲M基乙基丙 j；希酉先月安(dimethy laminoethy lacry lamide)、 苯基丙烯酰胺(phenylacrylamide)、二甲基丙烯酰胺(dimethylacrylamide)、二乙基丙烯酰胺(diethylacrylamide)、β -氰乙基丙烯酰胺(β -cyanoethylacrylamide)、N_(2_ 乙?；阴Ｑ趸一?丙烯酰胺(N-Q-acetoacetoxyethyl)acrylamide)和二丙酮基丙烯酰胺 (diacetoneacrylamide)。甲基丙烯酰胺類(Methacrylamides)可以例舉如甲基丙烯酰胺 (methacrylamide)、甲基甲基丙烯酰胺(methylmethacrylamide)、乙基甲基丙烯酰胺 (ethylmethacrylamide)、丙基甲基丙烯酰胺(propylmethacrylamide)、異丙基甲基丙烯酉先胺(isopropylmethacrylamide)、正丁基甲基丙烯酉先胺(n-butylmethacrylamide)、 仲丁基甲基丙烯酰胺(sec-butylmethacrylamide)、叔丁基甲基丙烯酰胺 (tert-buty lmethacry lamide)、環(huán)己基甲基丙 j；希酉先月安(eye lohexy lmethacry lamide)、苯甲基甲基丙烯酰胺(benzylmethacrylamide)、羥基甲基丙烯酰胺(hydroxymethacrylamide)、 氯代苯甲基甲基丙烯酰胺(chlorobenzylmethacrylamide)、辛基甲基丙烯酰胺 (octylmethacrylamide)、硬月旨?；谆０?stearylmethacrylamide)、硫代丙基甲基丙烯酰胺(sulfopropylmethacrylamide)、N-乙基-N-苯基氨基乙基甲基 ^ fit 月安(N-ethyl-N-phenylaminoethylmethacrylamide) >2-(3- ^ S 1 ft S )乙基甲基丙烯酰胺(2-(3-phenylpropyloxy)ethylmethacrylamide)、二甲基氨基苯氧基乙基甲基丙烯酰胺(dimethylaminophenoxyethylmethacrylamide)、糠基甲基丙烯酰胺(furfurylmethacrylamide)、四氫糠基甲基丙烯酰胺(tetrahydrofurfu rylmethacrylamide)、苯基甲基丙烯酉先胺(phenylmethacrylamide)、甲苯基甲基丙烯酉先胺(cresy lmethacry lamide > 萘基甲基丙烯酉先胺(naphthylmethacrylamide) >
2-羥乙基甲基丙烯酰胺Q-hydroxyethylmethacrylamide)、4_羥丁基甲基丙烯酷胺(4-hydroxybutylmethacrylamide)、三乙二醇單甲基丙煉酷胺(triethylene glycol monomethacrylamide)、二丙二酉享單甲基丙烯酉先胺(dipropylene glycol monomethacry lamide)、2_ 甲氧基乙基甲基丙烯酉先胺(2-methoxyethy lmethacry lamide)、
3-甲氧基丁基甲基丙烯酰胺(3-methoxybutylmethacrylamide)、2-乙酰氧基乙基甲基丙烯酰胺(2-acetoxyethylmethacrylamide)、2-乙?；阴Ｑ趸一谆０?2-acetoacetoxyethylmethacrylamide)、2-乙氧基乙基甲基丙烯酰胺 (2-ethoxyethylmethacrylamide)、2-異丙氧基乙基甲基丙;I；?？岚?2-isopropoxyeth ylmethacrylamide)、2_ 丁氧基乙基甲基丙；！；希酉先胺(2-butoxyethylmethacrylamide)、 2-(2-甲氧基乙氧基)乙基甲基丙烯酰胺 042-methoxyethoxy)ethylmethacrylamide)、 2-(2-乙氧基乙氧基)乙基甲基丙烯酰胺 042-ethoxyethoxy)ethylmethacrylamide)、 2-(2- 丁氧基乙氧基)乙基甲基丙烯酰胺 042-butoxyethoxy)ethylmethacrylamide)、 ω-甲氧基聚乙二醇甲基丙烯酰胺(ω-methoxypolyethylene glycol methacrylamide) (加成摩爾數(shù)6)、丙烯?；谆０?acrylmethacrylamide)、二甲基氨基甲基丙烯酰胺(dimethylaminomethacrylamide)、二乙基氨基甲基丙烯酰胺 (diethy laminomethacry lamide)、Β_^ 乙基甲基丙 j；希酉先月安(B-cyanoethy lmethacry lamide) 和N-乙酰基乙酰氧基乙基)甲基丙烯酰胺(Ν-0-acetoacetoxyethyl) methacrylamide)。烯烴類(Olefins)，可以例舉如二環(huán)戊二烯(dicyclopentadiene)、乙烯 (ethylene)、丙烯(propylene)、1_ 丁烯(Ι-butene)、1_ 戊烯(Ι-pentene)、氯乙烯 (vinyl chloride)、偏二氯乙烯(vinylidene chloride)、異戊二烯(isoprene)、氯丁二烯 (chloroprene)、丁二烯(butadiene)禾口 2,3-二甲基丁二烯(2, 3_dimethylbutadiene)。苯乙烯類(Styrenes)，可以例舉如苯乙烯(styrene)、甲基苯乙烯(methylstyrene)> 二甲基苯乙烯(dimethylstyrene)> 三甲基苯乙烯 (trimethylstyrene)、乙基苯乙烯(ethylstyrene)、異丙基苯乙烯(isopropylstyrene)、 氯甲基苯乙烯(chloromethylstyrene)、甲氧基苯乙烯(methoxystyrene)、乙酉先氧基苯乙烯(acetoxystyrene)、氯代苯乙烯(chlorostyrene)、二氯代苯乙烯(dichlorostyrene)、 漠代苯乙煉(bromostyrene)禾口乙煉基苯甲酸甲酉旨(vinylbenzoic acid methyl ester)。乙烯基醚類(Vinyl ethers)可以例舉如甲基乙烯基醚(methylvinyl ether)、 丁基乙烯基醚(butylvinyl ether)、己基乙烯基醚(hexylvinyl ether)、甲氧基乙基乙烯基醚(methoxyethylvinyl ether)和二甲基氨基乙基乙烯基醚(dimethylaminoethylvinyl ether)。其它的例子可以例舉如巴豆酸丁酯(butyl crotonate)、巴豆酸己酯(hexyl crotonate)、衣康酸二丁酉旨(dibutyl itaconate)、馬來酸二甲酉旨(dimethyl maleate)、馬來酸二丁酯(dibutyl maleate)、富馬酸二甲酯(dimethyl fumarate)、富馬酸二丁酉旨(dibutyl fumarate)、甲基乙烯基酮(methyl vinyl ketone)、苯基乙烯基酮(phenyl vinyl ketone)、甲 fi 2^ ! (methoxyethyl vinyl ketone) > M if /K ^ 酯(glycidyl acrylate)、甲基丙烯酸縮水甘油酯(glycidyl methacrylate)、N-乙烯基惡唑烷酮(N-vinyloxazolidone)、N-乙烯基吡咯烷酮(N-vinylpyrrolidone)、丙烯腈(acrylonitrile) > 甲基丙烯腈(methacrylonitrile)、亞甲基丙二腈(Methylene Moronnitrile)和乙烯叉(Vinylidene)。根據(jù)使用目的(例如，改善硬度、柔韌性、拉伸強(qiáng)度和光牢固度)，可以使用兩種或多種單體作為共聚單體，從而制得共聚物。對于將所述各組分加入或混合到聚合物中的方法沒有限定。例如，可采用將半透明聚合物的粉末、薄片或粒料與上述組分充分混合，隨后通過擠出機(jī)熔融混合的方法。對于半透明的熱塑性聚合物，可以采用將上述組分加入到未硬化的液體狀態(tài)的起始原料中并充分混合和分散的方法。此時，可以加入常用的添加劑，例如熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、脫模劑、抗靜電劑和阻燃劑?？梢愿鶕?jù)常規(guī)的方法進(jìn)行模塑成型。也就是說，對于熱塑性聚合物的情況，可以使用熔融擠出法制造塑料包層管(Covered Pipe)，通過對熔融擠出得到的管子進(jìn)行拉伸和淬火來制造收縮管(Shrink Pipe)，通過注射成型、擠出成型，必要時甚至用真空澆鑄成型來制造包層(Cover)。對于熱固化聚合物的情況，鑄模成型是比較有利的。牛物反應(yīng)器設(shè)計(jì)在一個具體實(shí)施方式
中，分別使用拋物柱面反射器、棱鏡和光導(dǎo)管，通過采集光線、分流紅外光和發(fā)散光線來將太陽光導(dǎo)入生物反應(yīng)器中。拋物柱面反射器確保有效地采集太陽光的能量，不存在由于反射導(dǎo)致的損失，這種損失通常發(fā)生在開放池塘系統(tǒng)中水的表面之外。這樣的安排應(yīng)確保最效地采集太陽光的能量，避免由于反射導(dǎo)致的損失，這種損失通常發(fā)生在開放池塘系統(tǒng)中水的表面之外。一旦光線被分流，所采集的能量中的紅外部分可以作為太陽熱能的來源而使用。在一個具體實(shí)施方式
中，太陽能采集碟可以配置UV和頂過濾器以防止UV和加熱輻射的損害。然而，如果需要升高藻類生長培養(yǎng)基的溫度，也可以先移去頂過濾器以控制頂?shù)妮椛?，直到水的溫度達(dá)到了適合藻類生長的最佳溫度時為止。作為選擇，也可以使用菲涅耳透鏡、反射鏡或反射鏡的組合來采集光線。最簡單形式，的菲涅耳透鏡是玻璃或塑料片，在該片上有細(xì)刮痕線或脊。菲涅耳透鏡可以是平的或形成一定的曲率，以使光線更好地在生物反應(yīng)器中聚焦。儲存或存儲單元(Bank Or Storage Cell)也在被考慮的范圍內(nèi)，它包括又一個發(fā)光材料來源，該發(fā)光材料可以在白天的數(shù)小時內(nèi)吸收光能而在晚上用來維持低水平的藻類生長。采集光線并分流頂能量后，可以采用本領(lǐng)域公知的光導(dǎo)管來發(fā)散光線。這樣的光導(dǎo)管允許光線更深地穿透到生物反應(yīng)器中，并且增大了可以發(fā)射用于光合作用的光線的表面積。光導(dǎo)管或光導(dǎo)可以是實(shí)心的或中空的。實(shí)心的光導(dǎo)管可以包括光纖。中空的光導(dǎo)管可以充填液體。填充液體的光導(dǎo)管是本領(lǐng)域公知的，例如美國專利US4，927，231、 US5, 857，052 和 US6, 507，688 中所公開的?？梢詫⒈绢I(lǐng)域公知的光導(dǎo)管的尺寸放大以用于生物反應(yīng)器中，。
可以對本領(lǐng)域公知的光導(dǎo)管進(jìn)行改良，例如，除了將光線從光導(dǎo)管的一端傳輸?shù)搅硪欢酥?，還可以使光線沿著其長度方向發(fā)散。例如，可以蝕刻半透明的光導(dǎo)管，以有助于光線從光導(dǎo)管的漫射。此外，光導(dǎo)管可以包括漫射裝置，例如美國專利US4，420，796中所公開的。光導(dǎo)管，例如填充液體的光導(dǎo)，可以包括雙層壁。填充液體的光導(dǎo)可以包括一個塑料外壁和一個塑料內(nèi)壁，這兩個壁彼此分隔開，并被填充了空氣、真空或任何數(shù)量的折射率低于內(nèi)部液體的透明物質(zhì)。另一種選擇是在間隔開的兩個壁之間所形成的空隙中填充氣體，例如美國專利US4，420，796中所述的氮?dú)?、二氧化碳或氬氣等惰性氣體。在這樣的光導(dǎo)管中，所述空氣或其它氣體提供了將光導(dǎo)入光導(dǎo)管的適當(dāng)折射率。用在液體光導(dǎo)管中的液體可以包括任何適合于傳導(dǎo)光線的液體，例如水、二甲亞砜或乙二醇。所述液體可以包括鹽溶液。光導(dǎo)或光導(dǎo)管可以傾斜一定角度，以最大程度地利用季節(jié)性的太陽入射光。例如， 所述光導(dǎo)管可以相對于地面傾斜約70°，以確保在冬天的北緯或南緯的37°附近可以發(fā)生內(nèi)反射，在該處，水的折射率η = 1. 33，空氣的折射率約為1，定義系統(tǒng)在所述光導(dǎo)管中傳輸太陽光的能力和相對于水平線的最小日照角約為30°。在一個具體實(shí)施方式
中，將光采集碟面的表面積與光導(dǎo)管的表面積進(jìn)行了比較。 例如，如果由太陽能采集器捕獲的太陽光的面積為7m2，光導(dǎo)管的內(nèi)表面積可以通過所述光導(dǎo)管的內(nèi)圓周長乘以其長度來測量；例如，直徑為0. 25m、長度為9m的光導(dǎo)管具有約7m2的表面積，與上述的太陽能采集器相似。因此，略去反射造成的損失不計(jì)，具有這樣尺寸的光導(dǎo)管可以沿著其長度方向發(fā)射光，其強(qiáng)度與入射到所述采集器碟面的太陽光的光強(qiáng)相等。 在另一個實(shí)施例中，略去反射造成的損失不計(jì)，直徑為0. 25m、長度為18m的光導(dǎo)管沿著其長度方向發(fā)射的光的強(qiáng)度為入射到所述采集器碟面的太陽光的光強(qiáng)的一半藻類最佳的生長速率出現(xiàn)在光強(qiáng)為200-600ft-c (R)Ot-Candle,英尺-燭光)或者 2，000-6, OOOlux (勒克斯，lft-c約相當(dāng)于IOlux)的情況下，在更小或更大的光強(qiáng)下生長都會減緩。強(qiáng)烈的正午陽光的光強(qiáng)在100，OOOlux左右，其低值在32，OOOlux。所述太陽光的光強(qiáng)比藻類生長必需的最大值還要大約5-17倍。這意味著在一個具體實(shí)施方式
中，所述光導(dǎo)管的表面積可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所述光采集碟面的面積。然而，實(shí)際上，光導(dǎo)管中光的強(qiáng)度沿著從光導(dǎo)管的表面朝向所述生物反應(yīng)器內(nèi)壁的方向急速下降。實(shí)際上，光導(dǎo)管的表面積為光采集碟面的3-4倍就可以發(fā)出足夠的光用于藻類的最佳生長。因此，相對于上述具體實(shí)施方式
，所述光導(dǎo)管的直徑可以是0. 35m，而長度可以是30m。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述光導(dǎo)管是大的片材。例如，7m2的采集碟面可以與 4mX 3. 5m的光導(dǎo)板連接，所述光導(dǎo)板在兩側(cè)均勻地發(fā)出光線，總表面積共^m2,是所述光采集碟面表面積的四倍。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述光導(dǎo)是由3M 以及其他公司所開發(fā)，被稱之為“棱鏡光導(dǎo)”，這種類型的光導(dǎo)具有如下優(yōu)點(diǎn)所制成的產(chǎn)品的寬度有很大的選擇范圍，在所述光導(dǎo)的內(nèi)部空間中填滿了空氣、氣體或是真空。外壁由具有高折射率的材料，例如任何塑料、聚合物或如這里所描述的用于一般光導(dǎo)的液體制成。所述外壁有脊?fàn)钪本€圖案，產(chǎn)生 90°的棱鏡形狀，該形狀有時候也可以修改成更小的角度以達(dá)到不同的光傳輸效果。在一個具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器可以具有一個平滑的、反射光的內(nèi)表面或內(nèi)襯。所述反射內(nèi)襯可以是白色的，同樣所述內(nèi)襯也可以是塑料的。所述反射內(nèi)襯可以通過反射照射到所述生物反應(yīng)器內(nèi)壁的光線來使供藻類生長的光線最大化。在白天，在沒有藻類存在的地方，即在生物反應(yīng)器外部，將儲存或存儲單元曝露在光線下，一般是太陽光下，將有效地給所述儲存或存儲單元“充電”，從而可以將其加入到生物反應(yīng)器中，在黑暗的時候?yàn)槌掷m(xù)的光合作用提供光線以維持藻類的低水平生長。在黑暗的數(shù)小時期間，藻類進(jìn)行呼吸作用，所述呼吸作用將耗盡全部生物質(zhì)。在夜晚期間，進(jìn)一步使用發(fā)光材料可以彌補(bǔ)部分這樣的損失，并提供健康的藻類種群用于下一批次的生產(chǎn)。此外，生長培養(yǎng)基的深度可能比太陽光穿透的深度深得多。因此，與用在晚上同樣，儲存或存儲單元可以用在更深的深度。當(dāng)被藻類粘結(jié)的基片靠近表面附近時，假使所述基片的表面沒有完全被藻類所覆蓋，太陽光將同時被藻類和發(fā)光材料所吸收。在沒有太陽光的深度更深的地方，所述發(fā)光材料將發(fā)射出用于光合作用的光，從而連續(xù)不斷地給藻類提供光合作用最必要的波長范圍的光。所述基片能夠給藻類提供持續(xù)幾個小時的光。當(dāng)生長培養(yǎng)基曝露在空氣中時，其表面曝露在空氣中，空氣中的一部分二氧化碳可以溶解在所述生長培養(yǎng)基中。翻轉(zhuǎn)或混合所述生長培養(yǎng)基，增加所述生長培養(yǎng)基曝露在空氣中的機(jī)會，并促進(jìn)二氧化碳溶入生長培養(yǎng)基中。也可以采用將二氧化碳導(dǎo)入生長培養(yǎng)基中的其它方法，如本領(lǐng)域技術(shù)人員所認(rèn)可的方法，包括二氧化碳起泡器或噴嘴(或多個起泡器或多個噴嘴)，在生物反應(yīng)器的一個或多個出氣口將二氧化碳?xì)怏w導(dǎo)入所述生長培養(yǎng)基中。二氧化碳起泡器或噴嘴也可以起到混合和攪拌裝置的作用。此外，也可以采用其它的方法，包括提高在所述生物反應(yīng)器上方的空氣中二氧化碳的濃度，例如通過在所述生物反應(yīng)器上方形成一個密封的外殼，并在所述生長培養(yǎng)基的表面上方同時又在所述外殼以內(nèi)的區(qū)域內(nèi)注入二氧化碳?xì)怏w。L^M藻類對表面具有很強(qiáng)的粘結(jié)力。在一個具體實(shí)施方式
中，所述藻類會在所述發(fā)光材料的表面生長。在另一個具體實(shí)施方式
中，所述藻類會在所述基片的表面上生長。在表面上養(yǎng)殖藻類的優(yōu)點(diǎn)在于生物質(zhì)本身就是存在于表面上的濃縮狀態(tài)的厚層。當(dāng)存在超過一種基片時，可以容易地將所述基片過濾，從而使收獲變得非常便利。 在一個具體實(shí)施方式
中，可以將過濾后表面覆蓋藻類的基片移除，用水沖洗除去來自培養(yǎng)基中的鹽分，隨后可以采用多種方法從基片上除去藻類，其中的一種方法是改變生長培養(yǎng)基的PH值以破壞藻類對所述基片的粘結(jié)，或者先干燥所述基片，然后除去粉末形式的所述藻類。也可以使用高壓水噴嘴從所述基片上除去藻類。不再粘有藻類的基片，可以送回到系統(tǒng)中，以支撐下一批次的藻類生長。收獲可以通過例如機(jī)械的揩擦、高壓水來實(shí)現(xiàn)，或者通過使藻類在所述片材上干燥以收集半干燥的固體藻類。收獲步驟可以包括揩擦、刮擦、沖洗、漂洗、干燥、部分干燥、搖動、振動或改變PH值等。在一個具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器在基片上養(yǎng)殖藻類，可以收獲水含量有限的厚塊藻類，從而避免了昂貴的過濾和離心過程。例如通過只除去必要數(shù)量的水，以將所述藻類生物質(zhì)用作直接氣化的原料，可以減少由藻類生物質(zhì)制造生物燃料的能源花費(fèi)。麗用作碳源時，二氧化碳可以得自大氣中。或者，二氧化碳也可以源自特定的來源。這些來源包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)或人類的來源。工業(yè)-PCC和 IGCC本發(fā)明可以與當(dāng)前由于潔凈煤技術(shù)而發(fā)展起來的二氧化碳捕獲技術(shù)相適應(yīng)。這些技術(shù)主要包括使用胺溶劑的燃燒后捕獲(PCC，Poar Combustion Capture)技術(shù)和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC，Integrated Gasification Combined Cycle)工藝，制造作為“合成氣” 主要組分的氫氣。這些潔凈煤技術(shù)在分離廢氣排放物中的二氧化碳組分方面非常重要，但它們本身不提供螯合或處理捕獲的二氧化碳的方法。重要的是，IGCC提供一種在燃燒燃料方面熱力學(xué)效率更高的方法，并且可充分利用存儲在藻類生物質(zhì)中的能量。二氧化碳的燃燒后捕獲主要使用胺類溶液來實(shí)現(xiàn)，典型的為單乙醇胺(MEA)，其定量地與來自相對冷的氣體流中的所有二氧化碳反應(yīng)。隨后通過加熱胺類溶液使該反應(yīng)、特別是螯合反應(yīng)逆轉(zhuǎn)，從而釋放出純二氧化碳?xì)饬鳌Ｔ摶瘜W(xué)反應(yīng)如圖2所示。通過胺捕獲二氧化碳是在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、在水溶液中處理大量的、濃縮體積的二氧化碳的一種便利方法。二氧化碳通常在水中具有相對低的溶解度，特別是在溫水(30°C) 中。有多種胺可以用在該過程中，例如單乙醇胺(TEA)。所述的胺大部分是可重復(fù)使用的、也是生物可降解的，而且便宜。在這里考慮的是，在生長培養(yǎng)基中使用對藻類無毒的胺，就可以將高濃度的二氧化碳注射入所述生物反應(yīng)器中，以給所述藻類提供便利的無機(jī)碳源。這樣的培養(yǎng)基既可以作為二氧化碳的螯合劑，也可以作為藻類生物質(zhì)的產(chǎn)生器(Generator)。 藻類可以從所述胺溶劑中吸收二氧化碳。因此，本發(fā)明將生產(chǎn)出可以用作氣化原料的藻類生物質(zhì)，從而取代電力生產(chǎn)所必需的部分煤炭。此外，在IGCC中使用藻類原料將可以由可再生資源大規(guī)模地制造地球上最環(huán)保的燃料——?dú)錃?。工業(yè)-未處理的廢氣使用未處理的廢氣排放物作為二氧化碳源，并因此作為藻類生長的無機(jī)碳源，受到了下列因素的阻礙大量酸性含硫和含氮組分、固體顆粒物，以及最重要的是，廢氣的余熱，其溫度通常接近或超過80°C。直至今日，溫度和污染物阻礙了沒有預(yù)處理的廢氣排放物的使用，盡管在可以用于大規(guī)模藻類生長的大量濃縮二氧化碳的來源中，廢氣排放物是很少的幾個切實(shí)可行的來源之一。農(nóng)業(yè)設(shè)想，排放的廢物，例如牛奶場的排放廢水，可以在沼氣池(Bio-Digester)中處理以產(chǎn)生沼氣。甲烷可以通過產(chǎn)甲烷細(xì)菌對排放廢水進(jìn)行生物分解來制得。此外，沼氣燃燒的排放物可以用作光合作用的二氧化碳源。由此得到的藻類生物質(zhì)可以用作生物燃料的原料，或者用于牲畜的富含蛋白質(zhì)的飼料。隨后，處理過的排放廢水可以用作包含微量營養(yǎng)素、用于生長的生長培養(yǎng)基。最終，通過藻類生長消耗了營養(yǎng)素的水可以用于農(nóng)莊牧場的灌溉。另一選擇是，可以使用人類廢水或污物。在圖3表示的一個具體實(shí)施方式
中，生物反應(yīng)器10包括一個具有壁12和底部14， 用來容納生長培養(yǎng)基16的圓形容器生物反應(yīng)器。生物反應(yīng)器10包括進(jìn)口 20，其允許將新鮮的生長培養(yǎng)基和初始的藻類(未示出)導(dǎo)入生物反應(yīng)器10。二氧化碳可以通過進(jìn)口 20進(jìn)入生物反應(yīng)器10。藻類22在多個基片M的表面生長?；琈包含發(fā)光材料(未示出)。 基片M通過混合器沈在生物反應(yīng)器10內(nèi)循環(huán)流動。在間歇的時間間隔中，在基片M上生長的藻類在生長培養(yǎng)基16的上表面30附近曝露在光線觀中，從而使所述發(fā)光材料可以吸收光能量，以用于隨后對藻類22發(fā)射。光線觀源自于太陽32，太陽光34采用拋物柱面反射器36采集。紅外輻射線38采用棱鏡40分流。在預(yù)定的時間內(nèi)，生長在基片M上的藻類22通過出口 42從生物反應(yīng)器10中移出，并輸送到過濾器44，以將藻類22和基片M與生長培養(yǎng)基16分離，以便隨后從基片M上收獲藻類22。在一個具體實(shí)施方式
中，光線觀由設(shè)置在生物反應(yīng)器10內(nèi)的支撐48上的導(dǎo)管46發(fā)散，使在生長培養(yǎng)基16中光線觀無法穿透的深處的發(fā)光材料和藻類22更多地曝露在光線中。在圖4所示的一個具體實(shí)施方式
中，所述生物反應(yīng)器包括一系列的撓性塑料容器 50，例如管或三角形的袋，除了受到實(shí)際工程因素的限制之外，其沒有預(yù)定的長度(圖如)。 所述塑料容器50并排地、以統(tǒng)一的深度沿著開放池塘52的池底水平地放置，其深度深于只有30cm-50cm深的傳統(tǒng)的藻類池塘。容器50注滿了生長培養(yǎng)基。所述藻類會在這些塑料容器50的內(nèi)部生長，而所述容器間的倒置三角形空間M中仍是潔凈水以允許光線通過。 如圖4b所示，所述塑料容器50包括發(fā)光基片60，并會發(fā)出對光合作用有用的波長的光。 具有間斷的孔58、用來輸送富含CO2(二氧化碳)的氣體的管道56位于所述藻類容納裝置 50的基底51上并產(chǎn)生一氣泡流，既給生長培養(yǎng)基注入用于光合生長的氣體營養(yǎng)素，也產(chǎn)生一種洗滌的作用，這將減少在所述聚合物材料表面上的生物積垢。氣體同時在水中產(chǎn)生對流型的移動，以幫助藻類混合，使它們接近或遠(yuǎn)離所述基片表面，并因此使所述藻類與光源接近或遠(yuǎn)離。如在藻類生物學(xué)領(lǐng)域公知的，在光合作用中的光和暗反應(yīng)(Light And Dark Reactions)需要所述藻類花費(fèi)很大部分的時間遠(yuǎn)離所述光源，以防止光抑制。所述系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成開放的池塘52，或者更加具有流動性的水道型設(shè)計(jì)(參見圖 4c水道設(shè)計(jì))，目前這已經(jīng)被證明為最有效的開放式設(shè)計(jì)。在水道型設(shè)計(jì)中，容器50沿著直線部分67放置，曲線部分68將朝向空中開口，所述容器將作為容納各種基礎(chǔ)設(shè)施，例如槳輪(或者其它的本領(lǐng)域公知的用于水循環(huán)的裝置)、收獲設(shè)備、水交換裝置、營養(yǎng)素添加和氣體交換裝置的空間。在這樣的設(shè)計(jì)中，在開放型設(shè)計(jì)的曲線部分68的水中充滿了可以收獲的藻類。在這樣的構(gòu)造中，容器50的端部開口，以允許藻類填充這些部分。在容器50 之間的清潔水M將會被密封，以防止所述清潔水被藻類污染?；蛘?，曲線部分68可以不含藻類，在該處，清潔的空間M延伸到這些開口的部分。應(yīng)當(dāng)經(jīng)常過濾所述清潔水，以得到最好的透光性。此外，清潔水將吸收太陽光譜中的大部分頂，結(jié)果變得更熱。可以排放和替換清潔水，以作為整個系統(tǒng)的恒溫器，從而過量的熱可以從系統(tǒng)中轉(zhuǎn)移出去。在冬天的幾個月，根據(jù)特定物種的需要，清潔水可以作為隔熱體，將所述藻類的溫度保持在設(shè)定的最低溫度之上。所述發(fā)光基片60由一空氣層62環(huán)繞，通過設(shè)置更高折射率的界面，即折射率大約為1. 33的水，與一個低折射率的界面相鄰，即折射率約為1的空氣，以產(chǎn)生一定程度的總內(nèi)反射，在所述藻類生長培養(yǎng)基的范圍內(nèi)捕獲部分發(fā)出的光。這可以使所述藻類容納裝置50 成為一個大光導(dǎo)。所述空氣層62由所述發(fā)光基片60外的透明聚合物片材64支持。同樣比較有利的是，給容器50襯上一層薄的、消耗性的聚合物內(nèi)襯66，以防止貴重的基片直接與藻類生物質(zhì)接觸而結(jié)垢，從而可以延長更昂貴的發(fā)光基片的使用壽命。
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當(dāng)太陽光照射到池塘52的表面53時，光線向下通過在所述藻類容納裝置50之間的潔凈空間M，或者穿過所述發(fā)光基片60直接照射到所述藻類上，或者在被所述藻類生物質(zhì)吸收之前，首先被配置在基片上的發(fā)光材料吸收，隨后通過發(fā)光被轉(zhuǎn)化成可以用于光合作用的較低波長的光。太陽光是否被發(fā)光材料吸收，主要取決于所述光線的特定波長，其中沒有落在配置的發(fā)光材料的主要吸收波長范圍之內(nèi)的某些波長的光穿過所述發(fā)光基片60， 而其它的則經(jīng)過吸收/發(fā)射的過程。整個容器50的系統(tǒng)可以根據(jù)基本方向來定向，可以南北方向放置，可以東西方向放置，或者可以在中間的任何方向放置。如圖4d所示，在任何取向情況下，當(dāng)太陽不在頭頂上方或附近時，在容器50的一側(cè)將會投下一條陰影69，同時在另一側(cè)是被照亮的70。對于地球上所有的緯度位置，這種低角度太陽光的時期存在于白天的大多數(shù)時間。當(dāng)太陽光72照射到所述容器50的非遮擋側(cè)時，由所述發(fā)光基片60發(fā)出的光將部分地向外74輻射，并導(dǎo)致相鄰容器的遮擋側(cè)69被有用波長的光照亮。隨著太陽跨過天空而移動，在早晨和晚上的時間之間，這些側(cè)面將在被遮擋和照亮之間變換。產(chǎn)生大量的在600nm-700nm之間的紅光是特別重要的，因?yàn)樵摬ㄩL可被光合生物特別有效地利用。同樣，在更深的池塘系統(tǒng)中，水對入射紅光的吸收是一個重要的因素(圖 5)，其中清潔的水通道在超過2米的路徑上將吸收大約90%的650nm的紅光。更短波長的光，例如橙光、黃光、綠光和藍(lán)光(575nm-400nm)穿過水的損失小得多，并可以在它們已經(jīng)穿過水柱在更深的深度時向下轉(zhuǎn)化成紅光。與容納所述系統(tǒng)的池塘52的表面積相比，所述系統(tǒng)的形狀導(dǎo)致有效的藻類表面積提高到兩倍以上。所述容器50制作得越高，有效面積越大。這導(dǎo)致照射到表面積比標(biāo)準(zhǔn)開放池塘更大的所述系統(tǒng)的表面的陽光被稀釋。因此，可以得到更低強(qiáng)度的光，觀察到的光抑制現(xiàn)象更少。此外，包括藻類的所述基片能夠?qū)⒆匀坏奶柟廪D(zhuǎn)化成對光合作用更優(yōu)化的波長的光譜，以實(shí)現(xiàn)更高的太陽能量轉(zhuǎn)化率，該數(shù)值通過每平方米面積的累積生物量的增加來測量。由此，該系統(tǒng)可以得到更高的藻類濃度，以及藻類可以在更深的深度生長。在生物質(zhì)濃度較高的情況下，其生長(例如，生物質(zhì)的翻倍)將導(dǎo)致收益成指數(shù)級的增長。此外，較高的生物質(zhì)濃度使在收獲系統(tǒng)中耗費(fèi)的能量更小，所述收獲系統(tǒng)中從生物質(zhì)的濃縮開始，隨后進(jìn)行脫水。如在圖如和4f中所示，可以在所述藻類容納裝置50的頂部加入熒光集中器或熒光光導(dǎo)76。這樣的光導(dǎo)的加入必須權(quán)衡其成本/利潤分析，該分析結(jié)果可能是正的或者是負(fù)的，這取決于額外得到的生物量，以及其固有的價值。在一個具體實(shí)施方式
中，附加的光導(dǎo)76在吸收了 400nm-540nm的光后，發(fā)出在M0nm-600nm的橙光77。該具有更高能量波長的橙光77在水53的表面附近產(chǎn)生，由于其波長小于600nm，所述橙光將可以有效地、以最小吸收損失的方式穿過清潔水通道M。當(dāng)所述橙光77產(chǎn)生時，其可以從光導(dǎo)76的邊緣78 發(fā)射出，所述光導(dǎo)76稍微向下彎曲，以將光線導(dǎo)入所述清潔水通道M中。一旦所述橙光77到達(dá)所述藻類容納裝置50的表面，其大部分被配置在所述發(fā)光基片60上的發(fā)光材料吸收，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化成能量更低的紅光，以使光合作用有效進(jìn)行。為了節(jié)省費(fèi)用，所述容器50的位于光導(dǎo)76下方的部分80可以配置或不配置發(fā)光材料，因?yàn)樯戏降乃龉鈱?dǎo)過濾了綠色波長的光，它可以輕易地接收到優(yōu)化的光。附加的光導(dǎo)76將有助于藻類容納裝置50很深的(大于1米)底部82的照明。在這樣的系統(tǒng)中，容器50的所述底部82即使在面朝太陽的方向，在低角度太陽光的幾個小時內(nèi)仍然保持陰影69。光導(dǎo)76將與容器50配合使用，光導(dǎo)將綠光轉(zhuǎn)化成橙光，而容器將橙光轉(zhuǎn)化成紅光。如圖4g所示，光導(dǎo)76包括聚合物片材84，該聚合物片材84嵌入了熒光染料以形成熒光太陽光收集器，如本領(lǐng)域公知的，所述熒光太陽光收集器的發(fā)光聚向于邊緣78。由于光導(dǎo)76要與水接觸，因此通過添加兩片額外的透明聚合物薄片材88，用上方和下方的空氣層86來包圍所述聚合物片材是比較恰當(dāng)?shù)摹Ｋ性谂R界角范圍內(nèi)的光線通過全內(nèi)反射被捕獲在所述片材中，并朝向邊緣78傳導(dǎo)，其中所述臨界角由所述聚合物和圍繞其的空氣的折射率限定。對于大多數(shù)塑料，與垂線相夾的該角度約為42°，而所有與垂線夾角小于這個角度的光線從所述片材的頂面90和底面91射出。對于大多數(shù)應(yīng)用的情況，從表面90、91射出被視為是一種損失，而從所述片材底面91射出的光將直接傳導(dǎo)到所述藻類生物質(zhì)92中， 這是本發(fā)明的一個優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)熒光染料的有限斯托克斯偏移(Stoke Shift)會導(dǎo)致其對光的吸收，對于大多數(shù)的熒光收集器來說，當(dāng)發(fā)射波長與該吸收稍有重疊時，熒光的再吸收是一個顯著的損失。當(dāng)光導(dǎo)的厚度與限定光路的長度的比值非常小時，由于再吸收造成的損失將變得很顯著，其中所述的光路是指光在所述片材內(nèi)為到達(dá)邊緣所必須行進(jìn)的光路。除了限制光導(dǎo)的總長度以減少收集效率的損失(Collection Efficiency Losses)之外，也可以使用折射率與光導(dǎo)聚合物材料類似的便宜材料94，以增加光導(dǎo)的厚度，從而增加厚度與長度的比值。該材料可以是液體或固體的，但最經(jīng)濟(jì)的選擇是液體，例如鹽水溶液(例如濃縮的CaCl2),或者溶劑，例如(二甲基亞砜)DMS0、η-乙二醇(其中，η= 1，2，3，4等)、丙三醇，以及其它本領(lǐng)域公知的液體或液體的混合物。同樣，包含發(fā)光材料84的層也可以是液體的，例如合成液體、石蠟油或基于硅的油類。可以采用其它形式的光導(dǎo)，例如棱鏡光導(dǎo)(圖6)，其優(yōu)點(diǎn)在于用作光導(dǎo)管時，允許有大的空氣間隔96，其中光在聚合物材料98中的傳輸幾乎不花費(fèi)時間。這樣的光導(dǎo)可以從 3Μ 公司購得。包含所述藻類容納裝置50的基片可以由耐用的撓性聚合物組成，其中可以配置一種或多種發(fā)光材料。所述發(fā)光材料為溶解的染料的形式，例如吸收350nm-600nm寬光譜的光，并發(fā)射出600nm-700nm的光的有機(jī)染料。通過使用染料的混合物同樣可實(shí)現(xiàn)上述目的，所述染料的混合物能夠使基片均勻地收集更寬波長范圍的光。所述基片也可以包括熒光材料，吸收UV和藍(lán)光，發(fā)射出400nm-475nm的光以滿足光合作用對藍(lán)光的需求。然而應(yīng)當(dāng)注意的是，藍(lán)光能夠以很小的吸收損失穿透水柱，從而包含在天然太陽光譜中的藍(lán)光可以到達(dá)系統(tǒng)中甚至更深水位的基片，而不需要添加發(fā)射藍(lán)光的材料?；a(chǎn)生紅色和藍(lán)色光射線的能力將有助于照亮前面描述的被遮擋的相鄰容器。當(dāng)在同一基片層中將染料混合時，將會遇到一個預(yù)吸收的固有問題，其中由發(fā)藍(lán)光的染料產(chǎn)生的高能量波長的光線將被所述基片中的其它染料吸收，而不能被發(fā)射出去被藻類有效地利用。為了幫助緩和這個問題，引入漫射顆粒以將光線吸出基片，使基片具有云霧狀的外觀而不是半透明的外觀。這樣的技術(shù)在本領(lǐng)域被稱之為光提取技術(shù)，通常使用例如硅酸鹽顆粒和其它小顆粒來實(shí)現(xiàn)。發(fā)光(熒光或磷光)顆粒可以達(dá)到使光漫射的目的， 同時也可以起到它們原有的作為發(fā)光材料的作用。在基片中加入磷光材料，例如發(fā)出亮綠色的磷光體，將可以吸收所述光譜中的UV和藍(lán)光部分的光，并且在好幾個小時的時間里緩慢地釋放光線。即使在太陽已經(jīng)消失以后，該發(fā)光也能延長至晚間的數(shù)小時后，并將系統(tǒng)的有效生長時間延長了數(shù)小時。大多數(shù)磷光材料發(fā)藍(lán)光和綠光，而缺少具有同樣亮度和良好性能的、作為更普通的藍(lán)-綠配對物的發(fā)紅光的磷光材料。與紅色熒光染料一起配置到基片中時，更穩(wěn)固、更強(qiáng)的發(fā)綠光的磷光體是有效的。由所述磷光體產(chǎn)生的綠光隨后被基片中的發(fā)紅光的染料吸收，并在沒有太陽光的情況下產(chǎn)生紅光，以生成藻類生長的所需的紅光。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，可以對本發(fā)明做出許多修改而不偏離本發(fā)明的精神和范疇。
權(quán)利要求
1.一種用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的藻類容納裝置，包括一發(fā)光材料，其中所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，其中所述第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。
2.如權(quán)利要求2所述的藻類容納裝置，其中所述藻類容納裝置是撓性的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的藻類容納裝置，其中所述藻類容納裝置是管狀的。
4.如權(quán)利要求3所述的藻類容納裝置，其中所述管狀藻類容納裝置是三角形的，底邊位于遠(yuǎn)離光線的位置，而頂點(diǎn)位于接近所述光線的位置。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置，包括具有斷續(xù)孔的用來輸送包含二氧化碳的氣體的管道。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置，其中所述藻類容納裝置包括第一光導(dǎo)。
7.如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置，其中所述第二波長是在約600nm至約700nm的范圍，或者所述第二波長范圍是約600nm至約700nm。
8.—種生物反應(yīng)器，包括如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的生物反應(yīng)器，包括多個所述的藻類容納裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的生物反應(yīng)器，其中所述多個藻類容納裝置并排地放置。
11.如權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器，還包括設(shè)置于所述容納裝置上的第二光導(dǎo)。
12.如權(quán)利要求11所述的生物反應(yīng)器，其中所述第二光導(dǎo)包括發(fā)光材料。
13.如權(quán)利要求12所述的生物反應(yīng)器，其中所述發(fā)光材料發(fā)出包括約MOnm和約 600nm范圍內(nèi)的光。
14.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置，包括漫射顆粒，或者如權(quán)利要求8 至13任一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器，其中所述第二光導(dǎo)包括漫射顆粒。
15.如權(quán)利要求8至14任一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器，其中所述的生物反應(yīng)器是開放的池塘或水道。
16.如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的藻類容納裝置的用途，或者如權(quán)利要求8至15任一項(xiàng)所述的用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的生物反應(yīng)器的用途。
17.一種養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的方法，包括在如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置中，或者在如權(quán)利要求8至15任一項(xiàng)所述的生物反應(yīng)器中養(yǎng)殖所述藻類或藍(lán)細(xì)菌。
18.一種用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的發(fā)光材料的用途，其中所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，其中所述第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。
19.一種養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的方法，包括使所述藻類或藍(lán)細(xì)菌接受由發(fā)光材料產(chǎn)生的可見光的照射，所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，其中所述第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌。
20.一種根據(jù)權(quán)利要求16或權(quán)利要求18所述的用途，或者根據(jù)權(quán)利要求17或權(quán)利要求19的方法養(yǎng)殖得到的水藻或藍(lán)細(xì)菌。
21.一種由權(quán)利要求20所述的藻類或藍(lán)細(xì)菌制造的生物燃料。
22.—種改善用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的生物反應(yīng)器的方法，包括在所述生物反應(yīng)器中設(shè)置發(fā)光材料，所述發(fā)光材料適合于吸收第一波長或波長范圍的光，并發(fā)出第二波長或波長范圍的可見光，其中所述第二波長或波長范圍的光適合于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌；或者包括在所述生物反應(yīng)器中設(shè)置的如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的藻類容納裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于養(yǎng)殖藻類或藍(lán)細(xì)菌的藻類容納裝置，該裝置包括發(fā)光材料，以及涉及一種包括所述藻類容納裝置的生物反應(yīng)器。本發(fā)明還提供與所述藻類容納裝置和生物反應(yīng)器相關(guān)的方法和用途。
文檔編號C12M1/00GK102378811SQ201080014422
公開日2012年3月14日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月30日
發(fā)明者亞歷山大·法爾伯 申請人:零排放有限公司