[发明专利]用于栽培藻类或植物和生产电能的集成系统

说明书

本发明涉及用于栽培藻类或植物和生产电能的集成系统。

更具体而言，本发明涉及用于栽培藻类或植物和生产电能的集成系统，包括：

-至少一个发光太阳能聚光器(LSC)，其中至少一个光伏电池(或太阳能电池)位于其外侧的至少一侧上；

-至少一个栽培区域。

本发明还涉及用于栽培藻类和生产电能的集成方法，包括：

-在含水培养基的存在下在包含其中至少一个光伏电池(或太阳能电池)位于其外侧的至少一侧上的至少一个发光太阳能聚光器(LSC)的栽培区域中栽培至少一种藻类，获得藻类生物质的含水悬浮液与电能；

-从所述藻类生物质的含水悬浮液中回收所述藻类生物质；

-回收所述电能。

本发明还涉及用于栽培植物和生产电能的集成方法，包括：

-在包含其中至少一个光伏电池(或太阳能电池)位于其外侧的至少一侧上的至少一个发光太阳能聚光器(LSC)的栽培区域中栽培所述植物，获得植物和电能；

-回收所述植物；

-回收所述电能。

目前栽培藻类(特别是微藻类)以便制造落入营养、制药和化妆品领域中的有价值的化合物，例如多不饱和脂肪酸[例如，二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等等]、维生素(例如β-胡萝卜素等等)和胶凝剂。

用于上述领域的微藻类的栽培的特征在于相对有限的生产能力(每年数百至数千吨的量级)和获得的化合物的高附加值(每公斤数百至数千欧元)。为此，可以容忍复杂和昂贵的生产系统，其必须满足上述领域的典型的卫生与营养性质的严格规定。

由上述领域(其中传统上使用微藻类)转向能源领域，特别是转向生物燃料的生产，由于能量领域指定的化合物的有限附加值(每吨数百欧元)，需要开发显著提高生产能力并大大降低生产成本的技术。

微藻类事实上可用于生产脂类，其又可以用于生产生物柴油或绿色柴油，或直接用于生产生物油或“生物原油”。

所需要的巨量土壤、水和电能令栽培用于生产生物燃料的微藻类的经济和环境可持续性饱受批评。微藻类栽培方法中所需的电能量(效用(utility))不仅从经济角度来看是一个负担，并且也不利于环境可持续性参数。环境可持续性的关键要素之一事实上是减少衍生自化石来源的电能的量。

微藻类的培养方法事实上需要电能，例如用于管理开放式池塘(OP)、光反应器(FR)、光生物反应器(FBR)，特别是用于搅拌在生长过程中形成的藻类生物质的悬浮液，用于液体和气体的分布，以及用于微藻类收集、浓缩和化学或热化学地转化为生物燃料前体的设备的运行。

例如，应当考虑的是，用于搅拌开放式池塘(OP)所需的能量——其确保：大约20厘米/秒的线性速率(所述速率被认为对保持形成的藻类生物质悬浮液均质是最佳的)、二氧化碳(CO₂)的有效分布、有效的氧释放(O₂)和用于热交换的表面置换——为大约0.21W/m²。在最有利的情况下，整个栽培部分所需的总能量为每千克制得的藻类生物质大约0.6kWh，其在与73吨/公顷/年的典型生产率相比时相当于等于每平方米开放式池塘(OP)表面1.2瓦的能量消耗，考虑到这在最有利的情况下发生，其因此是高能耗的。在以能量上不利的构造进行微藻类栽培以生产高附加值物质时，在经济上可持续的是消耗20kWh/千克制得的藻类生物质，相对于相同的上述典型生产率，其对应于等于每平方米开放式池塘(OP)表面40瓦的能量消耗。

类似于植物，微藻类利用太阳能用于光合作用并因此用于它们的生长：但是已知的是，仅有一部分太阳能用于所述光合作用。本领域中描述了用于将光合作用中未利用的太阳能的辐射转化为可以被其利用的辐射的方法，微藻类与植物的生长也随之增长。

例如，AntalT.等人在“InternationalJournalofHydrogenEnergy”(2003),第37卷,第8859-8863页中描述了一项研究，该研究显示，称为“上转换”的过程(该过程在化合物吸收与其发射的辐射相比波长更长的辐射时发生)可以将近红外辐射(NIR)转化为可用于光合作用的辐射。但是，所述研究指出，在上述上转换过程可以实际用于获得蓝细菌、藻类或植物中光合作用的提高之前，还有大量工作要做。