[发明专利]用于将水生生物质有效、低成本地转化为燃料和电能的装置

说明书

发明内容

藻类是生长最快的植物并通过光合作用有效地将太阳能转换为化学能。实质上，该化学能为食物网提供燃料并被看作是最有前途的通过生物燃料生产的可再生能源之一。这里所描述的多组分装置有效地、低成本地使藻类和以藻类为主的人工生态系统生长，然后将有机物转化为电能和能被用于可再生燃料和食物的生物质。

附图说明

图1是描述一光生物反应器、一生物质提取系统和一微生物发生器的相互连接的方框图。

图2是利用层叠的水管连接到泵、一微生物发生器、一脱水系统和一除气系统的藻类生物反应器的示意图。

图3是一微生物发生器的第一实施方式的示意图。

图4是一微生物发生器的第二实施方式的示意图。

具体实施方式

装置10包括三个相互连接的系统，一光生物反应器12，一生物质提取系统13（脱水装置14系统和生物质干燥器16）和一微生物发生器18，如图1所示。

生物反应器12在其内部环境中容纳有水和藻类，其增加了藻类的生长速率。还必须给生物反应器供应用于藻类生长的可置换的二氧化碳、主要养分、痕量金属和所需要的有机物。在一理想的装置中，二氧化碳和养分来源于工业或城市废物的使用（例如发电厂的废气，畜牧场，渔场，城市废物处理厂）。主要的目的是以最合理的价格生产尽可能多的有机生物质。因此，废物营养源是优选的。可是，实际上，任何替代那些被快速使用并变的稀有的物质的通常的营养源将是最佳的。

光生物反应器

藻类生物反应器12是这样一个装置，其能够使藻类或以藻类为主的多种类生态系统与自然界相比以很快的速率生长，并处于使用者可根据他们的需要和对于产物的要求而停止的条件下。这可从简单的池塘扩展到非常复杂的三位装置。简单的池塘和水管是便宜的，但是其趋向于具有较慢的生长速率，除非他们使用特别的生物系统，更频繁地具有生物入侵和病害损失。复杂的、封闭的生物反应器是相当昂贵的，但是它们更容易地保持单一藻类的养殖，最大化了藻类的生长速率，并使其它有机体的影响最小化。在其最常见的形式中，该装置是一“水管”，一组在连续的、循环的路径彼此连接的长通道。这些水管具有在同一个方向的一个或更多个保持水流动的装置，例如一浆轮系统、一泵系统或一定向的通风系统。水管也可被构建在一斜坡上以利用重力保持流动，在底部具有一泵系统把水和藻类返回到水管的顶部。

通过在开放的生物反应器或水管表面上产生的纹波和裂波，以及通过水的搅动用次表面水替换表面层来加强气体交换。这其中的一些能用电动机、通风机、浆轮和泵来完成。在一使用重力提供流动的长的倾斜的水管中，小台阶、水瀑和其它水管设计的不匀整的元素能干扰表面并加强气体交换。

二氧化碳代表了一种特例，因为它以低浓度存在于大气中。生物反应器用空气通风能提供少量的CO₂。具有高浓度二氧化碳气体的通风使得这更有效。这能够从工业气体源提供，或者可能被连接到发电厂或其它工业排气系统。正如下面所讨论的，通过通风增加的CO₂也能在用于微生物发生器之前用于除氧，从而在同一步骤中增加CO₂并除去氧。CO₂基本上在溶液中停留足够长的时间，当那些水被重新导入生物反应器中，来源于通风和微生物发生器中的呼吸作用的增强的CO₂都可用于光合作用。

用于生物质和电能的工业生产的生物反应器或生物反应器系统的优选的尺寸为1-100英亩，但是其它的大小也是可能的。这些生物反应器被排列成组以产生规模上的节约，因为它们提供给脱水和发电系统。在本发明中对于有效的运行所期望的恰当的规模可能大约是1000-2000英亩，但是更小或更大的版本也可证实是低成本的，因为该组分可在这样的规模下运行。可能通过共置小单元重复的份数来获得更大的运行。