[发明专利]能源藻类规模化培养系统

说明书

技术领域

本发明涉及生物工业生产领域和可再生能源领域，尤其涉及一种用于光生物反应的设备及提取能源生物的产物的系统。

背景技术

光生物是指能够利用光源，特别是自然界的太阳光等转变为化学能，再利用二氧化碳和水等，产生各种有机物的生物。

藻类等光生物可以产出用于提炼汽油、柴油、航空燃油的“生物原油”，这种“生物原油”还可以作为塑料制品和药物的生产原料。同时，光生物还可以制造出大量的碳水化合物等中间产品，这些产品经过发酵处理可以转化为乙醇燃料。因此饲养藻类等光生物越来越受到人们的重视。

当前，新的能源和环保形势，重新激起了人们开发藻类生物燃料的兴趣，特别是高油价使得藻类制油的成本具有竞争力；新的基因和蛋白质技术使人们能够更深入地了解藻类植物产油的机理，让它们产出更多的“原油”。另外，藻类植物又能有效地吸附二氧化碳等温室气体。人们正在开发这方面的新技术，与此同时，一些大型的研究项目也开始启动。

藻类是最低等、最古老的一类植物，虽然结构简单，但却能产出相当于石油的“生物原油”。这种“生物原油”可用来提炼汽油、柴油、航空燃油，以及作为塑料制品和药物的原料。同时，多数藻类植物还能制造出大量的碳水化合物等中间产品，这些产品经过发酵处理可以转化为乙醇燃料。

能源藻类，是经过基因工程等技术改造的藻类，可以增加其生产的能源产量，甚至是原来藻类不能生产的化合物。在对蓝藻或其染色体进行基因修饰后，能源藻类可以利用光合作用生产乙醇。

利用藻类，特别是微藻，发展“生物原油”有许多其他陆地植物不具备的特殊意义。

第一，生长环境要求简单。微型藻类几乎能适应各种生长环境。不管是海水、淡水，室内、室外，还是一些荒芜的滩涂盐碱地、废弃的沼泽、鱼塘、盐池等都可以种植微藻。第二，微藻产量非常高。一般陆地能源植物一年只能收获一到两季，而藻类生物能源可以持续收获，而且不因收获而破坏生态系统，就单位面积产量来说比玉米高几十倍。第三，不占用可耕地。藻类可以长在海洋、生长在露天池塘。可利用不同类型水资源、开拓荒山丘陵和盐碱滩涂等非耕作水土资源，具有不与传统农业争地的优势。第四，产油率极高。微藻含有很高的脂类(20％～70％)、可溶性多糖等，1公顷土地的年油脂产量是玉米的552倍、大豆的213倍、油菜籽的80倍。第五，加工工艺相对简单。微藻光合作用效率高(倍增时间约3～5天)，没有叶、茎、根，不产生无用生物量，易于被粉碎和干燥，预处理成本比较低微。而且微藻热解所得生物质燃油热值高，是木材或农作物秸秆的1.6倍。第六，有利于环境保护。藻类植物能捕获空气中的二氧化碳，有助于控制温室气体排放。微藻种植可与CO2的处理和减排相结合(占地1平方公里的养藻场可年处理5万吨CO2)，而且微藻不含硫，燃烧时不排放有毒有害气体，整个产油过程非常清洁。

据估算，我国不具有农业开发潜力的盐碱地面积达20万平方公里，荒漠化土地面积超过260万平方公里，如果以2万平方公里的荒漠化和盐碱化土地发展藻类生物能源，在技术成熟的条件下，生产的汽油和柴油即可满足全国50％以上的交通燃料需求，有巨大的发展潜力。

现有的光生物反应和培养的装置中，主要分为开放式和封闭式两类，开放式反应器造价较低，散热容易，操作简单，便于大规模使用，但培养条件不易控制，易受其他微生物污染，细胞密度较低，光能利用效率较低，例如螺旋藻养殖用的开放跑道式培养池；封闭式光生物反应器造价相对较高，需要解决溶解氧积累、内外壁清洁、夏季散热等实际问题。因此这两种类型的光生物反应和培养装置都具有一定的缺陷。此外，在培养光生物的过程中人们发现，光生物在培养液中利用阳光产生光合作用，阳光通常穿透一定厚度的培养液后就会大大衰减，即由于阳光穿透的问题，培养液中深度存在的光生物的光合作用效率较低，因此影响了培养池中的光生物的光合作用的整体效率。

另一方面，提取光生物的产物后通常剩余废弃的培养液，将这些剩余的培养液直接排放至自然环境中会造成水土富营养化；对这些废弃的培养液进行净化处理又需要耗费一定成本。

发明内容

为解决上述问题，一方面，本发明提供了一种用于培养能源藻类的光生物反应设备，该设备包括透光顶层、透光内层、培养池、隔液板和水泵，其中：

所述透光顶层设置在所述培养池的上开口之上，该透光顶层与所述培养池之间构成封闭空间；

所述透光内层设置在所述封闭空间内，并可拆卸地覆盖所述培养池的上开口；